Tesla目前推出了兩款電動汽車，Roadster和Model S，目前收集到的Roadster的資料較多，因此本文重點分析的是Roadster的電池管理系統(tǒng)。
電池管理系統(tǒng)（Battery Management System, BMS）的主要任務(wù)是保證電池組工作在安全區(qū)間內(nèi)，提供車輛控制所需的必需信息，在出現(xiàn)異常時及時響應(yīng)處理，并根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)及車輛需求等決定電池的充放電功率等。BMS的主要功能有電池參數(shù)監(jiān)測、電池狀態(tài)估計、在線故障診斷、充電控制、自動均衡、熱管理等。本文將重點分析電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) (Battery Thermal Management System, BTMS).
熱管理系統(tǒng)的重要性
電池的熱相關(guān)問題是決定其使用性能、安全性、壽命及使用成本的關(guān)鍵因素。
首先，鋰離子電池的溫度水平直接影響其使用中的能量與功率性能。溫度較低時，電池的可用容量將迅速發(fā)生衰減，在過低溫度下（如低于0°C）對電池進行充電，則可能引發(fā)瞬間的電壓過充現(xiàn)象，造成內(nèi)部析鋰并進而引發(fā)短路。其次，鋰離子電池的熱相關(guān)問題直接影響電池的安全性。生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的缺陷或使用過程中的不當(dāng)操作等可能造成電池局部過熱，并進而引起連鎖放熱反應(yīng)，最終造成冒煙、起火甚至爆炸等嚴(yán)重的熱失控事件，威脅到車輛駕乘人員的生命安全。另外，鋰離子電池的工作或存放溫度影響其使用壽命。電池的適宜溫度約在10~30°C之間，過高或過低的溫度都將引起電池壽命的較快衰減。動力電池的大型化使得其表面積與體積之比相對減小，電池內(nèi)部熱量不易散出，更可能出現(xiàn)內(nèi)部溫度不均、局部溫升過高等問題，從而進一步加速電池衰減，縮短電池壽命，增加用戶的總擁有成本。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是應(yīng)對電池的熱相關(guān)問題，保證動力電池使用性能、安全性和壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一。熱管理系統(tǒng)的主要功能包括：1）在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；2）在電池溫度較低時進行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充電、放電性能和安全性；3）減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫位置處電池過快衰減，降低電池組整體壽命。
Tesla Roadster的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
Tesla Motors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。車載電池組由6831節(jié)18650型鋰離子電池組成，其中每69節(jié)并聯(lián)為一組（brick），再將9組串聯(lián)為一層（sheet），最后串聯(lián)堆疊11層構(gòu)成。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻液為50%水與50%乙二醇混合物。
圖 1.(a)是一層（sheet）內(nèi)部的熱管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，帶走電池產(chǎn)生的熱量。圖 1.(b)是冷卻管道的結(jié)構(gòu)示意圖。冷卻管道內(nèi)部被分成四個孔道，如圖 1.(c)所示。
為了防止冷卻液流動過程中溫度逐漸升高，使末端散熱能力不佳，熱管理系統(tǒng)采用了雙向流動的流場設(shè)計，冷卻管道的兩個端部既是進液口，也是出液口，如圖 1(d)所示。電池之間及電池和管道間填充電絕緣但導(dǎo)熱性能良好的材料（如Stycast 2850/ct），作用是：1)將電池與散熱管道間的接觸形式從線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|；2)有利于提高單體電池間的溫度均一度；3)有利于提高電池包的整體熱容，從而降低整體平均溫度。
圖1. Roadster的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)示意圖
通過上述熱管理系統(tǒng)，Roadster電池組內(nèi)各單體電池的溫度差異控制在±2°C內(nèi)。2013年6月的一份報告顯示，在行駛10萬英里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%~85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯。上述結(jié)果的取得依賴電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的有力支撐。
