特斯拉宣稱(chēng)分享專(zhuān)利技術(shù)，要推動(dòng)電動(dòng)車(chē)行業(yè)發(fā)展，一石激起千層浪，那特斯拉究竟有哪些核心專(zhuān)利？
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008-2013年期間Tesla所申請(qǐng)的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)大都與電池安全控制系統(tǒng)相關(guān)，包括電池冷卻系統(tǒng)，安全系統(tǒng)，電荷平衡系統(tǒng)等。截止到2013年3月底Tesla所申請(qǐng)的此類(lèi)專(zhuān)利數(shù)量達(dá)142項(xiàng)，另有258項(xiàng)專(zhuān)利正在審核過(guò)程之中。
除了電池管理系統(tǒng)以外，Tesla在電機(jī)和電控方面還有一些獨(dú)創(chuàng)性的技術(shù)。
Tesla汽車(chē)所用電動(dòng)機(jī)為自主研發(fā)的三相感應(yīng)電機(jī)，擁有最優(yōu)化的纏繞線性，能夠最大限度的減少阻力以及能量損耗。電機(jī)能量使用效率低，降低了高容量電池 組所帶來(lái)的的動(dòng)力性能優(yōu)勢(shì)，需要強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)配備智能化的能量管理軟件將各個(gè)電池單體的電流數(shù)字化并將電池組電能有效轉(zhuǎn)換為汽車(chē)動(dòng)能，提高能量利用效 率。
變速箱為單極變速系統(tǒng)，能夠?qū)⒔涣鞲袘?yīng)電機(jī)所產(chǎn)生的扭矩與車(chē)速進(jìn)行最優(yōu)化的匹配，相比傳統(tǒng)的汽油變速箱具有更好的加速運(yùn)動(dòng)特性。另外Tesla汽車(chē)上安裝 了較為完善的軟、硬件系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)變頻器、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)以及充電系統(tǒng)，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的扭矩以及電池組的能量傳輸過(guò)程，是整個(gè)汽車(chē)機(jī)體的能量控制系 統(tǒng)。通過(guò)一個(gè)高性能的數(shù)字信號(hào)處理器可以將汽車(chē)制動(dòng)、剎車(chē)、加速、減速等要求轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而控制轉(zhuǎn)動(dòng)變頻器將電池組的直流電與交流電相互轉(zhuǎn)換以帶動(dòng) 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供相應(yīng)的汽車(chē)動(dòng)力，同樣通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)變頻器可以將再生制動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的的交流電轉(zhuǎn)換為直流電以完成充放電過(guò)程。
一、特斯拉的解決方案：小電池+BMS
Tesla 的電池采用的是松下的三元材料(鎳鈷鋁酸鋰)，用的是比較成熟的18650型號(hào)(松下這種電池普遍用于筆記本之中)。
與現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)電池的主流趨勢(shì)不同，Tesla是唯一一家直接采用18650型鋰離子電池的公司，其他的電動(dòng)車(chē)都用的是大電池。只不過(guò)Tesla需要7000多節(jié)18650型鋰電池。普通家用筆記本電腦只要7~8節(jié)。
Tesla采用小電池的理由在于：
