特斯拉 Model 3 的电池组的成长之路

2020-04-28      1546 次浏览

特斯拉团队基于2170电池给Model3设计了全新电池组规格,最近国内外有关Model3的拆解视频越来越多,我们对Model3电池组也有了更深的理解。也有很多谜团还有待解开,比如Model3标准版电池组的设计和布局等等,这篇文章是对现有信息的汇总,Enjoy。


特斯拉Model3的电池组到底是多大?


特斯拉原先的车型命名规则是非常直观的,我们以ModelSp100D为例,p代表performance(性能)、100代表电池组规格为100kWh、D代表DualMotor(双电机全轮驱动)。但Model3只有标准电池(StandardBattery)和长续航电池(LongRangeBattery)两种模糊的电池组规格。


我一度以为,Model3的长续航电池组是75kWh。但后来美国环境保护署(EpA)的文件显示,长续航车型的总电压为350V、电池容量为230Ah,这么一算电池组规格达到了80.5kWh。


EpA文件


这个文件在网上曝光后,特斯拉没有评论80.5kWh的真实性,只是强调“可用容量为78kWh”。也就是说假如按照之前的命名规则,截止到现在交付的单电机长续航版Model3应该叫Model378。


(看起来怪怪的,看来还是新命名规则好)


我为何以为长续航电池75kWh,是下面这个人说的。


忽略上面那个想要Model3p100D的狂野哥们...


这条Twitter公布于2017年三月二十四日,而实际电池规格达到78kWh是八月初被扒出来的。所以一种可能是Twitter公布后Elon继续对工程制造团队施压,在量产前的最后关头大力出奇迹,成功多塞了几度电进去;不过我更愿意相信,是Elon考虑到78kWh这个规格已经高于ModelS75D的电池规格,防止Model3影响后者的销售&被ModelS75D车主眼中的怒火灼伤,特斯拉选择宣传上主动减配。


这种事情特斯拉也不是第一次干,比如说ModelS100D的EpA续航里程是341英里(约549公里),而官网数据是335英里(约539公里);Model3长续航版的EpA续航里程是334英里(约537公里),而官网数据是310英里(约499公里)。


特斯拉没有解释为何多次在宣传上调低续航里程,可能是觉得EpA工况不够苛刻,难以模拟真实行车能耗?


有关78kWh和80.5kWh是这样的,汽车制造商会配备一个高于宣传的电池组规格,软件限制一个较小的可用容量,防止过充过放对电池造成损害。比如ModelSp100D的实际规格为102.4kWh,可用容量为98.4kWh。这个其实是业内通行的的常规操作。


特斯拉2170电池密度有多高?


有关2170电池,一直有个很笼统的说法是相对18650有30%的能量密度提升。


确立了80.5kWh的规格和其他细节后,我们可以直接推算。


美国一个狂热的电动汽车爱好者JackRickard拆解Model3电池组显示,长续航版一共4个模组,其中2个有25个单元,2个有23个单元,每个单元有46个电芯,共计2×(25+23)×46=4416个电芯。


JackRickard拆解视频截图


假如按照电芯的电压3.6V计算,那么每个2170电芯的容量就是80.5kWh/3.6V÷4416个=5063mah。


继续算能量密度。


博奇数据的拆解数据显示,特斯拉2170电芯单体重量为68g。那么特斯拉2170的能量密度就是80.5×1000/4416×0.068=268Wh/kg。


其实2170也不新鲜,LG化学早在2015年就量产了2170电池,不过单个容量只有4200mah,差距过大,不做讨论了。


(LG化学当时预计2017年年中会量产4800mah的版本,但好像到现在都没什么声音。)


LG化学展示的2170


三星SDI用在电助力自行车上的2170电池也量产了,单体容量是4750mah,单体重量是75g。所以能量密度是4.75×3.6/0.075=228Wh/kg。


三星SDI的18650和2170


要指出一点:维基百科上的2170规格,单体典型容量在4200mah-4800mah之间。也就是说LG化学和三星SDI的产品都是符合规格含义的,只有特斯拉2170的产品性能超出了规格,也没人去改改…


特斯拉如何在Model3车体内塞进了80.5kWh电池?


