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如何把 LFP 电池装到特斯拉 Model 3 的电池系统里面 | 特约评论
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作者简介:朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,目前从事新能源汽车电子化工作,10 年以上的新能源汽车专业从业经验,在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践,著有《汽车电子硬件设计》,开设《汽车电子设计》公众号。
前两天有不少的报道,Tesla 要在 Model 3 和后续的 Model Y 上采用磷酸铁锂电芯,在整个电池包的总体尺寸和连接界面不变的条件下,如何把大的方壳电芯(如果是 LFP 电芯的话,小电芯就不划算了)装进去是个大的问题。

1) Model 3 电池系统的替换

如下图所示,想要不改变车辆的设计,只能在现有的电池系统尺寸里面加入新的 LFP 电芯,大致的可能性就是在这个 Base Frame 的基础上按照原有的模组来布置,同时可能在实际的尺寸上做相应的调整,不过主体的空间就是这样来使用。
图 1 Model 3 原有的电池系统
也就是说,需要在原有的两个大模组和两个小模组——1948*323*81 和 1860*323*81 上来做。使用磷酸铁锂,或许可以让原有 Model 3 电池系统在模组上的一些防护得以取消,从而节约出一些高度出来。好消息是,由于这个尺寸是按照 78kWh 来做的,因此有相对充分的空间可以给 CATL 的电池来使用。
图 2 Model 3 的模组和排布

2) 电芯的尺寸

CATL 原本的商用车的电芯容量从 50Ah,一路提升到 157Ah 起步,2019 年宁德时代的商用车用得最多的是 202Ah 和 271Ah,而在去年 11 月的北京公交展览上新的电芯规格主要是在厚度上做一些差异化,形成了新的一组优选的电芯容量。
电池尺寸上升:随着电芯容量的上升,能量密度从 140.19Wh/kg,到现在最高可以做到 178.1Wh/kg,这个过程中,主要是电芯的高度和厚度提升带来的效果,目前 271Ah 的尺寸为 173*202*72mm,202Ah 的尺寸为 173*202*57mm,主要是厚度的差异。
整包的成组率:从电芯的能量密度到整包的能量密度的提升效率,我们可以折算下,总体的结果如下所示:从原有的 72%,过渡到 83%,最高的已经能超过 90% 了。这个数据本身是和电池系统的重量有关系的,不过我们可以清晰的看到成组率提升带来的成本下降。
这些电池的尺寸是往高度、厚度方向上伸长。为了满足宽度的 323 尺寸和模组高度的 81mm 尺寸,整个电芯的规格可能需要做调整。而 1948 和 1860 的长度是电芯厚度的整除数,在这个数据下面去匹配额定电压,原有的 96S 到了磷酸铁锂电池中的串数要多一些。
图 3 使用宁德时代电芯的商用车的单体容量提升路径
所以根据以上的可能使用的电芯尺寸,应该与宝马 iX3 的电芯宽度差不多——宽度 300mm+,高度 85mm 左右,厚度在 50-60mm,然后调整相应的布局。
图 4 CATL 可能使用的电芯尺寸方向(矮电芯、加厚和变宽)
而模组的布局也比较好理解,在这个基础上进行 Apple to Apple 的替代。我们其实可以这么理解,标准模组根本没办法布局,这时候只能根据电芯的尺寸来开发这个规格的模组,然后考虑在此基础上直接焊接和处理。
图 5 方壳成组的方向

小结:

当然这只是一种猜测,想要达到目标的能量密度,特别是往高里程版本塞入这么多的能量,在不提高电池组厚度的条件下能做的选择比较少,往里面用 LFP 装 78kWh 可能有点为难了,如果是NCM811可能性更大一些。
文|朱玉龙
图|朱玉龙 网络及相关截图
本文出自公众号:2030出行研究室

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