鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1022次 | 2022年02月10日
TSLA又要吊打我國同行？用數(shù)據(jù)帶你看懂4680電池的真正實(shí)力
近日，TSLA放出的一段4680動力鋰電池視頻，除了吸引電池人才，也向外界呈現(xiàn)了TSLA的CTp無模組電池方法。
該方法采用TSLA最新的4680電芯（直徑46mm，高80mm），完全取消了電池模組設(shè)計，直接將960個4680電芯按照40x24的排列方式放入動力鋰電池結(jié)構(gòu)體中。由于圓柱體良好的剛性，4680電芯既有儲能用途，又有結(jié)構(gòu)支撐用途。這一方法和比亞迪的刀片電池設(shè)計思路非常相似，值得大家仔細(xì)研究。
注：TSLA現(xiàn)有電芯為21700電芯，直徑21mm，高70mm
TSLA和蘋果有一個共同點(diǎn)，那就是有關(guān)產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)，喜歡說用戶似懂非懂的話。比如4680電芯的規(guī)格：能量提升5倍、里程提高16%、輸出功率提升6倍!說的云里霧里，讓很多讀者迷茫!
很多不專業(yè)的媒體，甚至解讀出"能量密度提升5倍"這種謬論!
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我的天，假如能量密度提升五倍，估計馬斯克就能獲得諾貝爾獎了!
今天我們就用數(shù)據(jù)詳實(shí)的分析一下，TSLA的4680電池，在未來到底有多大的優(yōu)勢和潛力？到底能不能吊打其他新能源對手？
我們從能量密度和容量入手，分析4680電池的優(yōu)勢到底在哪。
能量密度包括重量能量密度和體積能量密度，在新能源領(lǐng)域，更關(guān)心的是電池重量能量密度。
電池重量能量密度=電池容量×放電平臺電壓/重量，基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
電池的能量密度又分為電芯的能量密度和電池系統(tǒng)的能量密度。
4680電芯的能量密度和容量
組成電芯的各種材料特性決定了電芯的能量密度，在不改變材料特性的情況下增大電芯尺寸，不能從根本上改變電芯的能量密度。這從松下18650電芯到21700電芯的改變就能看出來：
來源：汽車人參考
21700和18650相比，體積新增了約46.6%，容量新增了約60%，重量新增了約55%?？梢钥闯?，能量密度基本沒變，約為247Wh/kg。
4680電芯體積是21700的5.48倍，按照18650到21700的情況類別，在不考慮其他技術(shù)改進(jìn)的情況下，容量新增5倍是很正常的。所以TSLA說能量提升五倍（ENERGY5X），是很誠實(shí)的，實(shí)際可能是約5.5倍。
也就是說不考慮其他技術(shù)改進(jìn)，4680電芯的重量能量密度變化不大，所以4680電芯的重量應(yīng)該也上升約5倍。
近期松下表示，將把內(nèi)華達(dá)州Gigafactory生產(chǎn)的21700電池能量密度提高5%。最新出口歐洲的Model3車輛登記信息已經(jīng)顯示電池容量為82kWh，相比之前的78kWh，確實(shí)提升約5%。
所以，我們可以算出，最新的松下21700電芯容量約為5000mAh。
那么4680電芯的容量差不多是5.5x5000=27500mAh=27.5Ah。
這就是4680電芯短時間內(nèi)的容量，能量密度則為27.5x3.6/0.07x5=283Wh/kg。
考慮到其他的技術(shù)改進(jìn)，比如陽極陰極材料等，接下來4680電芯的總?cè)萘繎?yīng)能達(dá)到30Ah。而能量密度應(yīng)能達(dá)到300Wh/kg。
從以上數(shù)據(jù)看，馬斯克在4680電芯容量上是誠實(shí)的!
我國工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年動力鋰電池單體能量密度達(dá)到300Wh/kg，這樣看來TSLA是忠實(shí)的踐行者!
