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特斯拉再啟專利申請狂潮:沒新車也能小步快跑

最近,特斯拉悄悄地向美國證券交易委員會遞交了一份檔案,10-K 這一部分密密麻麻地講述了一個道理:特斯拉中國的收入連續兩年增長超過 100%。

特斯拉最可怕之處,在于當它位于行業第一的位置時,還能以最快的速度增長,不僅落下你,還要越落越遠。

做到這一點,靠的,是特斯拉在電動車各相關領域持之以恒對技術的鑽研和打磨。

除了看得見的成績,還有看不見的專利。

這不,特斯拉又悄悄拿到了三個。

更棒的玻璃蓋闆

特斯拉再啟專利申請狂潮:沒新車也能小步快跑

在車外,亮閃閃的玻璃最影響顔值。

在車内,明透透的玻璃最決定質感。

為了讓車變得更美,讓螢幕變得更清晰,所有的車廠都在為制造出反射更少、透光更多的玻璃蓋闆而努力,就需要精确控制玻璃表面的紋理。

如果要給玻璃表面打上特定的紋理,你會想到用什麼方法?

目前主流的工藝如下,先把玻璃加熱到熔化狀态,這就是下圖中代号 110 的橢圓狀物體所指代的,然後放進特定模具中加壓,使玻璃變成模具的形狀,在這個過程中,模具表面的紋理,也就是下圖中 104 所指代的内容,就會被壓在玻璃表面上。

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這種方法的模具一般是用噴砂、電火花、機加工或雷射蝕刻等方法制作的,加工出來的模具都存在一個問題,那就是精度不夠高。

舉個例子,雷射蝕刻是用雷射脈沖在模具表面進行雕刻,進而形成模具紋路的加工方法。單次脈沖雷射會從模具表面蒸發掉約 50 微米深,約 40 微米見方的材料,連續的脈沖雷射就能雕刻出一條連續的紋路。而 50 微米以下的雕刻,雷射刻蝕就無能為力了。

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這種精度級别的表面紋理,無法精确控制玻璃的光學屬性,玻璃表面的光澤度也會受到影響。

特斯拉專利,直接進化到了現在最火熱的概念——用 3D 列印的方式來制作模具紋理。

這就使得在 50 微米以下尺寸精度上實作高度可控列印紋路成為可能,這意味着每條紋理之間的過渡會變得更加圓潤,光學特性也就更為可控,以後我們在特斯拉上見到的玻璃,将實作低反光、高透光。

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雖然特斯拉在專利中專門提到,用這種方法生産的玻璃将會用在屋頂太陽能電池闆上。

但随着技術的逐漸成熟,這一技術出現在特斯拉的車輛上隻是時間問題。

更安全的電池 Pack 封裝

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特斯拉一直擁有行業中最優秀的電池性能。

影響這一結果的原因很多,有時候是類似于新電芯這樣的化學成果,有時候是改變電池模組封裝形式這樣的實體努力。

這次,特斯拉又在封裝上努力了,涉及到電芯封裝形式、電芯連接配接形式以及排氣結構設計等幾個方面。

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1 、電芯封裝方式

談到電芯,我們最熟悉的電池封裝形式,可能就是 5 号電池。它的正負極分布在電池的兩端。這種設計的目的是為了防止電池發生短路。

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但這種設計在電芯組裝成電池組時會造成一些不便。

衆所周知,單粒锂電池電芯的額定電壓為 3.7V,滿電電壓為 4.2V,要組成電壓為 350V,容量為幾十甚至上百 kWh 的電池組,就需要将電芯用金屬片進行并聯和串聯,這些連接配接金屬片被稱為「母排」。

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正負極在兩端,在并聯電芯時,就需要分别在電芯的兩端焊接母排。

特斯拉把同一組并聯的電芯稱為一個「brick」。請記住這個概念。

這其實也不算太麻煩,但在串聯這些 brick 時,麻煩就來了:一個 brick 的正極需要連接配接另一個 brick 的負極,形成串聯。

為了達到這個目的,就需要把一個 brick 正極向上擺放,而另一個需要與它串聯的 brick 需要正極向下擺放,例如下圖。這樣一來,兩個 brick 的正負極就在同一平面上,進而完成串聯。

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特斯拉在這份專利中,特斯拉展示了一種和上文不一樣的電芯封裝。如下圖所示,106 為電芯的正極,電芯的負極從電芯底部 104 處用導體一直沿着電池側壁向正極方向延伸,最終包裹住電芯上端的一部分 108,特斯拉很形象地把這一部位稱為電芯的「肩部」。

