在經過初步熱分析，確認TSLA4680電池將采用更簡單、更容易組裝的平板冷卻系統設計，電池之間沒有使用冷卻盤管后，機械工程師和傳熱專家KeithRitterPE繼續分析了TSLA4680新電池的其他特性，包括比較2170和4680電池組尺寸，估算4680電池組橫截面，同時估計了可能的電池串并聯配置方式以及電池單元連接方式。

盡管TSLA沒有明確表示將采用平板冷卻方式，但多種原因都強烈暗示了這樣的設計，其中最重要的原因是無法通過側面對較大直徑的電池供應有效冷卻，冷卻無極耳設計電池的最有效方法是穿過電池兩端，畢竟無極耳設計在電池蓋板和電池內部之間供應了良好的熱通道。

銅陽極電極板本身可以用作散熱片，并在電池內部供應良好的均勻溫度分布。平板冷卻設計可能的另一個原因是TSLA首席執行官埃隆·馬斯克（ElonMusk）稱電池粘合在電池組的底部和頂部。盡管他聲稱此舉是為了新增電池組的剪切強度，但我們認為頂板和底板也可以兼作冷卻板。而在Model3的電池組中，電池是粘合在冷卻盤管上的。

KeithRitterPE直接比較了Model3/Y的2170電池組和4680電池組。為何選擇Model3電池組進行比較？這是因為2170電池組更為熟知，盡管未來4680電池組重要應用于Semi電動卡車、Cybertruck電動皮卡以及ModelSPlaid，上述幾款新車細節仍不得而知，用已知基準來量化改進效果肯定要比未知基準容易得多。

經過估算，我們得到了最終的結論。首先，充電時間大大綜短。通過計算，充電時間方面，在29.4攝氏度的環境溫度下，4680電池組的電量從10%充到80%所花費的時間由25分鐘減少到15分鐘。假如只用充電到50%，那么僅需7分鐘即可完成，這樣的結果幾乎和汽油車加油相同快。

按充電時間顯示的2170電池組和4680電池組（估算）充電特性比較

而在最大充電功率方面，4680電池組從2170電池組的250kW新增到275kW，其中逐漸降低充電功率時，275kW的充電功率在10%-50%的充電狀態下保持恒定。而當電池組達到以ModelX數據設定的45攝氏度溫度極限時，我們便開始逐漸降低充電功率。這是因為較高的環境溫度下，空調系統的性能會降低，降低充電功率點是環境溫度的函數。

按充電狀態顯示的2170電池組和4680電池組（估算）充電特性比較

其次，電池組尺寸大大減少。不用冷卻盤管TSLA可以將電池更緊密地堆疊在一起，因而質量更集中到車輛的中心，進一步減小了慣性力矩，改善了車輛的操控性能。

76kWh4680電池組尺寸（估算）同比例對照Model3現有2170電池組

最后，估算的4680電池組橫截面顯示了頂部和底部平板冷卻設計以及電池的電氣連接方式。這是一種更簡單的電氣連接方式，TSLA將通過線焊等方法不再使用指狀捕集器，而轉向一種可以直接焊接到無極耳陽極或陰極連接冷卻罐上的簡單板狀捕集器。為了將一組電池單元的正極和另一組的負極相連，TSLA會采用ModelS倒置技術，顛倒其他并聯電池組每一個電池單元。

4680電池組橫截面（估算）

如上所述，我們估計4680電池組使用冷卻頂板和冷卻底板設計，電池粘合在冷卻板上，冷卻板還提高了電池組的剪切強度。經過估算，電池的陰極（鋁）端和電池的陽極（銅）端之間的熱傳遞配比為30%：70%。那么，TSLA僅靠底板就能解決工程設計難題嗎？肯定不是，下面將進一步深入討論此問題。

我們的熱電模型包括了電池組的所有細節：整體尺寸、電池單元尺寸、額定電池容量、熱導率等。一個關鍵因素是電池單元的電阻，這決定了電池單元的發熱量（熱損耗=I^2R）。我們設定4680的初始內部電阻=3mΩ@10%SOC，并在80%SOC下逐漸降至2mΩ，而2170電池組則為23/20/20mΩ。換句話說，我們將電池內部電阻降為十分之一。相比之下，TSLA專利申請圖則顯示會降到5-20分之一。

另外，制冷能力是熱電模型的輸入變量。我們選擇保留Model3現有的2-3噸制冷能力（取決于環境溫度）。但是，TSLA可能會增大堆棧式冷卻器和交流壓縮機的尺寸，供應更好的電池組冷卻。電池組的熱質量也會起用途。在以最大充電功率進行上述充電測試時，電池出現的熱量超過制冷系統承受能力，因此電池組開始發熱。熱質量由于存儲熱量而延緩了電池過熱的發生。當電池達到溫度極限（45攝氏度）時，我們開始逐漸降低充電功率。下圖解釋了電池組發熱量和空調系統的散熱能力的比較。要注意的是，在較高的環境溫度下，空調性能下降。這就是為何高溫環境下最大充電功率的初始下降點出現在較低的SOC。

空調性能和環境溫度對照

TSLA可以只靠冷卻底板嗎？只裝底板結構更簡單且成本更低，大多數熱量（70%）通過電池銅（陽極）端散熱，那為何不把所有并聯電池組的陽極端朝下而只用底板？專利圖顯示非常清楚，只有目前的銅質捕集器才能獲得無極耳端處理。鋁質捕集器在卷芯中端仍然有一個極耳用于連接冷卻罐，很可能是因為太過復雜而無法在兩端同時分段插入極耳。

熱傳導計算表明，使用冷卻底板和銅質捕集器的組合僅能完成使用頂板和底板組合的70%，同時還會出現更大的軸向熱梯度，負極極耳末端將是熱點。假如再使用一塊冷卻板，為極耳冷卻罐端供應冷卻，熱點將沿軸向向下移動大約1/3，同時在相同的"熱點"電池組峰值溫度下可以多出30%的散熱量。

兩塊冷卻板可以降低電池單元熱應力/衰減，提高使用壽命。TSLA將不斷提高這些電池的使用壽命，最終達成百萬英里電池。假如TSLA還想再增大充電功率保持業內領先地位，那么就必須盡一切努力確保電池單元熱應力/衰減最小。新增第二塊冷卻板是保證低成本的解決方法，顛倒電池組的每一個電池單元也有助于提高電池單元之間的熱傳導，從而通過電池單元軸向散熱，并降低冷卻頂板和底板之間的溫度梯度。TSLA4680電池的更多消息，敬請關注后續報道。（來源：insideevs編譯：黃永芬）