文 | 車(chē)東西 Juice
編輯 | 曉寒
今年一季度即將量產(chǎn)的特斯拉4680電池，到底有哪些技術(shù)創(chuàng)新？最近，海外知名電動(dòng)汽車(chē)媒體InsideEVs發(fā)布的一篇報(bào)道回答了這些問(wèn)題。
該媒體的記者George Bower（具有機(jī)械工程師背景）根據(jù)新曝光的特斯拉電池專(zhuān)利文件和柏林、得州兩座新工廠的實(shí)拍圖，對(duì)即將投產(chǎn)的4680電池包和配套的CTC技術(shù)（電芯直接安裝到底盤(pán)）進(jìn)行了深入解析，涉及電芯封裝工藝、電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱失控管理、散熱等多個(gè)方向。從其分析來(lái)看，4680+CTC的組合確實(shí)有不少反常規(guī)操作：比如搭載4680電池包的Model Y的車(chē)身底部是鏤空的——電池包充當(dāng)了車(chē)身底板，甚至車(chē)輛的座椅就直接安裝在電池包的外殼上。4680電池包充當(dāng)車(chē)身的“底盤(pán)”，能減少車(chē)身的部件，降低成本和重量。但是也會(huì)給車(chē)身的剛性和安全性提出新的挑戰(zhàn)。
這一做法不僅與目前絕大部分采用承載式車(chē)身設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)不同，還與其他CTC技術(shù)將電芯塞到底盤(pán)里的做法也不一樣。打個(gè)比方，別人是往車(chē)身底盤(pán)里塞電芯，而特斯拉是往車(chē)身里塞“底盤(pán)”。又比如，4680電池包內(nèi)部塞滿(mǎn)了4680電芯，但其在四周并沒(méi)有留出明顯的空隙用作碰撞的緩沖區(qū)……
相反的，特斯拉卻在4680電池包的底部設(shè)置了一個(gè)蜂窩狀的鏤空層，似乎是為了應(yīng)對(duì)電芯熱失控時(shí)產(chǎn)生的氣體，并在底部發(fā)生碰撞的時(shí)候提供緩沖。此外，車(chē)東西在專(zhuān)利文件中也發(fā)現(xiàn)4680電池包還采用了新的焊接工藝和更全面的熱失控管理設(shè)計(jì)。雖然目前還不能看到4680+CTC技術(shù)能給Model Y帶來(lái)多大的續(xù)航提升，也不知道特斯拉的反常規(guī)操作如何解決帶來(lái)的問(wèn)題——比如如何保證車(chē)身剛性和碰撞安全性。
但這些專(zhuān)利和照片無(wú)一例外都說(shuō)明特斯拉確實(shí)在不斷迭代自己的電池設(shè)計(jì)，甚至是大踏步地進(jìn)行迭代。特斯拉作為電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的頭號(hào)玩家，以及智能電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)創(chuàng)者和引領(lǐng)者，其電池技術(shù)的迭代與進(jìn)步顯然非常值得一看。
01.CTC技術(shù)顯真容 座椅竟裝在電池包外殼上
特斯拉同時(shí)展出了4680電池包和2170電池包的裝車(chē)照片，而4680電芯則是最新的技術(shù)，所以George Bower根據(jù)特斯拉所展示的照片和專(zhuān)利進(jìn)行了分析。從特斯拉此前展示4680電池包的照片來(lái)看，其中有多處值得關(guān)注的地方。首先是4680電池包直接取消了模組，從公開(kāi)的照片來(lái)看，4680電芯密集的排列在車(chē)輛底盤(pán)中，取消了此前電池包中的模組設(shè)計(jì)，即所謂的CTC技術(shù)。
特斯拉4680電池包照片
在采用了這種技術(shù)之后，車(chē)輛的裝配工藝也發(fā)生了變化。George Bower通過(guò)照片中的電池結(jié)構(gòu)和油漆的顏色發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛的座椅則是直接安裝在電池包外殼上，這點(diǎn)從圖片上方預(yù)留的接口也可以看出來(lái)。而此前所有的媒體報(bào)道也都表示在采用4680電池包之后，車(chē)輛的座椅將會(huì)直接安裝在電池包外殼上。
另外，4680電池包繼續(xù)采用了兩個(gè)散熱管道，可以更好的分散熱量。而在冬季的時(shí)候，也可以更加均勻的為電芯供熱。在仔細(xì)觀看了照片之后，George Bower也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，特斯拉的4680電芯直接鋪在車(chē)輛的底盤(pán)內(nèi)部，從圖片來(lái)看，特斯拉似乎并沒(méi)有在電芯周?chē)粲幸欢ǖ目臻g。
