（作者：周旭輝）

　　特斯拉宣稱分享專利技術(shù)，要推動電動車行業(yè)發(fā)展，一石激起千層浪，那特斯拉究竟有哪些核心專利？

　　據(jù)統(tǒng)計，2008-2013年期間Tesla所申請的核心知識產(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所申請的此類專利數(shù)量達(dá)142項，另有258項專利正在審核過程之中。

　　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創(chuàng)性的技術(shù)。

　　Tesla汽車所用電動機(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的的動力性能優(yōu)勢，需要強(qiáng)大的動力系統(tǒng)配備智能化的能量管理軟件將各個電池單體的電流數(shù)字化并將電池組電能有效轉(zhuǎn)換為汽車動能，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)動特性。另外Tesla汽車上安裝了較為完善的軟、硬件系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)動變頻器、數(shù)字信號處理系統(tǒng)以及充電系統(tǒng)，用來控制電動機(jī)的扭矩以及電池組的能量傳輸過程，是整個汽車機(jī)體的能量控制系統(tǒng)。通過一個高性能的數(shù)字信號處理器可以將汽車制動、剎車、加速、減速等要求轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，從而控制轉(zhuǎn)動變頻器將電池組的直流電與交流電相互轉(zhuǎn)換以帶動三相感應(yīng)電動機(jī)提供相應(yīng)的汽車動力，同樣通過轉(zhuǎn)動變頻器可以將再生制動系統(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（松下這種電池普遍用于筆記本之中）。

　　與現(xiàn)在電動車電池的主流趨勢不同，Tesla是唯一一家直接采用18650型鋰離子電池的公司，其他的電動車都用的是大電池。只不過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。過去15年多的時間里消費類產(chǎn)品所積累的先進(jìn)技術(shù)能夠應(yīng)用于車載電池領(lǐng)域，消費類產(chǎn)品可在推動需求、降低成本的同時提高能源密度。而目前許多剛剛開發(fā)出來的大容量方型電池，僅僅屬于實驗型產(chǎn)品，并未有過量產(chǎn)經(jīng)驗，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。

　　性價比高。Model S 85kWh車型電池動力系統(tǒng)總成本3萬美元左右，單位儲能成本400美元/kWh左右，是其他電動汽車儲能成本的一半左右。18650電池的生產(chǎn)商眾多，使得下游企業(yè)對上游廠商有較強(qiáng)的議價能力，電池的成本可以得到控制。而隨著電子消費類用品的普及，18650價格也會繼續(xù)下滑，特斯拉亦可從側(cè)面受益。

　　安全性能可控。每個電池單元的尺寸小，可每個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相比，即使電池組的某個單元發(fā)生故障，也能降低故障帶來的影響。

　　但是將眾多（7000多個）的小電池單體組成電池組，將會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，引起個別電池過充、過放并產(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建立電池檢測實驗室、數(shù)據(jù)信息中心對18650對其溫度進(jìn)行智能監(jiān)控。

　　2.1電池檢測實驗室：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?。s10.4wh），Tesla Model S 85kWh版電動汽車就需要8000多顆電池單體。如此眾多的電池單體所組成電池組，會大幅增加單體之間的不一致性，容易導(dǎo)致個別單體過充、過放并產(chǎn)生靜電反應(yīng)從而降低電池組壽命并產(chǎn)生安全隱患，從而對單體的一致性檢測提出極高的要求。

　　Tesla擁有一個獨立的鋰電池監(jiān)測實驗室并依據(jù)鋰電池單體化學(xué)性能、形狀系數(shù)建立了一個完備的數(shù)據(jù)信息中心，通過這個實驗室以及數(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)格的性能測試以及一致性篩選，主要關(guān)注指標(biāo)包括：單體容量大小，儲能持久性、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

　　每個鋰電池單體都有一個電壓上限和下限，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，否則電池將會受到不可逆的損壞，將會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)置眾多電源開關(guān)，每個電源開關(guān)一端連接某個18650電池單體，另一端連接一個中型的集電器（單體電荷監(jiān)控器）。當(dāng)電池組中某一電池因過充、過放、溫度過高導(dǎo)致電量與其他電池不同時，集電器就會將能量在電池之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)移，防止其電壓超過安全范圍而產(chǎn)生異變。而當(dāng)該電池真的產(chǎn)生異變時，電子集成器將控制電路板上相對應(yīng)的電源開關(guān)彈開，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)：提升整車安全性能

　　Tesla高達(dá)60kWh、85kWh的電池組容量使其運(yùn)行過程中將會釋放更多的熱量，從而加大了電池組溫度過高引起爆炸的概率，這是Tesla電池管理系統(tǒng)解決的最為核心的問題之一。

　　電池組溫度檢測系統(tǒng)—智能溫度監(jiān)測

　　電動汽車安全性能主要體現(xiàn)在對電池組溫度以及電流的控制上，尤其對于大容量的電池模組，當(dāng)電池組過充、過放、碰撞以及運(yùn)行過程中電池過度發(fā)熱都會引發(fā)電池組溫度過高而引發(fā)爆炸。

　　Tesla汽車電池組中的每一個電池單體都連接著一個熱敏電阻以及一系列的光導(dǎo)纖維，同時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)某個電池單體溫度超過安全標(biāo)準(zhǔn)時，熱敏電阻將產(chǎn)生一個電信號傳達(dá)至電池監(jiān)控器以便啟動電池冷凝系統(tǒng)保證電池安全性能。當(dāng)電池發(fā)生熱逃逸等現(xiàn)象時，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)信號進(jìn)行熱度調(diào)節(jié)。而當(dāng)汽車發(fā)生劇烈碰撞時，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)—實時溫度控制

　　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門為電池組降溫，電池回路將電池組與冷卻泵相連接，回路中充滿了冷卻劑，且延伸多個冷卻管覆蓋至每個電池單體。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，從而保證每個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液罐并與至少一個轉(zhuǎn)動部件進(jìn)行熱交換，并立于第一個冷卻回路，保證電池組冷卻系統(tǒng)的獨立性。

　　Tesla公司承諾為Tesla Model S電池組提供8年或是10萬英里的質(zhì)量保證，其汽車其他部件提供4年或是5萬英里的質(zhì)量保證。最近更是推出一項免費服務(wù)計劃，特斯拉將為因保養(yǎng)不善而遭到損耗的電池組提供保修，并將為客戶免費更換相同質(zhì)量或性能更好的電池，其電池組質(zhì)量可見一斑。

　　作者聲明：本人是作為一名證券從業(yè)者討論技術(shù)，紙上談兵，可能不專業(yè)，請多批評指正！