4680型无极耳电池,是特斯拉发布的新型电池类型,据介绍,该电池能量方面提高5倍,续航里程提高16%,动力方面提高6倍。
特斯拉4680电池是指电池直径46毫米,高80毫米,以尺寸命名。形状为圆柱形,与主流方形电池不同。特斯拉4680电池目前采用的是三元锂电池技术路线,不排除后续会推出磷酸铁锂电池。
4680属于三元高镍电池,正极材料采用的是NCA(镍钴铝),高镍电池的镍钴铝3种金属常见配比为8:1.5:0.5。镍钴铝是三种金属元素,故称为“三元锂”,三元锂一般分为NCA和NCM(镍钴锰)。
4680电池在负极材料上与主流电池也有所不同,主流以石墨为主,4680电池使用的是硅基负极,该材料特性是比容量高,但存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。为了在能量密度和稳定性之间找到平衡点,目前的做法是将硅和石墨混合使用。
4680在工艺上,正负极添加了PVDF涂层,采用更多的铝箔和铜箔来保护电极材料,导电性更灵敏。而无极耳设计,把原来正极负极连接处的胶减掉了,降本增效,焊接上采用激光技术。
4680电池优点和缺点都有哪些?
1、比之前的2170圆柱电池大5.4倍,电池容量提升5倍,整车续航提升16%,采用无极耳设计,充放电速度提高6倍,有望降低电池内部电阻至原来的五分之一,产热更低更安全;
2、4680搭配CTC方案使用,即电芯直接集成到底盘,提升电池系统能量密度、整车减重、提高生产效率,在乘坐上有更多的优化空间;
3、缺点是无法确定是否会出现电池内部散热难度增大、电芯膨胀、导致电池寿命缩短的问题。
柏林的4680电池更像是Plaid版的Model S/X的电池包的布置,横向的大模组满排不留空隙。
而最新的奥斯汀的方案更像是Model 3/Y的结构,分别是4个长条block。
每个block中有3列电芯组成,每两列布一根温控管,每列由35 34=69个电芯组成。
所以每个block就有69x3=207个电芯,整个电池pack就有828个电芯。
为什么横排变竖排?
到底是横排好还是竖排好?
▲横排
▲竖排
大家猜猜这两个排列,哪个是横排、哪个是竖排?
左边是纵向排列的,右边是横向的,这两种排列方式是完全不同的。
这张图就是横向排列。
温控管是这样排列的。
每根管道都能很好的控制两边的电芯,每一排温控管都能控制两排电芯,沿途的这些电芯的温度都能很好的控制。
当然,竖着布置温控管也是可以的,但沿途的电芯因为接触面积有多有少,控制能力就参差不齐了。
这两张图的电芯数量其实是一样的,只是电芯排列方式不同,左边是竖排,右边是横排。
对于电动车而言,竖排更安全,为什么?因为竖排更窄,两侧和中间就可以布置更大的缓冲结构,增加安全性。
大家看柏林展出的电池包两侧都填满了,已经没有地方设计缓冲区了。
而且温控管的接口也在侧面,侧面碰撞的毁坏几率大大增加。
而最新展出的奥斯汀的结构,我们看到电池包的两侧有更大的空间,做更多的缓冲设计。
特斯拉在两侧各加入了25厘米宽的缓冲泡沫结构,以及车身框架的缓冲结构。
而且电池内部还有纵向间隙增加了安全性。
当然不止于此,纵向的另一个好处是惯性矩,根据物理学知识,距离重心越近,惯性矩越小,则车辆转向越灵活,
左边的长方形中心到两边的距离比右边的要短,所以车辆就可以更灵活。
而且,还不止于此,纵向排列大大简化了车辆的内部结构,怎么解释呢?
横向布局的电池,一般是这样串联起来,热管理系统管道布置在另一侧,会跟电路有很多重合,情况复杂。
纵向的电池包,温控系统是这样布置的,都放在车头,这样距离热泵很近,而且这些管线是双向的,可以大大节省管线的长度和能量的损失,而充电孔以及和动力电相关的设备都可以放在车尾。
这是最新曝光的管线接口,一个口进、一个口出。
是单排双向的,既节能又大大简化走线、节省了材料。
之前我们猜测特斯拉会采用像Lucid Air那样的,用电芯端部温控板来控制温度的结构。
而电池日展出的图片,电芯内部并没有管线,而且是横向排列,这样的集成度更高,可以放入更多的电芯。
我们知道4680采用的是无极耳、或者说是全极耳的设计,电池单体的直径越大,电芯的散热越困难。
而1865和2170的侧面温度会比较高,但4680因为无极耳的设计,热量向底部扩散传导比较多,所以采用底部散热似乎效率更高。而且特斯拉前段时间也申请了端部散热的专利。
为什么至今没有采用呢?
因为马斯克之前说过,在Model S Plaid交付之前,特斯拉团队曾经做过一个续航超过1000公里的超长续航的版本,但牺牲了操控性,而汽车在大部分时间里都不会用到这么长的续航,却要始终背负更多的电池,效率就会降低,最终他放弃了这个版本,我猜测马斯克说的这个版本就是电池上把电芯横向排布、能够插入更多电芯的版本。
取消侧面的温控管线、采用端部控制温度,但这样的方案就会有我刚才上面分析的那些劣势,所以这也是一个取舍的过程。显然马斯克更看重的是操控和效率。
这次整个电池包泄压阀的设计似乎也做出了改变,跟柏林展示的也是有区别的,柏林的是在侧面。
▲座椅直接安装在电池包上
▲座椅直接安装在电池包上
▲整车爆炸图
▲整车爆炸图
除了布局的变化,4680电池本体也变化巨大。
当时柏林展示的电池形态。
连接方式也换成了这种更高效的方式。
而这次展示的电池顶部是这样的。
盖子的封装方式也发生了变化。
电池的底部之前是这样的。
现在变成了这样,所以盖子的封装方式一定是经过了重新设计,有可能是为了在极端的情况下方便排气,在电池报废以后,方便特斯拉对电池进行原料的回收。
这张图展示的是21700比18650多卷的材料,那4680就需要更多、更长的材料。
这是整捆的电极材料,图中这是铝箔。
新花纹的盖子,它对应是铜箔那一面,它是Anode,是阳极。
另一端是铝箔,所以是阴极。
然后将电芯压入电池外壳,紧接着不等封盖子就直接灌入电解液。
短短几个月,4680电池从内部到封装再到排布,甚至制造工艺,都经历了天翻地覆的变化。
可以说迭代的速度惊人。
▲电池封装
▲电池pack安装到底盘上
结构性电池底盘的安装过程,前排座椅直接安装在电池包上。
后排座椅的样子。
整个车体底部与pack对接部分的画面。
马斯克曾经信誓旦旦地说要把Model Y的整车线束长度缩短到100米,虽然没有做到,但目前这个水平也可以算作业界翘楚了吧。
德州会是部署压铸机最多的工厂。
Cybertruck内外几乎全新的设计,将会运用特斯拉所有最新的技术,并且是HD4.0的硬件和最新的道路感知配置。
老马又立flag:明年要让Cybertruck和semi这些困难户挨个量产。
参考文献:
知乎《解密特斯拉最新4680电池包升级!4680 Battery Update!》,作者:Spotlight。
联系客服