【汽车解码】特斯拉Model S热管理系统解析

腾讯数码讯（刘琦） 电动车的核心技术看电池，电池的核心技术看热管理。要说特斯拉创建了什么壁垒，那肯定就是它的热管理系统。要让迄今能量密度最高的7104颗动力锂电池，在寒冷的北欧和炎热的赤道，均保持稳定状态。这其中涉及到的硬件布局与软件算法，才是特斯拉真正的“杀手锏”。上篇文章提到，特斯拉Model S共有249项专利，其中有104项与电池有关。而在这104项中，大部分也是跟热管理相关的专利技术。热管理系统的研发水平，不仅关系到电动汽车的安全性，也直接影响到续航里程的表现。整体上说就是所谓的“热管理”，而简单地说指冷却系统，具体包括散热、产热、制冷，以及多余热量的利用。在动力电池的冷却方面，有两种主流选择：空气冷却或液体冷却。空气冷却，顾名思义靠行驶过程中的气流来带走热量，这种冷却系统成本低、结构简单，但效率也低，而且占用空间较大；相比之下，液体冷却效率最高，适合特斯拉装备的大功率电池，而且在结构设计上比空气冷却要更加灵活，但关键因素是成本较高。不仅如此，液体冷却还会存在冷却液外泄的危险，后期的保养与维护成本也较高。所以，特斯拉Model S一个电池组零售40万人民币，你也应该明白其中的原因了。有人喜欢这样计算：每节18650电池的成本，乘以7000节，就是电池组的成本。这是很滑稽的算法，根本没考虑电池组整体的包装成本，以及内部的冷却液系统。特斯拉的冷却液循环系统，在电池包的内部呈S型排列，它将444块电池纵向划分为了7组，每组两列。这个冷却液系统不仅贯穿整个电池组，还承担着电机与电控的冷却任务。通过这个冷却液循环系统带走的热量，最终会在车辆头部的热交换器散发出去。 Model S的前脸没有传统的中网，而是一个封闭的设计。但这并不代表它没有进气口，如果你仔细观察，就会看到在前唇下部有三个进气口。这三个进气口分别对应着三个热量交换装置，两侧的用来负责空调系统，中间的负责电池与电机的冷却液循环系统。值得注意的是，电池的冷却液循环与电机的冷却液循环是相互独立的两个系统，但这两者之间可以选择并联模式，也可以选择串联模式，所以又是相互配合的。然而，两个系统之间是不能自由切换的，热管理的软件算法，会根据热量分布情况来进行自动的关联。特斯拉Model S内部有三大热管理系统，前面提到的电池冷却循环是其中之一。此外，还有另外两个冷却循环系统，分别是负责调节座舱内部气温的空调系统，以及负责冷却电机、充电器的循环系统。在传统汽车上，空调系统（HVAC）的制冷是依靠发动机驱动的压缩机来实现的，而制热则是依靠发动机热量。在特斯拉Model S上，情况有所不同。对于制冷，可以依靠单独的电机来驱动压缩机，配合相应的制冷剂即可。而制热，由于没有发动机作为热量来源，只能选取其他制热的方式。这一点，特斯拉采取的是PTC加热方式，与某些取暖装置的原理是一样的，利用热敏原理生产热量，当然这比较耗电。但与此同时，电机产生的多余热量也会用来加热座舱。由于电池要维持一个稳定的工作温度，所以Model S的产热部件中温度最高的其实是电机。从特斯拉的一份专利文件可以读取到，在座舱内部的制热方面，首要热源实际上是电机，其次才是PTC制热装置。不能肯定这就是目前Model S采取的方案，但具备一定参考性。长途旅行时，空调是影响续航的一大因素。对于电动车来说，夏天行车开空调制冷，其实是比较耗电的，因为压缩机在不停工作；而冬天开空调制热，则可以充分利用电机工作时多余的热量。如果电机的热量不够，就会启用PTC制热，这时耗电量会飙升。在北欧等极寒天气下，特斯拉的热管理系统要接受更严苛的考验。因为在车辆起步前，动力锂电池要达到一定的工作温度才行。理论上讲，环境温度越高，电池内部化学反应越活泼，特斯拉的续航也会更长。所以与传统汽车相比，使用特斯拉要注意温度的影响。根据官方说明，电池组可以承受的温度范围是-30℃~60℃。在不使用车辆时，特斯拉建议车主把电充上，这样可以维持电池组的正常工作温度。只有在最佳温度下，电池才能发挥最大的化学效率。由此可见，特斯拉85kWh的电量，并没有全部用来驱动车辆。最为整台车唯一的能量来源，它的一部分电量被转换为热能浪费掉了，一部分用来驱动压缩机或加热座舱了，还有一部分则用来加热电池。最终剩下的，才是用来克服路面摩擦力与空气阻力，推进车辆行驶的电量。