特斯拉结构电池:下个时代开端

6月 9, 2022 技术支持

2021 年的 7 月 27 日,特斯拉 CEO Elon Musk 在 2021 年特斯拉 Q2 财报会议上宣布了一个重要的消息:「我很可能不再参与财报电话会议,除非有一些非常重要的事情要我说。」

过了 6 个月,也就是中间休息了仅仅 1 个季度后,Elon 重返特斯拉财报,「提供更新的产品路线图」。

Elon 宣布了一个产品更新:第一批搭载 4680 结构电池的 Model Y 将在特斯拉 Giga Texas 工厂量产下线,并于本季度交付。

结构电池,与业内更主流的 CTC(Cell To Chassis,即电芯直接集成到底盘)是同一个技术概念。顾名思义,通过将电芯直接集成到底盘,「没有中间商赚差价」,会带来许多显而易见的好处。

我们来做一个简单对比。目前搭载 2170 电芯的特斯拉 Model Y 长续航电池组共计 4416 颗电芯,根据特斯拉电池日上公布的设计,4680 结构电池的电池组共计 960 颗电芯,考虑到 1 颗 4680 电芯的能量是 1 颗 2170 电芯的 5 倍,960 颗 4680 电芯等效为 4800 颗 2170 电芯,增幅在 8.7%。

但 Giga Texas 工厂下线的 Model Y 续航会比这更长,这是因为特斯拉同时上马了前后车身一体压铸技术,将车身前后 370 个零部件简化为 2 个超大型的一体压铸件,车身重量由此降低 10%。

同样大小的电池,车越轻跑得越远。因此,新款 Model Y 的能耗会更低,结构电池和轻车身两相叠加,综合续航增幅为 14%。

但这有个 Bug,Model Y 的底盘空间是一定的,能量增幅 8.7% 的前提是,960 颗 4680 电芯等效 4800 颗 2170 电芯,相比老款多放了 384 颗 2170 电芯,从而实现能量提升。也就是说在相同的空间内,放入了更多的电芯,这是什么「空间魔法」?

上方现款电池组中红色的支撑结构在下方的结构电池中被完全移除,电芯直接集成在了底盘上。

从左右两侧可以看出,结构电池的防撞空腔余量更大,通过碰撞侵入电芯的几率更低。

结构底部采用了集成蜂窝格栅用于吸能或是发生热失控时气体散出,尽量降低电芯短路热失控风险。

通过现款 Model Y 及 Model S Plaid 的电池组,我们有理由相信,结构电池的电芯之间将延续填充树脂材料的策略。除了有效阻燃,树脂材料使得电芯与箱体黏为一体,这起到一个强大的支撑性作用。

这种类似于「奥利奥」的结构设计理念,你可以从 F1 赛车和非常多的高性能跑车上的车身结构设计上来见到。如下图所示, F1 赛车硬壳体由两层碳纤维板中间加入树脂和铝蜂窝板组成。结构电池与之类似,电芯的钢外壳可以传递剪切力。

如果你有留意的话,超跑制造商柯尼塞格也采用了类似的结构来增强硬度。柯尼赛格 Agera R 的抗扭刚度高达 65000 Nm/deg——别忘了 Agera R 是一辆敞篷车,普通的敞篷车扭转强度一般不会超过 20000 Nm/deg。

从过去的产品来看,特斯拉产品线的抗扭刚度并不出色。据 YouWheel 的数据显示,特斯拉 Model Y 含电池情况下抗扭刚度为21700 Nm/deg。而同级别的纯电 SUV 蔚来 ES6 高达44930 Nm/deg。

事实上,如果