特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

100 kWh的特斯拉Model Y何时国产?能国产吗?

2020 年 9 月 22 日,特斯拉 CEO Elon Musk 面向全球发布了特斯拉新一代电池规格:4680 大圆柱电池。

新电池直径 46 mm、高 80 mm,相比已广泛量产装车的 2170 电池,4680 在能量密度、快充/放电性能、成本、安全性等多个维度都实现了改进,是特斯拉未来产品线中的主力电池。

Ta 是特斯拉 Model 3 & Y 电池容量突破 100 kWh 的利器。

不只是电池

4680 大圆柱好在哪里?

特斯拉联合创始人 JB Straubel 说过,对于汽车动力电池,有一些指标是不能讨价还价的,例如安全和性能。除此之外,最重要的是成本。画重点:安全、性能和成本,特斯拉改进电池的三个维度

让我们回到两个月前的特斯拉电池日发布会,来看这张 PPT。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

从 2008 年的 1865 到 2017 年的 2170,特斯拉电池单体的额定容量增加了一倍,而 4680 的额定容量,是 2170 的 5 倍,1865 的 10 倍。

从「小圆柱」到「大圆柱」,特斯拉的收益是什么?

Model S P85 电池包规格为 85 kWh,特斯拉需要管理 7104 颗 1865 单体,Model 3(长续航)电池包规格也达到了 80.5 kWh,却只要管理 4416 颗 2170 单体。

单体数量接近减半,意味着电池热管理难度的大幅下降,整个热管理系统的复杂度降低,进而带来成本的下降。

等等,为什么是 4680 而不是 5680 或 6680?

再来看这张 PPT。

小圆柱单体的直径逐步变大的过程中,成本下降的曲线逐步趋平,而性能(这里体现为 Range,续航里程)改进的曲线却不增反降了。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

这两条线最高的临界点,也即性能 & 成本的最佳平衡点,就是直径等于 46 mm,这就是新款电池单体直径 46 mm 的缘由

那为什么高度是 80 mm 的呢?为什么不是 4690 或者 46100?

再看这张 PPT。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

上半部分的「目前汽车电池」如图,左右各一个红色的横向吸能空腔结构,中间 3 个红色的支撑件把电池包分成了 4 个并列的长条形模组,中间填充蓝色的 2170 单体「小圆柱」。

再看下半部分的「未来汽车电池」,特斯拉去掉了模组和电池包的实体,直接将 4680「大圆柱」电池单体集成到了车辆的底盘中。

让我多说一些背景:把电池装进汽车,一共需要几步?

在特斯拉的过去,曾经需要三步:

  • 将电池单体装配成鞋盒大小的模组
  • 将模组装配电池包
  • 将电池包集成到底盘中
特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

而特斯拉展示的「未来汽车电池」,简化成了一步:

  • 将电池单体集成到底盘中

通过完全移除模组和电池包,电池单体与单体间变得更为紧凑电池零部件数量将大幅下降,底盘的空间利用率得到极大改进,并带来系统成本的下降。

根据特斯拉的数据,将 2170 更换为 4680 电芯并集成到底盘,将使得车辆续航增加 30%、成本下降 39%。单位电池产能的投资成本下降 49%。

美国两位长期关注特斯拉的电气与机电机械工程师 George Bower 和 Keith Ritter 等比例设计了 96S9P、共计 76 kWh 的 4680 电池包叠加在 Model 3 电池包上的效果。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

80.5 kWh 的 2170 电池包

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

76 kWh 的 4680 电池包叠加

如果这张图不够直观,那么,下面是 95 kWh 4680 电池包的效果。可以看到整个底盘的利用率并不高,按照特斯拉一贯的风格,2170 切换 4680 做到 100 kWh以上并不意外。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

95 kWh 的 4680 电池包叠加

最后来聊到安全问题。初中物理教会了我们电池的充放电流程:

  • 在充电阶段,正极上的电子会通过外部电路跑到负极上,正锂离子 Li+ 从正极穿过电解液,最终到达负极。
  • 在放电阶段,负极上的电子通过外部电路运动到正极上,正锂离子 Li+ 从负极越过电解液,到达正极,并与电子结合在一起。

道理我们都懂,但问题在于在实际的场景中,电池的充放过程会极度考验一个细小的薄片:极耳。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

前面已经提到,从 1865「小圆柱」到 4680「大圆柱」的过程中,电池的额定容量增长到了原先的十倍。在极耳不变的情况下,充放电过程中电子移动的通道变得无限「拥挤」。

与此同时,由于单体直径也翻了两番,电池的侧面散热能力开始变差,这导致从 Roadster 开启,Model S 再到 Model 3 沿用至今的侧面插入液冷蛇形管的热管理方案不再适用。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

