朱玉龙

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特斯拉 Powerpack 上的一体化电池方案

环形隧道

2021-07-02

在博弈换电和充电的时候,其实有一个重要的要素,就是汽车公司在推换电方案和充电方案,其实都是储能需要平衡的。前者是备着很多块电池充满了给客户交换,也可以以此为抓手进行调配;后者是需要在区域系统里面,配置一定的储能来缓解超级快充带来的功率需求。特斯拉的 Powerpack,一方面用于大的储能网络,一方面也搭配着 Super Charging 充电网络来实现平衡。

图 1 大众也是在 Electrify America 用特斯拉的 Powerpack

我觉得值得注意的事情是,在最新一代 Powerpack 设计中,其实已经使用了类似 CTC 的一体化设计技术。

两种方案的转变

左边是 Powerpack 里面内置模组的设计,实际上就是使用了两个 18650 电芯 Model S 的模组并排放置,在电池系统中水冷管走箱体两侧,电子部分包括变换器与 BMS 布置在前段隔间内。

右边是新的设计,在系统层面,这个取消了水冷的方案,直接把电池摆在一起然后整体粘接在一起。从标签来看,这里是采用了 900V 的系统,把大量的电芯区通过厚厚的胶灌封起来。

图 2 从模组方案过渡到一体化 CTC 的方案

这里 8.6kW、900V 和 88P 的参数稍微目前看来有点对不上,这么高的电压(250S),没有 88 个电芯并联,算一算要 2 万多个。

图 3 Power pack 模组的规格

这个设计,我们可以在边缘看到电芯的形状,为了进行固定,电池被厚厚的粘在了一起。

从圆柱来看,比起 Model S 和 Model 3,这个就完全不考虑维修了,单个电芯坏了就让它自动熔断熔丝

这个设计目前是不考虑水冷的,因此储能小电池的设计就完全依靠整体的均热设计

在电池系统托盘一端,采用了薄弱设计的泄压系统;整体的结构是采用钣金的材料

图 4 电芯和 Pack 的结构

在整个系统布置上,这里还用专门的塑料墙把电池部分和电子电气部分分隔,这样在注入胶水的时候不至于出现问题。从布置来看,这里左边是 BMS、右边是一个摘下来的 DCDC。

图 5 电池管理系统和 DCDC 的布置区域
图 6 特斯拉的 DCDC

由于 Powerpack 里面内置了 16 个小的 Pod,这些 DCDC 就可以实现隔离连接到母线

图 7 特斯拉的 Power Pack

我们观察到其实在特斯拉当下的迭代中出现了很有意思的地方:

汽车这种车载应用和储能等系统在迭代进步,我们看到里面存在一部分复用,也存在一部分竞争的关系,某些 Leading 的技术一方面在车上尝试,一方面在储能系统上尝试

Model Y 上的热泵到 Model 3 的切换,似乎并没有使用代际的理念,就是经过一定的尝试之后全部进行切换

汽车的快充速度需求折算到快充功率,而很短时间的 250kW 峰值功率实质上带来的时间减少有限,但是会明显增加充电设施的设计电网容量负荷,所以一方面使用 Power pack 来平衡电网负荷需求,一方面也是为了后面进一步提高充电速度做准备,往下一步 350kW 做准备。

小结:其实对于这个储能的系统,我还有一个小猜想,其实从当前来看,特斯拉已经具备了 900V 功率电子的技术储备,哪一天从 400V 切换到 800V 再来一波提升,也是有预期的。

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