Model3比ModelS的轴距短了85mm,车身宽度窄了99mm,但最终居然塞下了80.5kWh电池组。能完成这个工程挑战,2170电池更高的能量密度功劳排第一,此外,特斯拉工程团队也做了非常多的努力。


去年的时候,Elon在Twitter装模做样的说,「我注意到很多人以为Model3是特斯拉的下一代车型,就像iphone2和3相同,不是这样的」。



为何很多人都认为Model3是特斯拉的下一代车型?是谁泄密了?Elon,泄密的罪魁祸首我帮你找到了,就是特斯拉CTOJBStraubel。2015年十月,Straubel在内华达州大学的一场演讲中曝了很多有关Model3的猛料。


正在泄密的Straubel:)


Straubel介绍说,自2015年九月ModelX实现产量爬坡、批量交付后,特斯拉工程和研发团队中大多数成员都不再为ModelS/X项目工作,转而投入到设计和发明Model3中应用的所有新技术中。


重点来了,Straubel亲口说,Model3基于一个全新的平台,特斯拉内部叫做第三代平台(Thirdgeneration)。Roadster基于第一代平台,ModelS/X同属第二代平台。


无论(实际表现)更好还是更差,Model3上的大多数技术都是首次应用的。ModelX与ModelS共用了很多通用的组件,但Model3不行。我们会开发全新的平台、全新的电池架构、全新的动力总成、全新的车身架构…有大量的工作要做,其中一些我们在几年前就开始推进了。Model3是公司内部研发和工程投资的核心焦点。


铺垫完毕,可以说回电池部分了。2016年八月二十三日,特斯拉宣布ModelSp100D正式投产,这款车型对Model3的电池组工艺验证有重要的意义。


ModelSp100D推出后,Elon专门召开了媒体电话会,对这款车的电池组技术评价是「非常接近理论的极限」。并告诉媒体所有p100D车主都为Model3的研发供应了支持,因为p100D帮助特斯拉对新电池组架构的理解更深刻。


人们通常会混淆电池和电池pack,以为它们是一回事,但实际上一旦你要在一个电池pack中布置很多电池,技术的复杂性将很大程度上取决于电池单元/模组的设计水平。你可以简单把电池问题视为化学问题和工程问题,但模组/pack问题更多是机械、电气和软件工程问题。


相关于90D,p100D电池组的重要改进都在模组/pack层面,Elon说两款车上18650电芯的能量密度是一致的,但模组和电池pack架构做了巨大改进。从数据上看,相对90D,p100D电池容量新增了11%,重量仅增4%,而体积完全没有变化。


(插个彩蛋:因为体积规格没变,所以特斯拉还面向90D车主推出了更换电池组升级续航的服务,不过价格高达20000美元(回收旧电池组),不了解有多少车主进行了升级。)




Straubel说,p100D的模组和封装技术有非常大的改进,还有完全重新设计的冷却系统。特斯拉这些年一直致力于改进电池组设计,p100D电池组属于下一代的版本。新电池组的一些关键技术会应用在Model3的电池组中。


按照业内人士朱玉龙的观点,Model3电池组的一个特点便是集成度极高,DC-DC转换器、充电机、配电继电器全部集成在一起。JackRickard也在拆解后表示,高集成度让电池组的总布线长度大幅减少。Elon之前说ModelS线束总长3公里,Model3只有1.5公里,现在了解省在哪里了吧?


不要小瞧线束减重的影响,一款车的线束有几十公斤,砍掉一半对汽车轻量化、电池组能量密度提升还是很有意义的。


JackRickard的计算结果显示,平均到每kWh上,Model3的电池组比ModelS85D轻了15%,比p100D轻了6%。这个结论一方面佐证了Model3电池组的改进,另一方面,也坐实了p100D和3应用了同代电池组技术。


最后,Elon说ModelY线束只有100米,那ModelY的电池组会有什么惊喜呢......


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