电池及工厂图文+视频 特斯拉Model 3电池技术解读及包拆解
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电池及工厂图文+视频 特斯拉Model 3电池技术解读及包拆解

  • 产品概述

  特斯拉Tesla),是一家美国电动车及能源公司,产销电动车、太阳能板、及储能设备。 总部在美国加利福尼亚州硅谷的帕罗奥多(Palo Alto) ,2003年最早由马丁艾伯哈德(Martin Eberhard)和马克塔彭宁(Marc Tarpenning)共同创立,2004年埃隆马斯克(Elon Musk)进入公司并领导了A轮融资。 创始人将公司命名为“特斯拉汽车(TeslaMotors)”,以纪念物理学家尼古拉特斯拉(NikolaTesla)。

  特斯拉第一款汽车产品Roadster发布于2008年,为一款两门运动型跑车。 2012年,特斯拉发布了其第二款汽车产品——Model S,一款四门纯电动豪华轿跑车;第三款汽车产品为Model X,豪华纯电动SUV,于2015年9月开始交付。特斯拉的下一款汽车为Model 3,首次公开于2016年3月 ,并将于2017年末开始交付。

  特斯拉首席执行官埃隆马斯克表示 ,特斯拉努力为每一个普通消费的人提供其消费能力范围内的纯电动车辆;特斯拉的愿景是“加速全球向可持续能源的转变”。

  2016年11月17日收购美国太阳能发电系统供应商SolarCity,使得特斯拉转型成为全世界唯一垂直整合的能源公司,向客户提供包括Powerwall能源墙、太阳能屋顶等端到端的清洁能源产品。2017年2月1日,特斯拉汽车公司(TeslaMotors Inc.)正式改名为特斯拉TeslaInc.),这在某种程度上预示着汽车不再是特斯拉的唯一业务。

  特斯拉近日罕见的公布了Model 3的电池技术明细,这一款神秘的21700锂电池究竟是何方神圣呢?

  早在去年马斯克公布Model 3所采用的电池组时我们就知道,特斯拉使用了其公司最新的电池配比技术,淘汰了松下18650电池,而改用21700新型电池,由在内达华州的“超级电池工厂”(Gigafactory)生产。

  同为圆柱形锂电池,21700新型电池的规格为直径21毫米、长度70毫米,就理论上限方面要比18650型(直径18毫米、长度65毫米)更有利。为此,21700锂电池率先被使用到Model 3中。

  从优势上来说,21700相对于18650主要在单位体积内的包含的能量、成本、轻量化三方面做了改善提升,这三点提升让Model 3听起来更“骚气”,我们一点一点来分析一下:

  21700电池的单位体积内的包含的能量要优于18650电池。从特斯拉披露的信息看,在现有条件下,其生产的21700电池系统的单位体积内的包含的能量在300Wh/kg左右,比其原来18650电池系统的250Wh/kg约提高20%。从松下的动力锂电池单体的测试数据分析来看,其21700电池的体积单位体积内的包含的能量远高于18650型电池单体。单体电芯单位体积内的包含的能量的提升要远高于成组后提升的20%幅度。

  锂电大数据根据Tesla披露的电池价格信息,预计21700的动力锂电池系统售价为170美元/KWh,相比18650的售价185美元/KWh,价格下降幅度可达8.1%左右。18650的系统的成本约为171美元/KWh,改用21700后,系统成本约能实现9%左右的降幅,达到155美元/KWh。

  单体容量提升后,PACK所需配件数同比例减少带动PACK成本下降。从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量能达到3~4.8Ah,大幅度的提高35%,同等能量下所需电池的数量可减少约1/3,TeslaModels电动汽车使用7104节18650电池串并联成电池组,在新款Models 3上,采用21700后,电池节数必将大幅度减少。在降低系统管理难度的同时将同比例的减少电池包采用的金属结构件及导电连接件等配件数量,特斯拉的Pack成本占总系统成本约24%,预计电池包成本降幅较为可观。

  值得一提的是,特斯拉并没有将Model 3电池设计为易更换模式,看来特斯拉彻底要放弃电池更换的方案了,这也和成本紧密有关。

  采用新型21700电池之后,系统相比目前的电池能减少了10%的组件和重量,从而逐步降低电池Pack的重量,整车的单位体积内的包含的能量将得到部分提升。

  Model 3一共有四个配置,分别是:50、65、80、P80D ,数字相对应的是装载电池的总容量。电池容量分别对应不同的续航能力(EPA 测试):357 km、454km、550km和539 km。但就整备质量看,分别为1650kg、1725kg、1800kg、1925kg。作为一款整体尺寸(4694/1849/1443mm)与宝马3系(1540kg~1650kg)相当的车型,还是要重不少。

  另外,特斯拉也增加了其他一些巧妙的设计以节省重量和成本。例如,它去掉了外置电池组加热器,而只使用汽车动力总成提供的热量,即使汽车停了下来,也能为电池加热。这是因为电池需要在一个适宜的温度下工作,以保持其最佳性能,这在某种程度上预示着它们需要在过热的环境下冷却,在寒冷的天气下加热。

  所谓“黑盒子”,是指从用户的观点来看一个器件或产品时,并不关心其内部构造和原理,而只关心它的功能及怎么样去使用这些功能。那么我们就从用户的角度来看看21700的情况!

