张宁展专利

在上个月的特斯拉电池日(Battery Day)上,特斯拉CEO马斯克公布了一款全新的动力电池,并发布了一款全新的无电极ear 4680电池。成本低,充电快,续航长,这电池简直太神奇了!近日,马斯克表示将很快推出。模特?y将率先使用4680电池,将这款电池的话题推上了热搜。现在,似乎非常有必要对电池4680做一个更深入的分析和探讨。

可能你会觉得有些枯燥,比如充电曲线的预测,2170电池和4680电池包装尺寸的叠加对比,串并联电池的配置,特斯拉连接电池的方式...但是这些内容会向我们揭示一款新车会给我们带来怎样的使用效果。

4680电池更安全?特斯拉长达8年的电池冷却缺陷将得到改善。

有外媒评论称,特斯拉新的4680电池组将采用更简单、更容易组装的平板冷却方案,并放弃原有的冷却方案。虽然特斯拉官方并没有特别强调会采用平板散热方案,但是并没有办法通过侧面有效冷却这些大直径电池。最有效的冷却方式是通过电池的两端。新的无耳电池在电池盖和电池内部之间提供了良好的热传导路径。

关于特斯拉的电池散热缺陷,在今年6?月份?30?周日,特斯拉内部的一封邮件被曝光并公之于众。早在?2012?年量产?模特?s?当时特斯拉已经知道电池散热有问题,甚至可能导致起火,而这个问题至今没有解决,已经八年了!

特斯拉已经委托三家公司对电池散热配置进行了测试和调查,结果都显示?模特?s?冷却系统的端部连接接头有问题。特斯拉的电池冷却系统是通过给电池增加一个外部冷却剂管道来实现的。但管子的端部接头是铝材质,强度低,容易磨损,造成冷却液泄漏,造成汽车电池短路起火,或者在电池内部留下易燃残留物。

铜阳极板本身可以起到很好的散热作用,使电池内部温度分布更加均匀。看来长达八年的安全隐患就要解决了!

此外,马斯克说:电池单元粘附在电池组底部和顶部的极板上。在增加电池组剪切强度的同时,顶部和底部的板也将作为冷却板。At模型?3、电池卡在散热板上。

4680电池充电有多快?10%-80%需要15分钟,10%-50%需要7分钟。

最大充电速度:275 kW

下面是模型?3和型号?y?2170电池组与4680电池组的对比分析。

在29.4摄氏度(85华氏度)的温度环境下,从10%到80%的充电时间从25分钟减少到15分钟。如果最多只需要充50%的电,7分钟就可以完成,几乎和汽油车的加油时间一样快。

预计最大充电速率将从2170电池的250kW提高到4680电池的275kW。275 kW充电率不变,从10%充电状态逐渐降低到50%。当电池达到温度极限时,它开始逐渐变化,根据型号?x,如果温度是45摄氏度(113华氏度),渐变点与环境温度密度有关。在较高的环境温度下,空调系统的性能会下降。

下面是2170电池和4680电池的充电曲线与时间关系对比图。

下面是2170电池和4680电池的充电曲线与荷电状态(SOC)关系的对比图。

我们可以看到,电池组的尺寸已经明显缩小,特斯拉在冷却模式改变后可以将电池包得更紧。这是一个优点,因为它减少了极惯性矩,提高了车辆的操控性,因为质量将更集中在车辆的中心。

下一个96S9P是什么?76?千瓦时?4680电池组的剖面图。

在4680电池组的横截面中,显示了顶部和底部的扁平冷却以及电池的电气连接。特斯拉会取消吗?指形集电器的概念由丝焊改为简单的平板集电器,直接焊接在与无极耳正极或负极相连的电池上。

