文 | 車東西 Juice
編輯 | 曉寒
今年一季度即將量產(chǎn)的特斯拉4680電池，到底有哪些技術(shù)創(chuàng)新？最近，海外知名電動汽車媒體InsideEVs發(fā)布的一篇報道回答了這些問題。
該媒體的記者George Bower（具有機械工程師背景）根據(jù)新曝光的特斯拉電池專利文件和柏林、得州兩座新工廠的實拍圖，對即將投產(chǎn)的4680電池包和配套的CTC技術(shù)（電芯直接安裝到底盤）進(jìn)行了深入解析，涉及電芯封裝工藝、電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱失控管理、散熱等多個方向。從其分析來看，4680+CTC的組合確實有不少反常規(guī)操作：比如搭載4680電池包的Model Y的車身底部是鏤空的——電池包充當(dāng)了車身底板，甚至車輛的座椅就直接安裝在電池包的外殼上。4680電池包充當(dāng)車身的“底盤”，能減少車身的部件，降低成本和重量。但是也會給車身的剛性和安全性提出新的挑戰(zhàn)。
這一做法不僅與目前絕大部分采用承載式車身設(shè)計的電動汽車不同，還與其他CTC技術(shù)將電芯塞到底盤里的做法也不一樣。打個比方，別人是往車身底盤里塞電芯，而特斯拉是往車身里塞“底盤”。又比如，4680電池包內(nèi)部塞滿了4680電芯，但其在四周并沒有留出明顯的空隙用作碰撞的緩沖區(qū)……
相反的，特斯拉卻在4680電池包的底部設(shè)置了一個蜂窩狀的鏤空層，似乎是為了應(yīng)對電芯熱失控時產(chǎn)生的氣體，并在底部發(fā)生碰撞的時候提供緩沖。此外，車東西在專利文件中也發(fā)現(xiàn)4680電池包還采用了新的焊接工藝和更全面的熱失控管理設(shè)計。雖然目前還不能看到4680+CTC技術(shù)能給Model Y帶來多大的續(xù)航提升，也不知道特斯拉的反常規(guī)操作如何解決帶來的問題——比如如何保證車身剛性和碰撞安全性。
但這些專利和照片無一例外都說明特斯拉確實在不斷迭代自己的電池設(shè)計，甚至是大踏步地進(jìn)行迭代。特斯拉作為電動汽車行業(yè)的頭號玩家，以及智能電動汽車的開創(chuàng)者和引領(lǐng)者，其電池技術(shù)的迭代與進(jìn)步顯然非常值得一看。
01.CTC技術(shù)顯真容 座椅竟裝在電池包外殼上
特斯拉同時展出了4680電池包和2170電池包的裝車照片，而4680電芯則是最新的技術(shù)，所以George Bower根據(jù)特斯拉所展示的照片和專利進(jìn)行了分析。從特斯拉此前展示4680電池包的照片來看，其中有多處值得關(guān)注的地方。首先是4680電池包直接取消了模組，從公開的照片來看，4680電芯密集的排列在車輛底盤中，取消了此前電池包中的模組設(shè)計，即所謂的CTC技術(shù)。
特斯拉4680電池包照片
在采用了這種技術(shù)之后，車輛的裝配工藝也發(fā)生了變化。George Bower通過照片中的電池結(jié)構(gòu)和油漆的顏色發(fā)現(xiàn)，車輛的座椅則是直接安裝在電池包外殼上，這點從圖片上方預(yù)留的接口也可以看出來。而此前所有的媒體報道也都表示在采用4680電池包之后，車輛的座椅將會直接安裝在電池包外殼上。
另外，4680電池包繼續(xù)采用了兩個散熱管道，可以更好的分散熱量。而在冬季的時候，也可以更加均勻的為電芯供熱。在仔細(xì)觀看了照片之后，George Bower也發(fā)現(xiàn)了一個問題，特斯拉的4680電芯直接鋪在車輛的底盤內(nèi)部，從圖片來看，特斯拉似乎并沒有在電芯周圍留有一定的空間。
一般來說，車企都會在電池包周圍留有一定的空間，一方面是為了在車輛發(fā)生碰撞的時候留下緩沖的余地，保護(hù)電芯的安全，另一方面則是為了應(yīng)對電芯出現(xiàn)異常導(dǎo)致氣體產(chǎn)生的情況。除了照片之外，George Bower也參考了特斯拉此前申請的動力電池專利。在特斯拉2021年5月27日公布的序號為WO 2021/102340 A1的專利中也展示了Model Y的4680電池包。