國內(nèi)公司假如想達(dá)到這樣的能量密度，采用的都是軟包電芯，軟包在單體密度上更加有優(yōu)勢，可是由于安全限制，做不到無模組集成。
我們接下來就看看4680的無模組（CTp）方法對電池系統(tǒng)的影響。
4680CTp方法對電池系統(tǒng)能量密度的影響
我們先看看采用21700電芯的Model3電池是什么樣子：
Model321700電池
Model3的長續(xù)航版電池包由2大2小四個模塊串聯(lián)組成，大模塊(黃色)包含25個串聯(lián)電池塊，小模塊(綠色)包含23個串聯(lián)電池塊，每個電池塊由46個21700電芯并聯(lián)構(gòu)成，共計4416個電芯。電芯排列如下：
現(xiàn)在我們算一下電芯占模組的面積比：
小模組尺寸1860x323mm，面積約0.6平方米，電芯面積約為0.366平方米，電芯占模組的面積比約為61%。大模組尺寸1948x323，面積約0.629平方米，電芯面積約為0.398平方米，電芯占模組的面積比約為63%。平均占比62%模組中間的空隙按10%面積算，那么4個21700模組占用的總面積約為：2.7平方米。電芯占總模組面積比約為56.6%，可以看到由于分了4個模組，電芯面積占比一下降了5.4%。
而這一情況在4680電芯上面是不存在的，因?yàn)槿∠四＝M。我們以24x40=960的布局計算一下4680電芯占據(jù)的面積：960x3.14x23x23/0.62=2.57平方米。也就是說占用面積減少了5%。
21700電池容量按松下最新的規(guī)格，為82kWh。4680電池容量為960x27.5x3.6=95kWh，也就是說容量新增15%。
新的4680無模組方法，電芯占據(jù)面積減少5%，容量新增15%。
假如不減少面積，就按照21700的面積把電芯布滿，那么4680電芯數(shù)量約為容量為約為100kWh，容量提升22%。
看到了吧，只要把電芯換成4680，其他什么都不干，Model3就能實(shí)現(xiàn)100kWh的電量!NEDC妥妥的超過800公里!
所以馬斯克說的續(xù)航里程提升16%，也是靠譜的。
說完了容量，我們再來看看系統(tǒng)的能量密度。
Model321700電池系統(tǒng)重量約474kg，小模組約86kg，大模組約93.5kg，四個模組總重量約359kg，電芯重量約312kg。
電芯占模組比重約為87%，其他47kg為結(jié)構(gòu)件、冷卻系統(tǒng)、線纜、pCB等，每個模組約12kg。
模組占系統(tǒng)比重約為76%。其他115kg分為兩部分，一是系統(tǒng)上殼體53kg，基本都是高低壓設(shè)備、BMS和殼體。另一部分是系統(tǒng)下殼體62kg，基本為結(jié)構(gòu)件、冷卻管路、電纜和管理系統(tǒng)等。
電芯占系統(tǒng)比重約為66%。系統(tǒng)能量密度約為173Wh/kg?？梢钥吹疆?dāng)前的Model3是能夠拿到新能源最高補(bǔ)貼系數(shù)。
補(bǔ)貼系數(shù)和能量密度關(guān)系
我們再看看4680電池的情況，電芯重量約960x70x5/1000=336kg。加上冷卻系統(tǒng)和線路等設(shè)備重量336+12=348kg。系統(tǒng)上殼體內(nèi)的高低壓器件很難縮減，BMS能夠優(yōu)化，預(yù)計重量仍有50kg。系統(tǒng)下殼體是優(yōu)化最大的地方，取消了模組，那么模組間的冷卻、線纜等都可以簡化，包括結(jié)構(gòu)件都可以優(yōu)化，估計下殼體重量至少能減少40%，預(yù)計重量不會超過40kg。
因此4680電池系統(tǒng)的總重量約為438kg，實(shí)際的數(shù)據(jù)只能等待TSLA新產(chǎn)品上市后的拆機(jī)報告，但是應(yīng)該偏差不大。
所以，4680電池系統(tǒng)的能量密度約為95x1000/438=217Wh/kg。
只是更改了電芯，系統(tǒng)能量密度就提高了25%，這就是4680的優(yōu)勢。假如再加上后期陰極陽極材料的改進(jìn)，TSLA預(yù)計會有24%的提升。電池系統(tǒng)能量密度很大概率能突破270Wh/kg。
這就是4680電芯在未來的真正實(shí)力!考慮成本優(yōu)勢，4680電芯的實(shí)力將更強(qiáng)大!
大電芯的風(fēng)險
天底下沒有免費(fèi)的午餐，4680優(yōu)點(diǎn)這么突出，那么缺點(diǎn)肯定也很明顯，要不然大家就都用5號電池開汽車了!
4680在增大尺寸的同時，也給三元鋰電芯的熱管理帶來了新的挑戰(zhàn)。雖然電芯數(shù)量的減少，大幅簡化了BMS系統(tǒng)。但是每個電芯在充放電的時候都要承受更大的電流，發(fā)熱也會更多。
估計現(xiàn)在除了TSLA，也沒有人敢承擔(dān)這個風(fēng)險，TSLA的無級耳專利技術(shù)會在一定程度上減少發(fā)熱。但是電芯內(nèi)部短路導(dǎo)致的發(fā)熱TSLA也解決不了，只能通過優(yōu)秀的BMS管理系統(tǒng)去提前預(yù)警。這方面只能看新電池上市后的表現(xiàn)了。
TSLA在技術(shù)爭奪戰(zhàn)中，就像流氓打架中的那個狠角色，上來拿板磚先給自己腦袋來一下，血流的滿臉，就問其他人敢不
面對TSLA這個"狠"角色，我估計國內(nèi)車企敢跟進(jìn)的不多!
注：部分?jǐn)?shù)據(jù)來自汽車人參考的《TSLAModel3電池包拆解圖》
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