揭秘为什么特斯拉的电池管理系统比其他电动汽车好？

电池管理系统的主要任务是确保电池组在安全范围内工作，为车辆控制提供必要的信息，在出现异常时及时响应，并根据环境温度、电池状态和车辆需求确定电池的充放电功率。BMS的主要功能包括电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动平衡、热管理等。

1.热管理系统的重要性

电池的热相关问题是决定其性能、安全性、寿命和使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其在使用中的能量和动力性能。当温度较低时，电池的可用容量将迅速衰减。如果电池在低温下充电（如低于0摄氏度），可能会导致瞬时电压过充电，导致内部析锂和进一步短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。制造过程中的缺陷或使用过程中的操作不当，都可能导致电池局部过热，进而引发链式放热反应，最终导致严重的冒烟、起火甚至爆炸等热失控事件，威胁车辆驾乘人员的生命安全。此外，锂离子电池的工作或储存温度会影响其使用寿命。电池的适宜温度约为10~30℃。温度过高或过低都会导致电池寿命迅速衰减。大型动力电池使其表面积与体积之比相对降低，电池内部热量不易消散，更容易出现内部温度不均匀、局部温升过大等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短了电池寿命并增加了用户的总拥有成本。

电池热管理系统是解决电池热相关问题，确保动力电池性能、安全和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止热失控事故；2） 在电池温度较低时对电池进行预热，以提高电池温度，确保低温下的充放电性能和安全性；3） 减少电池组中的温差，抑制局部热点的形成，防止电池在高温位置过快衰减，降低电池组的整体寿命。

2.特斯拉跑车的电池热管理系统

特斯拉汽车跑车纯电动汽车采用液冷电池热管理系统。车载电池组由6831个18650个锂离子电池组成，其中每69个电池并联为一块砖，然后9个电池串联为一块板，最后11层串联堆叠。电池热管理系统的冷却液为50%水和50%乙二醇的混合物。

图1（a）显示了片材内部的热管理系统。冷却管呈Z字形排列在电池之间，冷却液在管内流动，带走电池产生的热量。图1（b）是一个冷却管的结构示意图。冷却管内部分为四个通道，如图1所示。（c）。为了防止冷却液在流动过程中温度逐渐升高，且终端散热能力不好，热管理系统采用双向流场设计，冷却管的两端既是液体入口又是液体出口，如图1（d）所示。在电池之间以及电池与管道之间填充具有良好电绝缘性和导热性的材料（如Stycast 2850/ct），具有以下功能：1）将电池与冷却管道之间的接触形式从线接触变为表面接触；2） 有利于提高单电池之间的温度均匀性；

3） 有利于提高电池组的整体热容量，从而降低整体平均温度。

图1。跑车的电池热管理系统示意图。

通过上述热管理系统，Roadster电池组中每个电池的温差控制在2摄氏度以内。根据2013年6月的一份报告，在行驶10万英里后，Roadstr电池组的容量仍然可以保持在初始容量的80%~85%，并且容量衰减只与里程有明显的关系，但与环境温度和车辆使用年限无关。上述结果依赖于电池热管理系统的强大支持。

3.其他电动汽车的热管理系统

3.1日产聆风的热管理系统

日产汽车公司的LEAF纯电动汽车采用了罕见的被动电池热管理系统。电池组由192个33.1 Ah的堆叠锂离子电池组成。四个单电池并联和串联连接形成模块，48个模块串联连接形成电池组。电池组是密封的，外部不通风，内部没有液体冷却或空气冷却的热管理系统，但在寒冷地区有加热选项。经过电极设计，LEAF中使用的锂离子电池降低了内部阻抗和发热率。同时，薄层结构（单体厚度7.1mm）使得电池的内部热量难以积聚，因此没有必要采用复杂的主动热管理系统。电池组的寿命保证期为8年或160000公里。

3.2通用电压的热管理系统

通用汽车的Volt插电式混合动力汽车使用28845Ah的层压锂离子电池。电池组的电连接可以相当于96个串联的单电池和3组并联的单电池。热管理系统采用液体冷却设计方案，冷却介质为50%水和50%乙二醇的混合物。金属散热片（厚度为1mm）以一定间隔布置在单电池之间，并且在散热片上刻有流动通道。冷却液可以在通道凹槽中流动以带走热量。在低温环境中，加热线圈可以加热冷却液以加热电池。

