??? 4680電池裝車以后眾多競爭對手和研究者相繼進行了拆分解密，其中的眾多細節都已經公之于眾。看到了設計不代表看懂了設計。比如大家不太理解為何使用了強力的聚酯類結構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的金屬側壁厚度達到0.5毫米厚，遠遠超過一般的強度要求。同時也不太理解拆解Model Y的時候發現的電池側面與車身之間的大量空隙。

????跳出具體的工藝參數，站在更高的策略上來理解就容易看出特斯拉的本意：利用優良設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；利用電芯結構設計和車身結構設計將意外失效和失控降到極低水準。在這種情況下，個別電芯的維護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構設計之外，4680設計中全極耳設計獨樹一幟，側向冷卻設計劍走偏鋒，容易看，卻更不容易懂。好在有強大的仿真工具幫助我們來解密設計準則。

電池的電化學與傳熱學綜合建模

????溫度是影響電池性能、壽命和安全性的關鍵因素。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 (TMS) 進行主動冷卻，以確保電池組在合適的溫度范圍內運行。兩個熱因素顯著影響電池的整體性能：熱邊界條件，由 TMS 的設計決定；內部熱量的產生和傳輸，受電池設計的影響。

????英國科學家建立了如下模型描述多極耳、金屬封裝的電池熱特性：

????計算域被離散為多個單位體積；在每個微元體內，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的電氣和熱行為。電極和隔膜形態使用阿基米德螺旋形描述。以此模型為基礎，重點研究了冷卻方式的影響和極耳形式的影響。

側向冷卻方式的優勢

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????側向傳熱冷卻雖然會導致更高的溫升以及相對于頂部/底部傳熱更大的溫度分布，但是側向冷卻在保持電池平均溫度相對較低和不會在電池內產生較大的溫度梯度之間取得平衡，因此是最佳的冷卻方式。

全極耳設計的優勢

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????電池內的大溫度梯度已被證明會嚴重影響電池性能。因此，優化極耳設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生和溫度不均勻性，這與Tesla的專利中關于具有連續極耳的電池的權利要求完全一致。

結論

????電化學與傳熱學仿真證明了4680電池：側面傳導冷卻設計提供了最佳的冷卻效果并最大限度地減少了內部熱不均勻性；多極耳設計則通過在電池中提供更均勻的電流密度，使得產熱和溫度都更加均勻。

審核編輯：劉清