自特斯拉(tesla)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tesla第三代电池系统技术的神秘。
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tesla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tesla 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 tesla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,tesla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;(2)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。
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