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7920 个电芯 开箱 Model S Plaid 电池系统设计!
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就如之前的文章所说,Model S Plaid 是今年重值得关注的系统集成,它融合了 SX 和 3Y 的技术,向 structural battery 过渡。

我们之前已经大致了解了 S Plaid 的方案,这里根据网友的拆解,再做一次深入的开箱分析。主要分为以下几个部分:

(1)电气设计,主要是电气原理与主要高压器件的布置;

(2)模组的基本信息与结构探讨;

(3)水冷管布置;

(4)采样与从控 CSC 布置;

(5)热失控防护设计

1、电气设计

如下: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%。

S Plaid 在整个 Pack 的布置上,由于要照顾到原有的箱体结构,同时支撑后轮双电机的设计,因此,它对电连接进行彻底的改变,将主正、主负,以及相关联的继电器等器件,分别设计在电池系统的前、后端,相当于 2 个 BDU 区域; 再通过两个巨大的长 busbar 将这两个 BDU 连接起来。

其中,前端的 BDU 设计上与 3Y 的类似,它由两层结构:PCS+BDU,上层的 PCS 与 3Y 也基本相同,它的布局如下所示:

下层的 BDU 布局如下所示:

主要的零部件为:

(1)液冷快插接口

(2)主控 BMS

(3)主回路与PCS之间的熔断器

(4)空调压缩机、加热器回路上的熔断器

(5)前轮电机高压接口

(6)空调压缩机、高压加热器的接口

(7)Profuse

(8)主回路电流传感器

(9)主负继电器

(10)前后的负极busbar

(11)前后的正极busbar

(12)维修接口

在这里,与 3Y 不同的是,它的电流传感器布置在主负极,Profuse 更大,高压回路上的熔断器由原来的 3 个变为 2 个,减少 1 个是由于特斯拉将空调压缩机和高压加热器集成到一个接口上即这二者共用一个熔断器,这个变动在方形电芯版的 M3 上已经体现。

重点提下这里熔断器的变化,非常能体现特斯拉是如何不断地降低成本的,一个是零部件的国产化或是采用中国制造的产品,逐渐替代,没有一步到位,相当于有个评估过程;二是通过功能的集成,去掉冗余的零件。经过这样的迭代后,仅仅这块的成本降低 1/3~1/2。同时实现轻量化,精简结构。

另外一个 BDU 在后端,布置上类似原来 SY,如下所示:

在这里有主正继电器和快充继电器(应该是二合一,类似 3Y 中的),后端还布置有快充接口,这个接口放在了电芯模组上面。

接下来是 busbar 连接,主要是模组之间的 busbar 和前后端 busbar,细节如下:

模组间 busbar 设计有过流保护+防焊接撕扯的拱形结构,下有云母+上有绝缘防护警戒板。

前后主正极之间的连接,2 个巨型 busbar,2 米左右,用金云母覆盖,起绝缘和热失控防护。

2、模组信息与结构

模组的尺寸为:1404mm*390mm*76mm,加冷管长约是 1458mm,从与冷管固定来看,模组是有壳体的,类似于 3Y 的模组形式,模组在箱体上的固定也可能是类似于 3Y 中的固定形式,这只是我们的一个推测,从当前的信息来看,还无法确认。但用 18650 直接固定在下箱体上面,难度比较大,尤其是 18650 需要两端焊接。

3、水冷管布置

每个模组有 11 根蛇形管,由于进出水口是在同一端,所以单个蛇形管在另一端再折回来,这样每两个电芯之间一个冷管。这是老版 Model S 的思路,在模组的一端布置进、出水口,另一端放置从控 CSC。结合之前 4680 CTC 的图,它的水冷管也可能是放在同一侧,这样 CSC 放在另一侧。

从这个角度来看,相当于把原来老版本的 Model S 模组沿着轴向拉长,为了保证冷却能力,变成了多根冷却管并行。

4、采样与从控 CSC 布置

从控 CSC 布置在与水冷相对的另一端,通过塑料结构件和胶固定在端板上,采样直接通过电芯间汇流排的 busbar 引脚连接到 PCB 板子上。对比之前 4680 CTC 的设计,二者几乎是采用了同样的方案。

5、热失控防护

同 4680 CTC 类似,S Plaid 也采用了泄爆伞阀 +flood port 的组合方案,具体的数量与布置如下:

从这里,我们或许可以解释之前 4680 两侧泄爆阀不一致的现象。S Plaid 也是同样的方案,在每个模组隔间,特斯拉将泄爆伞阀和 flood port 都布置在液冷管一端,而 flood port 在前面是每两个模组放一个,最后在第 2 个 BDU 区间内放置一个。前面的 BDU 区间没有看到。

在有 CSC 的这一端,有两个青绿色的结构件,这是第一次看到,尚不清楚它的作用,泄爆没有放在 CSC 这一端应该是对 CSC 的一种保护。

小结:

结合 4680 与 S Plaid 的这个系统设计,特斯拉 CTC 中电芯的集成方案我们基本上可以梳理出来了,极个别还需要再确认 ,比如它的的泄爆路径设计。4680 整体都是胶粘的,而且是直接固定在下箱体,电芯正极向上,如果电芯泄爆炸阀在此,那直接冲击的就箱体的上盖集成体,就是乘员舱的地板,这是非常危险的。如果电芯泄爆是在底部,那就是一个有趣的思路了!

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