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特斯拉 Model 3 的電池組的成長之路

鉅大LARGE  |  點擊量：1542次  |  2020年04月28日  

特斯拉團隊基于2170電池給Model3設計了全新電池組規(guī)格，最近國內(nèi)外有關Model3的拆解視頻越來越多，我們對Model3電池組也有了更深的理解。也有很多謎團還有待解開，比如Model3標準版電池組的設計和布局等等，這篇文章是對現(xiàn)有信息的匯總，Enjoy。


特斯拉Model3的電池組到底是多大？


特斯拉原先的車型命名規(guī)則是非常直觀的，我們以ModelSp100D為例，p代表performance（性能）、100代表電池組規(guī)格為100kWh、D代表DualMotor（雙電機全輪驅動）。但Model3只有標準電池（StandardBattery）和長續(xù)航電池（LongRangeBattery）兩種模糊的電池組規(guī)格。


我一度以為，Model3的長續(xù)航電池組是75kWh。但后來美國環(huán)境保護署（EpA）的文件顯示，長續(xù)航車型的總電壓為350V、電池容量為230Ah，這么一算電池組規(guī)格達到了80.5kWh。


EpA文件


這個文件在網(wǎng)上曝光后，特斯拉沒有評論80.5kWh的真實性，只是強調(diào)“可用容量為78kWh”。也就是說假如按照之前的命名規(guī)則，截止到現(xiàn)在交付的單電機長續(xù)航版Model3應該叫Model378。


（看起來怪怪的，看來還是新命名規(guī)則好）


我為何以為長續(xù)航電池75kWh，是下面這個人說的。


忽略上面那個想要Model3p100D的狂野哥們...


這條Twitter公布于2017年三月二十四日，而實際電池規(guī)格達到78kWh是八月初被扒出來的。所以一種可能是Twitter公布后Elon繼續(xù)對工程制造團隊施壓，在量產(chǎn)前的最后關頭大力出奇跡，成功多塞了幾度電進去；不過我更愿意相信，是Elon考慮到78kWh這個規(guī)格已經(jīng)高于ModelS75D的電池規(guī)格，防止Model3影響后者的銷售&被ModelS75D車主眼中的怒火灼傷，特斯拉選擇宣傳上主動減配。


這種事情特斯拉也不是第一次干，比如說ModelS100D的EpA續(xù)航里程是341英里（約549公里），而官網(wǎng)數(shù)據(jù)是335英里（約539公里）；Model3長續(xù)航版的EpA續(xù)航里程是334英里（約537公里），而官網(wǎng)數(shù)據(jù)是310英里（約499公里）。


特斯拉沒有解釋為何多次在宣傳上調(diào)低續(xù)航里程，可能是覺得EpA工況不夠苛刻，難以模擬真實行車能耗？


有關78kWh和80.5kWh是這樣的，汽車制造商會配備一個高于宣傳的電池組規(guī)格，軟件限制一個較小的可用容量，防止過充過放對電池造成損害。比如ModelSp100D的實際規(guī)格為102.4kWh，可用容量為98.4kWh。這個其實是業(yè)內(nèi)通行的的常規(guī)操作。


特斯拉2170電池密度有多高？


有關2170電池，一直有個很籠統(tǒng)的說法是相對18650有30%的能量密度提升。


確立了80.5kWh的規(guī)格和其他細節(jié)后，我們可以直接推算。


美國一個狂熱的電動汽車愛好者JackRickard拆解Model3電池組顯示，長續(xù)航版一共4個模組，其中2個有25個單元，2個有23個單元，每個單元有46個電芯，共計2×（25+23）×46=4416個電芯。


JackRickard拆解視頻截圖


假如按照電芯的電壓3.6V計算，那么每個2170電芯的容量就是80.5kWh/3.6V÷4416個=5063mah。


繼續(xù)算能量密度。


博奇數(shù)據(jù)的拆解數(shù)據(jù)顯示，特斯拉2170電芯單體重量為68g。那么特斯拉2170的能量密度就是80.5×1000/4416×0.068=268Wh/kg。


其實2170也不新鮮，LG化學早在2015年就量產(chǎn)了2170電池，不過單個容量只有4200mah，差距過大，不做討論了。


（LG化學當時預計2017年年中會量產(chǎn)4800mah的版本，但好像到現(xiàn)在都沒什么聲音。）


LG化學展示的2170


三星SDI用在電助力自行車上的2170電池也量產(chǎn)了，單體容量是4750mah，單體重量是75g。所以能量密度是4.75×3.6/0.075=228Wh/kg。


