特斯拉Model S Plaid 卓越动力性能实现的关键

2022款Model S(图片|配置|询价) Plaid的0～60英里（约为97公里）加速时间为1.99秒。将0～60英里（约为97公里）的加速时间拉到2秒以下，电动车在加速度方面的优势被特斯拉放大至燃油车无法超越的地步。

一方面，在同等的价格区间，Model S Plaid 是最快的。另外一方面，相同的加速时间（实际上还没有达到这个加速时间的量产轿车），Model S Plaid 是最便宜的。

尽管我们习惯了去接受一些企业宣传的某个零件根本性创新带来的汽车性能变化，但作为脚踏实地的工程技术人员都知道，量产汽车卓越的动力性往往都是通过系统零部件各方面的通过市场验证的持续改善提升及创新来达到的，而不是某一个零件或某一方面的突然更新换代可以达到的。

Model S从12年发布至今，每一代都在内在方面有着不小的改变，而从上一代19年开始，经历了两年时间，特斯拉终于推出了Model S迄今为止的最强版本Plaid版，是什么创新技术，让以效率速度为王的特斯拉在经历了长时间的努力，才推出这个版本，又是什么底气，让这款车敢宣称自己是最快的量产四门轿车，下面从电机，扭矩分配及电池系统迭代几个方面来初步探究其过人之处或独特的地方：

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电机

很多人说电动车起步可以很快，但高转速不行（见下图说明），这是因为什么呢？决定电动车极速的关键要素之一就是电机的转速，电动机可以达到的转速越高，车辆的行驶速度也就越高，想要突破电动车极速这一紧箍咒，无非有两种办法：1.参照燃油车，给电机增加一个变速箱，改变输出的速比，从而达到更高的极速，保时捷Taycan、奥迪E-tron GT就是采用的这一方案，从间接角度改变了这一“老大难”的问题，但带来的后果可想而知，抛弃了变速箱的电动车，重新又将变速箱安了上去，增加了重量不说，穿新鞋走老路，终究不是最终的解决方案。

特斯拉Model S/X的plaid电机(见下图）独特之处在于其内部的转子外面，套了一个碳纤维套子。

影响电机性能的一个关键是转子的转速，转速越高，爆发力和性能越强，但如果转子的速度过快，便有无法控制导致损坏的危险（电机可能会面临散架的问题），特斯拉在转子的外面加了一个碳纤维套（见下图），用来束缚转子的膨胀等形变，就像寿司外面那层海苔一样，控制转子避免出现因高速旋转而产生的形变等问题。可以使得转子转速上升而风险在可控范围内，这样电机性能便可以有一个明显的提升，来适应汽车需要达到的高速工况。

但转子外面套上碳纤维，实现大批量生产是相当困难的，因为碳纤维和铜的热膨胀率不同，碳纤维包裹工艺对于缠绕强度，温度，特别是安装有极高的要求,它需要在极高的张力缠绕，才能实现碳包裹转子。

马斯克说，为了实现这一目标，团队必须设计生产这种转子的机器。这是第一次，因为以前没有这样的机器存在过。然而，这给了特斯拉另一种能力：即使在极高的每分钟转数 (RPM) 下，也能在保持紧密间隙的同时使电磁场具有超高效率。

它们在高压负载下缠绕在转子上，特斯拉德国的子公司 Grohmann Engineering 研发了一条产线，专门给 Plaid 车型的铜转子缠绕碳纤维。

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扭矩矢量分配系统

我们先来设想一个场景，你开着车要做弧度比较大的转弯时，你一定希望自己的转弯半径更小，想要降低转弯半径，通常有三种办法：1）后轮随动转向，这也是保时捷、奔驰S级等车型常用的一个办法；2）降低弯内侧车轮的转速，这也是坦克转弯时的动作之一；3）增加外侧车轮的转速，同理，坦克也会用这种方式执行转弯操作；不考虑第一种机械层面的方法，想要降低转弯半径，那就只剩下了2）、3）两种方法，但其实第二种方法其实是司空见惯的，当进行车辆的麋鹿测试时，当车辆的ESP车身稳定控制系统开始工作后，车速有了明显的降低，ESP实际上就是通过降低速度，从而达到缩小转弯半径的目的，而这第3）种，则是接下来要说的扭矩矢量控制系统。

