TESLA Roadster纯电动车电池系统拆解分析
TESLA汽车有限公司（TeslaMotors,Inc.）是一家2003年诞生于美国加州硅谷的电动车辆制造商。

2008年2月，TESLA正式推出首款产品—Roadster（双门纯电动敞篷跑车），目前已经销往31个国家，累计交付超过1600辆。

TESLA Roadster外观图
TESLA Roadster动力性能优异，整车各项参数如下：
整备质量1235kg；
电池系统可用能量为53kWh；
0~100km/h加速3.9秒；
最高时速可以达到200km/h；
最大输出功率215kW；
最大扭矩400Nm；
最大续驶里程可以达到390km，甚至创造过单次充电行驶501公里的世界量产电动车续驶里程纪录；
电池—里程（Battery to Wheel）的转换率可达135Wh/km（EPA公路循环）。

TESLA Roadster出色的动力性能不仅得益于碳纤维材料在车身上的应用，更
离不开所搭载的动力电池系统的卓越表现。

动力电池系统布置示意图
其动力电池系统参数如下表所示：
电芯类型　18650(3.7V,2.17Ah)
电芯数量　6831
串并形式　11S9S69P
可用能量　53kWh
容量　150Ah
重量　450kg
能量密度　120Wh/kg
持续输出功率53kW
额定电压　
366V
(297V min,411Vmax)
辅助设备电压12V
充电时间　3~5hours
动力电池系统外观及其在车辆上的装配位置
TESLA选择使用18650电芯组成Roadster的电池系统，总计共使用了6831节电芯。

其组成结构如下：
1、由69节18650电芯构成一个“Brick”，每个“Brick”中的电芯全部并联在一起；
2、9个“Brick”串联构成一个“Sheet”；
3、11个“Sheet”串联之后，构成整个电池系统，在电池系统中，“Sheet”是最小的可更换单元。

电芯“Brick”“Sheet”电池系统
TESLA之所以在其首款量产电动车上配备由18650电芯组成的电池系统，是其认为过去15年多的时间里18650电芯在消费类电子产品中得到了广泛的应用。

全球每年要生产数十亿个18650单元，其安全级别不断提高，所积累的先进技术完全能够应用于车载电池领域。

并且，消费类电子产品对18650电芯的大量需求可帮助其在降低成本的同时
提高电芯的能量密度。

另外，由于每个电芯的尺寸较小，则电芯的能量可控制在较小的范围。

与使用大尺寸电芯的电池组相比，即使电池组的某个电芯发生故障，也能降低故障带来的影响。

从散热角度分析，18650电芯的“表面积/体积”与方形电芯（假设其容量为18650电芯的20倍）相比，约为方形电芯的7倍，这将大大增加18650电芯在散热方面的优势。

为了确保电池系统安全性，TESLA从电芯到电池系统采取了多种安全措施，
其中包括：
1、电芯的安全措施
1）在电芯正极附近装有PTC（Positive Temperature Coefficient）装置，当电芯内部温度增高时其电阻会相应增高，从而起到限流作用；
2）电芯内部均装有CID（Current Interrupt Device），当电芯内部压力超过安全限值时会自动断开，从而切断内部电路；
3）电芯材料选择，显著影响电芯在热失控情况下的易燃性，并提高燃点温度；
2、电池系统的安全措施
1）电池系统外壳体采用铝材，结构强度较高，并且电池箱体后部设有通气孔，以防止箱体内部气压过高；
电池箱体后部通气孔详图
2）每个电芯的正、负极均设有保险丝，如果个别电芯发生短路，此安全设计可以实现问题电芯与系统之间电路快速断开；
电芯正、负极均设有保险丝
“Sheet”上模架通过绝缘垫片和圆柱形帽结构对电芯正极或负极端面进行限位，并且“Sheet”中个别电芯端面与模架间打胶固定。

电芯及其在“Sheet”中的固定方式
“Brick”的极板与电池模架之间通过环氧树脂胶固定，电压采样点通过铆接方式与极板相连。

电池极板及采样点连接方式
3）部分“Sheet”设有保险装置，如下图所示，“U”表示无保险，“F”
表示有保险。

一旦“Sheet”电流超过限值，保险立刻融断，保证系
统安全。

“Sheet”细节图
“Sheet”之间由金属编织铜排串联，外部有塑料外壳（橙色）提供
绝缘保护，其中的红色垫片功能类似铆接螺母；
间连接图
“Sheet”
4）每个“Sheet”均设置有电池监控板—BMB（Battery Monitor Board），用以监控“Sheet”内每个“Brick”的电压、温度以及整个“Sheet”
的输出电压；
BMB安装位置
5）电池系统内设置有电池系统监控板—BSM（Battery SystemMonitor)，其通过相应传感器监控整个电池系统的工作环境，其中包括电流、电压、温度、湿度、烟雾以及惯性加速度（用于监测车辆是否发生碰撞）、姿态（用于监测车辆是否发生翻滚）等。

并且，可以与车辆系统监控
板—VSM（VehicleSystemMonitor）通过标准CAN总线实现通信；
BSM安装位置
6）电池系统内部设置有冷却装置，冷却液为水和乙二醇的混合物（比例为1:1），冷却装置的管路接口如下图所示：
电池系统外部管路接口
以下图片显示了“Sheet”内部冷却管路的布置：
电池模块“Sheet”内部冷却管路布置与接口
电池系统中的共计6831只18650电芯的表面积合计可以达到约27m2，并且每只18650电芯附近均布置有冷却管路，冷却管路与电
芯间填充有绝缘导热胶质材料（下图中蓝色部分），固化后非常坚硬。

在这些因素的作用下，电芯可以将热量快速传递至外部环境，并在
电池系统内部保持热平衡。

电池模块“Sheet”内部冷却管路与导热介质
冷却液的进、出管路设计为交叉布置方式，共分为4个接口，如下
左图所示。

接口分别为2个进口和2个出口，布置方式如下中图所示：
这种设计方式可以有效避免因为管道过长而使得管道始、末端冷却液温度差异过大，进而造成电芯温度差异过大。

另外，每条进、出管道
又分为2个子管道（如上右图所示），使得冷却液与管道接触面积增加，提高热传递效率。

7）高压电气系统设计特点。

电池箱体内部由11个SHEET串联，两边空隙处安装各电器元件，其中包括：DC/DC、Relay（2个EV200）、预充电阻、FUSE、BSM等。

以下为电池系统的电气原理图和器件布置详图：
电气原理图
高压器件布置详图
下表为主要高压器件的型号说明：
名称厂家型号(参数)图示继电器泰科EV200
快速
熔断器Bussmann
Limitron fast‐acting fuse
Symbol&amp
KLM‐10
(600V‐30A60/75°C)
“Sheet”熔断器Ferraz shawmut
A50QS400‐4
400A,500VAC200AI.R,500VDC
200AI.R,150°C,0.235mΩ　
预充电阻RARA
ELECTRONICS
CORPORATION
E227820ulf200C,39ΩJ,2500V
参考文献：
[1]Gene Berdichevsky,Kurt Kelty,JBStraubel and Erik Toomre,The TeslaRoadster Battery System,TeslaMotors,2007.8.16.
[2]Scott Kohn,Gene Berdichevsky,Brian Charles Hewett.Tunable Frangible Battery Pack System. United States Patent,7923144B2,2011.4.12.
[3]/w/index.php?oldid=382256474。