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解密特斯拉第3代电池系统技术

2017-2-24 18:43:36 3444 特斯拉电动汽车

0 自特斯拉电动汽车面世以来，其动力电池系统PACK技术已经经历了三代不断的更新与提升，这三代电池系统技术分别对应的车型为：第1代电池系统PACK技术： Roadester 第2代电池系统PACK技术： Model S/X 第3代电池系统PACK技术： Model 3 虽然Model3尚没有上市，但最近Model S P100D电池包更多信息的披露，为我们逐步揭开了特斯拉的第三代电池技术神秘。电芯层面：从已曝光出的信息和图片来看，100D仍然采用圆柱电芯18650，这点与第一代和第二代产品相同，而Model3将采用21700型圆柱电芯。模组与PACK层面：与Roadster的第1代电池系统不同，Model S与Model3的电池系统均是“滑板式”，但在PACK布置和模组的设计会有很大不同。这点可以从Model S P100D的电池系统设计窥探一二。P100D（100度电）与P90D（90度电）的电池系统外形、尺寸完全一样，这就意味着特斯拉要在同样的尺寸空间内要多装进去10度电，同时还要能保证安全与可靠性。在电芯选定的情况下，此时，就需要在模组和PACK技术层面做进一步的突破。总的思路就是每个模组中装入更多的电芯，对比P90D/85电池模组（上）与P100D电池模组（下） P90D共由16个模组构成，每个模组有444个电芯，74并，6串，共计7104个电芯;而100D同样由16个模组构成，但每个模组有516个电芯，86并，6串，共计8256个电芯。P100D保持整个电池包的电压不变，每个模组并入更多的电芯，提高了过流能力。P90D的最大电流为 1520A，P100D为1760A。这种模组级别的重新设计对特斯拉 Model3至关重要，P100D的电池系统正是对第三代电池系统技术最好的前期验证。 Musk曾多次强调这种模组和系统层面集成技术的重要性，很多人会将电芯与电池技术混为一谈，二者实则有很大的不同，尤其是当你要处理成千上万颗电芯时，模组和PACK级别的技术复杂性将变得很有挑战性。电芯可以视为是单纯的化学问题，而模组和PACK层面则更多的是机械、电气和软硬件问题。 “People often think that a battery and a battery pack is the same thing， but the technical complexity once you get to do a large number of cells in a pack is very much on the module/pack level. You can think of the cell level as being a chemical engineering problem and the module/pack level as being a mechanical， electrical and software engineering problem.” 对于一定外形和体积的电池包，要想提升电量，通常有两种方案：一是提升单个电芯的能量密度，这正是Model S P85 到P90 特斯拉所采用的方案（约提升了6%，电芯能量密度大概也是5%-6%/年）;二是PACK层面的重新设计，这是P90D到P100D升级时，特斯拉的思路。根据已有的信息分析，P85的实际电量在81.5度左右，可用电量为77.5左右，P90D的实际电量在85.8度左右，可用为81.8度左右，而 P100D的实际电量在102.4度左右，可用电量为98.4度左右。即通过模组与PACK系统层面的技术优化，同样体积的电池包，电量提升了20%左右（有报道表示，PACK的重量仅增加了4%，P90D的电池重量大概为544kg）。热管理系统：目前来看，P100D之所以能够“挤进”更多的电芯，很大一部分是得益于冷却系统的重新设计。冷却系统的重新设计要保证两个基本点：（1）腾出更多的空间;（3）保证冷却效果。P100D的冷却系统如下图： P85与P100D的冷却系统示意图对比如下： P85冷却系统 P100D冷却系统方案1： P100D冷却系统方案2：这里推测，通过由两路冷却通道替换原来的一路冷却通道，大幅提高冷却效果，同时管道变细变薄，进而释放出更多的空间。 0
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