揭特斯拉电池的秘密如何增加电量

摘要:是如何各增加5kwh电量的.有一点可以肯定,那就是电池组电量增加过程中,其电池组的结构是没有改变的.内部电池包（battery module）的数量也并未发生改变.我们先来简单了解下特斯拉电池组的内部构造.60kwh内部有14个电池……

近期,特斯拉的100kwh车型,已经通过了欧盟认证机构rdw的评估.这意味,model s/x 100d车型即将问世！其续航里程理论值将达到613km（基于nedc标准）.

按照欧盟规定,在欧盟成员国上市销售的车型,都必须经过其授权机构的认证方可.rdw是特斯拉委托的一家荷兰的公司,经其认证后即可获得在欧盟销售的许可.本文,我们来探究下,这个100kwh是如何做到的？

elon musk曾经说过,特斯拉的续航（电量）要以每年5%的速度增加.从当前电池组的迭代情况来看,这个目标基本实现.除作为入门级配置的60kwh外,70kwh、85kwh均已分别升级为75kwh和90kwh.

不久之后,100kwh和120kwh的电池组也将进入选配清单.目前,60kwh仍然作为一个乞丐版配置存在,以促进特斯拉的销量.真正有故事的,是70kwh和85kwh,是如何各增加5kwh电量的.

有一点可以肯定,那就是电池组电量增加过程中,其电池组的结构是没有改变的.内部电池包（battery module）的数量也并未发生改变.我们先来简单了解下特斯拉电池组的内部构造.

60kwh内部有14个电池包,每个电池包内含384个电芯,共计有5376个电芯组成；85kwh由16各电池包组成,每个电池包内含444个电芯,共计7102个电芯组成.

后来加入的70kwh,实际上是一个75kwh电池组,经过软件限制而来的.多余的5kwh,最初被当做一个价值3000美元的选装包提供给车主.只要通过ota软件更新,70d就可以变为75d.

那么问题来了,75kwh电池组是怎么来的？关于这个问题,特斯拉官方并没有做出技术解释.根据作者的判断,75kwh其实是85kwh电池组,减少2个电池包而来的.在85kwh电池中,每个电池包的容量是5.3kwh,14个这样的电池包就是74.2kwh.

这就是70kwh、75kwh,以及85kwh之间的关系.至于60kwh,这只是一个为了降低准入门槛而设置的配置而已.那么,90kwh又是怎么来的呢？

从85kwh到90kwh,多了5kwh.是多加了一个电池包吗？在85kwh的电池组结构中,已经无法再叠加电池包.唯一的可能性就是更换了新的电芯.当然,其采用的依然是18650型号的电芯,只不过化学材料有所调整,增加了能量密度.

在这道工序中,特斯拉将电芯的石墨阳极中,添加了少量的硅,从而提升了电芯的能量密度.

在阳极中加入硅,已是电池领域公认的可以提升能量密度的办法.为避免不断叠加电池包,而造成的电池组质量过大,特斯拉接下来只能把重点放在研发高能量密度的电芯上.然而,对于三元锂离子电池来说,要想通过硅来增加能量密度,远没有那么简单.

其基本原理是:在石墨阳极中加入硅后,由于硅原子的结构相比石墨能够容纳更多的锂离子,导致阳极对锂离子的吸纳能力增强.单次充放电循环中,阳极锂离子越多,能量密度也就越大.

然而,硅在充分吸纳锂离子后,其体积会膨胀300%,比石墨吸纳锂离子后的膨胀率7%要大很多.这种反复的体积变化,会造成固态电极变得“松软”,容易崩离.以此,电池的循环寿命就会降低.

另外一层因素,是硅阳极由于充放电时的膨胀/伸缩特性,会破坏锂电池电解质sei膜的形成.这个膜是在锂电池初次循环时所形成的,对于阳极材料有保护作用,可以防止材料结构崩塌.

基于上述原因,采用硅材料做阳极,虽然能量密度可以显著提升,但也伴随着副作用,最终会导致电池寿命缩短.所以,特斯拉采取的方案是,逐步在石墨阳极中添加少量的硅,在能量密度和循环寿命中寻找平衡点.

众所周知,特斯拉采用的18650电池是由松下生产的.随着双方合作加深,特斯拉也在研发新的圆柱形电池.在model 3正式投产后,新型21700电池将取代18650,成为新的电芯.

21700电池依然是三元锂电池,阴极材料是镍钴铝酸锂（nca）.这种圆柱形三元电池,是目前能量密度最高的动力电池解决方案.相比方块形电池,此类电池虽然能量密度高,但稳定性较差,需要有较为出色的bms（电池管理系统）支持.

特斯拉最早的roadster采用的是松下的ncr18650a型电池,额定电压3.6v,容量3.1ah.之前的85kwh电池组采用的是ncr18650b型电池,额定电压3.6v,容量3.1ah.

90kwh的电池型号不得而知,但应该不是直接由松下提供成品,而是特斯拉与松下共同研发,专供特斯拉车型的定制化电芯.目前,松下生产的18650电池中,ncr18650g型是容量最高的型号,达到了3.6ah.如果按照这个计算的话,85kwh电池组中的7102颗电芯,替换为g型电池,正好是90kwh.

所以,有一种可能性就是90kwh电池组中,电芯是ncr18650g型；而85kwh电池组中,电芯是ncr18650b型.总之,在电芯数量不变（电池组结构不变）的情况下,只有把单个电芯的容量提升至3.6ah,才能确保90kwh的电量.

而要实现100kwh,有2个方案:一是再叠加2个电池包,按照每个电池包5.3kwh的容量,正好可以得到100kwh；二是替换能量密度更高的电芯.作者认为,后者是最佳,也是最有可能的一个方案.

因为90kwh是基于85kwh的电池组结构而来的.这个结构在18650电池规格下,已经定型,更改其设计结构的成本是很高的.事实上,电池组中已经没有空间再叠加更多的电池包了.

如果增加电池包,不但电池组质量会增加,电池组的冷却循环系统都要改动.所以,提升电芯容量,才是最经济可行的方案.

试想,在100kwh的电池组中,不改动电池组结构的情况下,单个电芯的容量要提升至3.9ah,才有可能实现100kwh的容量.所以,作者猜想特斯拉已经与松下研发出了3.9ah的18650电芯.这一功劳只能归功于阳极中的硅.

责任编辑:徐志进

揭特斯拉电池的秘密如何增加电量由亿卡汽车www.yicars.com用户分享发布，更多内容敬请关注特斯拉电池寿命频道。