Model3上市在即，Tesla第三代电池技术有何进步？ - EDN电子技术设计
虽然Model3尚没有上市，但最近Model S P100D电池包更多信息的披露，为我们逐步揭开了Tesla的第三代电池技术的神秘面纱。
自Tesla电动汽车面世以来，其动力电池系统PACK技术已经经历了三代不断的更新与提升，这三代电池系统技术分别对应的车型为：
第1代电池系统PACK技术： Roadester
第2代电池系统PACK技术： Model S/X
第3代电池系统PACK技术： Model 3
虽然Model3尚没有上市，但最近Model S P100D电池包更多信息的披露，为我们逐步揭开了Tesla的第三代电池技术的神秘面纱。
电芯层面：
从已曝光出的信息和图片来看，100D仍然采用圆柱电芯18650，这点与第一代和第二代产品相同，而Model3将采用21700型圆柱电芯。
模组与PACK层面：
与Roadster的第1代电池系统不同，Model S与Model3的电池系统均是“滑板式”，但在PACK布置和模组的设计会有很大不同。这点可以从Model S P100D的电池系统设计窥探一二。P100D（100度电）与P90D（90度电）的电池系统外形、尺寸完全一样，这就意味着Tesla要在同样的尺寸空间内要多装进去10度电，同时还要能保证安全与可靠性。在电芯选定的情况下，此时，就需要在模组和PACK技术层面做进一步的突破。
总的思路就是每个模组中装入更多的电芯，对比P90D/85电池模组（上）与P100D电池模组（下）
P90D/85电池模组（上）与P100D电池模组（下）对比
P90D共由16个模组构成，每个模组有444个电芯，74并，6串，共计7104个电芯；而100D同样由16个模组构成，但每个模组有516个电芯，86并，6串，共计8256个电芯。P100D保持整个电池包的电压不变，每个模组并入更多的电芯，提高了过流能力。P90D的最大电流为1520A，P100D为1760A。这种模组级别的重新设计对Tesla Model3至关重要，P100D的电池系统正是对第三代电池系统技术最好的前期验证。
Musk曾多次强调这种模组和系统层面集成技术的重要性，很多人会将电芯与电池技术混为一谈，二者实则有很大的不同，尤其是当你要处理成千上万颗电芯时，模组和PACK级别的技术复杂性将变得很有挑战性。电芯可以视为是单纯的化学问题，而模组和PACK层面则更多的是机械、电气和软硬件问题。
“People often think that a battery and a battery pack is the same thing, but the technical complexity once you get to do a large number of cells in a pack is very much on the module/pack level. You can think of the cell level as being a chemical engineering problem and the module/pack level as being a mechanical, electrical and software engineering problem.”
对于一定外形和体积的电池包，要想提升电量，通常有两种方案：一是提升单个电芯的能量密度，这正是Model S P85 到P90 Tesla所采用的方案（约提升了6%，电芯能量密度大概也是5%-6%/年）；二是PACK层面的重新设计，这是P90D到P100D升级时，Tesla的思路。
根据已有的信息分析，P85的实际电量在81.5度左右，可用电量为77.5度左右；P90D的实际电量在85.8度左右，可用为81.8度左右；而P100D的实际电量在102.4度左右，可用电量为98.4度左右。即通过模组与PACK系统层面的技术优化，同样体积的电池包，电量提升了20%左右（有报道表示，PACK的重量仅增加了4%，P90D的电池重量大概为544kg）。
