Model 3 電池產能危機和輕量化的秘密 - 汽車

來源：(簡體網站)
https://www.d1ev.com/kol/74841

標題：Model 3 電池產能危機和輕量化的秘密

Model 3 能跑多遠？

有車主在一次450 公里幾乎全是高速路的旅途中沒有進行中途補電，滿電出發到家之後還
剩6%，另外一個在灣區生活的車主在車子跑了1.6 萬公里之後百公里平均電耗為14.8 kWh
，以Model 3 長續航版本標定電量75 kWh 的電量來計算，能跑近507 公里，以官方透露
的可用電量78 kWh 來算的話，能跑527 公里。

注：根據EPA 數據，Model 3 總電量80.5 kWh，官方透露實際可用電量78 kWh，百公里平
均電耗兩次報備數據分別是16.2/16.7 kWh。

https://i.imgur.com/ehEQ83g.jpg

這些續航表現都來自車主的實際使用，而非EPA、NEDC 這些標準狀態下的測試場景。

也就是說Model 3是目前市售純電動汽車中實際續航里程最大的車型，真實情況下可能比
特斯拉自家的旗艦車型Model S P100D都要跑得遠。

https://i.imgur.com/tDnuvQM.jpg

特斯拉把Model 3 的EPA 續航成績從334 英里（537 公里） 改成了310 英里（499 公里
）

Model 3 能在續航上獲得如此優秀的成績主要歸功於特斯拉並沒有因為Model 3 相比旗艦
車型更便宜而不應用最新的技術。相反，Model 3 無論是電機，電控，電池（俗稱三電）
，還是整車電子架構，風阻設計都凝聚了特斯拉在電動汽車行業十幾年的沉澱。（好像吹
得有點過了）

換而言之，如果不考慮車輛尺寸因素，Model 3 比現款的Model S/X 無論在哪方面都來得
更棒，而且還更便宜。如果Model S/X 車主因此心生怨氣，請出門右拐找Elon Musk，或
者賣車換Model 3。



長續航、快充和輕量化

前面談到，Model 3 的三電系統是特斯拉在電動汽車行業十幾年沈淀的產物，而作為能量
核心的電芯和電池包，則是Model 3 三電系統中最亮的明珠。

首先，Model 3所使用的2170電芯是革命性的牛逼。大部分介紹這款電池的資料都會提到
它相對於18650的尺寸變化，從18毫米直徑和65毫米長度變為21毫米直徑和70毫米長度。
事實上特斯拉2170真正的亮點在突破了三元鋰電池能量密度和快充能力“魚和熊掌不可兼
得”的定律。

這種電池在提升能量密度到268 Wh/kg 的同時還提供了最高2.2C 的快速充電能力。長久
以來這兩項屬性在同一種鋰電池上是此消彼長的關係，很難在提升能量密度的同時又提高
充電能力。

得益於2.2C 的快速充電能力，Model 3 將能在新款180 kW 超充上獲得0-80% 電量大約
20 分鐘的充電速度，以車主實際使用經驗來看，80% 電量能獲得約400 公里的實際續航
里程。

相比保時捷還在霧裡看花的350 kW快充體系，特斯拉下一代180 kW的超充和Model 3已經
實現的2.2 C快充能力顯然務實的多，20分鐘補充400公里實際續航的使用體驗也已經離汽
油車使用閾值不遠。

也因此Munro ＆ Associates 的Sandy Munro 對Model 3 所使用的2170 是讚不絕口。

2170 電芯的提升是一方面，這個內容以後有機會再展開。

第二點更重要的是，電池包結構是另一番“翻天覆地”。這個關係到Model 3 之前電池產
能出現危機的核心原因。

Model X的設計思路是很輕的車身，很牢固但很重的電池包。

Model 3 的設計思路相反，電池包追求極致減重，結構強度的事情交還給車身。甚至為了
追求減重，造成了不少加工工藝上的問題，以至於在早期量產過程中難以提升電池包產能
。

不過這對馬斯克來說似乎是家常便飯的事情，先把產品目標達到，再解決工藝問題，無論
是造車還是造火箭。

先說一下Model 3電池包的減重成果，在車身主要結構使用鋼材的情況下，Model 3的車重
控制在1.7噸，對應的是最大80.5 kWh的電池容量（實際BMS控制在78 kWh的放電能力），
與之相同檔次汽油車如寶馬 3系和奔馳 C級的車重在1.5-1.6噸。這是繼充電能力接近汽
油車使用閾值之後，又一個與汽油車極為接近的電動車弱項。

裝了80.5 度電的Model 3 電池包重量僅有478 公斤，其中非電池部分重量169 公斤。而
Model S 85D 版本總能量為81.5 kWh 的電池包重量545 kg。也就是實現相似電池容量的
電池包，重量減輕大約67 kg。



怎麼做到的？

一、電芯數量減少了。

來自電池能量密度的提升已經賦予了Model 3 相當可觀的電池包能量密度，而應用單個容
量更大的2170 電池所帶來的另外一個好處則是電池數量的大大降低，從Model S 的7000
多節降低到4416 節。