特斯拉專利截圖
專利圖片顯示，在采用了4680電芯之后，車輛的座椅將直接安裝在電池包外殼上，同時電芯將會直接平鋪在電池包內(nèi)部，不再采用此前的四模組設(shè)計。
特斯拉電池專利截圖
而在電池包的最下面一層，George Bower發(fā)現(xiàn)特斯拉設(shè)計了一層集成蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)，他推測這一設(shè)計可以吸收電芯產(chǎn)生的氣體，在發(fā)生碰撞的時候也可以吸收物理沖擊。同時他也認(rèn)為，該結(jié)構(gòu)將會是一個完整的鑄件，可以兼作結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提升電池組的整體剛度。雖然在特斯拉公布的照片中無法看到這一結(jié)構(gòu)，但George Bower認(rèn)定這一結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)在量產(chǎn)產(chǎn)品中。
特斯拉電池專利截圖
根據(jù)馬斯克在特斯拉2021年財報會議中的說法，4680電池包將會首先在奧斯汀工廠量產(chǎn)，這一信息在最近也得到了驗證。George Bower發(fā)現(xiàn)特斯拉奧斯汀工廠中制造的Model Y車身底盤位置是空白的，似乎是為了4680電池包和CTC方案做的準(zhǔn)備。
特斯拉奧斯汀工廠車身照片
根據(jù)目前已知的信息來看，4680電池包將會采用CTC的封裝方式，車輛的座椅也將會直接安裝在電池包外殼上，電池內(nèi)部將會有兩條散熱管道進(jìn)行散熱。但由于特斯拉還未正式量產(chǎn)搭載4680電池包的車型，所以目前關(guān)于特斯拉4680電池包也還存在很多的不確定性，如最終量產(chǎn)產(chǎn)品是否會和專利顯示的內(nèi)容完全一致，其他如電池的安全性等問題也還并不清晰。
02.采用蜂窩結(jié)構(gòu)新焊接工藝 熱失控管理提升
而除了這些，特斯拉在2021年6月份也公開了一份關(guān)于動力電池的專利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM（專利號為US 2021/0159567 A1）》，從這份專利中也能看到更多關(guān)于4680電池包和CTC技術(shù)的資料。
在電芯裝配方面，由于4680電芯的電流增大，特斯拉此前采用的鋁絲連接方式已經(jīng)不再適用，轉(zhuǎn)而改為了名為Busbar的焊接方式來連接電芯，同時將電池管理系統(tǒng)的采集版直接連接在一起，減少電池包中線束的使用，降低成本。
電芯上下和電芯之間則采用了填充樹脂材料，起到熱保護(hù)和結(jié)構(gòu)性支撐的作用，專利中顯示，樹脂材料通常在化學(xué)物質(zhì)、填料和工藝要求的限度內(nèi)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此技術(shù)人員可以根據(jù)耐熱性和阻燃性、拉伸模量、伸長率、屈服強度、粘合剪切強度、混合粘度、處理時間和密度中的一種或多種的考慮來配置樹脂材料。
特斯拉電芯之間將采用樹脂材料填充
而這種特性也為電池陣列的方法提供了靈活性。根據(jù)產(chǎn)品要求，電芯排列單元之間可以部分或全部填充，而電芯上下的樹脂層可以直接粘合到表皮上。在熱失控管理方面，特斯拉也做了很多工作，此前的電池包中僅在電池后方設(shè)置了兩個泄壓閥，而在采用了CTC方案之后，熱失控管理方面面臨的難題也更多。
從專利和特斯拉公布的照片可以看出，特斯拉在CTC方案電池包一側(cè)配備了八個泄壓閥，幾乎遍布電池包的側(cè)面，這樣做的好處是，一旦發(fā)生了熱失控，能夠快速打開泄壓閥，降低電池起火風(fēng)險。
