小飞哥爱开车 22-08-23 16:36
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全球电池圈子,都在看Sandy老爷子拆4680。但是他老人家也不着急,慢慢的来,已经搞了一个多月,终于有一些进展了。上次我们画了个4680电芯内部的结构。今天我们花10分钟,讲讲4680整包结构的特点。
(1)精确的串并联数据
首先还是要说,这里难免有一些猜测的内容,欢迎大家在评论里讨论。
我们知道,电池里面这么多电芯,总归需要整整齐齐串并联之后,才能组成一个电池包。这个我们之前聊过这方面的内容,我把视频链接也放在下面了。后面我们还会讲到很多,关于容量,能量,放电倍率这些内容。想要复习一下的小伙伴,都可以点进去看一下哦。
其实在22年3月份Giga Texas工厂落成活动上,Tesla制作的展具,就至少把模组和电芯之间的关系,很精确的展示了。当时我们的视频也说道,是每列34或者35个电芯,每个“block”有3列34颗,3列35颗,一共207颗电芯。4个“block”一共828颗。当然,当时展示的电池包,有一段block没有露出来,所以也没有最精确的结论。同时也没有人预测一下,828背后,可能的串并联组合。
其实就在上个月,Sandy 团队他们拆开第一个block之前,还没有确定这是35和34夹花,一共828颗,还是每列34节,也就是一共816节电芯。弄的很多文案上面,也跟着错了。但现在大家都清楚了,这是9并92串的结构。为什么,是这个数字呢?
其实工程师,在设计电池一开始的时候,就要确定串并联的结构。这时候要同时考虑“机械”,和“电气”两方面的需求。圆柱电芯天生比较小,一个电池包有很多颗,所以串并联组合更灵活一些。更多见的方壳电芯,一般是以96串,或者108串的方案为主。就是因为这两个数字,可以同时被3和4整除,满足电压等级的同时,机械结构的布局,也更方便一些。可以把电芯摞得整整齐齐。
我们回到这个电池。机械方面,因为这里是4个统一的大blcok,那电芯的总数,最好要能被4整除。
而在电气方面,如果选择8并的方案,8天生能被4整除,是挺好的。但是考虑到放电性能,8并的容量大概只有190Ah,容量太小,通大电流的时候,放电倍率C,就会很大。4680电芯热管理,本身就是难题,变粗了之后,中心的热量出不来。即使采用了全极耳这样的方案,据说,现在特斯拉4680难产的问题,主要还是在冷却。现345在2170的方案是96S46P,46P之后2170电芯的容量大概是220Ah,超过了8并的4680。所以为了确保容量,8并不行,至少9并。
(2)全新的模组结构
方案确定了,在电池里是怎么实现的呢?跟着Monro,我们一起来看看模组的结构。
直接说结论,为了说清楚这里的结构,全网都没有找到合适的素材,所以我们自己画了2个图。把这到处都是聚氨酯泡沫吹走之后,block最上面是一层柔性盖板。蜂窝网格状的结构,在里面隐隐约约可以看到,集成了电压采样,和温度传感器的线束。关于电压用什么来采样,这里面有什么门道,我们正在做一期专门节目,点个关注,马上就要上线了。
然后第二层,是最关键的,把电芯连接成串并联的线束,我们就叫……汇流排吧。之前2170采用的铝丝bonding焊接,几年前刚在加州量产的时候,可以说是把老马折磨的够呛。所以这次4680,没有选择看着就挺嫩的铝丝,而是直接用了,激光焊接。
但是说实话,第一眼我看到这个结构的时候,我都快瞎了,这是个啥玩意儿。我们画面暂停3秒,看着是不是很晕?从拓扑结构来看,这块线束就是要把电芯,分成9个9个一组。每组电芯的正极全部连起来,然后汇总到上一组电芯的负极,再来一遍,再来一遍。
