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    • Part 1、模組設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)
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特斯拉Model S Plaid 模組設(shè)計(jì)和電池采樣板的改進(jìn)

2022/07/01
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蒙羅老爺子把藏的Model S Plaid的電池釋放出來了,由于老爺子和搭檔CORY STEUBEN講得比較細(xì),我就不額外敘述了。我覺得有一些好玩的地方:

● 電池模組采用非常致密的模組設(shè)計(jì),里面新型的水冷設(shè)計(jì)是一個嘗試,雙向U型水管使得水冷管的水道一分為二,上下兩部分實(shí)現(xiàn)冷卻水路的進(jìn)出。

● 模組間的電氣連接嘗試,能看到后續(xù)趨勢,電連接也需要進(jìn)一步和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化考慮。

● 在一體化模組里面,我們發(fā)現(xiàn)采樣板PCB起到的作用本身就有連接的作用,因此里面的線束設(shè)計(jì)進(jìn)一步減少,采樣板和Busbar的連接設(shè)計(jì)改變也非常值得我們仔細(xì)來看。

▲圖1.特斯拉的Model S Plaid的Pack爆炸圖

下圖是Model S Plaid模組的近照,在轉(zhuǎn)向4680的過程中,特斯拉的工程師也做了很多的嘗試。

▲圖2.特斯拉Model S Plaid的大模組

Part 1、模組設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)

● 電芯在模組內(nèi)的布置

這種大模組的設(shè)計(jì),采用的是77顆并聯(lián)22顆串聯(lián)77P22S,每個模組共有1584個電芯。電芯在模組內(nèi)存在正、反的交替,來實(shí)現(xiàn)電芯之間的電連接。這個模組內(nèi)電芯正極端和負(fù)極端的連接,蒙羅老爺子做了幾張圖方便大家了解。

▲圖3.模組內(nèi)電池的布置結(jié)構(gòu)

這個圖配合下面的電芯焊接點(diǎn)的效果,可能更容易理解一些。目前在努力嘗試設(shè)計(jì)圓柱電池的工程師朋友告訴我,想要做圓柱的模組設(shè)計(jì),工藝層面的實(shí)現(xiàn)其實(shí)要比方殼電池、刀片電池麻煩多了。

▲圖4.Model S Plaid模組電芯的焊接點(diǎn)

● 水冷板設(shè)計(jì)

由于麒麟電池的關(guān)系,大家對水冷板的設(shè)計(jì)高度關(guān)心。Model S Plaid的蛇形水管端面,如下圖所示,我們可以清晰的看到流道和接口設(shè)計(jì),從剖面可以看到,液冷管內(nèi)存在13個流道, 6個流道用于進(jìn)水, 6個流道用于出水。通過下面的液冷管的接頭可以控制模組的進(jìn)、出水的流向,而水冷管的布置則可以完全布置在一側(cè)。

模組的兩頭,一側(cè)解決水冷,一側(cè)解決采樣板的線束連接。

▲圖5.Model S Plaid的水冷設(shè)計(jì)

在模組內(nèi)部,電芯通過發(fā)泡的導(dǎo)熱膠,可以和液冷管實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的互聯(lián), S Plaid的冷管高度把18650電芯的柱面都覆蓋了,根據(jù)千葉的計(jì)算,這種設(shè)計(jì)的目標(biāo)是最大限度的增加冷卻面積。用于灌封的藍(lán)色的發(fā)泡導(dǎo)熱膠從效果來看,固定作用很高,蒙羅老爺子通過手感告訴我們很難直接將其剝離,這也是膠水粘接效果的變化。

▲圖6.Model S Plaid的模組設(shè)計(jì)

● 模組電氣連接的設(shè)計(jì)

這里面的5個大模組,橫向布置后每個模組的兩側(cè)邊有多個固定結(jié)構(gòu),通過與下箱體內(nèi)橫梁螺栓固定。模組設(shè)計(jì)的模組間busbar連接,相鄰兩模組匯流排,通過焊接的方式進(jìn)行連接。模組間巨大的電流走中間的拱形通道(700A以上),因此特斯拉是選擇在模組間存在一定的導(dǎo)體過流設(shè)計(jì),這其實(shí)和它只采用單個Pyrofuse有關(guān)系,通過Pyrofuse來做精確管控,如果失效,通過這種硬的金屬連接的弱點(diǎn)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)該熔斷。

這五個模組連接里面等于有四個弱點(diǎn),總有一個能徹底進(jìn)行熔斷。

▲圖7.模組電氣連接的設(shè)計(jì)

Part 2、BMS采樣板

首先我們來看一下布置理念,目前采樣板變成類似端板的設(shè)計(jì)布置,如下圖所示,通過Busbar直接往單端連接省掉了FPC,等于Busbar連接過程,和采樣點(diǎn)的結(jié)合考慮到一起去,不用專門的采樣線貫穿模組了。

備注:我們現(xiàn)在最怕的就是這種設(shè)計(jì)簡化,其實(shí)把好多的材料給省掉了。

▲圖8.Model S Plaid的設(shè)計(jì)

模組的溫度采樣,是通過把NTC直接做成板載的,數(shù)量從最早的5個切換到2個,通過金屬點(diǎn)與液冷管的底部進(jìn)行接觸。這么長的模組,一共使用兩個NTC,分布在采樣板的兩端,也是簡化了工藝,減少了NTC直接嵌入模組內(nèi)的空間和采樣線線路。

我一直在觀察特斯拉的設(shè)計(jì),其實(shí)很多基礎(chǔ)的元器件也在被不斷優(yōu)化數(shù)量,所以從目前通過電池包價(jià)值量去評估二級公司的前景,有點(diǎn)難。因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)的VAVE不斷在降本,這還不算直接的供應(yīng)商價(jià)格直接PK。

▲圖9.特斯拉的溫度采樣點(diǎn)

電池采樣板目前設(shè)計(jì)更簡潔了,如下所示,采用單面板的方式來做的。

▲圖10.電池采樣板

小結(jié):

等Model Y的4680結(jié)構(gòu)化的版本出來,我們來仔細(xì)探討一下細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。在友人的幫助下,我在努力每周做一期視頻,將會給大家淺顯易懂的解釋這些設(shè)計(jì)。

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Tesla 致力于通過電動汽車、太陽能產(chǎn)品以及適用于家庭和企業(yè)的綜合型可再生能源解決方案,加速世界向可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)變。

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產(chǎn)業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實(shí)現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見解。