三星SDI的18650和2170


要指出一點：維基百科上的2170規(guī)格，單體典型容量在4200mah-4800mah之間。也就是說LG化學和三星SDI的產(chǎn)品都是符合規(guī)格含義的，只有特斯拉2170的產(chǎn)品性能超出了規(guī)格，也沒人去改改…


特斯拉如何在Model3車體內(nèi)塞進了80.5kWh電池？


Model3比ModelS的軸距短了85mm，車身寬度窄了99mm，但最終居然塞下了80.5kWh電池組。能完成這個工程挑戰(zhàn)，2170電池更高的能量密度功勞排第一，此外，特斯拉工程團隊也做了非常多的努力。


去年的時候，Elon在Twitter裝模做樣的說，「我注意到很多人以為Model3是特斯拉的下一代車型，就像iphone2和3相同，不是這樣的」。



為何很多人都認為Model3是特斯拉的下一代車型？是誰泄密了？Elon，泄密的罪魁禍首我?guī)湍阏业搅耍褪翘厮估瑿TOJBStraubel。2015年十月，Straubel在內(nèi)華達州大學的一場演講中曝了很多有關Model3的猛料。


正在泄密的Straubel：）


Straubel介紹說，自2015年九月ModelX實現(xiàn)產(chǎn)量爬坡、批量交付后，特斯拉工程和研發(fā)團隊中大多數(shù)成員都不再為ModelS/X項目工作，轉而投入到設計和發(fā)明Model3中應用的所有新技術中。


重點來了，Straubel親口說，Model3基于一個全新的平臺，特斯拉內(nèi)部叫做第三代平臺（Thirdgeneration）。Roadster基于第一代平臺，ModelS/X同屬第二代平臺。


無論（實際表現(xiàn)）更好還是更差，Model3上的大多數(shù)技術都是首次應用的。ModelX與ModelS共用了很多通用的組件，但Model3不行。我們會開發(fā)全新的平臺、全新的電池架構、全新的動力總成、全新的車身架構…有大量的工作要做，其中一些我們在幾年前就開始推進了。Model3是公司內(nèi)部研發(fā)和工程投資的核心焦點。


鋪墊完畢，可以說回電池部分了。2016年八月二十三日，特斯拉宣布ModelSp100D正式投產(chǎn)，這款車型對Model3的電池組工藝驗證有重要的意義。


ModelSp100D推出后，Elon專門召開了媒體電話會，對這款車的電池組技術評價是「非常接近理論的極限」。并告訴媒體所有p100D車主都為Model3的研發(fā)供應了支持，因為p100D幫助特斯拉對新電池組架構的理解更深刻。


人們通常會混淆電池和電池pack，以為它們是一回事，但實際上一旦你要在一個電池pack中布置很多電池，技術的復雜性將很大程度上取決于電池單元/模組的設計水平。你可以簡單把電池問題視為化學問題和工程問題，但模組/pack問題更多是機械、電氣和軟件工程問題。


相關于90D，p100D電池組的重要改進都在模組/pack層面，Elon說兩款車上18650電芯的能量密度是一致的，但模組和電池pack架構做了巨大改進。從數(shù)據(jù)上看，相對90D，p100D電池容量新增了11%，重量僅增4%，而體積完全沒有變化。


（插個彩蛋：因為體積規(guī)格沒變，所以特斯拉還面向90D車主推出了更換電池組升級續(xù)航的服務，不過價格高達20000美元（回收舊電池組），不了解有多少車主進行了升級。）




Straubel說，p100D的模組和封裝技術有非常大的改進，還有完全重新設計的冷卻系統(tǒng)。特斯拉這些年一直致力于改進電池組設計，p100D電池組屬于下一代的版本。新電池組的一些關鍵技術會應用在Model3的電池組中。


按照業(yè)內(nèi)人士朱玉龍的觀點，Model3電池組的一個特點便是集成度極高，DC-DC轉換器、充電機、配電繼電器全部集成在一起。JackRickard也在拆解后表示，高集成度讓電池組的總布線長度大幅減少。Elon之前說ModelS線束總長3公里，Model3只有1.5公里，現(xiàn)在了解省在哪里了吧？


不要小瞧線束減重的影響，一款車的線束有幾十公斤，砍掉一半對汽車輕量化、電池組能量密度提升還是很有意義的。


JackRickard的計算結果顯示，平均到每kWh上，Model3的電池組比ModelS85D輕了15%，比p100D輕了6%。這個結論一方面佐證了Model3電池組的改進，另一方面，也坐實了p100D和3應用了同代電池組技術。


最后，Elon說ModelY線束只有100米，那ModelY的電池組會有什么驚喜呢......


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