除了4680電芯,在Battery Day中,馬斯克還較為詳細地闡述了他對未來電動汽車電池系統(tǒng)和車身終極形態(tài)的看法。很大程度上,它與我們已經(jīng)有所了解的CTP和CTC技術是相通的。
這里我們來了解下,特斯拉對于圓柱電芯CTP的著眼點與可能技術方案。
圖來自: Munro
1、電芯成為結(jié)構(gòu)體的一部分
這是CTP與CTC最基本的一個著眼點。在此之前,電芯只起到一個作用,即能量存儲和釋放的單元,現(xiàn)在電芯將增加一個功能,作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分。這種直接把電芯集成到箱體的技術,特斯拉稱之為“structural battery”,國內(nèi)稱之為CTP(Cell to Pack)。
The battery will both have the use as an energy device and as structure. This is absolutely theway things are done.――Elon Musk
這就需要對電芯殼體的鋼材料進行重新評估,以確保電芯本體能夠勝任結(jié)構(gòu)件的作用?;仡檨砜?,電芯-模組-PACK-底盤,這四者之間的防護關系,是不斷在集成,形成一體的過程。
在最初,是設計底盤來保護PACK,所以我們要盡可能將PACK布置在安全碰撞區(qū)內(nèi),甚至要在PACK中流出足夠的潰縮空間;到后來,PACK參與到整車的結(jié)構(gòu)防護中,模組也參與到整車的結(jié)構(gòu)剛度中來,現(xiàn)在,電芯直接參與到整車的結(jié)構(gòu)中來,意味著力對電芯的傳遞是即時的,這對搞仿真的兄弟來說,也需要一個全新的仿真思路。
2、多功能膠的推進
從BYD的CTP與特斯拉structural battery來看,膠仍然是目前最為合適電芯與箱體的緊固手段,而且特斯拉希望膠能夠同時具備其他主要功能,比如熱失控防護。
What we do essentially, instead of havingjust a filler that is a flame retardant, which is currently what is in the 3NYbattery packs, we have a filler that isa structural adhesive, as well as flame-retardant. So it effectively gluesthe cells to the top and bottom sheet. And this allows you to do shear transferbetween upper and lower sheet. ――Elon Musk
根據(jù)馬斯克的說法,特斯拉將使用一種兼顧結(jié)構(gòu)膠+耐火阻燃膠的多功能膠,將電芯與上下結(jié)構(gòu)件的固定起來,以應對最為苛刻的剪切力。(這里,馬斯克提到了將電芯也粘接到上面,不確定是指哪種結(jié)構(gòu)體。)
從Model 3以來,我們看到了膠這個小東西迅速得到大范圍應用起來,并且應用的領域也在擴展。從某種程度來看,電芯之外,近3年以來的PACK技術提升,大都是由結(jié)構(gòu)+材料這兩個領域來驅(qū)動的。
structural battery較大的概率會繼續(xù)3&Y的灌封設計,這樣整個電芯與箱體粘為一體,形成一個強度和剛度都非常大的結(jié)構(gòu)體。這對工藝的要求進一步提高的,一旦制造過程中不合格,報廢的就不是單個電芯或模組了,此外,這種設計完成可維修性極低,梯次利用也只能整包來進行。
CTC本身就是一種摒棄換電的技術,追求的是蘋果的一體化設計。
3、箱體集成水冷
由于電芯已經(jīng)占據(jù)了絕大部分箱體的空間,CTP技術中留給電芯冷卻的空間只有底部和頂部,蛇形管這種方案對體積效率來講是比較低的。
BYD漢的超級電池包中,水冷板是放在頂部的,冷卻的是電芯的側(cè)面;特斯拉4680電芯很有可能會采用冷卻電芯底部的方案,這個在它的專利中已有具體的布局,我們在特斯拉的研究報告的第3部分中也有詳細的解讀。
總的方案是底部冷卻+電芯頂部高低壓連接;基于現(xiàn)在的信息推斷來看,特斯拉很有可能會將冷板集成到下箱體,類似于I-PACE或是e-tron的方案,Sandy Munro對于冷卻也基本是這個看法。這樣的話,特斯拉在冷卻技術上有可能會調(diào)整原來的制造工藝。
4、四合一制造裝配
隨著柏林Gigafactory 車身后部單個鋁合金鑄件(鋁合金是特斯拉自已研發(fā)的特殊合金)的實現(xiàn),特斯拉將進一步推進,對車身前部也將實現(xiàn)單個鋁合金鑄造件,這樣,整個車身將由四個大的部件組裝完成:前后單個鑄件+中間底盤+電池包。
Soin order to achieve this, there was no alloy that existed that could do this,so we developed our own alloy, a specialallow of aluminum, that has high strength without heat treat and is verycastable.----Elon Musk
So,you’re basically making the front and rear of the car is a single piece andthat then interfaces to what we call it, the structural battery. ---Elon Musk
這是目前來說,馬斯克看到的電動汽車結(jié)構(gòu)上的終格形態(tài),非常接近國內(nèi)提出的CTC的概念。只是這里,仍保留有電池箱體的結(jié)構(gòu)件,在整個車身底盤,它是分成了三段來實現(xiàn)的,而非一體成型。
這個實現(xiàn)起來可能更具操作性,并且就像馬斯克所說的,前后鑄件與中間(電池包)部分的結(jié)構(gòu)件銜接是非常重要,以便車身前后段的力能夠平滑和連續(xù)性的傳遞到電池包內(nèi),而不是突變式形成應力。
And then those castings are also quiteimportant because you want to transferload into the structural battery pack in a very smooth, continuous way. Soyou don’t put arbitrary point loads into the battery.――Elon Musk
另外,structural battery在體積上會呈現(xiàn)出優(yōu)勢,這樣整個電池包在車身底盤中留給四周更多的潰縮空間,對側(cè)碰有更好的防護,受極慣性扭轉(zhuǎn)的影響相對小些。
我覺得小圓柱電芯的CTP或CTC會首先過渡到一個“開放式模組”的形態(tài),即仍有一個模組的形態(tài),然后再集成到箱體;4680這種大電芯直接跨過了這個階段,使得其和方形電芯在成組上一樣的便利。
盡管Battery Day披露的信息不多,但梳理起來看,特斯拉在CTC這個方向上走得已經(jīng)很快了,它目前的技術儲備是最接近于直接實現(xiàn)CTC的。
這也為后來繼續(xù)探索的企業(yè)搭建了一個基本的技術框架。
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