對Tesla來說最近可謂是禍不單行：連續(xù)發(fā)生了3起起火事故，市值狂跌40億，剛剛又有3名工人受傷送醫(yī)。Elon Musk就一直忙著到處“滅火”，時而還跟公開表示對Tesla“不感冒”的喬治·克魯尼隔空喊話。在經歷了首次盈利、電池更換技術、穿越美國、水陸兩棲車等頭條新聞后，Elon Musk最近總以各種負面消息重返頭條。這位“鋼鐵俠”CEO在2013年真是遭遇各種大起大落。

其中最為人關注的莫過于Model S的起火事故，而在起火事故中最核心的問題就是電池技術。可以說，牽動Tesla股價起起落落的核心元素就是它的電池技術，這是投資者最關心的問題。在美國發(fā)生的兩起起火事故有著相似的情節(jié)：Model S撞擊到金屬物體后，導致電池起火，但火勢都被很好地控制在車頭部分。在墨西哥的事故中，主要的燃燒體也是電池。而且在3起事故中，如何把著火的電池撲滅對消防員來說都是個難題。

這讓很多人產生一個疑問：Model S的電池就這么不禁撞嗎？在之前的一篇文章中我跟大家簡單討論了一下這個問題，但只是停留在表面。讀者現(xiàn)在都了解的是：Model S的電池位于車輛底部，采用的是松下提供的18650鈷酸鋰電池，整個電池組包含約8000塊電池單元；鈷酸鋰電池能量密度大，但穩(wěn)定性較差，為此Tesla研發(fā)了3級電源管理體系來確保電池組正常運作?，F(xiàn)在，我們找到了Tesla的一份電池技術專利，借此來透徹地了解下Model S電池的結構設計和技術特征。

電池的布局與形體

如專利圖所示，Model S的電池組位于車輛的底盤，與輪距同寬，長度略短于軸距。電池組的實際物理尺寸是：長2.7m，寬1.5m，厚度為0.1m至0.18m。其中0.18m較厚的部分是由于2個電池模塊疊加造成的。這個物理尺寸指的是電池組整體的大小，包括上下、左右、前后的包裹面板。這個電池組的結構是一個通用設計，除了18650電池外，其他符合條件的電池也可以安裝。此外，電池組采用密封設計，與空氣隔絕，大部分用料為鋁或鋁合金?？梢哉f，電池不僅是一個能源中心，同時也是Model S底盤的一部分，其堅固的外殼能對車輛起到很好的支撐作用。

由于與輪距等寬，電池組的兩側分別與車輛兩側的車門檻板對接，用螺絲固定。電池組的橫斷面低于車門檻板。從正面看，相當于車門檻板“掛著”電池組。其連接部分如下圖所示。

電池內部結構

Model S電池組在內部被劃分為7個區(qū)域（605），每個區(qū)域安裝兩個電池模塊（701），每個模塊內置370塊電池單元。在電池組頭部還有一個突出部分（607），其厚度也較高，這就是上文提到的0.18m的部分，安裝了兩個電池模塊，堆疊排放。這樣計算下來一共有5920塊電池單元。同時這7個區(qū)域（包括突出部分一共是8個空間）相互之間是完全隔絕的，這樣的設計有兩個優(yōu)點：一是增加了電池組整體的牢固程度，使整個底盤結構更加堅挺；二是便于電源管理，避免某個區(qū)域的電池起火時引燃其他區(qū)域的電池（如果沒有隔離整塊電池組燃燒起來不堪設想）。此外，隔離板（601A-601H）內部可以被填充高熔點、低熱導的材料（例如玻璃纖維）。

當然，還有另外一種填充物，那就是水，其較高的比熱容可以幫助降溫，吸收熱能。據(jù)Tesla專利說明介紹，隔離板內部的水可以是靜態(tài)的也可以是流動的，可以直接存儲在隔離板內部管腔，也可以被裝到特定的水袋中。如果是流動狀態(tài)，可以與電池組的冷卻系統(tǒng)連接在一起，也可以自建循環(huán)系統(tǒng)。在8根隔離板中，601D與601E兩個隔離板與其他幾根相比要更加粗壯一些。這樣的設計是為了進一步增加電池組的堅固程度，使其能夠更好地承受來自車輛側面的撞擊。

