在前不久的特斯拉电池日上,马斯克展示了未来可能会用在大型车辆上的4680电芯。由于马斯克刻意在发布会上虚虚实实,不少人似乎对4680电芯产生了奇奇怪怪的印象。作为特斯拉涉猎能源制造商的第一步,4680电芯究竟暗含着马斯克怎样的盘算?数据应该不会说谎,作为初步了解,我们先一起来看看工程分析公司Keith Ritter从热学角度带来的见解吧。
排布有讲究
在早期的模拟中,Keith Ritter的大致出发点和我们当初的脑洞很像:电芯本体直径增大,那么它们在排布时彼此之间的缝隙也会随之增大,有利于布设围绕电芯侧面前进的散热管路:
另一种设计则更加激进。特斯拉不是说要搞“电池承力”么?那就借这种脑洞,把散热能力更好的铜质阳极板在电池组两面都铺上吧:
反正阳极板同样需要平面结构固定,而这些结构(见下图细长方块部分)因为加强,肯定够用:
需要指出的是,根据后面的测算,第二种设计的空间效率和能量密度都更高。所以,如果没有特殊说明,后面的解说都以第二种结构作为基础。
同等容量更省空间
以Model 3(参数|询价)上的76kWh电池包(虽然Model 3应该用不到4680电芯,但毕竟它有实物,比较好做对比)为例,通过Keith Ritter的优化,我们可以发现,用上4680电芯后,整个电池包的储能部分体积大概可以缩小大约两成:
按照前面设计电芯排布时的设想,我们大概可以推测,图中紫红色的方框大概是在表示一块阳极铜板的边界。显然,储能部分若能变小,对“电池承力”这一理念是有正面影响的:在续航一定的情况下,特斯拉可以将多出的空间用于加强车体结构,结合更靠中心的重量分布,未来车型的操控表现应该会有所优化。
再就是,4680电芯的输出上限也比2170电芯略强,特斯拉可以在此基础上打造更快、更有乐趣的车子。
充电更省事
由于本体外径更大、内阻相对小点儿,4680电芯对于大电流的抵抗力自然强于现有的2170电芯。这是它进一步加强特斯拉车型充放电性能的先天优势。再结合前文所提的设计,使用4680电芯的电池包在充电效率上能够累积更大优势。闲话少说,我们直接看结果(初始温度:85℉,约29.4℃):
图:两种电池的充电功率-时间曲线(Keith Ritter)
图:两种电池的充电功率-SOC(电池可用容量比)曲线(Keith Ritter)
可见,在电池充电需求(充电时间有限,或充入电量一定)相同时,使用4680电芯的那个总能提供更高的充电功率。对于急于赶路的使用者而言,它无疑是更好的选择。
安全隐患更低
这点其实与充电功率上限高一定程度上是互通的。相比2170电芯,4680电芯的高度并未改变,仅仅是底面积增大而已。配合前文所提到的电极散热铜板,不难想象,仅仅是同样通过底面散热,4680电芯内部在单位时间内能被带走的热量也更多。因此,在同等充电功率下,4680电芯的产热量明显低于2170电芯:
翻译成人话,那就是因充电而引发的自燃几率也会降低。同理,车辆在高负载时因过热的自燃应该也会减少。这应该是所有特斯拉车主都想看到的。
总而言之,从Keith Ritter对4680电芯的一系列测算来看,特斯拉似乎已经对电池的容量大战/能量密度大战感到厌倦,并有意从硬件层面开始舒缓用户对充放电和电池安全的忧虑。作为起步最早、技术积累相对最充足的现代电动汽车制造商,特斯拉这样的决定不仅显得更接地气,客观上还能促进技术的进步,两头都赢的事为啥不干呢?
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