图2:Volt的热管理系统

伏特电池的温差可以控制在2摄氏度以内，这有力地支持了8年的电池寿命保证期。

4.特斯拉跑车与其他电动汽车相比的热管理特性。

从以上分析可以看出，特斯拉跑车在热管理系统方面远比其他电动汽车复杂。特斯拉的电池组由6831个18650个小电池容量的电池组成。要确保这么多电池的温差不超过±2°C是非常困难的，但特斯拉做到了，这也突显了特斯拉在电池管理方面的先进性和独特性。

然而，一个新的问题出现了：既然LEAF和Volt可以通过使用大容量堆叠锂离子电池来匹配简单的热管理系统来实现他们的设计目标，那么特斯拉为什么要使用18650电池和复杂的电池管理系统呢？

我认为原因如下：

a.18650电池的优点：18650电池已广泛应用于消费电子产品中，制造商在控制成本和提高性能（尤其是安全性和一致性）方面积累了大量技术经验。当特斯拉选择电池制造商时，她特别选择了那些积极投资减少产品缺陷的公司。

B.特斯拉的比较优势：在所有电动汽车制造商中，特斯拉是一个神奇的制造商。它既不是电池制造商，也不是传统的汽车制造商，但它已经成功了。比亚迪在中国从电池起家，转而生产电动汽车；

日本的日产是一家传统汽车制造商，后来与NEC合作开发电池并进入电动汽车市场。特斯拉的技术优势是什么？我认为电池管理系统绝对是其中非常重要的一部分。在特斯拉的技术团队中，偏向电子和电工的工程师应该占大多数，因此开发电池管理系统的难度要比开发电池（偏向材料和化学）或底盘（偏向机械）小得多。

在接受特斯拉技术总监J B Straubel采访时，他问道：“特斯拉会一直使用18650电池吗？你会选择其他电池吗？”这个问题的答案是：

“相信我，在不久的将来，我们会看到18650年是最有说服力的。我真的不知道为什么18650年会引起这么多争议。没有人会关心你油箱的形状和大小，但把电化学能量放进电动汽车的形状和尺寸引起了这么多争议这些物质的含量决定了成本和性能。

目前，我们的电池实际上是深度定制的，我们已经与松下做了大量的客户定制工作。我们正在生产汽车级电池，根据汽车级标准的苛刻测试，在任何生命迅速衰退。大型动力电池使其表面积与体积之比相对降低，电池内部热量不易消散，更容易出现内部温度不均匀、局部温升过大等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短了电池寿命并增加了用户的总拥有成本。

电池热管理系统是解决电池热相关问题，确保动力电池性能、安全和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止热失控事故；2） 在电池温度较低时对电池进行预热，以提高电池温度，确保低温下的充放电性能和安全性；3） 减少电池组中的温差，抑制局部热点的形成，防止电池在高温位置过快衰减，降低电池组的整体寿命。

2.特斯拉跑车的电池热管理系统

特斯拉汽车跑车纯电动汽车采用液冷电池热管理系统。车载电池组由6831个18650个锂离子电池组成，其中每69个电池并联为一块砖，然后9个电池串联为一块板，最后11层串联堆叠。电池热管理系统的冷却液为50%水和50%乙二醇的混合物。

图1（a）显示了片材内部的热管理系统。冷却管呈Z字形排列在电池之间，冷却液在管内流动，带走电池产生的热量。图1（b）是一个冷却管的结构示意图。冷却管内部分为四个通道，如图1所示。（c）。为了防止冷却液在流动过程中温度逐渐升高，且终端散热能力不好，热管理系统采用双向流场设计，冷却管的两端既是液体入口又是液体出口，如图1（d）所示。在电池之间以及电池与管道之间填充具有良好电绝缘性和导热性的材料（如Stycast 2850/ct），具有以下功能：1）将电池与冷却管道之间的接触形式从线接触变为表面接触；2） 有利于提高单电池之间的温度均匀性；

