Model 3電池技術解讀及電池包拆解

早在去年馬斯克公布Model 3所采用的電池組時我們就知道，特斯拉使用了其公司最新的電池配比技術，淘汰了松下18650電池，而改用21700新型電池，由在内達華州的“超級電池工廠”（Gigafactory）生産。

同為圓柱形锂電池，21700新型電池的規格為直徑21毫米、長度70毫米，就理論上限方面要比18650型（直徑18毫米、長度65毫米）更有利。為此，21700锂電池率先被使用到Model 3中。

1.21700電池的優勢

從優勢上來說，21700相對于18650主要在能量密度、成本、輕量化三方面進行了改善提升，這三點提升讓Model 3聽起來更加“騷氣”，我們一點一點來分析一下：

1）能量密度提升20%以上

21700電池的能量密度要優于18650電池。從特斯拉披露的信息看，在現有條件下，其生産的21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右，比其原來18650電池系統的250Wh/kg約提高20%。從松下的動力锂電池單體的測試數據來看，其21700電池的體積能量密度遠高于18650型電池單體。單體電芯能量密度的提升要遠高于成組後提升的20%幅度。

2）電池系統成本下降9%左右

锂電大數據根據Tesla披露的電池價格信息，預計21700的動力锂電池系統售價為170美元/KWh，相比18650的售價185美元/KWh，價格下降幅度可達8.1%左右。18650的系統的成本約為171美元/KWh，改用21700後，系統成本約能實現9%左右的降幅，達到155美元/KWh。

單體容量提升後，PACK所需配件數同比例減少帶動PACK成本下降。從18650型号切換至21700型号後，電池單體電池容量可以達到3~4.8Ah，大幅提升35%，同等能量下所需電池的數量可減少約1/3，Tesla ModelS電動汽車使用7104節18650電池串并聯成電池組，在新款Models 3上，采用21700後，電池節數必将大幅減少。在降低系統管理難度的同時将同比例的減少電池包采用的金屬結構件及導電連接件等配件數量，特斯拉的Pack成本占總系統成本約24%，預計電池包成本降幅較為可觀。

值得一提的是，特斯拉并沒有将Model 3電池設計為易更換模式，看來特斯拉徹底要放棄電池更換的方案了，這也和成本緊密有關。

3）輕量化降低10%

采用新型21700電池之後，系統相比目前的電池能減少了10%的組件和重量，從而進一步降低電池Pack的重量，整車的能量密度将得到部分提升。

Model 3一共有四個配置，分别是：50、65、80、P80D ，數字相對應的是裝載電池的總容量。電池容量分别對應不同的續航裡程（EPA 測試）：357 km、454km、550km和539 km。但就整備質量看，分别為1650kg、1725kg、1800kg、1925kg。作為一款整體尺寸（4694/1849/1443mm）與寶馬3系（1540kg~1650kg）相當的車型，還是要重不少。

另外，特斯拉也增加了其他一些巧妙的設計以節省重量和成本。例如，它去掉了外置電池組加熱器，而隻使用汽車動力總成提供的熱量，即使汽車停了下來，也能為電池加熱。這是因為電池需要在一個适宜的溫度下工作，以保持其最佳性能，這意味着它們需要在過熱的環境下冷卻，在寒冷的天氣下加熱。

2.21700電池“黑盒子”

所謂“黑盒子”，是指從用戶的觀點來看一個器件或産品時，并不關心其内部構造和原理，而隻關心它的功能及如何使用這些功能。那麼我們就從用戶的角度來看看21700的情況！

1）下遊市場是否接受改變？

電池企業生産何種型号的電池，要受多種因素影響。目前新能源汽車界所強調的“正向研發”，要求從功能入手設計結構，這也決定了必須從使用入手去反推電池型号和規格，因此，電池型号是否更換主要還是看下遊市場。

“18650的适配性很強，除了在電動汽車外，還可以在3C數碼、無人機、電動工具等其它領域消化。但對于21700 而言，尚沒有形成有效的産業鍊來消化這些電池，這無疑會增加成本。”

2）設備與工藝是否滿足？

21700電池的生産設備、生産工藝等并非一朝一日就能準備好，如何布局還要看電池生産企業的競争策略。

電池的成本降低是以産量和良品率為基礎的。起點研究（SPIR）的數據顯示，松下、三星SDI的18650電池良品率一般在98%以上，國内的良品率一般在95%以上，但這仍意味着會有較多的B品電池需要處理，這對于21700而言是個嚴峻的挑戰。

3）政策是否支持？

除了市場需求不明顯和電池企業制造工藝不足之外，國家在電池尺寸标準方面的相關政策也對國内電池尺寸的選擇存在重大影響。

工信部制定的《電動汽車用動力蓄電池産品規格尺寸》征求意見稿中，推薦的圓柱電池型号隻有18650和32650兩種，一旦強制統一則會對其它型号的電池不利。如果國家制定的電池尺寸标準中沒有明确支持，這一類型号的發展前景将沒有看上去那麼美好。

