『汤叔解惑』详解特斯拉的强大性能是怎么来的？（下）

上一期专栏为大家解读了特斯拉Model S的感应电机是如何工作的，以及逆变器的控制逻辑和重要作用。本期继续为大家解读特斯拉Model S的电池包设计，还有感应电机是如何回收制动能量的。

■  电池包的设计

特斯拉Model S采用的是18650三元锂电池。18指的是直径18毫米，65指的是长度为65毫米，0表示采用的是圆柱形设计。电池的主流技术路线分成三种：圆柱形，方格形和软包形。圆柱形的电池，拥有较高的能量密度，也有不错的稳定性和一致性，并且非常适合大规模工业化生产，通过规模效应可以极大的降低生产制造成本。

▲18650电池单体

以85千瓦时的特斯拉Model S为例，它的的电池包由16个电池模块组成，每个电池模块拥有400多个电池单体，也就是我们常说的电芯。所以一共由7000多个电池单体通过串联和并联的方式组成了电池包。并且获得了超过400伏的直流电压。用此电压可以让Model S获得0-100公里/小时3.3秒的加速性能以及超过400公里的综合续航里程。

在之前的专栏我为大家介绍过关于电池一致性的问题。除了电池出厂前通过筛选来获得尽可能的一致性以外，在使用过程中确保每一个电芯环境温度的一致，也是让每一个电池单体尽可能保持一致性的重要手段。并且，由于每个电芯都有内阻，在放电过程中自身也会发热，所以特斯拉给这7000多个电芯组成的电池包设计了一套液冷系统（水冷）。注意，这套系统不仅仅只是为了给电池由于内阻产生的热量散热，更重要的是可以在汽车复杂的使用环境中尽可能的保持每一个电池单体工作温度的一致，从而让每个电池单体的电压、容量，放电速度也尽可能保持一致，从而提高系统的稳定性和电池使用寿命。

■ 由7000多个电池单体构成的电池包

由于单个电芯的密度很大，当7000多个电池单体组成一个庞大的电池包后，重量也会超过900公斤，这已经接近一个微型车整车的重量了，所以为了保护电芯安全稳定运行，电池包的强度会被特别加固，除此之外还需要做严格的防水密封措施，除了需要防止外部涉水或恶劣天气导致的侵入，也要防止冷却液侵入到电芯当中去。

▲采用水冷保持每个电池单体一致的工作温度，并通过前端的散热器进行散热

当然，这样做也带来了两个好处：由于特斯拉Model S的电池包布置在整车最底部，并且重量大而集中，所以极大的降低了车辆的重心，给操稳带来良好的作用；其次经过结构加强的电池包也可以极大的提高车身侧面刚度，从而提高了车身侧面碰撞的安全性能。要知道这种超高的侧撞安全性能在传统燃油车当中需要额外超强的结构才能实现，并且随着碰撞法规的越来越严格，要想拿到好的碰撞成绩，侧面碰撞是必不可少的加分项。特斯拉以及同类型的电动车，在这方面有着得天独厚的优势。

■  Model S是如何实现牵引力控制的？

上一篇专栏已经介绍过了，特斯拉Model S只采用了一个单级传动比。这个单级传动比由两个减速齿轮来获得，最终把动力传递给了一个开放式差速器。不过，了解高性能车的用户肯定知道，像保时捷911Turbo，或者兰博基尼法拉利这样的0-100km/h加速3秒多的超跑来说一定会采用LSD限滑差速器来获得较好的牵引力控制性能。为什么同样加速3秒多的特斯拉Model S只采用了一个开放式差速器呢？原因是特斯拉一定要把电动机驱动性能发挥到极致。

▲放弃限滑差速器，采用智能软件实现牵引力控制

首先，传统的LSD限滑差速器往往是通过多组摩擦片来传递动力的，所以严格来说没有开放式差速器可靠。要知道特斯拉Model S的扭矩输出超级强劲，采用开放式差速器能够适应更大的扭矩输出。其次，特斯拉通过对单边车轮的制动可以达到扭矩分配的效果，其实这种控制方式在燃油车当中也经常使用到，通过给打滑一侧的车轮施加制动力，开放式差速器会优先把动力分配给另一侧车轮，从而实现牵引力控制。

▲通过对打滑车轮单独制动实现驱动力分配

如果加速动力过大导致即便制动系统介入也于事无补，那么感应电机则会发挥其响应速度超快的特质，通过逆变器降低供应电压输出来降低轮端扭矩，从而保持车轮始终保持抓地。由于电动机的扭矩控制可以在一瞬间完成，必然比发动机要迅速得多，所以差速制动加上传感器和逆变器的配合，足以让Model S保持稳定的牵引力输出。

▲通过逆变器迅速切断电源从而降低扭矩输出从而摆脱打滑

■ 感应电机是如何实现制动能量回收的？

前面专栏里为大家介绍过感应异步电机的驱动原理。简单的说，它是由于旋转磁场转动的速度始终高于转子旋转的速度从而实现动力输出。同样的道理，当旋转磁场的速度小于转子旋转速度时，感应电机则会变成发电机发电。我们知道，当车辆需要减速时，在庞大车身重量的惯性下，车轮旋转并且带动电机转子旋转的转速与车速是保持一致的。这时候只需要通过逆变器改变三相交流电频率，调低旋转磁场的转速则可以获得一个比转子转速更低的旋转磁场。逆变器输出的交流电频率越低旋转磁场的转速也就越低，这就意味着发电量越大，车辆的行驶阻力越大。

▲转子速度大于旋转磁场速度为发电机，转子速度小于旋转磁场速度为电动机

通过调节逆变器的输出频率就可以线性的调节制动能量回收力度的大小。再配合制动踏板最终把车停下来。所以对于电动车来说，绝大部分减速都可以靠电机的反拖实现，不仅减小了刹车系统的负荷延长了刹车系统寿命，还额外获得了电能提高了续航里程，并且通过逆变器的精准控制，这个过程完全可以与刹车系统无缝衔接。