连一席谢嘉琪：深度解读特斯拉——用软件定义汽车(9)

对比最新Model 3与Roadster两款汽车，特斯拉平均每款车钴含量降低约60％。根据特斯拉2018年一季度报告，Model 3的电芯能量密度超过其他任何一款竞品所使用的电芯，其钴含量低于主流电芯制造厂即将量产的下一代NCM811电芯产品。
二、串并联组合、分层管理模式优化模组结构，提高电池充放电能力。特斯拉电池采用特有的串并联方式，按照“单体电池-brick-sheet-pack”顺序进行分层管理。例如，特斯拉将Roadster电池系统的6831节电池分成不同的子单元（4个模组中2个为23Brick/module，另外2个为25Brick/module，即2*23*31 2*25*31）进行并联和串联，多组串联和平板的设计，极大增加电池铺设数量和使用效率，从而提高整车动力性能和续航里程。
三、高精度的电池管理系统保障电池安全、提高循环寿命。电池管理系统（Battery Management System， BMS）是特斯拉最核心的几项技术之一。不同于铅酸电池，锂电池由于具有非线性的充放电曲线，造成不论是电芯或是电池包层面，监测、预估和管理的难度都大大增加。如果管理不当，个别电芯的过度充放电将引起永久性的电池损伤，造成整个电池系统电压、温度不稳定，严重的将导致热失控事件。因此电池管理系统对电池容量、循环寿命和安全性均起着至关重要的作用。自从Model S开始，特斯拉就采用了NCA为正极材料的电芯，与业界更加主流的高镍NCM材料相比，NCA虽然能量密度更高，但是循环寿命更短，稳定性也更差，因此对BMS提出了更高的要求。
特斯拉的BMS主要由主控模块和从控模块组成。其中主控模块相当于BMS系统的“大脑”，负责电压电流控制、接触器控制、对外部通信等功能；从控模块连接了各路传感器，主要负责实时监测电池包里的电压、电流和温度等各种参数，并上报主控模块。
特斯拉的BMS具有两个特点。一、高精度。根据Sandy Munro和Jack Rickard等人对Model 3的拆解，Model 3的BMS可以将23-25个独立电池组的电压差控制在2-3mV，远低于其他普通电动车的水平；二、高集成度。特斯拉BMS模块集成了高压控制器、直流转换器和多个传感器，由此可以减少内部通信所需的高压线束，最终减轻总重量并降低成本。
四、热管理系统温差设计合理，冷却路线丰富流畅，均温和能量管控能力突出。新能源汽车的热管理系统主要包括整车、座舱、电池三方面，进行整车温度控制、客舱空调加热制冷、电池过热散热过冷加热等。目前，主流热管理包括自然冷却、液冷和直冷三种方案，特斯拉采取50％水和50％乙二醇为冷却液的液冷方案，由四通阀实现的电机和电池冷却循环串并联结构。由系统芯片算法控制，当电池温度超过设定目标值时，电池循环与电机循环相互独立，采用并联；电池温度低于设定目标值时，电池循环与电机循环采取串联，利用电机余热为电池和座舱加热，多余热量将由进气口的热量交换器排放出去。此方案充分利用车内所有部件热量，使热量有效循环游走，极大提高电池单体散热性和电池单体间温度一致性。因此，无论冬季还是夏季所对应的极端气候，特斯拉车辆温差控制保持在2℃内，体现强大的温度管控能力。