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特斯拉 Model 3 的電池組是怎樣煉成的?

2018-06-04

特斯拉團隊基于 2170 電池給 Model 3 設(shè)計了全新電池組規(guī)格,近國內(nèi)外關(guān)于 Model 3 的拆解視頻越來越多,我們對 Model 3 電池組也有了更深的理解。也有很多謎團還有待解開,比如 Model 3 標(biāo)準(zhǔn)版電池組的設(shè)計和布局等等,這篇文章是對現(xiàn)有信息的匯總。

特斯拉 Model 3 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 Model S P100D 為例,P 代表 Performance(性能)、100 代表電池組規(guī)格為 100 kWh、D 代表 Dual Motor(雙電機全輪驅(qū)動)。但 Model 3 只有標(biāo)準(zhǔn)電池(Standard Battery)和長續(xù)航電池(Long Range Battery)兩種模糊的電池組規(guī)格。

我一度以為,Model 3 的長續(xù)航電池組是 75 kWh。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 350 V、電池容量為 230 Ah,這么一算電池組規(guī)格達到了 80.5 kWh。

EPA文件

這個文件在網(wǎng)上曝光后,特斯拉沒有評論 80.5 kWh 的真實性,只是強調(diào)“可用容量為 78 kWh”。也就是說如果按照之前的命名規(guī)則,截止到現(xiàn)在交付的單電機長續(xù)航版 Model 3 應(yīng)該叫 Model 3 78。

(看起來怪怪的,看來還是新命名規(guī)則好)

我為什么以為長續(xù)航電池 75 kWh,是下面這個人說的。

忽略上面那個想要 Model 3 P100D 的狂野哥們…

這條 Twitter 發(fā)布于 2017 年 3 月 24 日,而實際電池規(guī)格達到 78 kWh 是 8 月初被扒出來的。所以一種可能是 Twitter 發(fā)布后 Elon 繼續(xù)對工程制造團隊施壓,在量產(chǎn)前的后關(guān)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 78 kWh 這個規(guī)格已經(jīng)高于 Model S 75D 的電池規(guī)格,避免 Model 3 影響后者的銷售 & 被 Model S 75D 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次干,比如說 Model S 100D 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);Model 3 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)。

特斯拉沒有解釋為什么多次在宣傳上調(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?

關(guān)于 78 kWh 和 80.5 kWh 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,避免過充過放對電池造成損害。比如 Model S P100D 的實際規(guī)格為 102.4 kWh,可用容量為 98.4 kWh。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?

關(guān)于 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 80.5 kWh 的規(guī)格和其他細(xì)節(jié)后,我們可以直接推算。

美國一個狂熱的電動車愛好者 Jack Rickard 拆解 Model 3 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。

Jack Rickard 拆解視頻截圖

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

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 68 g。那么特斯拉 2170 的能量密度就是 80.5 × 1000 / 4416 × 0.068 = 268 Wh/kg。

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

(LG 化學(xué)當(dāng)時預(yù)計 2017 年年中會量產(chǎn) 4800 mah 的版本,但好像到現(xiàn)在都沒什么聲音。)

LG 化學(xué)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 4750 mah,單體重量是 75 g。所以能量密度是 4.75 × 3.6 / 0.075=228 Wh/kg。

三星 SDI 的 18650 和 2170

需要指出一點:維基百科上的 2170 規(guī)格,單體典型容量在 4200 mah-4800 mah 之間。也就是說 LG 化學(xué)和三星 SDI 的產(chǎn)品都是符合規(guī)格定義的,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 Model 3 車體內(nèi)塞進了 80.5 kWh電池?

Model 3 比 Model S 的軸距短了 85 mm,車身寬度窄了 99 mm,但終居然塞下了 80.5 kWh 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,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Model 3 是特斯拉的下一代車型,就像 iPhone 2 和 3 一樣,不是這樣的」。

為什么很多人都認(rèn)為 Model 3 是特斯拉的下一代車型?是誰泄密了?Elon,泄密的罪魁禍?zhǔn)孜規(guī)湍阏业搅?,就是特斯?CTO JB Straubel。2015 年 10 月,Straubel 在內(nèi)華達州大學(xué)的一場演講中曝了很多關(guān)于 Model 3 的猛料。

正在泄密的?Straubel?

Straubel 介紹說,自 2015 年 9 月 Model X 實現(xiàn)產(chǎn)能爬坡、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(zhuǎn)而投入到設(shè)計和發(fā)明 Model 3 中應(yīng)用的所有新技術(shù)中。

重點來了,Straubel 親口說,Model 3 基于一個全新的平臺,特斯拉內(nèi)部叫做第三代平臺(Third generation)。Roadster 基于代平臺,Model S/X 同屬第二代平臺。

無論(實際表現(xiàn))更好還是更差,Model 3 上的大多數(shù)技術(shù)都是應(yīng)用的。Model X 與 Model S 共用了很多通用的組件,但 Model 3 不行。我們會開發(fā)全新的平臺、全新的電池架構(gòu)、全新的動力總成、全新的車身架構(gòu)…有大量的工作要做,其中一些我們在幾年前就開始推進了。Model 3 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 8 月 23 日,特斯拉宣布 Model S P100D 正式投產(chǎn),這款車型對 Model 3 的電池組工藝驗證有重要的意義。

Model S P100D 推出后,Elon 專門召開了媒體電話會,對這款車的電池組技術(shù)評價是「非常接近理論的極限」。并告訴媒體所有 P100D 車主都為 Model 3 的研發(fā)提供了支持,因為 P100D 幫助特斯拉對新電池組架構(gòu)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,但實際上一旦你需要在一個電池 Pack 中布置很多電池,技術(shù)的復(fù)雜性將很大程度上取決于電池單元/模組的設(shè)計水平。你可以簡單把電池問題視為化學(xué)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。

相對于 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(gòu)做了巨大改進。從數(shù)據(jù)上看,相對 90D,P100D 電池容量增加了 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(wù),不過價格高達 20000 美元(回收舊電池組),不知道有多少車主進行了升級。)

Straubel 說,P100D 的模組和封裝技術(shù)有非常大的改進,還有完全重新設(shè)計的冷卻系統(tǒng)。特斯拉這些年一直致力于改進電池組設(shè)計,P100D 電池組屬于下一代的版本。新電池組的一些關(guān)鍵技術(shù)會應(yīng)用在 Model 3 的電池組中。

按照業(yè)內(nèi)人士朱玉龍的觀點,Model 3 電池組的一個特征便是集成度極高,DC-DC 轉(zhuǎn)換器、充電機、配電繼電器全部集成在一起。Jack Rickard 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 Model S 線束總長 3 公里,Model 3 只有 1.5 公里,現(xiàn)在知道省在哪里了吧?

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。

Jack Rickard 的計算結(jié)果顯示,平均到每 kWh 上,Model 3 的電池組比 Model S 85D 輕了 15%,比P100D輕了 6%。這個結(jié)論一方面佐證了 Model 3 電池組的改進,另一方面,也坐實了 P100D 和 3 應(yīng)用了同代電池組技術(shù)。

后,Elon 說 Model Y 線束只有 100 米,那 Model Y 的電池組會有哪些驚喜呢……

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