为了连接一个电池的正极和另一个电池的负极,型号?基于s型的反转技术,即将每个并联电池组的电芯翻转过来。

以下是76 kWh 4680电池组和2170型号?3电池组的横截面覆盖图。

如前所述,预计会有顶部散热板和底部散热板,电池和散热板会胶合在一起。散热板还会增加电池组的强度,电池的阴极(铝)端和阳极(铜)端的传热比为30%/70%。

热电模型包括电池组的所有具体内容,包括电池尺寸、安时额定值、导热系数等等。其中一个关键因素就是电池的电阻,因为它决定了电池的发热量。新4680无极电池在10%?SOC时的初始内阻为3?毫欧,80%的时候呢?SOC逐渐下降到2?毫欧。2170电池电阻23/20/20?毫欧。我们可以看到电池的电阻降低了10倍。相比之下,特斯拉在专利申请中标注的技术可以实现5-20倍的降低。

此外,制冷能力也值得关注。现有模型?制冷量2-3吨,视环境温度而定。?特斯拉可能会增加堆叠制冷和空调压缩机的尺寸,以提供更好的包装冷却效果。

电池组的热质量也将发挥作用。在以最大充电速率充电的第一部分,电池产生的热量超过了制冷系统能跟上的范围,于是电池组开始发热。热质会延迟电池过热的发生,因为它储存热量。当电池达到45摄氏度(113华氏度)的温度极限时,它开始逐渐降低充电速率。

上图是空调性能和环境温度的关系。在较高的环境温度下,空调的性能会下降,这也是最大充电功率的初始渐变点会出现在较高环境温度下较低SOC的原因。

张宁新博士(奥中科技交流协会秘书长,就职于欧洲某著名技术研究所)

特斯拉电池的创新主要来自外围非核心结构的创新,比如通过增加电芯尺寸,相对降低外壳比例。能量密度的真正提高必须也只能通过材料创新来实现。生产工艺的革新可以降低成本,但对能量密度影响不大。正负极材料的创新会带来锂电池电化学系统性能的飞跃,但需要长时间的科研和积累。

工程师今敏(电池专家,就职于世界著名汽车技术公司,奥地利华人汽车工程师协会会员)

特斯拉的电池负极设计相当新颖。传统圆柱形电池的内阻高于外壳和软袋,约为20mΩ。这种新的设计可以减少到10以下,所以电池内阻中消耗的能量要少得多。

电池组的设计是拆下模块直接CTP (Cell to pack,Cell?去哪?Pack),和最近国内几家公司推广的差不多。?不过看这个横截面,就有些担心电池组的抗挤压和碰撞能力了。内部加强的上下支撑结构都没有了。

没有具体的调查原因和数据,上述名单中也没有中国的企事业单位。只能说需要更多的努力。

王军(欧洲知名汽车技术公司高级工程师,奥地利华人汽车工业工程师协会?ACSAE?总统?)

2000年至2018年,电池技术专利注册量位居世界前25。

尽管开发了电池,但特斯拉被认为是电动汽车的先驱。?但该公司甚至没有出现在电池技术领域大多数专利的排名中。

关于电池回收的部分,我有一些看法分享。2019,1-12期间,全国动力电池总产量为85.4GWh,同比增长21.0%。电池的回收肯定可以降低新电池的成本。就国内汽车行业发展而言,蔚来汽车开启了电动汽车租赁电池的商业模式,使得电池生产、维修、回收的管理更加集中,为电池回收提供了更好的条件。我很乐观,汽车动力电池的成本会快速持续降低。

王永利博士(陶瓷电池材料专家,就职于世界著名的电子原材料及组件公司欧洲分公司,奥地利华人汽车工程师协会会员)

电池原料的回收需要非常专业的知识、技能和设备,包括完善的工业体系。简单来说,从旧电池中分离再生这些生产电池的原料,在目前的条件下可能并不比从矿石中提取新的原料省钱,所以这不仅是机遇,也是挑战。

当然,从可持续发展和环境保护的角度来看,废旧电池材料的回收具有重要意义。

特斯拉已经开始布局电极材料的回收,期望从国产化和原材料选择上大幅降低成本(排名第三)。尤其是钴材料,作为一种相对昂贵的过渡金属,我国钴资源储量仅占全球总量的1%,钴资源十分短缺。自产矿石中钴金属量仅为每年1.500吨左右,进口依存度超过90%。特斯拉在电极材料研发和制造上的思路值得我们电池行业学习和思考。

本文来自车家作者汽车之家,不代表汽车之家立场。