特斯拉汽车的技术路线、优势及专利开放(2)

　　特斯拉解决18650型传统电池短板的办法包括：活性的电化学材料、改进的电芯结构设计、优化模组设计、先进的故障保护机制和电池充放电控制，以及其业内领先的热管理系统和电池管理系统。
　　
　　活性材料和改进的电芯结构设计，带来单位体积/重量内能量存储更高，提高充电电压的同时，电芯稳定性更好。
　　
　　采用多电芯并联成组方式，提高电池包瞬间放电能力；电池包的多模组串联及其平板设计，更利于底盘布置更多的电池，提高单次充电的续航里程。
　　
　　核心的故障处理机制，全温度区间电池充放电的控制，以及高精度的SOC和SOH算法，对于单次循环超过400km续航里程而言，假使600次日常充放电循环，同样可以满足240000 km整车寿命。事实上，特斯拉为客户提供8年不限里程的质量保证。
　　
　　热管理系统不仅仅指液冷，还有围绕电芯覆盖面的绝缘、导热创新材料的应用，以及长方形铝制冷却管路的设计，确保电池工作在最优化、最一致的温度区间，从而获得即使在低温低电量时的电芯均衡一致性，并延长电池循环寿命，满足汽车级要求。
　　
　　电池管理系统是指基于汽车级的硬件软件，特别是多重安全设计，协同电芯、模组、电池包的安全装置，确保电池包安全可靠。同时该系统创新的控制策略保证了电池的监控管理精度最优化。特斯拉公司的研究人员对电池组的每一个层次都进行了严密的监控，在每个电池单元两端均设置有保险丝，一旦电池过热或者电流过大则立刻融断，断开输出，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。在每个电池模组上，均设 置 有 电 池 监 控 板（battery monitorboard,BMB），用以监控每个电池块的电压、温度以及整个电池模组的输出电压。在整个电池包上，设置有电池系统控制器以及智能保险，用以监控整个电池包的工作环境，包括电池包的电流、电压、温度、湿度等。在系统层面，设置有系统安全控制器，用以监控电池系统控制器。在车辆发生碰撞时，电池的外部结构可以保护电芯免受冲击并自动切断电源，这样一套电池控制系统已经成为特斯拉汽车电池的技术核心。
　　
　　2.2电机
　　
　　与常规的全轮驱动车辆只用一台发动机和变速箱分配能量、牺牲效率来换取牵引力不同，特斯拉的工程师们在后轮驱动Model S的基础上，在前轴加装了一台电机，使之成为双电机全轮驱动的Model S（图6）。特斯拉采用三相四极交流感应电动机，铜转子，具有变频驱动功能的驱动逆变器与动能再生制动系统。不仅体积小，重量轻，而且可以瞬时输出到最大扭矩，并在全寿命内基本无需保养。特斯拉Model S电动机还获得2014年度国际最佳发动机大奖。
　　
　　两台电机对Model S前后轮扭矩分别进行数字化独立控制，实现了车辆卓越的牵引控制，提升了性能表现的精准度。此外，Model S的双电机数字化扭矩控制与低重心设计相结合，有效地增强了车辆的抓地力及操控性能。技术上的创新与进步，令特斯拉的产品拥有独步同行业的优势。
　　
　　专注汽车创新领域的专家Steven L在其文章中曾解析特斯拉利用双电机提升车辆性能的秘密--“两个电机，我们把前轮的电机称为辅电机，后轮的电机称为主电机。两个电机可以根据各自特性，在不同工况下发挥各自优势，在任何一个转速区间内，电机组合都能为系统提供充足的扭矩支持与功率输出，从而优化驱动系统的效率。”
　　
　　双电机全轮驱动Model S最震撼人心的莫过于它的加速表现。车辆在起步时，轮胎与地面的摩擦力是车辆动力的来源。相较于两轮驱动（包括前轮驱动和后轮驱动）只能有2个轮胎提供动力，全轮驱动可以最大限度地利用路面和轮胎之间的摩擦力，实现快速起步。同时，依靠2个电动机在瞬间输出的最大扭矩，实现瞬间加速。
　　
　　双电机的使用从多个技术层面强化了Model S的性能优势，使其拥有极限速度极佳稳定性。
　　
　　2.3铝制车身
　　
　　特斯拉营销经理、铁杆车迷泰德·米伦蒂诺说过，在北美打造一辆最安全的汽车首先就是从金属材料的选择开始。特斯拉的电池很笨重，必须通过降低车身的重量来弥补笨重电池的不足。因此，特斯拉求助了Space X,并使用了它的先进火箭技术，结果特斯拉汽车成为北美唯一使用全铝车身的汽车（图7）。
　　
　　Model S主要采用的是美国铝业公司（Alcoa）生产的铝材来制造底盘和车身板件。这种轻质金属必须精密冲压，为此，特斯拉工厂配备了北美最大规模的液压机，大约相当于7层楼高，其延伸到地下的部分有3层楼高。实际上这是将总共5台液压机连成1排，用于模铸造型复杂的部件，如前机盖或车身两侧的板件。这是一种慢速冲压，目的是尽量减少热量和翘曲。完成冲压后还要用激光切割机进行更精密的加工。成型的部件被送往车间，装载在“智能运输车”上的车身可以沿着地面铺设的磁轨导航行驶。由于缺少合格的供应商，所以特斯拉使用的零件目前大部分为自产。“Model S其实是我们从零开始制造出来的。”马斯克在2012年11月于纽约市举行的Model S发布会上解释道。
　　
　　挤压件、冲压件和铸件的专业组合实现了需要的刚度和强度。高刚度、高强度结构不仅能保护车内乘员，还能提供更好的整体操控性。没有内燃机发动机的影响，经过优化的车前部，更有利于乘员的安全。完全平直的双八边形导轨沿车体结构底部布置设计，在紧急情况下可以吸收冲击能量。关键部位采用高强度钢材增强乘员安全。
　　
　　由于铝质车身重量很轻，所以即使搭载85 k W·h电池组，车子的续航里程仍能达到500 km以上，而多数纯电动汽车的续航里程仅在120 km左右。
　　
　　铝材相较传统汽车采用的钢材的不足之处，反倒通过一些人所谓的“过度设计”而得到了弥补：早期版本的Model S在侧面板件中嵌入了硼钢，并用航空航天级螺钉固定。这种工艺现在已经淘汰，取而代之的是更多铝增强材料的使用，阿波罗登月飞行器使用的也是这种铝材，而且依然采用航空航天级螺钉固定。这种铝增强材料可以吸收冲击力，例如在NHTSA测试中，当一根撞杆高速撞击车辆的侧面时，撞杆在撞到车内乘客之前就已经断裂或致使汽车停下。车尾的双保险杠可以保护坐在“第三排”座位上的乘客。“第三排”实际上是位于后备箱位置的儿童尺寸背向可折叠座位。Model S在NHTSA测试中撞坏了一个独立的车顶冲撞机，而它的车顶却没有塌陷，这也同样得益于用航空航天级螺钉固定的铝增强材料。