每天資訊特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

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特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

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特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

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2022款Model S Plaid的0~60英里(約為97公里)加速時間為1。99秒。將0~60英里(約為97公里)的加速時間拉到2秒以下,電動車在加速度方面的優勢被特斯拉放大至燃油車無法超越的地步。

一方面,在同等的價格區間,Model S Plaid 是最快的。另外一方面,相同的加速時間(實際上還沒有達到這個加速時間的量產轎車),Model S Plaid 是最便宜的。

儘管我們習慣了去接受一些企業宣傳的某個零件根本性創新帶來的汽車效能變化,但作為腳踏實地的工程技術人員都知道,量產汽車卓越的動力性往往都是透過系統零部件各方面的透過市場驗證的持續改善提升及創新來達到的,而不是某一個零件或某一方面的突然更新換代可以達到的。

Model S從12年釋出至今,每一代都在內在方面有著不小的改變,而從上一代19年開始,經歷了兩年時間,特斯拉終於推出了Model S迄今為止的最強版本Plaid版,是什麼創新技術,讓以效率速度為王的特斯拉在經歷了長時間的努力,才推出這個版本,又是什麼底氣,讓這款車敢宣稱自己是最快的量產四門轎車,下面從電機,扭矩分配及電池系統迭代幾個方面來初步探究其過人之處或獨特的地方:

1

電機

很多人說電動車起步可以很快,但高轉速不行(見下圖說明),這是因為什麼呢?決定電動車極速的關鍵要素之一就是電機的轉速,電動機可以達到的轉速越高,車輛的行駛速度也就越高,想要突破電動車極速這一緊箍咒,無非有兩種辦法:1。參照燃油車,給電機增加一個變速箱,改變輸出的速比,從而達到更高的極速,保時捷Taycan、奧迪E-tron GT就是採用的這一方案,從間接角度改變了這一“老大難”的問題,但帶來的後果可想而知,拋棄了變速箱的電動車,重新又將變速箱安了上去,增加了重量不說,穿新鞋走老路,終究不是最終的解決方案。

特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

特斯拉Model S/X的plaid電機(見下圖)獨特之處在於其內部的轉子外面,套了一個碳纖維套子。

特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

影響電機效能的一個關鍵是轉子的轉速,轉速越高,爆發力和效能越強,但如果轉子的速度過快,便有無法控制導致損壞的危險(電機可能會面臨散架的問題),特斯拉在轉子的外面加了一個碳纖維套(見下圖),用來束縛轉子的膨脹等形變,就像壽司外面那層海苔一樣,控制轉子避免出現因高速旋轉而產生的形變等問題。可以使得轉子轉速上升而風險在可控範圍內,這樣電機效能便可以有一個明顯的提升,來適應汽車需要達到的高速工況。

但轉子外面套上碳纖維,實現大批次生產是相當困難的,因為碳纖維和銅的熱膨脹率不同,碳纖維包裹工藝對於纏繞強度,溫度,特別是安裝有極高的要求,它需要在極高的張力纏繞,才能實現碳包裹轉子。

特斯拉Model S Plaid 卓越動力效能實現的關鍵

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馬斯克說,為了實現這一目標,團隊必須設計生產這種轉子的機器。這是第一次,因為以前沒有這樣的機器存在過。然而,這給了特斯拉另一種能力:即使在極高的每分鐘轉數 (RPM) 下,也能在保持緊密間隙的同時使電磁場具有超高效率。

它們在高壓負載下纏繞在轉子上,特斯拉德國的子公司 Grohmann Engineering 研發了一條產線,專門給 Plaid 車型的銅轉子纏繞碳纖維。

2

扭矩向量分配系統

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我們先來設想一個場景,你開著車要做弧度比較大的轉彎時,你一定希望自己的轉彎半徑更小,想要降低轉彎半徑,通常有三種辦法:1)後輪隨動轉向,這也是保時捷、賓士S級等車型常用的一個辦法;2)降低彎內側車輪的轉速,這也是坦克轉彎時的動作之一;3)增加外側車輪的轉速,同理,坦克也會用這種方式執行轉彎操作;不考慮第一種機械層面的方法,想要降低轉彎半徑,那就只剩下了2)、3)兩種方法,但其實第二種方法其實是司空見慣的,當進行車輛的麋鹿測試時,當車輛的ESP車身穩定控制系統開始工作後,車速有了明顯的降低,ESP實際上就是透過降低速度,從而達到縮小轉彎半徑的目的,而這第3)種,則是接下來要說的扭矩向量控制系統。

