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浅析特斯拉 Model S Plaid 电池系统设计:在何处改进?
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Ingineerix 大神在油管上对特斯拉 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。

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