“电动汽车关键共性技术研究及整车集成应用”课题特斯拉MODELS动力电机动力电池系统解.

1、“电动汽车关键共性技术研究及整车集成应用”课题特斯拉model s动力电机动力电池系统解析报告天津清源电动车辆有限责任公司目录一、动力电机系统2(a)(b) 21. 感应电动机22. 逆变器33. 电机系统组成3二、动力电池系统51、动力电池系统功能概述52、动力电池系统解析6一、动力电机系统驱动系统由三相感应式异步电机、单级变速器和逆变器组成，单级减速速 比为9.73： lo电机和逆变器之间的三项线束和接插头都被取消，深度集成在一 起，提高了系统整体的集成度、系统安全性高，降低成本。invertermotortmnsfrascnoiflplugcoow 顽 oldtrtuimmooidrtf

2、lplugcotmal mlet(b)(a)图1.1电机和电机控制器总成1.感应电动机tesla model s采用交流异步感应电动机。感应电动机有两个主要的部件，定 子和转子。转子由横着的多根导电杆，两端的导电圆盘，以及夹在导电圆盘之间 的多个硅钢片组成。定子连接到三相交流电上，线圈中的三相交流电产生旋转的 磁场，从而在电机中产生具有4个磁极的磁场，旋转的磁场在转子的导电杆中产生感应电流。因为导电杆中有电流，所以导电杆在磁场中转动。 感应电动机的参数如表1所示：表1.1感应电动机参数电机类型交流/异步布置类型后置后驱最大功率(kw)284.8最大扭矩(nm)4402,逆变器逆变器是可以将电池

3、模块中的直流电转变成交流电动机需要是交流电。逆变 器同时控制其所输出的交流电的频率，从而控制电机的转速。另外，逆变器甚至 能控制交流电的电压，从而控制电机的动力。特斯拉model s车型的逆变器，峰值功率可达320kw,最大可承受1500a 电流。逆变器采用了很成熟的工业igbt的元件，集成了整车控制器vcu的功能在 里面。(a)(b)(c)(d)图1.2逆变器图示3.电机系统组成控制器壳体电机箱体电机变速器带定子电机转子带端盖“冷却水密封湍盖图1.3电机系统构造图1.4电机系统部件二、动力电池系统1、动力电池系统功能概述动力电池作为驱动电机电能供给的关键部件，也是tesla在专利申请上数量

4、最多的零部件。作为整车上的能源供给和能量存储，其需要具有较高的能量密度 和功率密度、较高安全性、完善的电池管理系统等要求。tesla model s动力电池系统具备的功能：快速充电、车载obc充电、低压控制与通讯、温度管理系统。车身底盘总成电池总成图2-1动力电池安装位置101.811图2-2动力电池外形尺寸2、动力电池系统解析动力电池系统组成可以分为以下五类： 电池模块：电池模组是电池系统的主要子单元，也是特斯拉的设计核心之一。结构系统：电池系统中采用了大量的隔离结构件，起到防水和绝缘的作用。热管理系统：冷却水系统管路及接口线束系统：高压母线和低压通信线束两部分电气系统：包含电池管理、继电器

5、、保险、预充电阻等排气系统：主要是对电池组压力进行释放,主要有排气阀和接口两部分组成o1）电池系统组成解析i水冷接插件口 ;高压接插件口；保险丝更换口 ；i|4、:1 bms |；低压接插件口 -水冷系统电气连接图2-3动力电池系统示意图高压接插件低压接插件保险丝更换口图2.4动力电池系统结构图高压母排 及采?/水汽隔萼膜热管理系统管路高压电气（母线排、总保险） 及继电器等电气系统口图2-5动力电池结构构成电池系统组成包括电池包覆盖结构、紧固结构、冷却系统管路、绝缘板、电 池模块、母排、水汽隔离膜、高压电气系统等。表2.1动力电池系统零部件序号名称备注高压连接器低压连接器3继电器（：h, 55

6、电流传感器熔丝母线牌主线束维护开关10接曰11排气阀12电池系统底部外壳13电池系统外壳14电气系统外壳15绝缘垫16水汽隔离17电池模块18冷却管路19冷却导流管2）电池模块组成解析根据特斯拉model s车型的不同，电池模块规格也各不相同，为了提高设计 的均一性，电池模块采用相同的设计规格，需要填充的部分采用假电池进行填充, 保证模块的强度和中心位置的一致性。图15动力电池模块电池模块由以下部分组成： 电池单体：采用松下nrc18650b型号。母线排：连接电池的作用，将每组电池正负极连接在一起。隔层：将电池与冷却管隔离并有绝缘的作用散热铜管：通过每一面与单体连接，将热量带出整个电池模组。隔

7、离板：在电池的顶盖上方，起到绝缘的作用。 bmu采集板：测量电压和温度。 熔丝：连接电池单体与母线排，采用半导体中的bonding i艺，对于电池组 装而言是非常难的工艺。温度传感器：采集温度，其位置在冷却管的输入端和输出端。采样电压采集线束：采集电池电压，并有专门的固定的导线索引的结构进行 固定。图2-6动力电池模块组成集流排的设计: 正极：75个单体集流板，图2.7中1所示。负极：75个单体集流板，图2-7中6所示。中间集流板：将每组并联后的电池串联在一起。中间集流板的面积较大。分别为 蓝、黄、绿区域。低配每 并少10 颗 cell镀镣后颜色不同18耳斗mr 丫*¥、>99

8、93tfl，”，bmb图2-7动力电池模块集流排设计电池模块bom如表4所示:序号名称表2-2电池模块bom备注空单体空单体填装物单体4单体模块外壳单体分割外壳母板7冷却管温度传感器11电池管理系统12单体熔丝导线索引装置3）电池单体解析tesla model s用电池单体是松下公司的nca18650b。图2-8电池单体单体基本参数如下表所示:表2-3电池单体基本参数名称参数实测单位容量3200mah开路电压3.63.88v阻抗23.85m q重量48.546.73g直径18.518.09mm高度65.364.69mm正极内径3.19mm外壳厚度0.33mm不同温度下的充放电曲线和不同倍率下的

9、放电速度，如图2-9所示(a)(b)图2-9单体不同温度下的充放电曲线和不同倍率下的放电速度实际测试过程中，采用三组不同的单体进行测试平均后，获取不同放电速率 下放电容量如下表所示。表2-4单体性能与温度关系测试条件室温25c条件下放电速率0.2c0.5c1c2c放电容量3.012.922.842.75容量剩余100%97%94%91%电池内部结构拆解图2-10电池内部拆解4）池管理系统解析a）电池管理系统组成电池管理系统采用主从架构，bmu具备主副双mcu设计，副mcu可检测 主mcu工作状态，一旦发现其失效可获取控制权限。bms控制器的pcb板上具 有一个手动reset按钮以及具有较强电流负载的预充电接触器。电池管理系统bms主控制器bmulococx<am从控制器bmb图1电池管理系