在經(jīng)過初步熱分析，確認(rèn)TSLA4680電池將采用更簡單、更容易組裝的平板冷卻系統(tǒng)設(shè)計，電池之間沒有使用冷卻盤管后，機(jī)械工程師和傳熱專家KeithRitterPE繼續(xù)分析了TSLA4680新電池的其他特性，包括比較2170和4680電池組尺寸，估算4680電池組橫截面，同時估計了可能的電池串并聯(lián)配置方式以及電池單元連接方式。

盡管TSLA沒有明確表示將采用平板冷卻方式，但多種原因都強(qiáng)烈暗示了這樣的設(shè)計，其中最重要的原因是無法通過側(cè)面對較大直徑的電池供應(yīng)有效冷卻，冷卻無極耳設(shè)計電池的最有效方法是穿過電池兩端，畢竟無極耳設(shè)計在電池蓋板和電池內(nèi)部之間供應(yīng)了良好的熱通道。

銅陽極電極板本身可以用作散熱片，并在電池內(nèi)部供應(yīng)良好的均勻溫度分布。平板冷卻設(shè)計可能的另一個原因是TSLA首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（ElonMusk）稱電池粘合在電池組的底部和頂部。盡管他聲稱此舉是為了新增電池組的剪切強(qiáng)度，但我們認(rèn)為頂板和底板也可以兼作冷卻板。而在Model3的電池組中，電池是粘合在冷卻盤管上的。

KeithRitterPE直接比較了Model3/Y的2170電池組和4680電池組。為何選擇Model3電池組進(jìn)行比較？這是因?yàn)?170電池組更為熟知，盡管未來4680電池組重要應(yīng)用于Semi電動卡車、Cybertruck電動皮卡以及ModelSPlaid，上述幾款新車細(xì)節(jié)仍不得而知，用已知基準(zhǔn)來量化改進(jìn)效果肯定要比未知基準(zhǔn)容易得多。

經(jīng)過估算，我們得到了最終的結(jié)論。首先，充電時間大大綜短。通過計算，充電時間方面，在29.4攝氏度的環(huán)境溫度下，4680電池組的電量從10%充到80%所花費(fèi)的時間由25分鐘減少到15分鐘。假如只用充電到50%，那么僅需7分鐘即可完成，這樣的結(jié)果幾乎和汽油車加油相同快。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

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%

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按充電時間顯示的2170電池組和4680電池組（估算）充電特性比較

而在最大充電功率方面，4680電池組從2170電池組的250kW新增到275kW，其中逐漸降低充電功率時，275kW的充電功率在10%-50%的充電狀態(tài)下保持恒定。而當(dāng)電池組達(dá)到以ModelX數(shù)據(jù)設(shè)定的45攝氏度溫度極限時，我們便開始逐漸降低充電功率。這是因?yàn)檩^高的環(huán)境溫度下，空調(diào)系統(tǒng)的性能會降低，降低充電功率點(diǎn)是環(huán)境溫度的函數(shù)。

按充電狀態(tài)顯示的2170電池組和4680電池組（估算）充電特性比較

其次，電池組尺寸大大減少。不用冷卻盤管TSLA可以將電池更緊密地堆疊在一起，因而質(zhì)量更集中到車輛的中心，進(jìn)一步減小了慣性力矩，改善了車輛的操控性能。

76kWh4680電池組尺寸（估算）同比例對照Model3現(xiàn)有2170電池組

無人船智能鋰電池

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

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最后，估算的4680電池組橫截面顯示了頂部和底部平板冷卻設(shè)計以及電池的電氣連接方式。這是一種更簡單的電氣連接方式，TSLA將通過線焊等方法不再使用指狀捕集器，而轉(zhuǎn)向一種可以直接焊接到無極耳陽極或陰極連接冷卻罐上的簡單板狀捕集器。為了將一組電池單元的正極和另一組的負(fù)極相連，TSLA會采用ModelS倒置技術(shù)，顛倒其他并聯(lián)電池組每一個電池單元。