  电池公司制作何种型号的电池,要受多种因素影响。目前新能源汽车界所强调的“正向研发”,要求从功能入手设计结构,这也决定了必须从使用入手去反推电池型号和规格,因此,电池型号是否更换其实是看下游市场。

  “18650的适配性很强,除了在电动汽车外,还可以在3C数码、无人机、电动工具等其它领域消化。但对于21700 而言,尚没形成有效的产业链来消化这些电池,这无疑会增加成本。”

  21700电池的生产设备、生产的基本工艺等并非一朝一日就能准备好,如何布局还要看电池生产企业的竞争策略。

  电池的成本降低是以产量和良品率为基础的。起点研究(SPIR)的多个方面数据显示,松下、三星SDI18650电池良品率一般在98%以上,国内的良品率一般在95%以上,但这仍意味着会有较多的B品电池需要处理,这对于21700而言是个严峻的挑战。

  除了市场需求不明显和电池企业制造工艺不足之外,国家在电池尺寸标准方面的有关政策也对国内电池尺寸的选择存在重大影响。

  工信部制定的《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》征求意见稿中,推荐的圆柱电池型号只有18650和32650两种,一旦强制统一则会对其它型号的电池不利。如果国家制定的电池尺寸标准中没有明确支持,这一类型号的发展前途将没有看上去那么美好。

  与此前的Model SModel X都不同的是,特斯拉在发布Model 3时没有采用常规的“千瓦时”来表示其电池组容量,而只是给出了一个充电速率:在240V、30A的情况下,每小时充电可以行驶30英里(约合48.28公里)。

  那么,Model 3的电池容量有多大?根据此前EPA官方认证信息,标准版Model 3续航能力为350公里,电池组容量为50kWh,使用了 2976 节 2170 电池,每 31节电池构成一个电池砖。这些电池砖又被分为 4 个模块,其中2组包含23个电池砖的模块,2组包含25个电池砖的模块。

  Model3长里程版的续航能力能达到500公里,电池组容量达到了80.5kWh,使用了4416节2170电池,每46节电池构成一个电池砖。和标准版Model 3一样,这些电池砖被分为4个模块。

  对任何可充电电池来说,衰减是必然的。随着充电循环次数的增加,电池中正负极的反应材料会产生损失,电解质的性能也会下降,导致整个电池的实际电量缩减。一般来说,以化学性质比较活泼的锂电池为例,在500个充电循环之后,其电量会衰减至80%左右。

  对于Model S/X,特斯拉从来就没对其电池健康度做承诺。不过Model 3倒是有官方数据,即20万公里之后,仍可以维持在70%以上的容量。但事实真有特斯拉官宣得那么理想吗?

  据国外新闻媒体报道,一份针对上百位特斯拉真实车主的调研多个方面数据显示,在行驶了10万公里之后,Model S/X的电池容量缩水幅度为5%,在30万公里后,多数特斯拉还能保证90%以上的电池容量,在80万公里之后,依然还能维持在80%以上的水准。并且,频繁的充放电,还可以减缓衰减。

  最近国外一家机构对Model 3的电池包进行了拆解,今天我们共同来看看拆解的情况吧!

  Model 3是的新品,2017年7月,特斯拉宣布,首批30辆Model3将在2017年7月28日举办的庆典上交付给顾客。但截至2018年5月28日,该款车型只在美国和加拿大实现交付,特斯拉推迟Model 3的欧亚洲交付时间至2019年。

  毫无疑问,现在特斯拉承受着巨大的压力,毕竟公司已食言过很多次。日前马斯克在接受CBS采访时在谈到了公司目前面临的压力:我目前压力山大,在过去几个月事情变得极其困难和让人苦恼。没错,现在我都已经在工厂地板上睡觉了,这并不是因为在那儿睡觉很有趣,那儿太糟糕了。为此,大家怎么看马哥幸福的烦恼呢?

  位于美国加州Fremont的特斯拉工厂是世界上最先进的汽车工厂之一,坐拥 530 万平方英尺的生产和办公区,总占地面积约 370 英亩。在Fremont市批准特斯拉的扩建计划后,公司的厂房规模将翻番,达到近 1000 万平方英尺,并且在接下来的几年中创造数千个新工作岗位。

  在特斯拉之前,Fremont工厂在1962至1982年期间隶属于通用汽车公司;从 1984年到2009年,该工厂归属于丰田创立的新联合汽车制造公司 (NUMMI)。特斯拉于 2010 年收购该工厂并进行升级改造。2012年6月,特斯拉第一台Model S在该工厂下线。为了改变厂区原本昏暗、封闭的环境,特斯拉为工厂增设了天窗,为工人们引入自然光,并且用白色环氧树脂喷涂地面,营造了清洁的工作环境。同时,厂区还设立了食堂、健身房、卫生中心和户外休闲区。

  为了实现在2018年产能攀升至500,000台车的目标,特斯拉在着力打造全球自动化程度最高的制造系统,并确保大多数功能都经过严格的培训,从而满足特斯拉的生产流程。截至目前,特斯拉Fremont共产的生产率提升了 400%,在2017年Model 3投入生产后,这一生产率将再一次提升。Fremont工厂生产的每一台Model SModel X和Model 3,以及车辆的绝大部分零部件,都体现着特斯拉顶配水平的生产工艺。

  本文提及的特斯拉的车间里,从原始材料到加工成品的组装,几乎全部生产的全部过程及工作(除了少量零部件)都是自给自足,也因此,这里被称为全球最智能的全自动化生产车间。

  在四大制造环节中,即冲压生产线、车身中心、烤漆中心与组装中心,保守估计有着150余台机器人参与到工作中。在这里,你几乎都看不到人的身影。

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