完成這番操作,電芯正極和負極就處在同一平面上了,正極和負極之間則用絕緣環 112 進行分隔。

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2 、電芯連接配接方式

既然電芯的正、負極都在一個平面上了,那麼在串、并聯這些電芯的時候,就可以把電芯統一朝一個方向擺放,再也不用正放倒放折騰了。

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電芯之間的并聯也是以變得更為簡單。如下圖所示,通過使用兩片互相交叉的母排完成電芯并聯。電芯的正極通過 604 連接配接導線接到正極母排 602 上,電芯負極則通過連接配接導線 606 接負極母排 600 上。

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當上一個 brike 的負極母排作為下一個 brick 的正極母排時,兩個 brick 之間就形成了串聯。

如下圖所示,每個虛線框内的電芯組成了一個 brick,右側 brick 的負極母排作為左側 brick 的正極母排,連接配接了左側 brick 所有電芯的正極,兩個 brick 之間很自然形成了串聯關系。

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接下來,把這種關系進行一個複制擴充,就形成了整個電池 Pack 的連接配接圖。

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這種設計對電池 Pack 生産而言,可以降低成本,提升效率。

3 、排氣結構

當單個電芯發生故障時,會向外噴射高溫氣體,這種氣體往往是帶有腐蝕性的。高溫腐蝕性氣體在電池 Pack 内積聚,很有可能造成其他原本工作正常的電芯失效,使原本隻由一個電芯的問題發展成整個電池 Pack 的故障。

為了解決這類問題,特斯拉在本項專利中提到了一種排氣結構設計,能夠把因電芯故障噴出的氣體排出,并将這些氣體引導到不會影響其他電芯的位置。

這一設計被安排在電池 Pack 的頂部蓋闆上。蓋闆覆寫在所有電芯的頂部,特斯拉在頂闆上設計了若幹個易破損的低強度區域,這些低強度區域可以是正六邊形,也可以是其他形狀,它們的厚度将遠薄于蓋闆其他正常的蓋闆區域。當電芯發生故障向外排出氣體,電池 Pack 内部壓力變大,這些低強度區域就會産生裂口,進而使氣體排出。

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簡而言之,采用這種設計的電池 Pack 應該就不會出現電池組鼓包的現象了。

小結一下,該專利将提升電池 Pack 的生産效率和安全性。

更冷靜的充電槍

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随着快充技術的發展,如今電動車充電的電壓和電流越來越大。這對使用者來說,充電越來越快了自然是件好事。而對于充電裝置來說,更大的功率也就意味着更大的熱負擔。

就拿充電線纜來說,線芯雖然是金屬導體,但仍存在微小的電阻。根據國中學習的電阻發熱功率公式,電阻發熱與流經電阻的電流的平方成正比。

用人話說,就是電流越大,發熱就越厲害。

解決此問題的方法是使用液冷線纜。特斯拉在推出 V3 超充樁時,就運用了一種結構比 V2 超充更緊湊、更輕便的新型液冷線纜。

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現在,特斯拉此項專利則把液冷技術延伸到了充電槍。

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專利中提到,如下圖所示,在充電槍的兩根主線纜接口外部,即圖上的 404 和 406,将會分别安裝套筒 410 、 412,然後再用一個中空的歧管 414 将兩個套筒包裹起來。

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将上述部件安裝到一起,套筒和歧管之間就會形成一個空腔。

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歧管上設有進液口和出液口,冷卻液可以在這個空腔裡循環流動,實作充電槍散熱。

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值得注意的是,這一專利的申請時間發生在 2021 年 7 月,V3 超充已經部署了超過一年的時間,我們有理由相信剛剛開始傳遞的用來服務 Semi 卡車的 MegaCharger 充電系統,和傳聞中将随着 Cybertruck 一起到來的 V4 超充,将在速率和體驗上帶給我們更多快感。

很明顯,随着全球電動車競争格局的升溫,以及特斯拉新工廠、新産品的傳遞在即,特斯拉的車輪将很快進入新一輪的技術驅動循環周期,在可以遇見的時間段内,特斯拉即将浮出水面的技術專利,将越來越多。

更大膽的猜測是,随着賽道内玩家增多、技術研發費用投入越來越大,特斯拉對于專利的态度也将從最初的開發走向保護,專利大戰也許會一觸即發。

準備好錢包吧。

-END-

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