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Model S Plaid 电池系统设计
文章来源:永阜康科技 更新时间:2021/11/12 12:21:00

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。

一、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。

二、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。



 
 
 
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