收藏｜特斯拉纯电动汽车最全面技术分析

2.特斯拉目前的技术优势

2.1电池

特斯拉是唯一一家采用18650型三元锂离子电池的电动汽车公司。这种类型电池曾一直用于笔记本电脑、数码相机、手机等电子消费产品中。针对电动汽车的应用环境，特斯拉使用的18650型电池又不同于笔记本等数码设备所使用的18650型电池，其技术标准也要高于后者，例如在设计上特斯拉使用的18650型电池能量密度高于同时期其它类锂电池50%以上。

特斯拉选择松下18650型电池的原因主要有：能量密度大，稳定性、一致性更高；技术较为成熟、出货量大、生产自动化程度高，可以有效降低电池系统成本；全球每年生产数10亿个18650型电池，安全级别不断提高；单体电池尺寸小但可控性高，可降低单个电池发生故障带来的影响，即使电池组的某个单元发生故障，也不会对电池整体性能产生影响，但车辆会显示出错误信息，对用户进行警示，这也是配备较多单体电池的好处。

特斯拉旗下量产车型ModelS使用的是松下定制的三元材料电池，即镍钴铝三元正极材料的锂电池。虽然18650型电池是全球顶尖电池，但传统18650型锂电池也有其自身特性所无法忽略的一些相对弱点，例如对温度相对敏感、一致性差等。电动汽车对电池的要求是单次充电续航里程大、性能稳定可靠、安全系数高且可循环充电次数多。

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240000km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（BatteryMonitorBoard，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ModelS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ModelS。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ModelS电动机还获得2014年度国际最佳发动机大奖。

两台电机对ModelS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，ModelS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StevenL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ModelS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ModelS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SpaceX，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4）。

图4全铝车身的特斯拉电动汽车

ModelS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。「ModelS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ModelS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85kW˙h电池组，车辆的续航里程仍能达到500km以上，而多数纯电动汽车的续航里程仅在120km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ModelS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。ModelS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。

2.4安全性

特斯拉ModelS是2014年唯一一款同时获得欧洲EuroNCAP和美国高速公路安全管理局（NHTSA）5星最高评分的车型。事实上，能够获得「双5星」殊荣的汽车非常稀少，而特斯拉却能在包括正面碰撞、侧面碰撞、翻滚测试、儿童保护测试、行人保护测试、鞭打测试等诸多评比项目中脱颖而出。下面将从车身安全、电池安全和信息安全3个方面进行分析。

车身安全

不同于传统汽车普遍采用的钢制车身，特斯拉ModelS的车身和底盘主要采用铝合金材料打造，相比传统钢材，铝材料本身就具有更好的金属延展性，因此可以更有效地吸收冲击力。同时车身框架用高强度材料加固，撞击时能够有效吸收能量，但驾驶舱却不易变形。从实际高速驾驶强烈碰撞的结果来看，ModelS也证明了铝材料所具备的优势。

由于全车最重的部件——电池组位于底盘正下方，这为车身安全带来两方面助益：

第一，沉重的电池组所带来的低重心让特斯拉几乎不会发生侧翻；

第二，特斯拉电池组本身就设计非常坚固，这无形中又为车辆乘员舱增加了一层保护。

除此之外，得益于纯电动汽车技术优势，特斯拉ModelS拥有了「前备箱」的设计，这不仅为车主腾出了一个巨大的储物空间，无形中还充当着碰撞前缓冲区的角色。「前备箱」腾出的空间使特斯拉ModelS得以在车体结构底部布置完全平直的双八边形导轨，这在车辆发生正面碰撞时能最大程度地吸收撞击能量，有效保护驾驶舱人员的安全。而在行人保护方面，当车辆行驶速度在19~53km/h时，假如ModelS前保险杠内的传感器检测到与行人发生碰撞，前备箱盖后部会自动升起约80mm高度，在相对较软的铝制前备箱盖与其下面的较硬组件之间形成空间，在发生正面撞击时最大程度减少对行人和骑车人的头部伤害。

除了硬件「抗撞」外，特斯拉还会提供管家式的自动求助功能，当特斯拉ModelS发生了碰撞的紧急情况，该车将立即自动发送后台相关参数，客服人员会在必要情况下及时联络车主帮助处理后续事宜。此外，后台工作人员也可通过车号自动得知该车辆是否需要更换相关部件，辅助车主进行升级或替换部件。

特斯拉自动驾驶功能结合前置摄像头、雷达、360度超声波传感器以及实时车流量更新，能够探测车身周围约5m范围内的障碍物，能够在开阔路面和频繁停车起步的路况中自动驾驶ModelS。标准配备的安全功能会始终监控停车标志、车辆和行人，以及无意识变道。也就是说，特斯拉随时随地为车主规避风险，防止事故的发生。据悉，自动驾驶相关功能会随着特斯拉空中升级的软件更新而逐步启用。如特斯拉6.2版车载系统升级，就新增了主动巡航控制、前撞预警系统和基于摄像头的远近光自动调节功能。

可以说，特斯拉倾尽心血打造了一台「轻型智能化坦克」，不仅被动安全系数高，更要求在主动安全上利用智能化手段规避有可能发生的危险。