特斯拉LFP版的Model 3电池设计

图1 基于LFP设计的两台车

最近收到分享的照片内容简单的来探讨一下这个兼容性改造,其实和之前的想法是完全一致的。我觉得Battery Day Elon Musk没说的2.5万美金的车靠什么,大概率就是靠这个LFP电池,从低成本的路径来看,一方面是基于长寿命的LFP,一方面基于重量敏感的电池设计,这两条路是并行存在的。

LFP设计的概览

1)模组的尺寸 

由于特斯拉的整包设计,设计高度只有120mm左右,所以对应模组的高度只有81mm。所以在LFP的设计中,也是采用兼容的设计。

图1 LFP模组兼容设计的尺寸

在这里采用了两种不同的配置,25个电芯和28个电芯,合计106个电芯,做成两个模组规格去兼容原有三元模组的设计。 

图2 长短两种不同的模组 

上图其实有几个特征,水冷板的连接出口有挺长一段距离,整体的尺寸兼容中,这里在尺寸上有所保留的(实际还能装不止4个电芯)。在这里电芯之间保留了一定的间隔,而且端板为了让这么多电芯能够维持一定的力,选择了很结实的设计。备注:我的理解,这个设计如果把LFP替换成三元NCM811,然后加入隔热材料,是有足够的尺寸,后面除了LFP版本,长距离的版本方壳电芯其实也能这么来设计,这个估计是2021年的事情了

图3 LFP电芯的尺寸和模组尺寸的匹配

在这个端板侧面图里面,我们能看到完整的标准设计,水冷板内置集成在模组的底面,外部有完整的结构和这个水冷板配合,一方面让这个模组有足够的机械强度,一方面也有足够的隔热距离。水冷板在LFP上面最主要是低温加热,在后续的NCM版本上面就是散热问题要解决,设计82mm厚度的电芯,比较大的挑战是如何250kW的超级快充。在这个设计里面,由于方壳电芯高度加上模组相应的采样和绝缘板,特斯拉把CMU的采样板的布置做了调整,不在原来的模组躺的部分,采用柔性线路板延伸的模式来做的,这里只有剪断的这部分。 

图4 LFP模组的端板

Y方向尺寸上也留了足够的距离,如下图所示用一个完整的固定结构把模组的安装点和之前三元圆柱模组的固定点一一覆盖。 

图5 LFP模组的安装结构 

下面这个图看的更清晰一些,方壳的设计中减少了很多导热填充胶水的使用,侧板黑色部分和水冷板通过结构来固定在一起。 

图6 模组和水冷板的底面结构

严格来说,这是2020年量产的车型里面开始增多的在软包和方壳模组里面内嵌水冷板,最大的好处还是可以降低尺寸公差链的要求,在电芯到水冷板这个环节减少导热胶的使用,同时也是应对下一代逐步提高的快充的设计要求。 

小结:我觉得这个设计还是挺值得参考的,在下一代打破模组设计的CTC来之前,这种设计的思路还是能很好的平衡成本、维修性和能量密度的要求

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