【編者按】淺析特斯拉如何增加動(dòng)力電池的電量段化？

近期逛艰，特斯拉的100kWh車型赛惩，已經(jīng)通過了歐盟認(rèn)證機(jī)構(gòu)RDW的評(píng)估哀墓。這意味，Model S/X 100D車型即將問世!其續(xù)航里程理論值將達(dá)到613km(基于NEDC標(biāo)準(zhǔn))坊秸。

按照歐盟規(guī)定麸祷，在歐盟成員國(guó)上市銷售的車型，都必須經(jīng)過其授權(quán)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證方可褒搔。RDW是特斯拉委托的一家荷蘭的公司阶牍，經(jīng)其認(rèn)證后即可獲得在歐盟銷售的許可。本文星瘾，我們來探究下走孽，這個(gè)100kWh是如何做到的?

Elon Musk曾經(jīng)說過，特斯拉的續(xù)航(電量)要以每年5%的速度增加琳状。從當(dāng)前電池組的迭代情況來看伶葵，這個(gè)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)。除作為入門級(jí)配置的60kWh外菜册，70kWh蕴续、85kWh均已分別升級(jí)為75kWh和90kWh。

不久之后蓄棘，100kWh和120kWh的電池組也將進(jìn)入選配清單贰宰。目前，60kWh仍然作為一個(gè)乞丐版配置存在褥欺，以促進(jìn)特斯拉的銷量芍迫。真正有故事的，是70kWh和85kWh盔鬼，是如何各增加5kWh電量的哪趟。

有一點(diǎn)可以肯定，那就是電池組電量增加過程中，其電池組的結(jié)構(gòu)是沒有改變的纹怨。內(nèi)部電池包(Battery Module)的數(shù)量也并未發(fā)生改變磨爪。我們先來簡(jiǎn)單了解下特斯拉電池組的內(nèi)部構(gòu)造。

60kWh內(nèi)部有14個(gè)電池包部凑，每個(gè)電池包內(nèi)含384個(gè)電芯露乏，共計(jì)有5376個(gè)電芯組成;85kWh由16各電池包組成，每個(gè)電池包內(nèi)含444個(gè)電芯涂邀，共計(jì)7102個(gè)電芯組成瘟仿。

后來加入的70kWh，實(shí)際上是一個(gè)75kWh電池組比勉，經(jīng)過軟件限制而來的劳较。多余的5kWh，最初被當(dāng)做一個(gè)價(jià)值3000美元的選裝包提供給車主浩聋。只要通過OTA軟件更新观蜗，70D就可以變?yōu)?5D。

那么問題來了衣洁，75kWh電池組是怎么來的?關(guān)于這個(gè)問題墓捻，特斯拉官方并沒有做出技術(shù)解釋。根據(jù)作者的判斷坊夫，75kWh其實(shí)是85kWh電池組砖第，減少2個(gè)電池包而來的。在85kWh電池中蛾藐，每個(gè)電池包的容量是5.3kWh瘤希，14個(gè)這樣的電池包就是74.2kWh。

這就是70kWh保懈、75kWh答艘，以及85kWh之間的關(guān)系。至于60kWh锉辫，這只是一個(gè)為了降低準(zhǔn)入門檻而設(shè)置的配置而已息体。那么，90kWh又是怎么來的呢?

從85kWh到90kWh瑰兄，多了5kWh狗悔。是多加了一個(gè)電池包嗎?在85kWh的電池組結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)無(wú)法再疊加電池包滔壳。唯一的可能性就是更換了新的電芯。當(dāng)然朴轰，其采用的依然是18650型號(hào)的電芯武填，只不過化學(xué)材料有所調(diào)整，增加了能量密度。

在這道工序中益涧，特斯拉將電芯的石墨陽(yáng)極中锈锤，添加了少量的硅，從而提升了電芯的能量密度闲询。

在陽(yáng)極中加入硅久免，已是電池領(lǐng)域公認(rèn)的可以提升能量密度的辦法。為避免不斷疊加電池包扭弧，而造成的電池組質(zhì)量過大阎姥，特斯拉接下來只能把重點(diǎn)放在研發(fā)高能量密度的電芯上。然而鸽捻，對(duì)于三元鋰離子電池來說呼巴，要想通過硅來增加能量密度，遠(yuǎn)沒有那么簡(jiǎn)單御蒲。

其基本原理是：在石墨陽(yáng)極中加入硅后衣赶，由于硅原子的結(jié)構(gòu)相比石墨能夠容納更多的鋰離子，導(dǎo)致陽(yáng)極對(duì)鋰離子的吸納能力增強(qiáng)厚满。單次充放電循環(huán)中府瞄，陽(yáng)極鋰離子越多，能量密度也就越大斤卒。