3.電池包容量

與此前的Model S和Model X都不同的是，特斯拉在發布Model 3時沒有采用常規的“千瓦時”來表示其電池組容量，而隻是給出了一個充電速率：在240V、30A的情況下，每小時充電可以行駛30英裡（約合48.28公裡）。

特斯拉電池組

那麼，Model 3的電池容量有多大？根據此前EPA官方認證信息，标準版Model 3續航裡程為350公裡，電池組容量為50kWh，使用了 2976 節 2170 電池，每 31節電池構成一個電池磚。這些電池磚又被分為 4 個模塊，其中2組包含23個電池磚的模塊，2組包含25個電池磚的模塊。

特斯拉電池組布局示意圖

Model 3長裡程版的續航裡程能夠達到500公裡，電池組容量達到了80.5kWh，使用了4416節2170電池，每46節電池構成一個電池磚。和标準版Model 3一樣，這些電池磚被分為4個模塊。

4.電池衰減率

對任何可充電電池來說，衰減是必然的。随着充電循環次數的增加，電池中正負極的反應材料會産生損失，電解質的性能也會下降，導緻整個電池的實際電量縮減。一般來說，以化學性質比較活潑的锂電池為例，在500個充電循環之後，其電量會衰減至80%左右。

對于Model S/X，特斯拉從來沒有對其電池健康度做承諾。不過Model 3倒是有官方數據，即20萬公裡之後，仍可以維持在70%以上的容量。但事實真有特斯拉官宣得那麼理想嗎？

據國外媒體報道，一份針對上百位特斯拉真實車主的調研數據顯示，在行駛了10萬公裡之後，Model S/X的電池容量縮水幅度為5%，在30萬公裡後，多數特斯拉還能保證90%以上的電池容量，在80萬公裡之後，依然還能維持在80%以上的水準。并且，頻繁的充放電，甚至可以減緩衰減。

5.Model 3電池包拆解

最近國外一家機構對Model 3的電池包進行了拆解，今天我們一起來看看拆解的情況吧！

将車子在台架上擡起來

拆電池包之前對車輛做分析

開始拆電池包

電池包已拆下來

對電池包的拆卸做分析

電池包整體

從整體上來看，電池包造型設計平整、美觀

右側白色盒子為DCDC

中間銀白色件為高壓配電盒

電池模組

橙色線為高壓線

對高壓線進行拆解

拆解電池箱體蓋闆

拆電池模組

電池模組特寫1

電池模組特寫2

電池模組特寫3

第一個電池模組已拆下來

檢查第一個電池模組

電池模組間連接方式特寫

拆卸後電池模組整體特寫

電池模組全景

CMU用3根Bonding線來連接金手指和FPC

電池模組拆解全景

BMS主闆

拆解電池模組

拆解結束

Model 3是特斯拉Model X系列的新品，2017年7月，特斯拉宣布，首批30輛Model3将在2017年7月28日舉辦的慶典上交付給顧客。但截至2018年5月28日，該款車型隻在美國和加拿大實現交付，特斯拉推遲Model 3的歐亞洲交付時間至2019年。

毫無疑問，現在特斯拉承受着巨大的壓力，畢竟公司已經食言過很多次。日前馬斯克在接受CBS采訪時在談到了公司目前面臨的壓力：我目前壓力山大，在過去幾個月事情變得極其困難和讓人苦惱。沒錯，現在我都已經在工廠地闆上睡覺了，這并不是因為在那兒睡覺很有趣，那兒太糟糕了。為此，大家怎麼看馬哥幸福的煩惱呢？

位于美國加州Fremont的特斯拉工廠是世界上最先進的汽車工廠之一，坐擁 530 萬平方英尺的生産和辦公區，總占地面積約 370 英畝。在Fremont市批準特斯拉的擴建計劃後，公司的廠房規模将翻番，達到近 1000 萬平方英尺，并且在接下來的幾年中創造數千個新工作崗位。

在特斯拉之前，Fremont工廠在1962至1982年期間隸屬于通用汽車公司；從 1984 年到2009年，該工廠歸屬于豐田創立的新聯合汽車制造公司 (NUMMI)。特斯拉 于 2010 年收購該工廠并進行升級改造。2012年6月，特斯拉第一台Model S在該工廠下線。為了改變廠區原本昏暗、封閉的環境，特斯拉為工廠增設了天窗，為工人們引入自然光，并且用白色環氧樹脂噴塗地面，營造了清潔的工作環境。同時，廠區還設立了食堂、健身房、衛生中心和戶外休閑區。

為了實現在2018年産能攀升至500,000台車的目标，特斯拉在着力打造全球自動化程度最高的制造系統，并确保大多數功能都經過嚴格的培訓，從而滿足特斯拉的生産流程。截至目前，特斯拉Fremont共産的生産率提升了 400%，在2017年Model 3投入生産後，這一生産率将再一次提升。Fremont工廠生産的每一台Model S、Model X和Model 3，以及車輛的絕大部分零部件，都體現着特斯拉最高水平的生産工藝。

加利福尼亞州Fremont，特斯拉工廠設施圖

文章來源：汽車資訊與零部件

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