要知道轮胎的极限是有限度的，转弯时如果速度如果突破了轮胎的极限，便会出现常说的推头甩尾现象，那怎样可以在轮胎的极限范围之内，尽可能的提高转弯的速度呢？此时扭矩矢量控制系统便出场了，当驶入一个左弯时，如果增大右侧车轮的动力，车辆便会产生一种向内的趋势，而如果同时降低左侧车轮的动力，车辆向内的趋势便会进一步增大，当然，同样的效果，也可以通过降低弯心处，也就是左侧车轮的速度而达到，ESP的工作原理便是如此，但这样一来，动力就损失掉了，对于分秒必争的圈速来说，显然是得不偿失。由于扭矩矢量控制系统属于电子层面的一项技术，对车辆本身的机械素质要求相应的有所降低，而电子层面技术正是特斯拉的拿手好戏，而搭载了扭矩矢量控制系统的特斯拉Model S Plaid，在机械素质本就不差的情况下，在纽北跑出远胜保时捷Taycan Turbo的成绩也就顺理成章了，两项黑科技的加持，使得特斯拉Model S Plaid拥有叫板市面上绝大多数量产车的底气。

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电池系统

2020年9月，马斯克在“特斯拉电池日”发布了一款当时看来足以颠覆汽车动力电池行业的全新产品——4680电池（下图为18650，2170，4680电池对比）。

如今，特斯拉第100万颗4680已经量产下线，正准备大规模装车。但目前我们看到的Model S Plaid还是在采用18650电池，后面也会采用4680电池（见下表规划）

针对继续采用的18650电池，从整体的设计理念来看，我们可以看到特斯拉几个特别值得肯定的地方：

1）每个车型平台都存在一些共性的优秀设计，可以进行类似模块化的移植;

虽然Model S和Model 3是不同平台，但是在验证确认后的优秀设计，是可以很快同步部署的;

2）单个平台的迭代和更新，是朝着不断降低成本和优化品质的方向进步的。

特斯拉电池系统的迭代

18650产品的价值是否已经充分挖掘，产线产能是否已经充分利用，是否值得切换，这是个经济层面的问题；回到车的性能上来，特斯拉通过以现有大批量量产验证的电池模块为基础来迭加更新实现了这两方面目标：（1）快充、加速度；（2）能效。特斯拉必须把Model S的快充提到V3的水平，加速度希望再进一步推进到2秒以内。这个属于大功率技术的范畴。在此之前，特斯拉一直采用的是低电压平台-大电流的方案（特斯拉之前的产品电压平台为360V,400V），到了Plaid，它将电压平台提高到了450V，这是目前我们从它的用户手册可以确认的。电压的提高让Plaid可以相对容易地达到250kW的V3充电速度。

另外还采用了全新的模组和系统设计。重新设计的总体方案有点类似于Model 3，采用5大模组的方案，下箱体分隔为5个区域，分别承载5个“大模组”，模组的正负极布置在两个长侧边，通过busbar焊接串联起来，每个模组为22串72并，这样整个电池包共有110串，72并，合计7920个电芯，对比老版本的Plaid（8256个电芯），减少了336个电芯，说明单个电芯的比能提高了约4.2%。

上图中值得注意的地方，在于快充输出极的布置位置，Plaid 的这个设计有点奇特，并不是像老版本的Model S或Model 3一样，布置在Penthouse中。Plaid采用了更为长的busbar方案，据说在2米左右，整个电连接设计比之前大为精简，这种长busbar方案目前在比亚迪的刀片CTP电池系统和网传的4680电池系统看到过。

电池系统方面，特斯拉通过添加硅元素、采用新的电池管理系统和提升热管理系统这三项技术，使 2022 款 Model S Plaid 的电池表现有了很大的提升，也反映了特斯拉在动力电池方面的技术实力。

Model-S Plaid的这个系统升级是今年最有技术指向性的设计，它可以说是如何用新技术来提升老款车型，如何从大电流向小电流高电压过渡的一个绝好的尝试；在Plaid的这个方案中，已经有了structure battery的一些技术。这是S-平台和3平台之间的一个代际迭代，特斯拉的技术发展历程，具有很强的延续性。

结语：特斯拉汽车综合性能不断改善提升

汽车行业电动化进程的不断发展，车企对动力电池需求量不断增长。特斯拉作为新能源车企的领头羊，特斯拉以现有车型技术及大量数据为基础，结合传统车辆的成熟的可靠的技术，并勇于采用更先进的可以量产的动力电池，电机等技术，继续引领着汽车行业向前高速发展。未来，相信特斯拉会不断推出更高性能的车型。