在液冷方面，CTC方案電池包內(nèi)的蛇形管布置與車橋方向平行，可以減少蛇形管長度，從而減少流阻，增加冷卻的均勻性?？梢钥闯?，特斯拉為4680電芯和CTC技術(shù)做了很多前期的準(zhǔn)備，而從此前公布的照片來看，特斯拉已經(jīng)將專利中的內(nèi)容搬到了現(xiàn)實中，毫無疑問，特斯拉正在發(fā)起新一輪的電池革命。
03.2170電池微調(diào) Model Y續(xù)航增超20km
除了4680電池包之外，特斯拉官方展出的照片中還出現(xiàn)2170電池包，雖然目前特斯拉Model Y已經(jīng)采用了2170電池包，但仔細(xì)來看，最新展出的2170電池包也有一些變化。George Bower在仔細(xì)研究了官方給出的照片之后發(fā)現(xiàn)，特斯拉最新展出的2170電池包采用了大模組方案。照片中可以非常明顯的看到，2170電芯組成了四個模組，這四個模組共同組成了電池包，這跟目前Model Y電池包的封裝方式非常接近。
特斯拉2170電池圖片
與4680電池包不同的是，采用2170電池包的車型中沒有采用座椅直接安裝在電池包外殼上的方案，圖片非常清晰的顯示了電池上殼上面是車身的底板，底板橫梁上留有座椅安裝孔位。甚至從油漆方案上也可以看出來車輛座椅并非是安裝在電池包外殼上，電池包上方的底板和座椅支架都涂成了白色，和車身顏色一致，而在4680電池包中，座椅支架則和電池包一樣采用了黑色的油漆。但特斯拉最新展出的2170電池包和4680電池包也有一定的相似之處，這兩種電池包都沒有明顯的多余空間來吸收撞擊的動能和電芯異常釋放的氣體。在特斯拉2021年5月27日公布的序號為WO 2021/102340 A1的專利中也提到了2170電池包。專利中的部分圖片也證明了George Bower的猜測。
特斯拉專利截圖
從專利圖片來看，特斯拉最新的2170電池包仍然采用了四個模組的方案，和目前在售的Model Y基本一致。這四個模組的長短并不相同，中間兩個模組的長度比較接近，而兩側(cè)的模組長度也比較接近，但整體上看，中間兩個模組的長度更長。
特斯拉專利截圖
此外，專利圖片顯示，采用了新款2170電池的Model Y的座椅是直接和車身連在一起的，并未直接與電池包連在一起。
特斯拉專利截圖
而在電池包的最下方，同樣預(yù)留了一個集成蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，用以吸收撞擊的動能和異常釋放的氣體，不過目前無法證實這一組件是否是一體壓鑄成型的。
特斯拉專利截圖
根據(jù)此前的信息來看，特斯拉柏林工廠先期仍然將會采用2170電池包，該工廠生產(chǎn)的長續(xù)航版本Model Y相比國產(chǎn)版本續(xù)航里程從537公里增加到了565公里。
04.結(jié)語：4680+CTC將是特斯拉未來重點
電池技術(shù)和自動駕駛技術(shù)無疑是特斯拉目前最值得期待的兩項技術(shù)，而投產(chǎn)在即的電池技術(shù)更值得關(guān)注。從特斯拉自己公布的照片和財報電話會議來看，4680電池包和2170電池包都將會成為特斯拉下一段主要的電池產(chǎn)品。
但在車東西看來，特斯拉最終目的則是大規(guī)模投入4680電池包和CTC技術(shù)。現(xiàn)階段4680電池包的產(chǎn)量還比較小，無論是特斯拉自己生產(chǎn)還是從松下、LGES等供應(yīng)商處購買，美國奧斯汀工廠在地理位置上都更接近。而在歐洲市場上，特斯拉短時間內(nèi)無法獲得更多的4680電池包，所以暫時還將會采用2170電池包。
盡管如此，柏林工廠也在積極進(jìn)行電池工廠的建設(shè)，等到產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放，未來將會進(jìn)行更換。綜合來看，4680+CTC將會是未來特斯拉的主要發(fā)展方向。