谈谈Tesla电池管理系统 (BMS) 的特别之处

huangguang

这个有点意思，特斯拉的电池管理系统（BMS）到现在为止，更新了好几代了。关于这个问题网上有很多回答，但大多数说的还是 Model S 老款的电池和 BMS。同时时期来看，特斯拉的 BMS 能力确实有很强大的技术优势，再加上当时松下电池的技术优势，在产品端的表现特斯拉确实要好很多。到了现阶段特斯拉的车型也已经更新到 Model 3 和 Y 了，电池也从 18650 变成了 21700，因此，BMS 的设计也非常有特色。这里我大概简单分享一下，特斯拉应用在 Model Y 上的 BMS 的信息，具体来看看到底有什么优势？

第一部分：硬件
Model Y的BMS总共有一个主板，4个从板，大致分布位置是：主板在二合一金属壳外，与包内高压部件间有金属屏蔽，且与包外有金属屏蔽。从板在紧贴在模组上，与包内高压部件有金属屏蔽，从板之间采用菊花链接。如下图：



我们来看一下主板：Model Y的这个BMS主板，与Model 3完全相同，物理上冗余供电，通过设计提高供电可靠性，上下电管理会更灵活。

不过，塑料的外壳让BMS抗干扰能力会偏弱一些。



这里面介绍一下这个主板的一个特殊的功能，就是可以做到：永不下电！

这个怎么理解呢？事情是这样的，我们一个同事，在做Model Y的暗电流的对标，发现一个特别有意思的现象，就是，Model Y的整车静态功耗非常小，只有几个mA，但是控制器单个（左右域和中央域单独）的功耗其实就有几十mA，这就奇怪了，为什么车休眠的时候，静态功耗会这么小？

后来发现，只要是车辆正常休眠，部分控制器的电耗，会切换到一个暗中的“备用电源”，不再消耗小电瓶的电。但是，我们找了好久，都没有发现特斯拉的车，有备用电源。那这一部分的控制器，到底在消耗哪里的电呢？

我们找了好久，终于发现，原来，Model Y的BMS，有一个很有意思的设计——反激电路。就是将电池内部的高压，转化成低压，自己给自己供电。也就是说，这个转化出来的低压，就是前面我们怀疑的“隐藏电源”。

下面就是反激电路，大致包含：整流二极管，电容，保险丝，限流电阻，隔离变压器等等。作用就是把采集到的高压电转化成稳定的低压电。



上面就是BMS主板中的反激电路

从高压取电，可保证主板用不掉电，可以省去下高压后的安全监控、电源唤醒等功能，确保电池安全。也可以在车辆下电后，给一些需要供电的控制器悄咪咪的供电。

但是也有一个风险，就是会持续消耗大电池的电量。所以是不是可以理解，为什么特斯拉会说，即使停车不动，每天也会有1%的电耗了？

当然了，这个板子还集成了很多其他的功能，高压采样，绝缘检测（但是绝缘检测桥臂电阻阻值较大，为保证绝缘检测精度，对电压采样电路精度要求高，且绝缘测量时间受Y电容影响较大，这里算是节约成本的一个小小的弊端吧），驱动高压继电器（快充继电器和主继电器都是双边驱动），电流采样，热管理等，都在主板实现。
第二部分：软件

首先是充电，充电方面，特斯拉充电能力确实厉害，在V3超充桩上，Model Y可以充出250kw（电流大于600A）的效果。

但是这个600A以上大电流的持续时间却非常短。只有30多秒。



所以，特斯拉大电流充电的方式，采用的只先升后缓降的方法来实现大功率充电，以达到减少充电时间的效果。而国内厂家通常采用可以长时间持续充电的最大电流一直充，然后在按比例下降电流继续维持的方法来实现。就像这样，呈阶梯式下降：



小结评价：

关于充电方面，我个人还真的觉得，特斯拉的这种拉到峰值的显示方式，更加让人喜欢，因为这种做法，可以直接刺激到用户可以感知到的嗨点。

虽然其实充电的效果，和常规90kw的充电速度差不多。因为特斯拉Model Y在V3超充上面充电的时间，并不比我司的P7快（以30%-80%这段时间看），model Y需要的时间，在28min。而P7在自营的90kw充电桩上，这个数据最好是27min。不过，有一说一，这样的设计，给用户的体验真的是非常棒的。（高潮虽短，但是爽）