電芯數量少了在減重上有啥作用？

首先是更短的散熱管路長度。即便是考慮到2170 單個電池比18650 需要更多的散熱接觸
面積，4416 節所需要的散熱管長度還是比7000 多節降低許多。

其次是電氣結構集成度高，DC-DC、充電機、配電器全部集成，而且每一個模塊相對
ModelS/X 也更小、更輕。值得一提的是，Model 3 佈置電氣設備的service panel 是和
電池包主體部分隔離的，在需要維修的時候可以獨立打開。

https://i.imgur.com/0CKuVtf.jpg

拆解開的Model 3 電池包，最左側的模組已經被拆走

最大頭的則是結構減重，大部分Model S 車型的電池包分為16 個小模組（ S60 為14 個
模組），Model 3 長續航版的電池包則只有4 個模組。更少的模組意味著更少的電池包內
部隔斷、電池組BMS、線束和散熱管路接口。

https://i.imgur.com/hqgCd2q.jpg

綠色部分是Model 3 上使用超高強度鋼材的部分，可以看到底部的電池包基本被超高強度
鋼所包圍

前面提到，Model 3 的電池包安全問題交還給了車身，電池組的安裝位置基本覆蓋了乘員
艙，因此原本在車身底部圍繞起來保護成員的高強度鋼結構同時被用來保護電池，而電池
包結構組件只用於承載電池包自身重量。Model S 電池包的保護殼就重達125 公斤，
Model 3 的電池包去掉了這部分重量中的大部分。

事實上電氣部分和結構減重已經幫助Model 3 減輕了大部分可減重量，還嫌不夠怎麼辦？

二、從細節上摳。

在第一次了解到Model 3 電池包正負極連接結構的時候，我很是震驚。

先放一張特斯拉在專利中公佈的電池連接結構圖：

https://i.imgur.com/JWdgqz1.jpg

圖上圓柱形的自然就是2170 電池，左側的樹枝狀鋁片是整個電池組的負極部分，右側樹
枝狀鋁片是正極。

連接電池正極的鋁絲通過超聲波焊接在電池正極正中心的位置，連接電池負極的鋁絲則劍
走偏鋒，連接在2170 電池正極同一側最外沿的負極上，也就是圖上黑色部分，這部分的
寬度只有1.5-2 mm，同樣使用超聲波焊接工藝。

然而由於電池正面可供連接的負極部分實在太窄，負極鋁絲的超聲波焊接成功率在Model
3 量產的早期階段並不盡如人意，電池包產能嚴重受到製約。

解決方法主要是兩個：

一是電池之間的聚合物在焊接之前就填充到位，保證各個電芯的結構穩定性。

二是採購了更好更強大的超神波焊接機，提高焊接精度。

解決負極連接的工藝問題可謂是費時費力，那麼好處呢？還是減重。

先看三張對比圖。

1. 傳統的電阻焊連接工藝
https://i.imgur.com/Hjy8tvP.jpg

2. Model S 的電池連接工藝
https://i.imgur.com/ajmf55k.jpg

3. Model 3 的電池連接工藝
https://i.imgur.com/CBSVXFo.jpg

Model S 電池模組裡的電池連接方式比起傳統的電阻焊已經是革命性改變，電阻焊只是通
過簡單粗暴的電流短路方式把鋁片上的N（ N 為2 的倍數）個點融化到電池正負極上，毫
無美感也提供不了單個電池的斷路保護功能。

Model S 的電芯則通過電池兩側的鋁絲與一整塊鋁片連接，在單個電池電流過大的情況下
可以提供斷路保護，也提供了維修時的補焊能力。

而到了Model 3 上，可以很明確的看到，正負極連接片從一整片變成了佈局在電池組兩側
，而非電芯正反面的樹枝狀連接片。也就是原先是2 個面的鋁片變成了1 個面，同時還更
細更輕。如果單純的以一整個面的鋁片來計算，那麼這部分的減重又是若干公斤。

這一設計帶來的另一個好處則是散熱，電池反面不需要連接電極之後就可以直接與絕緣導
熱底板接觸，甚至安裝額外的底部散熱管路，提高電池包熱管理能力。

值得稱讚的是電池包大幅減重之後Model 3 的安全性並沒有因此下降，美國公路安全保險
協會（IIHS）給予了Model 3 正面碰撞預防測試最高評級。而在一個多月前的一起交通事
故中，一輛Model 3 與其他車輛發生碰撞後又撞向水泥隔離墩並翻滾多次，在車頭部分嚴
重受損的情況下駕駛艙保持完整，且電池沒有起火。

當然，特斯拉在Model 3 電池包的安全保證遠不止車身底盤那一圈超高強度鋼材。為了應
對極端撞擊情況下電池受損之後出現的熱失控現象，Model 3 電池模組的正負極覆蓋材料
上設計了很多“預留洩壓孔”，這些洩壓孔使用了更加脆弱的材料。在單個或多個電芯結
構被破壞，噴出炙熱氣體時，洩壓孔能及時溶解，把熱失控電池散熱的高溫氣體及時排出
，以免影響其他電池，這個設計有些類似坦克上的彈藥艙洩壓門。

綜上而論，Model 3 在電池包減重輕量化上是無所不用其極，甚至在早期脫離了特斯拉所
掌握的工藝範疇，還好通過後續改進埋掉了此前留下的大坑。

從Model 3 的產品演進方向也能看到，為了控制整車能耗並且兼顧入門級車輛的車身維護
成本，特斯拉將車身極致輕量化的指標轉移到電池包上，為此不惜帶來產能爬坡上的困難
節點。

因為，續航和能耗是電動車打入主流市場的根本啊。

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這文章說到了Tesla 電池組的演變

Model 3 電池組長那樣很久以前就知道了

但沒人解說還真的不知道這樣做的好處與遇到的困難是什麼

減重是一大優點，而電池陰極銲接困難也是造成Model 3 初期產能不順主因

知道Model 3 電池組背後的設計邏輯實在很有趣

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