热管理系统：
目前来看，P100D之所以能够“挤进”更多的电芯，很大一部分是得益于冷却系统的重新设计。冷却系统的重新设计要保证两个基本点：
腾出更多的空间
保证冷却效果
↑P100D的冷却系统
P85与P100D的冷却系统示意图对比如下：
↑P85冷却系统
↑P100D冷却系统方案1
↑P100D冷却系统方案2
__未完待续 __
（作者简介：刘杰，杭州捷能科技有限公司。本文来源雷锋网）注册花火通行证，没有账号
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　　很多用户在购买设备时都会关心电池的容量，之所以会这样是因为对于这些数码设备来说，耗电大待机时间短是件很不方便的事。手机等移动设备的硬件技术进步越来越多，但是电池技术除了充电技术增加了无线充电和快速充电以外，并没有其他很好的解决方法。为此莫博士(Walt
Mossberg)日前就撰文表达了自己对于电池技术的看法。
　　电池是系统中的薄弱环节
　　智能手机产品在功能、速度和能力近年来进步飞快，然而续航问题却是个短板。举个例子，iPhone
6的A8处理器在CPU和GPU速度上相比2007年的初代iPhone分别提升了50倍和84倍(而今年的A9相比A8在这两方面又提升了70%和90%)。
　　但是，iPhone在续航方面的提升就没那么夸张了。初代iPhone声称可提供8小时的通话时间和6小时的&互联网使用&，而最新的iPhone
6s则可提供14小时的通话时间和11小时的互联网使用&&提升幅度还不到2倍。
　　当然，有人也许会说，iPhone在带来如此大幅度性能提升的同时还能维持续航能力的提升实属不易，且两款机型的续航数字并不具备多么大的可比性，因为和2007年相比，如今的语音网络和&互联网使用&已经发生了重大变化。
　　20年前的技术
　　索尼在1991年首次实现了锂离子电池的商业化，而移动设备如今所使用的电池依然基于相同的技术。当然，锂电池技术的确得到了改良，但续航方面的提升在很大程度上并非来自于电池本身，而是通过使用更节能的硬件和软件所实现的。
　　目前依然没有一种新型电池可以替代锂离子电池，研究者也认为我们不应对此抱有过高期待。卡内基梅隆大学的Jay
Whitacre认为，至少在未来几年里，&锂离子(电池)依然是主流&。他还补充道：&现有的解决方案无法帮助科技公司增加自己的电池预算&。所谓电池预算，指的是科技公司在设计一款新设备时对于电池能力的要求、
　　Whitacre认为，我们必须该清楚如何使用新型电池材料。虽然研究者都在实验各种新型材料，但还没有人真正开发出一种设计实际、可投入市场应用、并大幅提升手机和笔记本续航的的电池。就目前公开的信息而言，还没有任何一种电池技术能够把手机变成每周一充。
　　这是因为提升电池效率和提升处理性能完全不是一回事。电池问题实际上是基础化学和物理问题。&看看元素周期表你就知道，可使用的材料数量并不多。&以色列技术公司StoreDot总裁Doron
Myersdorf说道。电池并不遵循摩尔定律，你并不是每隔两年就能把容量加倍。
　　另辟蹊径
　　在认识到这方面的问题之后，一些技术公司开始将重心转移到别的方面：大幅缩短充电时间。这是为了改变消费者心理。如果用户能够在很短的时间内给设备充满电或充入大量的电源，那么他们对于续航的焦虑将可大幅减轻。
　　三星最近发布的几款新手机可在30分钟之内充入50%的电源，而苹果99美元(约合人民币642元)的Apple
Pencil手写笔只要充电15秒就能使用30分钟。高通也将快速充电技术整合到了自己的移动处理器当中，其最新版本号称可将充电速度提高4倍。
　　但是，StoreDot所带来的提升或许是最让人印象深刻的。这家技术公司号称对传统电池和充电器同时进行了重新设计，全新&有机材料&的使用可在几分钟之内就充入可让手机电池使用一天的足够电能。