而4680电芯的正负极,我们上次说了。只有顶上中间的这个极柱,它是正极;极柱下面的壳体,包括上表面除了最当中的地方,都是负极。这块树杈形状就是为了这个设计的。从右边开始,这9个电芯的弄吧正极被连接在了一起。这上面还有一些枝丫,其实仔细看,是连接到了上面一组,9个电芯的负极。形状看着是复杂,但只要事先想好设计,就可以快速加工成型。
说完第二层,下面就是电芯本身了。再往下,是一层云母片,和ABS塑料支架。云母片是用来进行热失控防护的。我们上次聊4680电芯的时候说了,它的壳体不再是两头焊接,而是上面一个罐子,底下一个底板。底板如果要兼顾防爆阀的作用,那在下方肯定要布置热失控防护材料,和泄压结构。
这层黑色的ABS塑料,拆开来之后发现,真的只是一层塑料。它首先是一个支架。因为电池里到处都是的聚氨酯,是最后灌进去,发泡成型的,需要事先固定好每节电芯的位置,不会受到发泡材料互相挤压的影响。底下配备了云母片,作为热失控防护的材料。塑料支架的底部,和下壳体之间,并没有和其他胶粘在一起。
回顾一下,从上到下,是集成了采样线束的柔性盖板、汇流排,电芯,云母,塑料支架。充斥其中的,是聚氨酯泡沫。之前传说的顶部或者底部冷却,并没有出现。
(3)这……还能修么?
最后聊聊CTC关注度最大的,维修性问题。从碰撞溃缩空间看,侧面还是留了不少的距离。对于电动车,最危险的碰撞情况,就是侧面的柱碰。撞电线杆或者树的话,只有很小一段车身来吸收能量,侵入量最大,很容易破坏到电池。所以边上留这么一段距离,在不是很严重的侧面碰撞的情况下,来确保电池,尽量不要坏。但从之前的图来看,电池边上一圈,是铸造成型的零件。这玩意钣金要怎么修……别问我,我也不知道。
Sandy团队这次进度这么慢,也主要是因为这个电池包太难拆了。
对圆柱电芯来说,天生电芯之间就有空隙,以前是在Block里灌死胶水,这次是让聚氨酯泡沫代替胶水,蔓延在电池包的所有角落,弄成一团团粉红色的海洋。一个个去凿,真的不知道要弄到什么时候,他们也只能祭出干冰喷射器,这种神器了。想想也是,这种机器以前一般在汽修店里能看到,是用来清理发动机积碳,这种顽固污渍的。他们团队自己也吐槽,拆电池就好像在考古(Archeology)。这让多个电芯互相组合,形成的集合体,达到了空前的强度。
但问题也很直观了。这个电池包里面只要有一节电芯发生问题,比如容量异常,或者这么多细小的线束,焊接或者接插件连接处问题……那这辆车的内饰,怕是逃不掉要全部拆装一遍了。这里不仅有贼高的人力成本,装完发生异响之类的风险,二手车保值肯定也会有问题。谁想买个内饰全部拆过一遍的二手车呢?而这一切的原因,很可能只是828节电芯,或者1656个焊点,或者连接它们的无数根细小线束里,出了任何一个问题而已。
整套这样CTC的设计,应该说对于电芯、电池包整个生产体系的可靠性,提出了……很变态的要求。从2170到4680,从大模组到CTC,特斯拉花了大概5年的时间,迈了很大的一步。这里面的挑战,不仅是零件和工艺的可靠性,整个电芯和电池包生产的时间效率、成本效率也是重要的考量。
但是必须要说,这一步好像并不是,最被关注的续驶里程,或者能量密度。从现有的一些信息来看,4680即使负极用上了DBE干电极技术,其能量密度方面并没有太多的提升。当然不排除后续会搞一次次小升级,来小步快跑,但至少现在,并不是很高。特斯拉也没有一次性,就把手里的牌都打掉。
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发布于 上海