浅析特斯拉Model S Plaid电池系统设计:在何处改进?

发布者:清新微笑最新更新时间:2021-10-21 来源: 2030出行研究室 手机看文章 扫描二维码
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Ingineerix大神在油管上对 特斯拉Model S ( 参数 | 询价 ) Plaid的电池系统和动力系统做了一些拆解和评论,我想分两期把这方面内容给梳理一下。在这里由于模组没有拆,主要能到的信息包括整体模组结构设计的思想和电气设计。据我了解,该设计在未来提升的能力是400V+*900A,走的是大电流的路线。


Part 1:电池模组设计


这个电池系统整体分隔为5个区域,从目前的设计来看,可能是从大模组过渡到了与系统整体粘接的程度。


图1 Model S Plaid的电池系统


这5个大的电池块的正负极布置在两个长侧边,通过busbar焊接串联起来,模组里面电池的配置为22S72P,整个电池系统达到了110S72P,这其实把整体的电压拉高了,额定电压为401V,电芯数量根据初步计算为7920个18650电芯,松下在这款电芯上提高了能量密度。模组尺寸目前还不清楚,由宽度方向来延伸布置,大概在1.3-1.4m左右。



图2 特斯拉在模组边沿母线的处理(上面盖了绝缘层)


在这一边的模组边沿的母线设计中,可以说很有意思的设计了一定程度的熔断保护,我觉得这是特斯拉能有效使用Pyrofuse的关键,如果只依靠Pyrofuse对功能安全等级要求比较高,在这里使用了电芯、模组两级的物理熔丝保护,也是在不同层面实现了冗余。




图3 特斯拉的CMU设计


目前如Model Y的4680电池一样,特斯拉把BMS的采样板CMU做成长条,然后在模组实现一体化,同样通过结构件和胶固定在端板上,直接通过电芯间汇流排的busbar引脚连接到PCB板子上,这几乎是完全一样的。


Part 2:电气设计


Model S Plaid在整个Pack的布置上,由于这台车一开始定位就是高性能的车型,所以需要往四驱方向设计,在电气设计中有非常新的特点。在这里分成了两部分——


· BDU、BMS及熔丝:把它们放在前方,只有Pyrofuse设计了维修窗口,作为前BDU;


· 接触器的组合:主正、主负和两个快充双胞胎接触器,放在了电池系统的后部,设计了维修窗口,从座椅下方进行处理。


特斯拉巧妙的通过使用两个巨大的长busbar将这两个BDU连接起来。


图4 这个Busbar也做了绝缘处理


需要注意的是,现在越来越多的车企开始做半电压防护,也就是主熔丝放置在大模组相连接的中间,关于半电压的设计防护有详细的计算过程,这个我曾经仔细演算过,等有空我在分享下计算过程。


图5 特斯拉前方的电气布置


图6 特斯拉后方的电气布置


从供应链反馈的规格来看,特斯拉的目标是把充电电流不断提升,未来是想要提升到900A甚至更高,所以在整个电气设计中,涉及充电回路的保护器件都做了提升。也因此这个Pyrofuse要比之前的更大,一方面是需要加大灭弧的区域设计,并且把之前一部分历史上的设计问题进行改善。


备注:从器件供应商这边了解实际的原理和实验信息还是比较有效的方法


图7 特斯拉选择的升级的Pyrofuse


由于特斯拉全系导入热泵,因此目前只需要2根辅助的熔丝,整车只需要给空调压缩机和PCS回路两个方向进行保护即可。目前来看,电池管理系统被定义为“不太会损坏的部件”,至少从BMS和PCS两个部件来看,故障率应该是倒挂的,所以布置也换了过来。


图8 特斯拉的BMS放置在了最底层,包括2根熔丝


小结:


我觉得这个电池包的最大设计特点,是在电气设计上有很多改进的地方,有些时候的确是大力出奇迹,真的得选足够好的电气部件才能有好的设计出来。感觉还是有一些设计细节还没理清楚,等我有空再整理下思路。


引用地址:浅析特斯拉Model S Plaid电池系统设计:在何处改进?

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