工藝成熟。過(guò)去15年多的時(shí)間里消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品所積累的先進(jìn)技術(shù)能夠應(yīng)用于車(chē)載電池領(lǐng)域，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品可在推動(dòng)需求、降低成本的同時(shí)提高能源密度。而目前許多剛 剛開(kāi)發(fā)出來(lái)的大容量方型電池，僅僅屬于實(shí)驗(yàn)型產(chǎn)品，并未有過(guò)量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并不能達(dá)到成熟階段。松下是全球電池技術(shù)和規(guī)模最大的企業(yè)之一，產(chǎn)品缺陷最少，由于 規(guī)模較大，也便于從中挑選出一致性好的電池。
性?xún)r(jià)比高。Model S 85kWh車(chē)型電池動(dòng)力系統(tǒng)總成本3萬(wàn)美元左右，單位儲(chǔ)能成本400美元/kWh左右，是其他電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能成本的一半左右。18650電池的生產(chǎn)商眾多， 使得下游企業(yè)對(duì)上游廠商有較強(qiáng)的議價(jià)能力，電池的成本可以得到控制。而隨著電子消費(fèi)類(lèi)用品的普及，18650價(jià)格也會(huì)繼續(xù)下滑，特斯拉亦可從側(cè)面受益。
安全性能可控。每個(gè)電池單元的尺寸小，可每個(gè)單元的能量可控制在較小的范圍，與使用大尺寸電池單元時(shí)相比，即使電池組的某個(gè)單元發(fā)生故障，也能降低故障帶來(lái)的影響。
但是將眾多(7000多個(gè))的小電池單體組成電池組，將會(huì)大幅增加電池單體之間的不一致性，導(dǎo)致單體溫度、電荷、電壓出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，引起個(gè)別電池過(guò)充、過(guò)放并產(chǎn)生靜電反應(yīng)，從而降低電池組壽命以及安全性。
二、核心技術(shù)：電池管理系統(tǒng)
這就是Tesla的核心技術(shù)—電池管理系統(tǒng)。
Elon musk本身是學(xué)物理出身，又在硅谷招聘了上百名工程師，這是它技術(shù)領(lǐng)先的根本原因。
Tesla建立電池檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)信息中心對(duì)18650對(duì)其溫度進(jìn)行智能監(jiān)控。
2.1電池檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室：源頭增加鋰電池單體一致性
因標(biāo)準(zhǔn)18650電池單體容量較小(約10.4wh)，Tesla Model S 85kWh版電動(dòng)汽車(chē)就需要8000多顆電池單體。如此眾多的電池單體所組成電池組，會(huì)大幅增加單體之間的不一致性，容易導(dǎo)致個(gè)別單體過(guò)充、過(guò)放并產(chǎn)生靜 電反應(yīng)從而降低電池組壽命并產(chǎn)生安全隱患，從而對(duì)單體的一致性檢測(cè)提出極高的要求。
Tesla擁有一個(gè)獨(dú)立的鋰電池監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室并依據(jù)鋰電池單體化學(xué)性能、形狀系數(shù)建立了一個(gè)完備的數(shù)據(jù)信息中心，通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室以及數(shù)據(jù)中心將電池供應(yīng)商 Sanyo所提供的18650電池進(jìn)行嚴(yán)格的性能測(cè)試以及一致性篩選，主要關(guān)注指標(biāo)包括：?jiǎn)误w容量大小，儲(chǔ)能持久性、功率輸出大小、電壓上下限等。其中一 致性、安全性較好的電池作為電池組備用電池，從而在根本上保證電池組功率傳導(dǎo)的穩(wěn)定性以及持久性。
2.2電荷平衡系統(tǒng)：有效排除18650故障單體
每個(gè)鋰電池單體都有一個(gè)電壓上限和下限，電池在此范圍內(nèi)可正常工作，但一旦單體電壓接近這一限值其化學(xué)性能將發(fā)生突變，必須立即停止放電或充電，否則電池將會(huì)受到不可逆的損壞，將會(huì)大幅增加電池的自放電率、產(chǎn)生靜電反應(yīng)進(jìn)而引起爆炸。