然而蹂孽，硅在充分吸納鋰離子后，其體積會(huì)膨脹300%连谁，比石墨吸納鋰離子后的膨脹率7%要大很多绸搞。這種反復(fù)的體積變化，會(huì)造成固態(tài)電極變得“松軟”醋皂，容易崩離亭结。以此，電池的循環(huán)壽命就會(huì)降低辖芍。

另外一層因素臀嘱，是硅陽(yáng)極由于充放電時(shí)的膨脹/伸縮特性，會(huì)破壞鋰電池電解質(zhì)SEI膜的形成所硅。這個(gè)膜是在鋰電池初次循環(huán)時(shí)所形成的嘴父，對(duì)于陽(yáng)極材料有保護(hù)作用，可以防止材料結(jié)構(gòu)崩塌营稼。

基于上述原因企悦，采用硅材料做陽(yáng)極，雖然能量密度可以顯著提升宏赘，但也伴隨著副作用绒北，最終會(huì)導(dǎo)致電池壽命縮短黎侈。所以，特斯拉采取的方案是闷游，逐步在石墨陽(yáng)極中添加少量的硅峻汉，在能量密度和循環(huán)壽命中尋找平衡點(diǎn)。

眾所周知脐往，特斯拉采用的18650電池是由松下生產(chǎn)的休吠。隨著雙方合作加深，特斯拉也在研發(fā)新的圓柱形電池业簿。在Model 3正式投產(chǎn)后瘤礁，新型21700電池將取代18650，成為新的電芯辖源。

21700電池依然是三元鋰電池蔚携，陰極材料是鎳鈷鋁酸鋰(NCA)。這種圓柱形三元電池克饶，是目前能量密度最高的動(dòng)力電池解決方案那辰。相比方塊形電池，此類電池雖然能量密度高玲侧，但穩(wěn)定性較差绑燃，需要有較為出色的BMS(電池管理系統(tǒng))支持。

特斯拉最早的Roadster采用的是松下的NCR18650A型電池符破，額定電壓3.6V出毁，容量3.1Ah。之前的85kWh電池組采用的是NCR18650B型電池瞭阔，額定電壓3.6V管剂，容量3.1Ah。

90kWh的電池型號(hào)不得而知撵靴，但應(yīng)該不是直接由松下提供成品崇槽，而是特斯拉與松下共同研發(fā)，專供特斯拉車型的定制化電芯招砌。目前秆廉，松下生產(chǎn)的18650電池中，NCR18650G型是容量最高的型號(hào)粉私，達(dá)到了3.6Ah顽腾。如果按照這個(gè)計(jì)算的話，85kWh電池組中的7102顆電芯诺核，替換為G型電池抄肖，正好是90kWh。

所以窖杀，有一種可能性就是90kWh電池組中漓摩，電芯是NCR18650G型;而85kWh電池組中入篮，電芯是NCR18650B型』细剩總之，在電芯數(shù)量不變(電池組結(jié)構(gòu)不變)的情況下痊项，只有把單個(gè)電芯的容量提升至3.6Ah锅风，才能確保90kWh的電量。

而要實(shí)現(xiàn)100kWh鞍泉，有2個(gè)方案：一是再疊加2個(gè)電池包皱埠，按照每個(gè)電池包5.3kWh的容量，正好可以得到100kWh;二是替換能量密度更高的電芯咖驮。作者認(rèn)為番搅，后者是最佳，也是最有可能的一個(gè)方案市口。

因?yàn)?0kWh是基于85kWh的電池組結(jié)構(gòu)而來的瘸拳。這個(gè)結(jié)構(gòu)在18650電池規(guī)格下，已經(jīng)定型穗俩，更改其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的成本是很高的眠乏。事實(shí)上，電池組中已經(jīng)沒有空間再疊加更多的電池包了熏祝。

如果增加電池包羽傻，不但電池組質(zhì)量會(huì)增加，電池組的冷卻循環(huán)系統(tǒng)都要改動(dòng)们眶。所以法厢，提升電芯容量，才是最經(jīng)濟(jì)可行的方案嘶违。

試想怎猜，在100kWh的電池組中，不改動(dòng)電池組結(jié)構(gòu)的情況下好唯，單個(gè)電芯的容量要提升至3.9Ah竭沫，才有可能實(shí)現(xiàn)100kWh的容量。所以骑篙，作者猜想特斯拉已經(jīng)與松下研發(fā)出了3.9Ah的18650電芯蜕提。這一功勞只能歸功于陽(yáng)極中的硅。

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