Ячейка Tesla 4680: термический анализ предлагает уникальную конструкцию системы охлаждения

Анализ предполагает, что Тесла может интегрировать охлаждение в тело.

Мы проконсультировались с инженером-механиком и специалистом по теплопередаче *, чтобы узнать его мнение о том, как Tesla может спроектировать систему охлаждения для своей новой интегрированной аккумуляторной системы 4680. Анализ предполагает, что Tesla может интегрировать охлаждение в корпус / батарею. Больше никакой охлаждающей змеи.

Задний план

В День батареи Тесла сказал нам, что самым большим препятствием на пути к ячейке большего формата было ее охлаждение, и что новая конструкция электрода со столом решает эту проблему. Из-за этой проблемы с охлаждением Tesla ограничила размер ячейки 2170 в Model 3 и Model Y. Новый дизайн стола позволяет Tesla перейти к этой гораздо большей новой ячейке.

2170 в моделях 3 и Y охлаждается заполненной жидкостью охлаждающей змеей, которая отводит тепло от стенок ячейки. Эта охлаждающая змея занимает место в упаковке, ограничивая ее объемную эффективность.

В Tesla Model 3 и Model Y используется охлаждающая змея, заполненная жидкостью, приклеенная непосредственно к ячейке, занимающая пространство в упаковке. Фотография: Tesla

Проблема с ячейками большого диаметра заключается в том, что по мере увеличения диаметра отвод тепла ячейкой увеличивается намного быстрее, чем площадь поверхности, поэтому ваша способность отводить тепло через стороны ячейки ухудшается с ячейками большего диаметра. Чтобы решить эту проблему с ячейкой 2170, Тесла приклеил охлаждающую змею прямо к стороне ячейки. У Tesla была долгая кривая обучения и огромный процент отказов в начале производства, пытаясь сгладить проблемы, связанные с приклеиванием элемента к охлаждающей змейке.

Во время презентации Battery Day Tesla объяснила, как эта новая крупноформатная ячейка 4680 может охлаждаться сама собой: конструкция электрода со столом снижает внутреннее сопротивление ячейки.

Новая конструкция ячеек стола Tesla снижает сопротивление. Фотография: TeslaНовая конструкция ячеек стола Tesla снижает сопротивление. Фотография: Tesla

Из презентации Battery Day мы знаем, что Tesla избавилась от модулей и помещает элементы непосредственно в литой алюминиевый корпус.

Tesla устранит модули и поместит ячейки прямо в литой алюминиевый корпус автомобиля. Фотография: Tesla

Обсуждение и вывод

Вот что сказал Илон Маск на презентации Battery Day:

«Вместо наполнителя в качестве антипирена, который есть в аккумуляторных блоках 3 и Y, у нас есть наполнитель, который является структурным клеем, а также антипиреном, поэтому он эффективно приклеивается к верхнему и нижнему листу и это позволяет выполнять перенос сдвига между верхним и нижним листом …………… вы в основном делаете сотовый сэндвич с двумя лицевыми листами ».

Как они теперь охлаждают клетки, если они не отводят тепло за пределы клетки?

Новая конструкция столов имеет отличный путь для охлаждения КОНЕЦ ячеек. Сами электроды представляют собой идеальные охлаждающие пластины, которые позволят Тесле отводить тепло от центра ячейки к верхней и нижней части ячейки.

Расчеты нашего инженера по теплообмену подтверждают, что теплопередачи НЕ хватает для эффективного охлаждения ячеек 4680 с концепцией охлаждающей змеи, используемой в Модели Y и Модели 3. Расчеты также показывают, что имеется достаточная теплопередача, чтобы отводить тепло сверху и дно ячеек.

Температурный анализ также предполагает, что теперь Tesla может перейти к конструкции, похожей на плоскую охлаждающую пластину. Охлаждающие пластины могут быть объединены с верхними и нижними листами, о которых Маск говорил в приведенной выше цитате. Они также обеспечат прочность на сдвиг. Электрические соединения также могут быть выполнены через верхний лист. Это очень похоже на другой патент Tesla, который мы обсуждали здесь.

Отсутствие охлаждающей змеи означает, что Тесла может упаковывать клетки ближе друг к другу. Итак, есть двойная выгода. Тесла не только устранил физический корпус батареи, но и устранил охлаждающую змею, еще больше уменьшив объем.

Концепция, предложенная в результате нашего анализа, показана на рисунке ниже.

Концептуальный чертеж интегрированной схемы охлаждения с плоской пластиной 4680. Фото: Кейт Риттер

Что вы думаете о концепции? Дайте нам знать в комментариях.

* Кредит на термический анализ:
Кейт Риттер ЧП
Инженерное соответствие
Энергетический анализ
[email protected]

Эта статья изначально появилась на Inside EVs.