2030出行研究室
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如何把 LFP 电池装到特斯拉 Model 3 的电池系统里面 | 特约评论
作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，目前从事新能源汽车电子化工作，10 年以上的新能源汽车专业从业经验，在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践，著有《汽车电子硬件设计》，开设《汽车电子设计》公众号。
前两天有不少的报道，Tesla 要在 Model 3 和后续的 Model Y 上采用磷酸铁锂电芯，在整个电池包的总体尺寸和连接界面不变的条件下，如何把大的方壳电芯（如果是 LFP 电芯的话，小电芯就不划算了）装进去是个大的问题。
1） Model 3 电池系统的替换
如下图所示，想要不改变车辆的设计，只能在现有的电池系统尺寸里面加入新的 LFP 电芯，大致的可能性就是在这个 Base Frame 的基础上按照原有的模组来布置，同时可能在实际的尺寸上做相应的调整，不过主体的空间就是这样来使用。
图 1 Model 3 原有的电池系统
也就是说，需要在原有的两个大模组和两个小模组——1948*323*81 和 1860*323*81 上来做。使用磷酸铁锂，或许可以让原有 Model 3 电池系统在模组上的一些防护得以取消，从而节约出一些高度出来。好消息是，由于这个尺寸是按照 78kWh 来做的，因此有相对充分的空间可以给 CATL 的电池来使用。
图 2 Model 3 的模组和排布
2） 电芯的尺寸
CATL 原本的商用车的电芯容量从 50Ah，一路提升到 157Ah 起步，2019 年宁德时代的商用车用得最多的是 202Ah 和 271Ah，而在去年 11 月的北京公交展览上新的电芯规格主要是在厚度上做一些差异化，形成了新的一组优选的电芯容量。
电池尺寸上升：随着电芯容量的上升，能量密度从 140.19Wh/kg，到现在最高可以做到 178.1Wh/kg，这个过程中，主要是电芯的高度和厚度提升带来的效果，目前 271Ah 的尺寸为 173*202*72mm，202Ah 的尺寸为 173*202*57mm，主要是厚度的差异。
整包的成组率：从电芯的能量密度到整包的能量密度的提升效率，我们可以折算下，总体的结果如下所示：从原有的 72%，过渡到 83%，最高的已经能超过 90% 了。这个数据本身是和电池系统的重量有关系的，不过我们可以清晰的看到成组率提升带来的成本下降。
这些电池的尺寸是往高度、厚度方向上伸长。为了满足宽度的 323 尺寸和模组高度的 81mm 尺寸，整个电芯的规格可能需要做调整。而 1948 和 1860 的长度是电芯厚度的整除数，在这个数据下面去匹配额定电压，原有的 96S 到了磷酸铁锂电池中的串数要多一些。
图 3 使用宁德时代电芯的商用车的单体容量提升路径
所以根据以上的可能使用的电芯尺寸，应该与宝马 iX3 的电芯宽度差不多——宽度 300mm+，高度 85mm 左右，厚度在 50-60mm，然后调整相应的布局。
图 4 CATL 可能使用的电芯尺寸方向（矮电芯、加厚和变宽）
而模组的布局也比较好理解，在这个基础上进行 Apple to Apple 的替代。我们其实可以这么理解，标准模组根本没办法布局，这时候只能根据电芯的尺寸来开发这个规格的模组，然后考虑在此基础上直接焊接和处理。
图 5 方壳成组的方向
小结：
当然这只是一种猜测，想要达到目标的能量密度，特别是往高里程版本塞入这么多的能量，在不提高电池组厚度的条件下能做的选择比较少，往里面用 LFP 装 78kWh 可能有点为难了，如果是NCM811可能性更大一些。
文｜朱玉龙
图｜朱玉龙 网络及相关截图
本文出自公众号：2030出行研究室
前两天有不少的报道，Tesla 要在 Model 3 和后续的 Model Y 上采用磷酸铁锂电芯，在整个电池包的总体尺寸和连接界面不变的条件下，如何把大的方壳电芯（如果是 LFP 电芯的话，小电芯就不划算了）装进去是个大的问题。
1） Model 3 电池系统的替换
如下图所示，想要不改变车辆的设计，只能在现有的电池系统尺寸里面加入新的 LFP 电芯，大致的可能性就是在这个 Base Frame 的基础上按照原有的模组来布置，同时可能在实际的尺寸上做相应的调整，不过主体的空间就是这样来使用。
图 1 Model 3 原有的电池系统也就是说，需要在原有的两个大模组和两个小模组——1948*323*81 和 1860*323*81 上来做。使用磷酸铁锂，或许可以让原有 Model 3 电池系统在模组上的一些防护得以取消，从而节约出一些高度出来。好消息是，由于这个尺寸是按照 78kWh 来做的，因此有相对充分的空间可以给 CATL 的电池来使用。
图 2 Model 3 的模组和排布2） 电芯的尺寸
CATL 原本的商用车的电芯容量从 50Ah，一路提升到 157Ah 起步，2019 年宁德时代的商用车用得最多的是 202Ah 和 271Ah，而在去年 11 月的北京公交展览上新的电芯规格主要是在厚度上做一些差异化，形成了新的一组优选的电芯容量。
电池尺寸上升：随着电芯容量的上升，能量密度从 140.19Wh/kg，到现在最高可以做到 178.1Wh/kg，这个过程中，主要是电芯的高度和厚度提升带来的效果，目前 271Ah 的尺寸为 173*202*72mm，202Ah 的尺寸为 173*202*57mm，主要是厚度的差异。
整包的成组率：从电芯的能量密度到整包的能量密度的提升效率，我们可以折算下，总体的结果如下所示：从原有的 72%，过渡到 83%，最高的已经能超过 90% 了。这个数据本身是和电池系统的重量有关系的，不过我们可以清晰的看到成组率提升带来的成本下降。
这些电池的尺寸是往高度、厚度方向上伸长。为了满足宽度的 323 尺寸和模组高度的 81mm 尺寸，整个电芯的规格可能需要做调整。而 1948 和 1860 的长度是电芯厚度的整除数，在这个数据下面去匹配额定电压，原有的 96S 到了磷酸铁锂电池中的串数要多一些。
图 3 使用宁德时代电芯的商用车的单体容量提升路径所以根据以上的可能使用的电芯尺寸，应该与宝马 iX3 的电芯宽度差不多——宽度 300mm+，高度 85mm 左右，厚度在 50-60mm，然后调整相应的布局。
图 4 CATL 可能使用的电芯尺寸方向（矮电芯、加厚和变宽）而模组的布局也比较好理解，在这个基础上进行 Apple to Apple 的替代。我们其实可以这么理解，标准模组根本没办法布局，这时候只能根据电芯的尺寸来开发这个规格的模组，然后考虑在此基础上直接焊接和处理。
图 5 方壳成组的方向小结：
当然这只是一种猜测，想要达到目标的能量密度，特别是往高里程版本塞入这么多的能量，在不提高电池组厚度的条件下能做的选择比较少，往里面用 LFP 装 78kWh 可能有点为难了，如果是NCM811可能性更大一些。
文｜朱玉龙
图｜朱玉龙 网络及相关截图
本文出自公众号：2030出行研究室
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