　　目前，整个科技产业都迫切希望解决电池技术的问题，无论是以何种方式。但考虑到相关研究的缓慢进展，我们可能并不应该对此抱有太大期待。
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2、单体电池技术 至今锂离子电池的基本设计仍与SONY公司于1989年专利申请公布的相同，单体的形状有圆柱、方形金属壳（铝/钢）和方形软包散装，圆柱电池原来主要用于，现在特斯拉等公司选用的18650圆柱电池用于电动汽车。方形电池一般容量较大，电芯通过卷饶、Z形叠片、卷绕+叠片、正极包膜叠片、叠片+卷绕等方式制作。圆柱型电芯技术最成熟，制造成本较低，但大型圆柱电池的散热能力较差，故一般选用小圆柱电池。车用电池组容量大，电池数量多，管理系统较为复杂和昂贵。方形电池中卷绕结构电池制作工艺较简单，但主要适合于软极片电池，采用除尖晶石正极材料外磷酸铁锂和三元材料的电池均可用此方法。可靠性高、寿命长的叠片式电池适应于各种材料体系，通用Volt插电式混合动力汽车和日产Leaf纯电动汽车的电池均采用叠片工艺制造。至2015年，磷酸铁锂单体电池的比能量达到140W·h/kg，三元材料混合锰酸锂单体电池的比能量达到180W·h/kg，国际上采用NCA的小圆柱电池比能量达到240W·h/kg，未来几年锂离子单体电池的比能量将进一步提升，预期至2020年最高可达到300W·h/kg。 3、电池系统技术 从商品化的锂离子动力电池系统角度看，关键核心技术包括电池成组技术（集成电池配组、热管理、碰撞安全、电安全等）、电池管理系统（BMS）电磁兼容技术、信号的精确测量（如单体电压、电流等）技术、电池状态精确估计、电池均衡控制技术等。
图3：简易动力电池系统图 而BMS及电池系统的其他关键核心部件包括传感器、控制器、执行器等部件基本上由技术强国（德、日、美）垄断。国内目前部分企业已成功开发智能电表，可以替代国外电流、电压、绝缘传感器。影响电动汽车推广应用的首要因素是锂离子动力电池的安全性和使用成本，除了电池本体的安全性、寿命及一致性进一步提升外，电池模块化技术、电池成组技术（集成电池配组、热管理、碰撞安全、电安全等）也与国外有较明显的差距。目前国际汽车企业电池成组技术较为成熟，国内研究单位在BMS电磁兼容技术、信号的精确测量技术、电池状态精确估计、电池均衡控制技术等方面开展了较为深入研。 电池电管理关键技术研发包括综合电池电化学模型、电气安全设计、电池状态估计、均衡管理、故障诊断与标定以及充电管理等方面。电池热管理关键技术及系统研发需根据电池组的结构设计和电池产热计算分析，研究不同热管理技术的散热均温效果，得到成本低、工艺简单、安全可靠性强的电池热管理散热方案。根电池结构轻量化需以电池系统及整车的相关结构为研究对象，考虑相互间的耦合特性，从结构设计优化与材料选型两个方面开展结构抗振、抗冲击和轻量化的集成优化设计关键技术研究工作。对零部件材料、结构设计、联接等设计方案进行优化，电池安全性方面需在电气安全、安全和热安全的基础上开展电池系统的安全性整体方案设计研究，针对电池系统开展故障诊断预测、热安全监测预警和防控关键技术。 4、展望 在未来相当长一段时间里，锂离子电池仍是最适用的电动汽车电池，锰酸锂正极材料、三元体系正极材料、磷酸铁锂正极材料、复合碳负极材料、陶瓷涂层隔膜、电解质盐及功能电解液技术的发展支撑了电池技术的进步和产业发展。电池系统技术在应用中进步，安全性和可靠性将在未来几年得到进一步提升。 锂离子动力电池的寿命模型及模型影响参数的研究，电池成组方式特性研究，高效大容量锂离子电池组均衡策略研究，单体电池充放电热模型与成组电池包温度场分析和控制方法研究，成组电池优化快速充电方法研究等有待开展。动力电池系统应结合整车产品进行重新设计并根据未来车用动力电池的需求进行设计制造模式的升级，在动力电池基础材料、电池制造和系统技术全产业链上同时下功夫，提高产品质量，降低规模化生产成本，提升产业竞争力。
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