特斯拉 Model 3 的电池组是怎样炼成的?

  • 小康
  • 发表于: 2018/06/04 08:28:00 来源:42号车库

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特斯拉团队基于 2170 电池给 Model 3 设计了全新电池组规格,最近国内外关于 Model 3 的拆解视频越来越多,我们对 Model 3 电池组也有了更深的理解。也有很多谜团还有待解开,比如 Model 3 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 Model 3 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 Model S P100D 为例,P 代表 Performance(性能)、100 代表电池组规格为 100 kWh、D 代表 Dual Motor(双电机全轮驱动)。但 Model 3 只有标准电池(Standard Battery)和长续航电池(Long Range Battery)两种模糊的电池组规格。

我一度以为,Model 3 的长续航电池组是 75 kWh。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 350 V、电池容量为 230 Ah,这么一算电池组规格达到了 80.5 kWh。

EPA文件EPA文件

这个文件在网上曝光后,特斯拉没有评论 80.5 kWh 的真实性,只是强调“可用容量为 78 kWh”。也就是说如果按照之前的命名规则,截止到现在交付的单电机长续航版 Model 3 应该叫 Model 3 78。

(看起来怪怪的,看来还是新命名规则好)

我为什么以为长续航电池 75 kWh,是下面这个人说的。

忽略上面那个想要 Model 3 P100D 的狂野哥们...忽略上面那个想要 Model 3 P100D 的狂野哥们...

这条 Twitter 发布于 2017 年 3 月 24 日,而实际电池规格达到 78 kWh 是 8 月初被扒出来的。所以一种可能是 Twitter 发布后 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 78 kWh 这个规格已经高于 Model S 75D 的电池规格,避免 Model 3 影响后者的销售 & 被 Model S 75D 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 Model S 100D 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);Model 3 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)。

特斯拉没有解释为什么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?

关于 78 kWh 和 80.5 kWh 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,避免过充过放对电池造成损害。比如 Model S P100D 的实际规格为 102.4 kWh,可用容量为 98.4 kWh。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?

关于 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 80.5 kWh 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车爱好者 Jack Rickard 拆解 Model 3 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。

Jack Rickard 拆解视频截图Jack Rickard 拆解视频截图

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

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 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 4200 mah,差距过大,不做讨论了。

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

LG 化学展示的 2170LG 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 4750 mah,单体重量是 75 g。所以能量密度是 4.75 × 3.6 / 0.075=228 Wh/kg。

三星 SDI 的 18650 和 2170三星 SDI 的 18650 和 2170

需要指出一点:维基百科上的 2170 规格,单体典型容量在 4200 mah-4800 mah 之间。也就是说 LG 化学和三星 SDI 的产品都是符合规格定义的,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 Model 3 车体内塞进了 80.5 kWh电池?

Model 3 比 Model S 的轴距短了 85 mm,车身宽度窄了 99 mm,但最终居然塞下了 80.5 kWh 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Model 3 是特斯拉的下一代车型,就像 iPhone 2 和 3 一样,不是这样的」。

为什么很多人都认为 Model 3 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 CTO JB Straubel。2015 年 10 月,Straubel 在内华达州大学的一场演讲中曝了很多关于 Model 3 的猛料。

正在泄密的 Straubel :)正在泄密的 Straubel :)

Straubel 介绍说,自 2015 年 9 月 Model X 实现产能爬坡、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 Model 3 中应用的所有新技术中。

重点来了,Straubel 亲口说,Model 3 基于一个全新的平台,特斯拉内部叫做第三代平台(Third generation)。Roadster 基于第一代平台,Model S/X 同属第二代平台。

无论(实际表现)更好还是更差,Model 3 上的大多数技术都是首次应用的。Model X 与 Model S 共用了很多通用的组件,但 Model 3 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。Model 3 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 8 月 23 日,特斯拉宣布 Model S P100D 正式投产,这款车型对 Model 3 的电池组工艺验证有重要的意义。

Model S P100D 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 Model 3 的研发提供了支持,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,但实际上一旦你需要在一个电池 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。

相对于 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 电池容量增加了 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),不知道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 Model 3 的电池组中。

按照业内人士朱玉龙的观点,Model 3 电池组的一个特征便是集成度极高,DC-DC 转换器、充电机、配电继电器全部集成在一起。Jack Rickard 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 Model S 线束总长 3 公里,Model 3 只有 1.5 公里,现在知道省在哪里了吧?

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。

Jack Rickard 的计算结果显示,平均到每 kWh 上,Model 3 的电池组比 Model S 85D 轻了 15%,比P100D轻了 6%。这个结论一方面佐证了 Model 3 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 Model Y 线束只有 100 米,那 Model Y 的电池组会有哪些惊喜呢......

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