3） 有利于提高电池组的整体热容量，从而降低整体平均温度。

图1。跑车的电池热管理系统示意图。

通过上述热管理系统，Roadster电池组中每个电池的温差控制在2摄氏度以内。根据2013年6月的一份报告，在行驶10万英里后，Roadstr电池组的容量仍然可以保持在初始容量的80%~85%，并且容量衰减只与里程有明显的关系，但与环境温度和车辆使用年限无关。上述结果依赖于电池热管理系统的强大支持。

3.其他电动汽车的热管理系统

3.1日产聆风的热管理系统

日产汽车公司的LEAF纯电动汽车采用了罕见的被动电池热管理系统。电池组由192个33.1 Ah的堆叠锂离子电池组成。四个单电池并联和串联连接形成模块，48个模块串联连接形成电池组。电池组是密封的，外部不通风，内部没有液体冷却或空气冷却的热管理系统，但在寒冷地区有加热选项。经过电极设计，LEAF中使用的锂离子电池降低了内部阻抗和发热率。同时，薄层结构（单体厚度7.1mm）使得电池的内部热量难以积聚，因此没有必要采用复杂的主动热管理系统。电池组的寿命保证期为8年或160000公里。

3.2通用电压的热管理系统

通用汽车的Volt插电式混合动力汽车使用28845Ah的层压锂离子电池。电池组的电连接可以相当于96个串联的单电池和3组并联的单电池。热管理系统采用液体冷却设计方案，冷却介质为50%水和50%乙二醇的混合物。金属散热片（厚度为1mm）以一定间隔布置在单电池之间，并且在散热片上刻有流动通道。冷却液可以在通道凹槽中流动以带走热量。在低温环境中，加热线圈可以加热冷却液以加热电池。

图2:Volt的热管理系统

伏特电池的温差可以控制在2摄氏度以内，这有力地支持了8年的电池寿命保证期。

4.特斯拉跑车与其他电动汽车相比的热管理特性。

从以上分析可以看出，特斯拉跑车在热管理系统方面远比其他电动汽车复杂。特斯拉的电池组由6831个18650个小电池容量的电池组成。要确保这么多电池的温差不超过±2°C是非常困难的，但特斯拉做到了，这也突显了特斯拉在电池管理方面的先进性和独特性。

然而，一个新的问题出现了：既然LEAF和Volt可以通过使用大容量堆叠锂离子电池来匹配简单的热管理系统来实现他们的设计目标，那么特斯拉为什么要使用18650电池和复杂的电池管理系统呢？

我认为原因如下：

a.18650电池的优点：18650电池已广泛应用于消费电子产品中，制造商在控制成本和提高性能（尤其是安全性和一致性）方面积累了大量技术经验。当特斯拉选择电池制造商时，她特别选择了那些积极投资减少产品缺陷的公司。

B.特斯拉的比较优势：在所有电动汽车制造商中，特斯拉是一个神奇的制造商。它既不是电池制造商，也不是传统的汽车制造商，但它已经成功了。比亚迪在中国从电池起家，转而生产电动汽车；

日本的日产是一家传统汽车制造商，后来与NEC合作开发电池并进入电动汽车市场。特斯拉的技术优势是什么？我认为电池管理系统绝对是其中非常重要的一部分。在特斯拉的技术团队中，偏向电子和电工的工程师应该占大多数，因此开发电池管理系统的难度要比开发电池（偏向材料和化学）或底盘（偏向机械）小得多。

在接受特斯拉技术总监J B Straubel采访时，他问道：“特斯拉会一直使用18650电池吗？你会选择其他电池吗？”这个问题的答案是：

“相信我，在不久的将来，我们会看到18650年是最有说服力的。我真的不知道为什么18650年会引起这么多争议。没有人会关心你油箱的形状和大小，但把电化学能量放进电动汽车的形状和尺寸引起了这么多争议这些物质的含量决定了成本和性能。

目前，我们的电池实际上是深度定制的，我们已经与松下做了大量的客户定制工作。我们正在生产汽车级电池，根据汽车级标准的苛刻测试，在任何

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