??? 4680電池裝車以后眾多競爭對手和研究者相繼進(jìn)行了拆分解密，其中的眾多細(xì)節(jié)都已經(jīng)公之于眾?？吹搅嗽O(shè)計不代表看懂了設(shè)計。比如大家不太理解為何使用了強(qiáng)力的聚酯類結(jié)構(gòu)粘合劑和阻燃粘合劑，造成電芯更換和拆解極為困難。大家也不太理解為何4680的金屬側(cè)壁厚度達(dá)到0.5毫米厚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的強(qiáng)度要求。同時也不太理解拆解Model Y的時候發(fā)現(xiàn)的電池側(cè)面與車身之間的大量空隙。
????跳出具體的工藝參數(shù)，站在更高的策略上來理解就容易看出特斯拉的本意：利用優(yōu)良設(shè)計將電芯的正常使用的失效概率降到最低；利用熱管理將熱失控降到零；利用電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計將意外失效和失控降到極低水準(zhǔn)。在這種情況下，個別電芯的維護(hù)和拆解問題就基本不存在了。
? ? 在這些相對容易理解的宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，4680設(shè)計中全極耳設(shè)計獨(dú)樹一幟，側(cè)向冷卻設(shè)計劍走偏鋒，容易看，卻更不容易懂。好在有強(qiáng)大的仿真工具幫助我們來解密設(shè)計準(zhǔn)則。
電池的電化學(xué)與傳熱學(xué)綜合建模
????溫度是影響電池性能、壽命和安全性的關(guān)鍵因素。例如研究表明，溫度每升高 1 度，鋰離子電池在 30-40°C 時的壽命就會縮短 2 個月。因此通常需要使用熱管理系統(tǒng) (TMS) 進(jìn)行主動冷卻，以確保電池組在合適的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。兩個熱因素顯著影響電池的整體性能：熱邊界條件，由 TMS 的設(shè)計決定；內(nèi)部熱量的產(chǎn)生和傳輸，受電池設(shè)計的影響。
????英國科學(xué)家建立了如下模型描述多極耳、金屬封裝的電池?zé)崽匦裕?/p>
????計算域被離散為多個單位體積；在每個微元體內(nèi)，所有組成部件（陽極、陰極、隔膜和集電器）都以堆疊形式排列。ECN 方法描述了每個元件內(nèi)的電氣和熱行為。電極和隔膜形態(tài)使用阿基米德螺旋形描述。以此模型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了冷卻方式的影響和極耳形式的影響。
側(cè)向冷卻方式的優(yōu)勢
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????側(cè)向傳熱冷卻雖然會導(dǎo)致更高的溫升以及相對于頂部/底部傳熱更大的溫度分布，但是側(cè)向冷卻在保持電池平均溫度相對較低和不會在電池內(nèi)產(chǎn)生較大的溫度梯度之間取得平衡，因此是最佳的冷卻方式。
全極耳設(shè)計的優(yōu)勢
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????電池內(nèi)的大溫度梯度已被證明會嚴(yán)重影響電池性能。因此，優(yōu)化極耳設(shè)計以最小化溫度不均勻性是有益的。計算表明具有更多極耳的配置可減少熱量產(chǎn)生和溫度不均勻性，這與Tesla的專利中關(guān)于具有連續(xù)極耳的電池的權(quán)利要求完全一致。
結(jié)論
????電化學(xué)與傳熱學(xué)仿真證明了4680電池：側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)冷卻設(shè)計提供了最佳的冷卻效果并最大限度地減少了內(nèi)部熱不均勻性；多極耳設(shè)計則通過在電池中提供更均勻的電流密度，使得產(chǎn)熱和溫度都更加均勻。
審核編輯：劉清