一般來(lái)說(shuō)，車(chē)企都會(huì)在電池包周?chē)粲幸欢ǖ目臻g，一方面是為了在車(chē)輛發(fā)生碰撞的時(shí)候留下緩沖的余地，保護(hù)電芯的安全，另一方面則是為了應(yīng)對(duì)電芯出現(xiàn)異常導(dǎo)致氣體產(chǎn)生的情況。除了照片之外，George Bower也參考了特斯拉此前申請(qǐng)的動(dòng)力電池專(zhuān)利。在特斯拉2021年5月27日公布的序號(hào)為WO 2021/102340 A1的專(zhuān)利中也展示了Model Y的4680電池包。
特斯拉專(zhuān)利截圖
專(zhuān)利圖片顯示，在采用了4680電芯之后，車(chē)輛的座椅將直接安裝在電池包外殼上，同時(shí)電芯將會(huì)直接平鋪在電池包內(nèi)部，不再采用此前的四模組設(shè)計(jì)。
特斯拉電池專(zhuān)利截圖
而在電池包的最下面一層，George Bower發(fā)現(xiàn)特斯拉設(shè)計(jì)了一層集成蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)，他推測(cè)這一設(shè)計(jì)可以吸收電芯產(chǎn)生的氣體，在發(fā)生碰撞的時(shí)候也可以吸收物理沖擊。同時(shí)他也認(rèn)為，該結(jié)構(gòu)將會(huì)是一個(gè)完整的鑄件，可以兼作結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提升電池組的整體剛度。雖然在特斯拉公布的照片中無(wú)法看到這一結(jié)構(gòu)，但George Bower認(rèn)定這一結(jié)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)在量產(chǎn)產(chǎn)品中。
特斯拉電池專(zhuān)利截圖
根據(jù)馬斯克在特斯拉2021年財(cái)報(bào)會(huì)議中的說(shuō)法，4680電池包將會(huì)首先在奧斯汀工廠量產(chǎn)，這一信息在最近也得到了驗(yàn)證。George Bower發(fā)現(xiàn)特斯拉奧斯汀工廠中制造的Model Y車(chē)身底盤(pán)位置是空白的，似乎是為了4680電池包和CTC方案做的準(zhǔn)備。
特斯拉奧斯汀工廠車(chē)身照片
根據(jù)目前已知的信息來(lái)看，4680電池包將會(huì)采用CTC的封裝方式，車(chē)輛的座椅也將會(huì)直接安裝在電池包外殼上，電池內(nèi)部將會(huì)有兩條散熱管道進(jìn)行散熱。但由于特斯拉還未正式量產(chǎn)搭載4680電池包的車(chē)型，所以目前關(guān)于特斯拉4680電池包也還存在很多的不確定性，如最終量產(chǎn)產(chǎn)品是否會(huì)和專(zhuān)利顯示的內(nèi)容完全一致，其他如電池的安全性等問(wèn)題也還并不清晰。
02.采用蜂窩結(jié)構(gòu)新焊接工藝 熱失控管理提升
而除了這些，特斯拉在2021年6月份也公開(kāi)了一份關(guān)于動(dòng)力電池的專(zhuān)利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM（專(zhuān)利號(hào)為US 2021/0159567 A1）》，從這份專(zhuān)利中也能看到更多關(guān)于4680電池包和CTC技術(shù)的資料。
在電芯裝配方面，由于4680電芯的電流增大，特斯拉此前采用的鋁絲連接方式已經(jīng)不再適用，轉(zhuǎn)而改為了名為Busbar的焊接方式來(lái)連接電芯，同時(shí)將電池管理系統(tǒng)的采集版直接連接在一起，減少電池包中線(xiàn)束的使用，降低成本。
電芯上下和電芯之間則采用了填充樹(shù)脂材料，起到熱保護(hù)和結(jié)構(gòu)性支撐的作用，專(zhuān)利中顯示，樹(shù)脂材料通常在化學(xué)物質(zhì)、填料和工藝要求的限度內(nèi)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此技術(shù)人員可以根據(jù)耐熱性和阻燃性、拉伸模量、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度、粘合剪切強(qiáng)度、混合粘度、處理時(shí)間和密度中的一種或多種的考慮來(lái)配置樹(shù)脂材料。
特斯拉電芯之間將采用樹(shù)脂材料填充
而這種特性也為電池陣列的方法提供了靈活性。根據(jù)產(chǎn)品要求，電芯排列單元之間可以部分或全部填充，而電芯上下的樹(shù)脂層可以直接粘合到表皮上。在熱失控管理方面，特斯拉也做了很多工作，此前的電池包中僅在電池后方設(shè)置了兩個(gè)泄壓閥，而在采用了CTC方案之后，熱失控管理方面面臨的難題也更多。
從專(zhuān)利和特斯拉公布的照片可以看出，特斯拉在CTC方案電池包一側(cè)配備了八個(gè)泄壓閥，幾乎遍布電池包的側(cè)面，這樣做的好處是，一旦發(fā)生了熱失控，能夠快速打開(kāi)泄壓閥，降低電池起火風(fēng)險(xiǎn)。
