朱玉龙

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2021-10-18

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Model S Plaid 电池系统设计

  1. 动力电池
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Ingineerix 大神在油管上对 Model S Plaid 的电池系统和动力系统做了一些拆解和评论,我想分两期把这个内容给梳理一下。在这里由于模组没有拆,主要能得到的信息包括:整体模组结构的设计思想和电气设计。据我了解这个设计,未来提升的能力是 400V+*900A,走的是大电流的路线。


Model S plaid 的拆解分析(Ingineerix)视频已经放置在知识星球

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和系统整体粘接的程度。

图 1 Model S Plaid 的电池系统

这 5 个大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,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,沿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 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。

电气设计

在整个 Pack 的布置上,Model S Plaid 这台车一开始设计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 和 BMS 和熔丝: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、主负和两个双胞胎的快充接触器,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。

特斯拉巧妙地使用通过两个巨大的长 busbar 将这两个 BDU 连接起来。

图 4 这个 Busbar 也做了绝缘处理

需要注意的事情是越来越多的车企开始做了半电压防护,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,等我有空我分享下计算过程。

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。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,目前特斯拉只需要 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弄出来,等我有空再整理下思路。

本文著作权归作者所有,并授权 42 号车库独家使用,未经 42 号车库许可,不得转载使用。
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