課程名稱：智慧電子應用設計概論-期中報告
題目說明：利用課堂上所學，自行制定主題有關車用電子的報告，並詳細敘述產品之功能。
內容：
TESLA車用電池分析
陳柏睿,莊竣安,尤聖欽,陳昱誌
南台科技大學電子系網通四甲智慧電子課程
E-mail:49936037@stust.edu.tw,49936042@stust.edu.tw,49936044@stust.edu.tw,
49936048@stust.edu.tw
資料收集日期:2013/10/18
資料完成日期:2013/11/01
摘要:
在分析Tesla鋰電池之前，我們會先分析幾款鋰電池的特性，然後再介紹
ModelS使用18650型號的鋰電池，以及該電池的優缺點、控制電池系統的架構、
充電技術的簡介、市場趨勢等……。
再分析多顆鋰電池與單顆鋰電池的優缺點，來判別該使用哪一種可以降低成
本，並在市場上更有競爭力。
關鍵字:鋰電池、18650
介紹:
因全球汙染每年節節上升以及石
油資源逐年遞減，尤其近年來全球環
保意識逐漸強勢，汽車一直以來都是
人們生活中，不可缺少的代步工具，
但石油資源總有耗竭的一天，提前研
究開發代替石油能源的科技以保障未
來的生活。
鋰電池:
鋰電池具有能量密度高、操作電
壓高、使用溫度範圍大、無記憶效應、
壽命長，可多數次的充放電等多點特
性。
優點方面，安全性高，主要用於可攜
式電子產品。
如手機、筆記型電腦、數位相機等，
近幾年來更擴及汽車領域。
缺點方面，主要是總蓄電力(最大電力)
會隨著出廠時間增加而減少，常久使
用後電池的最大蓄電力會大幅降低，
這次研究的主題是Tesla電池，研
究該電池的特性以及如何克服傳統上
電動車續航力不足及昂貴的造價，此
外為何Tesla選擇市場上不看好的圓柱
型電池，並成為市場上電動車的主動
力和未來的趨勢。這些因素都引起我
們的興趣！
甚至無法使用，尤其是在高溫和充到
飽的環境，都容易導至電池的壽命快
速縮短。如圖1
圖1
1
鋰電池主要是以正極鋰合金氧化物和
負極碳材組成，中間注入液體有機電
解液，並在正負極之間以隔離膜將正
負極隔開以避免短路，而液體有機電
解液則在多孔隙的塑膠隔離膜中，負
責離子電荷的傳導工作。如圖2
圖2
二次電池又常用可分為鎳氫電池、鎳
鎘電池、鋰離子電池、鋰高分子電池。
使用上來說，數位相機若配備鋰電
池，沒有記憶效應，開啟閃光燈與彩
色液晶顯示器較快，使用上比鎳氫電
池要有效率。
行動電話則多為鎳氫電池，有記憶效
應，供電時間比標準鎳鎘電池來得
長，且充電速度較快。
鎳鎘電池則記憶效應最為嚴重。
在高溫的環境上最大蓄電量降低速率
會大幅提升。
為避免鋰離子電池過熱，導至爆炸，
每顆鋰離子電池都內建了一顆控制晶
片，這顆控制晶片會監控電池的電壓
和溫度，超出設定的範圍，晶片就會
自動斷電。此外，每顆電池還會設計
排氣孔，讓因高溫產生的氣體可以順
利排掉，不至於累積產生爆炸。
18650型鈷酸鋰離子電池:
1.18650型鈷酸鋰離電池是在
1970年，英國賓漢頓大學的
Whittingham女士所發明的產
品，這種電池常應用於現代科
技產品中，如筆記本電腦和強
光手電筒的電池等。
2.Tesla是全球第一家將此電池使
用於電動汽車上的公司，使用
的規格是直徑18mm、高65mm
的圓柱形鋰電池。
3.Tesla的電池技術總監Kurt
Kelty曾經表示：Tesla起初也嘗
試了市面上超過300種電池，
包括板形和方形電池，最終選
擇了松下的18650電池，如圖3
原因主要有以下四點：
•能量密度更大且穩定性、一致
性更好。
•可以有效降低電池系統的成
本。
•全球每年生產數十億個18650
電池，安全級別不斷提高。
•尺寸小但可控性高，即使電池
組的某顆電池發生故障，也能
降低故障帶來的影響。
圖3
TESLA電池系統結構:
Tesla創始人之一MarcTarpenning
他透過自己專業的網路控制領域設計
Tesla電池系統控制領域，然後經過一
年的DOE(designofexperiment)，使用
2
分層次的管理方法成功控制了，這
6831節小電池以及各自的電壓和溫
度：
•69個18650電池被並聯封裝成
一個電池磚；
•99個電池磚串聯成一個電池
片；
•11個電池片組成一個電池包，
總計6831節。如圖5
圖5
此外還有四種對電池的保護措施:
1.對於每一個層次都要進行監
控，在每一顆電池、電池磚、
電池片的兩端均設置有保險
絲，一旦電池過熱或者電流太
大的時候，立刻融斷，保護電
池組不受燒毀。
2.在每一個電池片上，均設置有
BMB(Battery_Monitor_board)
即電池監控板，用以監控每個
電池磚的電壓，溫度以及整個
電池片的輸出電壓。
3.在整個電池包上，設置有
BSM(Battery_System_Monitor)
，用以監控整個電池包的工作
環境，包括電池包的電流、電
壓、溫度、濕度、方位、煙霧
等。
4.在車子方面，設置有VSM
(Vehicle_System_Monitor)，用以
監控BSM。
TESLA充電技術:
僅需要ㄧ分半鐘的電池交換設
備，可為兩輛ModelS完成電池交
換的工作，讓其再次擁有超過400
公里的行駛里程，讓電動車的實用
化更進一步。
本來電動車在充電站也需大概20
到30分鐘的充電時間，才能提供
約3小時的駕駛時間，而90秒就
能以充滿電的模式重新上路，是進
行了充電電池的模組交換，但這項
技術不免費提供，需駕駛人額外花
費60~80美元(台幣約1800~2400
元)。
車用電池的技術問題:
鋰電池還是存在需多問題，如
1.蓄電量會隨著使用時間下滑。
2.經常處於弱電、過飽和充電、
快速充電、過度放電或瞬間高
電流輸出狀態。
3.工作溫度控制不佳等都會造
成電池壽命減損。
長時間不用車的狀態下（15日以
上），例如TESLARoadster若長時
間不用車要以充電狀態停放，不能
拔掉電源插頭，智慧型充電器會判
斷電池蓄電狀態，自動設定為充電
或斷電，不會損壞電池，但是絕對
不要將TESLARoadster棄置在車
庫中而不加以充電，也不要在弱電
狀態全電門充電，以免造成電池永
久性損壞。
單ㄧ鋰電池V.S多組圓柱鋰電池:
單顆鋰電池:
|
3單ㄧ 鋰電池 |
多組 圓柱電池 |
||
| 續航力 | 差 | 優 | |
| 故障性 | 差 | 優 | |
| 穩定性 | 差 | 優 | |
| 成本 | 優 | 差 | |
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