在液冷方面，CTC方案電池包內(nèi)的蛇形管布置與車(chē)橋方向平行，可以減少蛇形管長(zhǎng)度，從而減少流阻，增加冷卻的均勻性。可以看出，特斯拉為4680電芯和CTC技術(shù)做了很多前期的準(zhǔn)備，而從此前公布的照片來(lái)看，特斯拉已經(jīng)將專(zhuān)利中的內(nèi)容搬到了現(xiàn)實(shí)中，毫無(wú)疑問(wèn)，特斯拉正在發(fā)起新一輪的電池革命。
03.2170電池微調(diào) Model Y續(xù)航增超20km
除了4680電池包之外，特斯拉官方展出的照片中還出現(xiàn)2170電池包，雖然目前特斯拉Model Y已經(jīng)采用了2170電池包，但仔細(xì)來(lái)看，最新展出的2170電池包也有一些變化。George Bower在仔細(xì)研究了官方給出的照片之后發(fā)現(xiàn)，特斯拉最新展出的2170電池包采用了大模組方案。照片中可以非常明顯的看到，2170電芯組成了四個(gè)模組，這四個(gè)模組共同組成了電池包，這跟目前Model Y電池包的封裝方式非常接近。
特斯拉2170電池圖片
與4680電池包不同的是，采用2170電池包的車(chē)型中沒(méi)有采用座椅直接安裝在電池包外殼上的方案，圖片非常清晰的顯示了電池上殼上面是車(chē)身的底板，底板橫梁上留有座椅安裝孔位。甚至從油漆方案上也可以看出來(lái)車(chē)輛座椅并非是安裝在電池包外殼上，電池包上方的底板和座椅支架都涂成了白色，和車(chē)身顏色一致，而在4680電池包中，座椅支架則和電池包一樣采用了黑色的油漆。但特斯拉最新展出的2170電池包和4680電池包也有一定的相似之處，這兩種電池包都沒(méi)有明顯的多余空間來(lái)吸收撞擊的動(dòng)能和電芯異常釋放的氣體。在特斯拉2021年5月27日公布的序號(hào)為WO 2021/102340 A1的專(zhuān)利中也提到了2170電池包。專(zhuān)利中的部分圖片也證明了George Bower的猜測(cè)。
特斯拉專(zhuān)利截圖
從專(zhuān)利圖片來(lái)看，特斯拉最新的2170電池包仍然采用了四個(gè)模組的方案，和目前在售的Model Y基本一致。這四個(gè)模組的長(zhǎng)短并不相同，中間兩個(gè)模組的長(zhǎng)度比較接近，而兩側(cè)的模組長(zhǎng)度也比較接近，但整體上看，中間兩個(gè)模組的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。
特斯拉專(zhuān)利截圖
此外，專(zhuān)利圖片顯示，采用了新款2170電池的Model Y的座椅是直接和車(chē)身連在一起的，并未直接與電池包連在一起。
特斯拉專(zhuān)利截圖
而在電池包的最下方，同樣預(yù)留了一個(gè)集成蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，用以吸收撞擊的動(dòng)能和異常釋放的氣體，不過(guò)目前無(wú)法證實(shí)這一組件是否是一體壓鑄成型的。
特斯拉專(zhuān)利截圖
根據(jù)此前的信息來(lái)看，特斯拉柏林工廠先期仍然將會(huì)采用2170電池包，該工廠生產(chǎn)的長(zhǎng)續(xù)航版本Model Y相比國(guó)產(chǎn)版本續(xù)航里程從537公里增加到了565公里。
04.結(jié)語(yǔ)：4680+CTC將是特斯拉未來(lái)重點(diǎn)
電池技術(shù)和自動(dòng)駕駛技術(shù)無(wú)疑是特斯拉目前最值得期待的兩項(xiàng)技術(shù)，而投產(chǎn)在即的電池技術(shù)更值得關(guān)注。從特斯拉自己公布的照片和財(cái)報(bào)電話(huà)會(huì)議來(lái)看，4680電池包和2170電池包都將會(huì)成為特斯拉下一段主要的電池產(chǎn)品。
但在車(chē)東西看來(lái)，特斯拉最終目的則是大規(guī)模投入4680電池包和CTC技術(shù)。現(xiàn)階段4680電池包的產(chǎn)量還比較小，無(wú)論是特斯拉自己生產(chǎn)還是從松下、LGES等供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)，美國(guó)奧斯汀工廠在地理位置上都更接近。而在歐洲市場(chǎng)上，特斯拉短時(shí)間內(nèi)無(wú)法獲得更多的4680電池包，所以暫時(shí)還將會(huì)采用2170電池包。
盡管如此，柏林工廠也在積極進(jìn)行電池工廠的建設(shè)，等到產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放，未來(lái)將會(huì)進(jìn)行更換。綜合來(lái)看，4680+CTC將會(huì)是未來(lái)特斯拉的主要發(fā)展方向。