除了4680电芯,在Battery Day中,马斯克还较为详细地阐述了他对未来电动汽车电池系统和车身终极形态的看法。很大程度上,它与我们已经有所了解的CTP和CTC技术是相通的。
这里我们来了解下,特斯拉对于圆柱电芯CTP的着眼点与可能技术方案。
图来自: Munro
1、电芯成为结构体的一部分
这是CTP与CTC最基本的一个着眼点。在此之前,电芯只起到一个作用,即能量存储和释放的单元,现在电芯将增加一个功能,作为整车结构件的一部分。这种直接把电芯集成到箱体的技术,特斯拉称之为“structural battery”,国内称之为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
这就需要对电芯壳体的钢材料进行重新评估,以确保电芯本体能够胜任结构件的作用。回顾来看,电芯-模组-PACK-底盘,这四者之间的防护关系,是不断在集成,形成一体的过程。
在最初,是设计底盘来保护PACK,所以我们要尽可能将PACK布置在安全碰撞区内,甚至要在PACK中流出足够的溃缩空间;到后来,PACK参与到整车的结构防护中,模组也参与到整车的结构刚度中来,现在,电芯直接参与到整车的结构中来,意味着力对电芯的传递是即时的,这对搞仿真的兄弟来说,也需要一个全新的仿真思路。
2、多功能胶的推进
从BYD的CTP与特斯拉structural battery来看,胶仍然是目前最为合适电芯与箱体的紧固手段,而且特斯拉希望胶能够同时具备其他主要功能,比如热失控防护。
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
根据马斯克的说法,特斯拉将使用一种兼顾结构胶 耐火阻燃胶的多功能胶,将电芯与上下结构件的固定起来,以应对最为苛刻的剪切力。(这里,马斯克提到了将电芯也粘接到上面,不确定是指哪种结构体。)
从Model 3以来,我们看到了胶这个小东西迅速得到大范围应用起来,并且应用的领域也在扩展。从某种程度来看,电芯之外,近3年以来的PACK技术提升,大都是由结构 材料这两个领域来驱动的。
structural battery较大的概率会继续3&Y的灌封设计,这样整个电芯与箱体粘为一体,形成一个强度和刚度都非常大的结构体。这对工艺的要求进一步提高的,一旦制造过程中不合格,报废的就不是单个电芯或模组了,此外,这种设计完成可维修性极低,梯次利用也只能整包来进行。
CTC本身就是一种摒弃换电的技术,追求的是苹果的一体化设计。
3、箱体集成水冷
由于电芯已经占据了绝大部分箱体的空间,CTP技术中留给电芯冷却的空间只有底部和顶部,蛇形管这种方案对体积效率来讲是比较低的。
BYD汉的超级电池包中,水冷板是放在顶部的,冷却的是电芯的侧面;特斯拉4680电芯很有可能会采用冷却电芯底部的方案,这个在它的专利中已有具体的布局,我们在特斯拉的研究报告的第3部分中也有详细的解读。
总的方案是底部冷却 电芯顶部高低压连接;基于现在的信息推断来看,特斯拉很有可能会将冷板集成到下箱体,类似于I-PACE或是e-tron的方案,Sandy Munro对于冷却也基本是这个看法。这样的话,特斯拉在冷却技术上有可能会调整原来的制造工艺。
4、四合一制造装配
随着柏林Gigafactory 车身后部单个铝合金铸件(铝合金是特斯拉自已研发的特殊合金)的实现,特斯拉将进一步推进,对车身前部也将实现单个铝合金铸造件,这样,整个车身将由四个大的部件组装完成:前后单个铸件 中间底盘 电池包。
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
这是目前来说,马斯克看到的电动汽车结构上的终格形态,非常接近国内提出的CTC的概念。只是这里,仍保留有电池箱体的结构件,在整个车身底盘,它是分成了三段来实现的,而非一体成型。
这个实现起来可能更具操作性,并且就像马斯克所说的,前后铸件与中间(电池包)部分的结构件衔接是非常重要,以便车身前后段的力能够平滑和连续性的传递到电池包内,而不是突变式形成应力。
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在体积上会呈现出优势,这样整个电池包在车身底盘中留给四周更多的溃缩空间,对侧碰有更好的防护,受极惯性扭转的影响相对小些。
我觉得小圆柱电芯的CTP或CTC会首先过渡到一个“开放式模组”的形态,即仍有一个模组的形态,然后再集成到箱体;4680这种大电芯直接跨过了这个阶段,使得其和方形电芯在成组上一样的便利。
尽管Battery Day披露的信息不多,但梳理起来看,特斯拉在CTC这个方向上走得已经很快了,它目前的技术储备是最接近于直接实现CTC的。
这也为后来继续探索的企业搭建了一个基本的技术框架。
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