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要知道輪胎的極限是有限度的,轉彎時如果速度如果突破了輪胎的極限,便會出現常說的推頭甩尾現象,那怎樣可以在輪胎的極限範圍之內,儘可能的提高轉彎的速度呢?此時扭矩向量控制系統便出場了,當駛入一個左彎時,如果增大右側車輪的動力,車輛便會產生一種向內的趨勢,而如果同時降低左側車輪的動力,車輛向內的趨勢便會進一步增大,當然,同樣的效果,也可以透過降低彎心處,也就是左側車輪的速度而達到,ESP的工作原理便是如此,但這樣一來,動力就損失掉了,對於分秒必爭的圈速來說,顯然是得不償失。由於扭矩向量控制系統屬於電子層面的一項技術,對車輛本身的機械素質要求相應的有所降低,而電子層面技術正是特斯拉的拿手好戲,而搭載了扭矩向量控制系統的特斯拉Model S Plaid,在機械素質本就不差的情況下,在紐北跑出遠勝保時捷Taycan Turbo的成績也就順理成章了,兩項黑科技的加持,使得特斯拉Model S Plaid擁有叫板市面上絕大多數量產車的底氣。

3

電池系統

2020年9月,馬斯克在“特斯拉電池日”釋出了一款當時看來足以顛覆汽車動力電池行業的全新產品——4680電池(下圖為18650,2170,4680電池對比)。

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如今,特斯拉第100萬顆4680已經量產下線,正準備大規模裝車。但目前我們看到的Model S Plaid還是在採用18650電池,後面也會採用4680電池(見下表規劃)

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針對繼續採用的18650電池,從整體的設計理念來看,我們可以看到特斯拉幾個特別值得肯定的地方:

1)每個車型平臺都存在一些共性的優秀設計,可以進行類似模組化的移植;

雖然Model S和Model 3是不同平臺,但是在驗證確認後的優秀設計,是可以很快同步部署的;

2)單個平臺的迭代和更新,是朝著不斷降低成本和最佳化品質的方向進步的。

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特斯拉電池系統的迭代

18650產品的價值是否已經充分挖掘,產線產能是否已經充分利用,是否值得切換,這是個經濟層面的問題;回到車的效能上來,特斯拉透過以現有大批次量產驗證的電池模組為基礎來迭加更新實現了這兩方面目標:(1)快充、加速度;(2)能效。特斯拉必須把Model S的快充提到V3的水平,加速度希望再進一步推進到2秒以內。這個屬於大功率技術的範疇。在此之前,特斯拉一直採用的是低電壓平臺-大電流的方案(特斯拉之前的產品電壓平臺為360V,400V),到了Plaid,它將電壓平臺提高到了450V,這是目前我們從它的使用者手冊可以確認的。電壓的提高讓Plaid可以相對容易地達到250kW的V3充電速度。

另外還採用了全新的模組和系統設計。重新設計的總體方案有點類似於Model 3,採用5大模組的方案,下箱體分隔為5個區域,分別承載5個“大模組”,模組的正負極佈置在兩個長側邊,透過busbar焊接串聯起來,每個模組為22串72並,這樣整個電池包共有110串,72並,合計7920個電芯,對比老版本的Plaid(8256個電芯),減少了336個電芯,說明單個電芯的比能提高了約4。2%。

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上圖中值得注意的地方,在於快充輸出極的佈置位置,Plaid 的這個設計有點奇特,並不是像老版本的Model S或Model 3一樣,佈置在Penthouse中。Plaid採用了更為長的busbar方案,據說在2米左右,整個電連線設計比之前大為精簡,這種長busbar方案目前在比亞迪的刀片CTP電池系統和網傳的4680電池系統看到過。

電池系統方面,特斯拉透過新增矽元素、採用新的電池管理系統和提升熱管理系統這三項技術,使 2022 款 Model S Plaid 的電池表現有了很大的提升,也反映了特斯拉在動力電池方面的技術實力。

Model-S Plaid的這個系統升級是今年最有技術指向性的設計,它可以說是如何用新技術來提升老款車型,如何從大電流向小電流高電壓過渡的一個絕好的嘗試;在Plaid的這個方案中,已經有了structure battery的一些技術。這是S-平臺和3平臺之間的一個代際迭代,特斯拉的技術發展歷程,具有很強的延續性。

結語:特斯拉汽車綜合性能不斷改善提升

汽車行業電動化程序的不斷髮展,車企對動力電池需求量不斷增長。特斯拉作為新能源車企的領頭羊,特斯拉以現有車型技術及大量資料為基礎,結合傳統車輛的成熟的可靠的技術,並勇於採用更先進的可以量產的動力電池,電機等技術,繼續引領著汽車行業向前高速發展。未來,相信特斯拉會不斷推出更高效能的車型。

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