4680電池組橫截面（估算）

如上所述，我們估計4680電池組使用冷卻頂板和冷卻底板設(shè)計，電池粘合在冷卻板上，冷卻板還提高了電池組的剪切強(qiáng)度。經(jīng)過估算，電池的陰極（鋁）端和電池的陽極（銅）端之間的熱傳遞配比為30%：70%。那么，TSLA僅靠底板就能解決工程設(shè)計難題嗎？肯定不是，下面將進(jìn)一步深入討論此問題。

我們的熱電模型包括了電池組的所有細(xì)節(jié)：整體尺寸、電池單元尺寸、額定電池容量、熱導(dǎo)率等。一個關(guān)鍵因素是電池單元的電阻，這決定了電池單元的發(fā)熱量（熱損耗=I^2R）。我們設(shè)定4680的初始內(nèi)部電阻=3mΩ@10%SOC，并在80%SOC下逐漸降至2mΩ，而2170電池組則為23/20/20mΩ。換句話說，我們將電池內(nèi)部電阻降為十分之一。相比之下，TSLA專利申請圖則顯示會降到5-20分之一。

另外，制冷能力是熱電模型的輸入變量。我們選擇保留Model3現(xiàn)有的2-3噸制冷能力（取決于環(huán)境溫度）。但是，TSLA可能會增大堆棧式冷卻器和交流壓縮機(jī)的尺寸，供應(yīng)更好的電池組冷卻。電池組的熱質(zhì)量也會起用途。在以最大充電功率進(jìn)行上述充電測試時，電池出現(xiàn)的熱量超過制冷系統(tǒng)承受能力，因此電池組開始發(fā)熱。熱質(zhì)量由于存儲熱量而延緩了電池過熱的發(fā)生。當(dāng)電池達(dá)到溫度極限（45攝氏度）時，我們開始逐漸降低充電功率。下圖解釋了電池組發(fā)熱量和空調(diào)系統(tǒng)的散熱能力的比較。要注意的是，在較高的環(huán)境溫度下，空調(diào)性能下降。這就是為何高溫環(huán)境下最大充電功率的初始下降點(diǎn)出現(xiàn)在較低的SOC。

空調(diào)性能和環(huán)境溫度對照

TSLA可以只靠冷卻底板嗎？只裝底板結(jié)構(gòu)更簡單且成本更低，大多數(shù)熱量（70%）通過電池銅（陽極）端散熱，那為何不把所有并聯(lián)電池組的陽極端朝下而只用底板？專利圖顯示非常清楚，只有目前的銅質(zhì)捕集器才能獲得無極耳端處理。鋁質(zhì)捕集器在卷芯中端仍然有一個極耳用于連接冷卻罐，很可能是因?yàn)樘^復(fù)雜而無法在兩端同時分段插入極耳。

熱傳導(dǎo)計算表明，使用冷卻底板和銅質(zhì)捕集器的組合僅能完成使用頂板和底板組合的70%，同時還會出現(xiàn)更大的軸向熱梯度，負(fù)極極耳末端將是熱點(diǎn)。假如再使用一塊冷卻板，為極耳冷卻罐端供應(yīng)冷卻，熱點(diǎn)將沿軸向向下移動大約1/3，同時在相同的"熱點(diǎn)"電池組峰值溫度下可以多出30%的散熱量。

兩塊冷卻板可以降低電池單元熱應(yīng)力/衰減，提高使用壽命。TSLA將不斷提高這些電池的使用壽命，最終達(dá)成百萬英里電池。假如TSLA還想再增大充電功率保持業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位，那么就必須盡一切努力確保電池單元熱應(yīng)力/衰減最小。新增第二塊冷卻板是保證低成本的解決方法，顛倒電池組的每一個電池單元也有助于提高電池單元之間的熱傳導(dǎo)，從而通過電池單元軸向散熱，并降低冷卻頂板和底板之間的溫度梯度。TSLA4680電池的更多消息，敬請關(guān)注后續(xù)報道。（來源：insideevs編譯：黃永芬）