最近,特斯拉悄悄地向美国证券交易委员会递交了一份文件,10-K 这一部分密密麻麻地讲述了一个道理:特斯拉中国的收入连续两年增长超过 100%。
特斯拉最可怕之处,在于当它位于行业第一的位置时,还能以最快的速度增长,不仅落下你,还要越落越远。
做到这一点,靠的,是特斯拉在电动车各相关领域持之以恒对技术的钻研和打磨。
除了看得见的成绩,还有看不见的专利。
这不,特斯拉又悄悄拿到了三个。
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更棒的玻璃盖板
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在车外,亮闪闪的玻璃最影响颜值。
在车内,明透透的玻璃最决定质感。
为了让车变得更美,让屏幕变得更清晰,所有的车厂都在为制造出反射更少、透光更多的玻璃盖板而努力,就需要精确控制玻璃表面的纹理。
如果要给玻璃表面打上特定的纹理,你会想到用什么方法?
当前主流的工艺如下,先把玻璃加热到熔化状态,这就是下图中代号 110 的椭圆状物体所指代的,然后放进特定模具中加压,使玻璃变成模具的形状,在这个过程中,模具表面的纹理,也就是下图中 104 所指代的内容,就会被压在玻璃表面上。
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这种方法的模具一般是用喷砂、电火花、机加工或激光蚀刻等方法制作的,加工出来的模具都存在一个问题,那就是精度不够高。
举个例子,激光蚀刻是用激光脉冲在模具表面进行雕刻,从而形成模具纹路的加工方法。单次脉冲激光会从模具表面蒸发掉约 50 微米深,约 40 微米见方的材料,连续的脉冲激光就能雕刻出一条连续的纹路。而 50 微米以下的雕刻,激光刻蚀就无能为力了。
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这种精度级别的表面纹理,无法精确控制玻璃的光学属性,玻璃表面的光泽度也会受到影响。
特斯拉专利,直接进化到了现在最火热的概念——用 3D 打印的方式来制作模具纹理。
这就使得在 50 微米以下尺寸精度上实现高度可控打印纹路成为可能,这意味着每条纹理之间的过渡会变得更加圆润,光学特性也就更为可控,以后我们在特斯拉上见到的玻璃,将实现低反光、高透光。
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虽然特斯拉在专利中专门提到,用这种方法生产的玻璃将会用在屋顶太阳能电池板上。
但随着技术的逐渐成熟,这一技术出现在特斯拉的车辆上只是时间问题。
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更安全的电池 Pack 封装
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特斯拉一直拥有行业中最优秀的电池性能。
影响这一结果的原因很多,有时候是类似于新电芯这样的化学成果,有时候是改变电池模组封装形式这样的物理努力。
这次,特斯拉又在封装上努力了,涉及到电芯封装形式、电芯连接形式以及排气结构设计等几个方面。
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1 、电芯封装方式
谈到电芯,我们最熟悉的电池封装形式,可能就是 5 号电池。它的正负极分布在电池的两端。这种设计的目的是为了防止电池发生短路。
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但这种设计在电芯组装成电池组时会造成一些不便。
众所周知,单粒锂电池电芯的额定电压为 3.7V,满电电压为 4.2V,要组成电压为 350V,容量为几十甚至上百 kWh 的电池组,就需要将电芯用金属片进行并联和串联,这些连接金属片被称为「母排」。
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正负极在两端,在并联电芯时,就需要分别在电芯的两端焊接母排。
特斯拉把同一组并联的电芯称为一个「brick」。请记住这个概念。
这其实也不算太麻烦,但在串联这些 brick 时,麻烦就来了:一个 brick 的正极需要连接另一个 brick 的负极,形成串联。
为了达到这个目的,就需要把一个 brick 正极向上摆放,而另一个需要与它串联的 brick 需要正极向下摆放,例如下图。这样一来,两个 brick 的正负极就在同一平面上,从而完成串联。
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特斯拉在这份专利中,特斯拉展示了一种和上文不一样的电芯封装。如下图所示,106 为电芯的正极,电芯的负极从电芯底部 104 处用导体一直沿着电池侧壁向正极方向延伸,最终包裹住电芯上端的一部分 108,特斯拉很形象地把这一部位称为电芯的「肩部」。
完成这番操作,电芯正极和负极就处在同一平面上了,正极和负极之间则用绝缘环 112 进行分隔。
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2 、电芯连接方式