再然后，是热管理

特斯拉的电池的热管理有点有意思的地方，那就是会加热！在充电过程中，BMS会使用热管理系统，在10分钟内，加热到电芯温度55度（理论的活性最佳温度），然后继续充电！



这一点就是其他几乎所有主机厂根本不敢做的了。几乎所有的主机厂，都想着法子把电池温度控制在35度以下，生怕电池过温了。但是特斯拉似乎完全不在意这个问题，想着法子把电芯温度干到它性能最佳的状态，发挥最大的性能！

也不知道是热管理太有自信（毕竟是请了给苹果手机设计热管理的工程师重新设计了一整套完整的全新热管理的），还是真的不在乎这样的风险。

但是结果是，确实可以将电池性能干到最好。只能说，不服不行！

当然了，这个加热利用电机余热还是用热泵的，这些细节我也就不再展开细说，有兴趣的同学可以自行挖掘。

最后，再说说BMS与人机交互方面：

1，SOC显示方面，BMS有好几个SOC，其中一个是显示SOC，也就是给用户看的。另一个是真实SOC，就是用来隐藏电量的。这个隐藏电量大约是5%。说实话做的还是比较好的。包括小鹏在内的很多其他主机厂，这一块的隐藏电量通常都做在10%以上。——没别的，为了安全嘛……

2，充电速度方面，用来显示的方式是：功率+km/hr，完全和国内的厂家一溜的显示 电压电流 不一样。当然，这里有法规相关的原因。但是这样的显示方式确实会给用户不一样的体验；

3，大屏可以实时调整充电截止的电流。这一点很多国内车企也能做到。但是，根据调整的SOC值，立刻实时显示充电剩余时间，这就很NB了！国内的厂家在调整完大屏的SOC值后，至少也要十秒钟左右，重新计算充电剩余时间。

4，电剩余时间在超过24h后不必再显示具体数值，只显示一个“超过24小时”。我认为这个操作非常的妙，希望国内的厂家学习一下这种“模糊处理”的方式，很多厂家项目开发会要求：计算时间准确！可是这种准确，本身也是有误差精度要求的。超出一定的范围，完全可以显示的灵活一点嘛。

第三部分：总结

通过对特斯拉Model Y的BMS的一些研究，我们发现一个非常有意思的特点，那就是大胆！甚至可以说是激进！通过BMS的优化设计，解决掉了很多传统车企头疼不已的问题，例如小电瓶馈电，充电时间计算不准等问题。

物尽其用的挖掘电池的性能，真的是又一次见识到了从“第一性原理”出发解决问题。这个大胆，同时也是自信的表现。敢于在电池过温的底线上疯狂试探，并且保证不出格，还有哪家企业敢这样做BMS软件？

当然了，有时候，妄图各种减低成本的想法，让特斯拉在BMS的设计上也存在了一定的局限性和缺点。例如，低温下的充电电流几乎为0，必须要等加热上来才能充电。继电器的驱动方式其实并不符合功能安全的设计要求。非隔离的CAN线在干扰较大的充电桩上可能导致无法充电，等等。

并不是特斯拉的BMS的优点我们一定要完全照搬学习，但是一个重要的点是学习他们这样设计的思路和解决以往问题的办法。

只能说，大开眼界，我辈仍需努力！

cengjili

关于特斯拉的电池管理系统（BMS），其硬件设计确实独具特色。在Model Y上应用的最新一代电池管理系统展现了先进的技术优势。其中最明显的特点是其高度集成和高效的传感器系统，实时监测电池的每一个单元，确保了电池的精确管理。此外，特斯拉的BMS与车辆的自动驾驶系统深度集成，使得电池管理更为智能和高效。

第二部分：软件和算法

特斯拉的电池管理系统软件和算法也是其独特之处。随着车型的发展，特斯拉不断优化其电池管理算法，以应对不同类型电池的挑战。特别是在从Model S过渡到Model Y的过程中，随着电池型号的更新换代，特斯拉在电池管理系统上的技术改进也非常显著。新开发的BMS可以更好地应对不同环境下的电池性能变化，提高电池的寿命和安全性。同时，特斯拉的BMS在能量回收、充电策略等方面也表现出卓越的性能。总的来说，特斯拉的电池管理系统在确保电池性能、安全和寿命方面发挥了重要作用。