上圖是電池模塊的內部結構，從中可以看出18650電池的排列方式。有的電池正極朝上，有的電池負極朝上，每個電池模塊中正極朝上與負極朝上的數(shù)量應該是各為185塊。特別注意FIG.10這張圖，該圖展示的是拿走電池后整個電池槽的結構。那一排排呈S型的隔離板是電池冷卻系統(tǒng)，其與電池組的熱管理系統(tǒng)相連接?？梢姡姵亟M內部被劃分為7個區(qū)域，在每個電池模塊的內部，也被劃分為了7個區(qū)域。

電池保護機制

這或許是研究Model S起火事故最關鍵的部分了。上面我們了解了電池組的內部結構，下面我們要看的是電池組之下，位于Mode S底盤最底部的一層金屬保護層——防彈保護盾。在下圖中這個部分是1203。在研究1203之前，我們先來了解下電池組本身有哪些保護措施。

在電池組的頂部有一層面板，即1201。這層面板既可以是單層，也可以是多層，它實現(xiàn)的功能有很多：降低噪音、降低熱傳導、降低來自底盤的震動。降噪方面，1201最高能降低20分貝1000Hz以上噪音；減震方面，1201能最高能降低40%的傳遞自路面的震動；隔熱方面，1201能的熱傳導性最低能低至0.1W/m-K，最高能持續(xù)性承受750攝氏度的高溫，能承受1000攝氏度約10秒，能承受1400攝氏度的高溫約1秒。為了實現(xiàn)上述降噪、隔熱以及減震水平，Tesla的研究人員發(fā)現(xiàn)需要對1201進行30%左右的壓縮才可以。在材質方面，1201可選的材料包括陶瓷纖維、石英纖維、氧化鋁、硅酸鈣鎂等。

然后是為了進一步保護電池組而加裝的防彈保護盾，即1203。Tesla并未明確指明其材質，只是說明可以由鋁、鋁合金或者碳纖維材料制成，甚至還可以是由玻璃纖維或塑料。這個防彈保護盾作為車輛的最底層面板，是保護電池組不受路面障礙物撞擊的第一道防線，也是最為堅固的面板。為了更好地發(fā)揮防彈保護盾的效果，在電池組的底板603與保護盾1203之間，Tesla特別設計了一個隔離區(qū)域。對于這個隔離區(qū)域，在電池專利中有兩種設計：一是留空，并在每個電池隔離板（601A-601H）對應的平面內加裝一條加固板（1209）。

這個加固板（1209）與隔離板（601）是處于一個平面的，這樣設計主要是考慮到如果保護盾受到過大的外力撞擊，原本為了抵抗撞擊而設計的加固板不會因受力過大而損害到電池組底板（603）。第二種設計即是FIG.14與15展示的，在隔離區(qū)域填充“緩沖”物質，這可以是具有彈性的材質，也可以是不具有彈性的材質。Tesla舉例的材質包括塑料泡沫、填充劑等。注意圖FIG.15，這種在填充物與保護盾1203之間留有空隙的設計，叫做“裝蛋箱”造型。個人猜測這種設計是在填充不具有彈性的材質時使用的。

以上便是Model S電池組的結構設計解析，參考的材料是US 8286743 B2號專利。需要提醒讀者的是，該專利說明提交于2011年12月5日，當時Model S車型還未大規(guī)模量產，因此該專利中描述的電池組技術與現(xiàn)款的Model S車型會有些許的不同。隨著時間的推移，Model S電池組的制造工藝與電源管理技術在不斷提升，因此本文描述的電池技術并非一定是現(xiàn)款Model S采用的，但基本一致。