在快速充放电的过程中,如果没有高效的散热设计,电池内部会迅速积聚大量热量。这就是为什么特斯拉在电池日上说,大圆柱的最大挑战,在于冷却。

为了解决这个问题,特斯拉推出了无极耳 + 电池底部液冷。

无极耳,也叫全极耳设计,根据芝加哥伊利诺伊大学储能材料科学家 Ravi Kempaiah 的估算,4680 的无极耳设计使得电池的内阻只有 2 – 3 毫欧,作为对比,2170 电池的内阻为 20 – 23 毫欧。

前者为后者的十分之一,这与特斯拉无极耳专利中所说的「电池内阻将下降到传统电池内阻的 5% – 20%」相符。

此外,如前文所说,当快速充放电时大量的热量从正负极喷薄而出,特斯拉以底部液冷的方案取代侧面蛇形管冷却,更高效率的带走热量。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

以特斯拉的超充为例,如果延续 2170 的单极耳设计,由于大量发热都不到有效疏解,充电时间会大幅延长(虚线),但改用无极耳设计后,同等规格的 4680 与 2170 单体的充电时间几乎没有变化。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

所以,4680 不只是单体形态从「小圆柱」到「大圆柱」的变更,在 Ta 的背后,还有特斯拉新一代热管理设计、电芯与车辆底盘集成设计。简而言之,4680 意味着特斯拉下一代整车工程技术

那么,什么时候投产呢?

国产 Model Y,国产 4680

在特斯拉、松下、LG 化学三方的财报会议后,我们也终于有机会来梳理一下特斯拉 4680 电池的全球产能布局。

10 月 21 日,Elon 在特斯拉财报会议上宣布:我们预计 Giga 柏林工厂将建立特斯拉第一条自研电池(即 4680)产线。特斯拉动力总成与能源工程高级副总裁 Drew Baglino:我们会利用加州 Fremont 的 4680 试点生产线来支持柏林工厂的(电池)需求。

不过,Elon 也提到:我们正在将自研电池推迟到 2021 年以减小风险,将自研电池的依赖降到最低(we’re tryingto derisk to 2021 so that there’s almost no dependency on our internal cellproduction. It’s very, very small.)万一特斯拉自研电池「产能地狱」了呢?轮到松下了。

10 月 29 日,松下 CFO 梅田弘一在财报会议上表示:我们在特斯拉电池日后立即开始了研发,并准备建立一条(4680)原型生产线。

11 月 18 日,松下与能源公司 Equinor、工业集团 Hydro 签署了谅解备忘录,探索在挪威建立一座超级电池工厂。合作公告中看不出什么和特斯拉相关的信息,然而松下负责签约的高层(左一)是 Allan Swan,松下能源北美总裁。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

一座欧洲的工厂,由负责北美业务的高管签约?让我再把问题说得清晰一些:Allan Swan 常驻在特斯拉内华达州的超级工厂,负责特斯拉电池的生产与交付。

松下的发言人在官宣后将建厂的目的进一步明确:该工厂可以为特斯拉在欧洲的第一家汽车工厂提供圆柱电池。

那么中国呢?对于特斯拉来说,中国的电池供应取决于两家公司:宁德时代和 LG 化学。

先说宁德时代,特斯拉确实很早就在测试和适配宁德时代的 NCM 811 电池,不出意外,国产特斯拉宁德三元版会在 2021 年上市。

但这和宁德时代投产 4680 大圆柱电池比起来,完全不是一个维度的挑战。从宁德时代的历史来看,为特斯拉研发和建立 4680 大圆柱电池产线的概率并不大。接下来是 LG 化学,10 月 21 日,LG 化学能源解决方案战略部主管 Lun Cha 表示,LG 化学已经开发了新的圆柱产品,额定容量提高 5 倍,输出功率提高 6 倍——这与特斯拉 4680 电池的参数完全一致。

不过,Lun Cha 同时表示,LG 化学正在考虑在欧洲和北美建立新的工厂,将产能从 120 GWh/年增加到 260 GWh/年。唯独中国缺席。

中国呢?

好吧,其实早在 10 月 7 日,Elon 就公布了不仅限于 4680 电池、电芯集成到底盘技术,还包括特斯拉的一体式压铸技术、下一代涂装系统。这一大波新技术将在柏林工厂集中投产。

特斯拉什么时候国产 100 kWh Model Y?

在新技术经过充分验证,实现产能爬坡之后,上海工厂和加州工厂会在未来 2 年内完成技术的迭代。

无论是 Model 3 还是 Model Y,中国的极客用户都没能第一批感受到引领含有的前沿技术。但话说回来,特斯拉对于前沿技术的商业化向来激进。第一批 Model 3 由北美的「小白鼠」趟雷,第一批 Model Y 由欧洲的「小白鼠」趟雷,也未尝不是一件好事?

撰文:Chris Zheng

出处:见配图水印

0
头像

电动志

diandongzhi.com 我们只关注电动汽车!

等您评论

发表评论

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据