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(fā)到家之后還剩 6%,另外一個在灣區(qū)生活的車主在車子跑了 1.6 萬公里之后百公里平均電耗為 14.8 kWh,以 Model 3 長續(xù)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(jù) EPA 數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)分別是 16.2/16.7 kWh。
這些續(xù)航表現(xiàn)都來自車主的實際使用,而非 EPA、NEDC 這些標準狀態(tài)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(xù)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。
Model 3 能在續(xù)航上獲得如此優(yōu)秀的成績主要歸功于特斯拉并沒有因為 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(yè)十幾年的沉淀。(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(xiàn)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(xù)航、快充和輕量化
前面談到,Model 3 的三電系統(tǒng)是特斯拉在電動汽車行業(yè)十幾年沉淀的產(chǎn)物,而作為能量核心的電芯和電池包,則是 Model 3 三電系統(tǒng)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于 18650 的尺寸變化,從 18 毫米直徑和 65 毫米長度變?yōu)?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系,很難在提升能量密度的同時又提高充電能力。
得益于 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(jīng)驗來看,80% 電量能獲得約 400 公里的實際續(xù)航里程。
相比保時捷還在霧里看花的 350 kW 快充體系,特斯拉下一代 180 kW 的超充和 Model 3 已經(jīng)實現(xiàn)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(xù)航的使用體驗也已經(jīng)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 是贊不絕口。
2170 電芯的提升是一方面,這個內(nèi)容以后有機會再展開。
第二點更重要的是,電池包結構是另一番“翻天覆地”。這個關系到 Model 3 之前電池產(chǎn)能出現(xiàn)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,以至于在早期量產(chǎn)過程中難以提升電池包產(chǎn)能。
不過這對馬斯克來說似乎是家常便飯的事情,先把產(chǎn)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后,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(xiàn)相似電池容量的電池包,重量減輕大約 67 kg。
怎么做到的?
一、電芯數(shù)量減少了。
來自電池能量密度的提升已經(jīng)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(shù)量的大大降低,從 Model S 的 7000 多節(jié)降低到 4416 節(jié)。
電芯數(shù)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(jié)所需要的散熱管長度還是比 7000 多節(jié)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 布置電氣設備的 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。
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(xù)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(nèi)部隔斷、電池組 BMS、線束和散熱管路接口。
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于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(jīng)幫助 Model 3 減輕了大部分可減重量,還嫌不夠怎么辦?
二、從細節(jié)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?zhí)厮估趯@泄嫉碾姵剡B接結構圖:
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。
然而由于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(chǎn)的早期階段并不盡如人意,電池包產(chǎn)能嚴重受到制約。
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(wěn)定性。
二是采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,那么好處呢?還是減重。
Model 3 的電池連接工藝
Model S 電池模組里的電池連接方式比起傳統(tǒng)的電阻焊已經(jīng)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(shù))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布局在電池組兩側,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,那么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后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。
值得稱贊的是電池包大幅減重之后 Model 3 的安全性并沒有因此下降,美國公路安全保險協(xié)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(fā)生碰撞后又撞向水泥隔離墩并翻滾多次,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后出現(xiàn)的熱失控現(xiàn)象,Model 3 電池模組的正負極覆蓋材料上設計了很多“預留泄壓孔”,這些泄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,泄壓孔能及時溶解,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泄壓門。
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范疇,還好通過后續(xù)改進埋掉了此前留下的大坑。
從 Model 3 的產(chǎn)品演進方向也能看到,為了控制整車能耗并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(zhuǎn)移到電池包上,為此不惜帶來產(chǎn)能爬坡上的困難節(jié)點。
因為,續(xù)航和能耗是電動車打入主流市場的根本啊。