既然电芯的正、负极都在一个平面上了,那么在串、并联这些电芯的时候,就可以把电芯统一朝一个方向摆放,再也不用正放倒放折腾了。
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电芯之间的并联也因此变得更为简单。如下图所示,通过使用两片相互交叉的母排完成电芯并联。电芯的正极通过 604 连接导线接到正极母排 602 上,电芯负极则通过连接导线 606 接负极母排 600 上。
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当上一个 brike 的负极母排作为下一个 brick 的正极母排时,两个 brick 之间就形成了串联。
如下图所示,每个虚线框内的电芯组成了一个 brick,右侧 brick 的负极母排作为左侧 brick 的正极母排,连接了左侧 brick 所有电芯的正极,两个 brick 之间很自然形成了串联关系。
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接下来,把这种关系进行一个复制扩展,就形成了整个电池 Pack 的连接图。
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这种设计对电池 Pack 生产而言,可以降低成本,提升效率。
3 、排气结构
当单个电芯发生故障时,会向外喷射高温气体,这种气体往往是带有腐蚀性的。高温腐蚀性气体在电池 Pack 内积聚,很有可能造成其他原本工作正常的电芯失效,使原本只由一个电芯的问题发展成整个电池 Pack 的故障。
为了解决这类问题,特斯拉在本项专利中提到了一种排气结构设计,能够把因电芯故障喷出的气体排出,并将这些气体引导到不会影响其他电芯的位置。
这一设计被安排在电池 Pack 的顶部盖板上。盖板覆盖在所有电芯的顶部,特斯拉在顶板上设计了若干个易破损的低强度区域,这些低强度区域可以是正六边形,也可以是其他形状,它们的厚度将远薄于盖板其他正常的盖板区域。当电芯发生故障向外排出气体,电池 Pack 内部压力变大,这些低强度区域就会产生裂口,从而使气体排出。
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简而言之,采用这种设计的电池 Pack 应该就不会出现电池组鼓包的现象了。
小结一下,该专利将提升电池 Pack 的生产效率和安全性。
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更冷静的充电枪
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随着快充技术的发展,如今电动车充电的电压和电流越来越大。这对用户来说,充电越来越快了自然是件好事。而对于充电设备来说,更大的功率也就意味着更大的热负担。
就拿充电线缆来说,线芯虽然是金属导体,但仍存在微小的电阻。根据初中学习的电阻发热功率公式,电阻发热与流经电阻的电流的平方成正比。
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用人话说,就是电流越大,发热就越厉害。
解决此问题的方法是使用液冷线缆。特斯拉在推出 V3 超充桩时,就运用了一种结构比 V2 超充更紧凑、更轻便的新型液冷线缆。
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现在,特斯拉此项专利则把液冷技术延伸到了充电枪。
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专利中提到,如下图所示,在充电枪的两根主线缆接口外部,即图上的 404 和 406,将会分别安装套筒 410 、 412,然后再用一个中空的歧管 414 将两个套筒包裹起来。
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将上述部件安装到一起,套筒和歧管之间就会形成一个空腔。
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歧管上设有进液口和出液口,冷却液可以在这个空腔里循环流动,实现充电枪散热。
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值得注意的是,这一专利的申请时间发生在 2021 年 7 月,V3 超充已经部署了超过一年的时间,我们有理由相信刚刚开始交付的用来服务 Semi 卡车的 MegaCharger 充电系统,和传闻中将随着 Cybertruck 一起到来的 V4 超充,将在速率和体验上带给我们更多快感。
很明显,随着全球电动车竞争格局的升温,以及特斯拉新工厂、新产品的交付在即,特斯拉的车轮将很快进入新一轮的技术驱动循环周期,在可以遇见的时间段内,特斯拉即将浮出水面的技术专利,将越来越多。
更大胆的猜测是,随着赛道内玩家增多、技术研发费用投入越来越大,特斯拉对于专利的态度也将从最初的开发走向保护,专利大战也许会一触即发。
准备好钱包吧。
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