揭秘:TSLA Model 3 电池组是如何做到轻量化的?

2022-07-07      502 次浏览

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:


TSLA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,Model3的总重量和汽油车相当。


这句话中有两个信息点:TSLA在电池性能上取得突破;TSLA电池组变轻了。


TSLA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汽车的电池包;


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,Model3电池包的重量比原来ModelS85D电池包减轻了15%,比顶配ModelS/XP100D电池包轻6%。简单讲就是,在同样电池容量下,Model3电池包的重量更轻。


Model3电池组能够实现轻量化重要还是以下几个原因:


电芯正极材料向低钴高镍发展


Model3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TSLA对钴的需求量减少了59%。在2012年,TSLA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TSLA致力于提高电芯正极中镍的含量来实现对电池包的减重。


不断新增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,续航里程的新增,同时对电动汽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Model3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:


Model3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,Model3总共有4416颗2170电芯。


更早之前,有外国友人对ModelS85D进行拆解,我们把数据拿过来进行一个简单比较: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,Model3电芯数量少于ModelS85D,这也使Model3电池包占用空间更小。而且重量更轻。


不同于ModelS/X的电池防撞保护设计


在Model3电池组拆解视频中可以看到Model3电池防撞保护设计和ModelS/X是不同的。


ModelS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Model3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,TSLA有自己的一套办法。


在ModelS上,高刚度的钢在车身上使用的很少,因为有「厚重」的电池壳为电池组供应安全保护。


但是在Model3上,高强度钢的使用率大大提高。而且最重要的地方还是分布在车身以及安置电池的部分。


也就是说,Model3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,TSLA实现了对电池组的轻量化设计。假如你以为这就完了,那你就错了,要了解马斯克有关技术创新可是有很深的执念。


OurapproachatTeslawastoadoptimprovementsassoonastheywereready.Thismeantwewereimplementingupto50changesperweek.Weoftenjokedthatifyouwantedtoknowthe「modelyear」ofyourTesla,youneededtolookattheindividualcar’sVINnumber.


在TSLA内部有关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,假如你想了解你的TSLA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TSLA前生产副总裁GregReichow说的。也就是说,现在我们看到的Model3的电池组设计并不是定型的。TSLA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。这也是为何TSLA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,TSLA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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