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特斯拉的4680高镍模组电池的设计

2021/11/15
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阅读需 5 分钟
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推特上ALEX根据特斯拉的Battery Day、柏林工厂开放日和特斯拉的专利做了一些设计性假设和推演,对于理解特斯拉的4680模组和系统性设计很有帮助。

我把这些图摘录下来,给大家看一下,然后我谈一些自己的看法。

Part 1 4680电池的设计

图1 4680模组假想设计

 

图2 4680模组假想设计

 

图3 4680模组假想设计(底部可能会做一些差异化处理)

 

图4 重要的是这个树杈性的分流设计

 

图5 圆柱固定的底部设计

 

图6 正面整体状态

Part 2 我对4680的看法

我最近收到一堆问题,我觉得可以罗列下:

(1)高镍下圆柱比方壳是否有优势?

我觉得主要是,在没有大面接触下,整体设计热失控方面要更好做一些,同样的CTC方壳做起来费劲。

(2)4680大圆柱是否可以做铁锂版本?

可以,某家全球领先的OEM就是这么想的,做一个超低成本方案。

(3)最懂方壳电芯的宝马为什么要在第六代电池上转入圆柱?

根据我的了解,宝马其实也是有方壳派和圆柱派,其核心差异每个技术人员立场不一样。iNext和i4的不做方壳大电芯而是做方壳小电芯4P和5P的模式,本质上还不如圆柱方便。

(4)CTP和CTC的导入和电芯差异化?

从目前来看,CTP围绕结构创新打破之前VDA355、390和590边界效果非常好,但是本质是一个结构变化,继而达成了电芯厂切入Pack制造把客户整包拿回来的战略目的。

CTC的战略目的,其实是把电芯生产和整车生产严格绑定,所以可预见确实宁德需要在临港为特斯拉兴建一个电芯厂以保证CTC的进行。

(5)圆柱电芯大时代 新的群雄逐鹿

图7 大圆柱时代的差异化

 

圆柱大电芯的突破其实可能会颠覆方壳时代,理由有这么几个:

1)18650时代,圆柱是个标准品,21700的转化确实在动力上迭代更快,往大容量发展,这种电池的可用性在很多领域可以推进,也就是说方壳时代是宁德的一家独大。但是面对这种优质的标准品,其实国外的松下、LG、SDI和SK都能做,国内亿纬锂能也在跟。

 

2)大方壳时代,把几个电芯的壳体优化掉,变成卷芯并联在一起。宁德时代这种做法其实拉开了和方壳对手SDI、松下的差距,把成本往下打了特别多,也对LG Chem形成超大的成本压力,基本在全球造就了最优的成本,这个是战略的能力!

图8 多卷芯内部级联状态

 

但是和4680级联比起来,这个方案最大的缺陷是在成本相似条件下,快充做不上去——这种设计基本把快充的瓶颈放在了电芯里,从这些Tab上的阻抗很难降低下来。如果后续消费者层面不光对续航里程有需求(宁德其实一家对全球的续航推动有贡献),对充电体验也有要求的时候,我觉得原本的优势反而变劣势了。

图9 这种设计最大的挑战是快充做不出来,内部的温度控制不住

 

小结:

长远来看,随着特斯拉切入4680影响整个格局,带着所有人做圆柱的时候,挑战的是整个动力电池围绕VDA方壳时代变化的节奏。这点是我觉得最需要在技术层面观察的。软包下一个复兴阶段,要么是蜕变成短刀片和长刀片模组,要么等固态了。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。