眾多電池單體所組成的電池組大大增加了單體之間的不一致性，導(dǎo)致電池電壓的安全范圍各不相同，安全性大幅降低。為此Tesla自主研發(fā)單體電荷平衡系統(tǒng)， 可有效排除故障單體，保證整車(chē)安全性能。Tesla電池組尾部安裝有印刷電路板，內(nèi)置眾多電源開(kāi)關(guān)，每個(gè)電源開(kāi)關(guān)一端連接某個(gè)18650電池單體，另一端 連接一個(gè)中型的集電器(單體電荷監(jiān)控器)。當(dāng)電池組中某一電池因過(guò)充、過(guò)放、溫度過(guò)高導(dǎo)致電量與其他電池不同時(shí)，集電器就會(huì)將能量在電池之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn) 移，防止其電壓超過(guò)安全范圍而產(chǎn)生異變。而當(dāng)該電池真的產(chǎn)生異變時(shí)，電子集成器將控制電路板上相對(duì)應(yīng)的電源開(kāi)關(guān)彈開(kāi)，從而將此電池單體隔離，避免產(chǎn)生靜電 反應(yīng)而引起爆炸。
2.3鋰電池溫度管理系統(tǒng)：提升整車(chē)安全性能
Tesla高達(dá)60kWh、85kWh的電池組容量使其運(yùn)行過(guò)程中將會(huì)釋放更多的熱量，從而加大了電池組溫度過(guò)高引起爆炸的概率，這是Tesla電池管理系統(tǒng)解決的最為核心的問(wèn)題之一。
電池組溫度檢測(cè)系統(tǒng)—智能溫度監(jiān)測(cè)
電動(dòng)汽車(chē)安全性能主要體現(xiàn)在對(duì)電池組溫度以及電流的控制上，尤其對(duì)于大容量的電池模組，當(dāng)電池組過(guò)充、過(guò)放、碰撞以及運(yùn)行過(guò)程中電池過(guò)度發(fā)熱都會(huì)引發(fā)電池組溫度過(guò)高而引發(fā)爆炸。
Tesla汽車(chē)電池組中的每一個(gè)電池單體都連接著一個(gè)熱敏電阻以及一系列的光導(dǎo)纖維，同時(shí)將熱敏電阻連接到電池監(jiān)控器，將光導(dǎo)纖維連接到光敏感應(yīng)器。當(dāng)某 個(gè)電池單體溫度超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，熱敏電阻將產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳達(dá)至電池監(jiān)控器以便啟動(dòng)電池冷凝系統(tǒng)保證電池安全性能。當(dāng)電池發(fā)生熱逃逸等現(xiàn)象時(shí)，將影響光導(dǎo) 纖維中光束的傳輸，進(jìn)而刺激光敏感應(yīng)器發(fā)出相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行熱度調(diào)節(jié)。而當(dāng)汽車(chē)發(fā)生劇烈碰撞時(shí)，電池組與電機(jī)的能量傳輸路徑將被立即阻斷，電池組外保護(hù)層將保 護(hù)電池組免受碰撞影響，從而避免發(fā)生劇烈爆炸。
電池組液體冷凝系統(tǒng)—實(shí)時(shí)溫度控制
Tesla自主研發(fā)的機(jī)體液體冷凝系統(tǒng)為雙模式冷卻系統(tǒng)，其中第一層冷卻回路專(zhuān)門(mén)為電池組降溫，電池回路將電池組與冷卻泵相連接，回路中充滿了冷卻劑，且 延伸多個(gè)冷卻管覆蓋至每個(gè)電池單體。第一層冷卻回路將控?zé)嵯到y(tǒng)，通風(fēng)設(shè)備以及其他散熱裝置與電池組熱量管理系統(tǒng)連接起來(lái)，從而保證每個(gè)電池單體溫度低于其 安全值以下，保證其散熱性以及安全性能。第二層冷卻回路包括第二冷卻儲(chǔ)液罐并與至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行熱交換，并立于第一個(gè)冷卻回路，保證電池組冷卻系統(tǒng)的 獨(dú)立性。
Tesla公司承諾為T(mén)esla Model S電池組提供8年或是10萬(wàn)英里的質(zhì)量保證，其汽車(chē)其他部件提供4年或是5萬(wàn)英里的質(zhì)量保證。最近更是推出一項(xiàng)免費(fèi)服務(wù)計(jì)劃，特斯拉將為因保養(yǎng)不善而遭到 損耗的電池組提供保修，并將為客戶免費(fèi)更換相同質(zhì)量或性能更好的電池，其電池組質(zhì)量可見(jiàn)一斑。