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揭秘:特斯拉 Model 3 电池组是如何做到轻量化的?

2018-5-31 16:58 146 0 来自: 极客汽车
简介
特斯拉正在「减肥」……大家还记不记得,在 2018 年第一季度财报会议上马斯克说过这样一句话:特斯拉的 NCA 正极材料中的钴含量已经低于其他电池生产商生产的下一代 NCM811。加上电池包在内,Model 3 的总重量与汽油车 ...

特斯拉正在「减肥」……

大家还记不记得,在 2018 年第一季度财报会议上马斯克说过这样一句话:

特斯拉的 NCA 正极材料中的钴含量已经低于其他电池生产商生产的下一代 NCM811。加上电池包在内,Model 3 的总重量与汽油车相当。

这句话中有两个信息点:特斯拉在电池性能上取得突破;特斯拉电池组变轻了。

特斯拉在电池性能上的小突破,GeekCar 之前一篇文章中也讲过了,今天着重讲讲第二点。

在文章开始之前,过一下电池包的概念:

电芯(Cell):单体电池,可以理解成单节电池;

电池单元:A 电芯组成一个电池单元;

模组(Module):B 个电池单元成一个模组;

电池包/电池组(Pack):C 个模组组合就是电动车的电池包;

科普完毕。

首先,电池包变轻了多少?把电池包重量分摊到每 kWh 来计算,Model 3 电池包的重量比原来 Model S 85D 电池包减轻了 15%,比顶配 Model S/X P100D 电池包轻 6%。简单讲就是,在同样电池容量下,Model 3 电池包的重量更轻。

Model 3 电池组能够实现轻量化主要还是以下几个原因:

电芯正极材料向低钴高镍发展

Model 3 使用的 2170 电芯将正极材料中所需钴的含量降低到 10%以下,低于其他电池产商生产的下一代 NCM811 电池中钴含量(即钴含量在 10%)。这种突破使得特斯拉对钴的需求量减少了 59%。在 2012 年,特斯拉在每辆车消耗 11kg 的钴,到 2018 年,每辆车上消耗 4.5kg 的钴。

另外,马斯克还曾说特斯拉致力于提高电芯正极中镍的含量来实现对电池包的减重。

不断增加镍的比例减少钴的比例,好处是什么?使整个电池组的质量降低。也会带来电池性能的提高,续航里程的增加,同时对电动车加速还有一定程度的增幅,当然,这些都是后话。

电池包变小了

这一点要得益于 2170 电芯,21700 电芯从尺寸以及电池容量上都比 18650 电芯要大很多,这样就使得同等电池容量下对电芯需求量更少。

前段时间有国外团队对 Model 3 长续航版本(电池容量为 75kWh)电池进行拆解测试,于是我们得到以下数据

Model 3 的电池组由四个比例不同的模组构成。其中两个模组由 25 个电池单元构成,另外两个模组由 23 个电池单元构成。每个电池单元有 46 个 2170 电芯,Model 3 总共有 4416 颗 2170 电芯。

更早之前,有外国友人对 Model S 85D 进行拆解,我们把数据拿过来进行一个简单对比:85D 电池包共有 16 个模组,每组有 444 节,约由 7104 节 18650 电芯组成。

从数据上就一目了然,Model 3 电芯数量少于 Model S 85D,这也使 Model 3 电池包占用空间更小。而且重量更轻。

不同于 Model S/X 的电池防撞保护设计

在 Model 3 电池组拆解视频中可以看到 Model 3 电池防撞保护设计与 Model S/X 是不同的。

Model S 设计有一个专门用于保护电池的电池壳,重达 275 磅(约 124.74kg),相当于电池包重量的 1/4。

但是在 Model 3 的电池包上去掉了这个设计,也就是说电池组重量减少了 275 磅。

但是为了保证安全性,特斯拉有自己的一套办法。

在 Model S 上,高刚度的钢在车身上使用的很少,因为有「厚重」的电池壳为电池组提供安全保护。

但是在 Model 3 上,高强度钢的使用率大大提高。而且最主要的地方还是分布在车身以及安置电池的部分。

也就是说,Model 3 把电池防撞设计转移至车身上。这样一增一减下来,总体上还是把车身重量降了下来。

电池组轻量化进行中

通过由内到外的设计优化,特斯拉实现了对电池组的轻量化设计。如果你以为这就完了,那你就错了,要知道马斯克对于技术创新可是有很深的执念。

Our approach at Tesla was to adopt improvements as soon as they were ready. This meant we were implementing up to 50 changes per week. We often joked that if you wanted to know the 「model year」 of your Tesla, you needed to look at the individual car’s VIN number.

在特斯拉内部对于产品的更新是无时不刻的,我们每周对产品的改进多达 50 多处。所以我们经常开玩笑说,如果你想知道你的特斯拉是哪一代产品,去查看你的车辆当时的注册码吧。

以上这段话是特斯拉前生产副总裁 Greg Reichow 说的。也就是说,现在我们看到的 Model 3 的电池组设计并不是定型的。特斯拉依然在不断的对电池组进行优化,不断对产品进行迭代升级。这也是为什么特斯拉可以保持行业领先的原因。

但是有一个问题,在 2170 电芯能量密度的突破逐渐趋于极限之后,特斯拉下一步的选择会是什么?固态电池?超级电容?还是其他什么?

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