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特斯拉第3代電池系統技術初探

2017-02-16 02:53    admin    閱讀 827

自特斯拉(Tesla)電動汽車面世以來,其動力電池系統PACK技術已經經歷了三代不斷的更新與提升,這三代電池系統技術分別對應的車型為:

第1代電池系統PACK技術: Roadester

第2代電池系統PACK技術: Model S/X

第3代電池系統PACK技術: Model 3

雖然Model3尚沒有上市,但最近Model S P100D電池包更多信息的披露,為我們逐步揭開了TESLA的第三代電池技術神秘。

電芯層面:

從已曝光出的信息和圖片來看,100D仍然采用圓柱電芯18650,這點與第一代和第二代產品相同,而Model3將采用21700型圓柱電芯。

模組與PACK層面:

與Roadster的第1代電池系統不同,Model S與Model3的電池系統均是“滑板式”,但在PACK布置和模組的設計會有很大不同。這點可以從Model S P100D的電池系統設計窺探一二。P100D(100度電)與P90D(90度電)的電池系統外形、尺寸完全一樣,這就意味著Tesla要在同樣的尺寸空間內要多裝進去10度電,同時還要能保證安全與可靠性。在電芯選定的情況下,此時,就需要在模組和PACK技術層面做進一步的突破。

總的思路就是每個模組中裝入更多的電芯,對比P90D/85電池模組(上)與P100D電池模組(下)

P90D共由16個模組構成,每個模組有444個電芯,74并,6串,共計7104個電芯;而100D同樣由16個模組構成,但每個模組有516個電芯,86并,6串,共計8256個電芯。P100D保持整個電池包的電壓不變,每個模組并入更多的電芯,提高了過流能力。P90D的最大電流為1520A,P100D為1760A。這種模組級別的重新設計對Tesla Model3至關重要,P100D的電池系統正是對第三代電池系統技術最好的前期驗證。

Musk曾多次強調這種模組和系統層面集成技術的重要性,很多人會將電芯與電池技術混為一談,二者實則有很大的不同,尤其是當你要處理成千上萬顆電芯時,模組和PACK級別的技術復雜性將變得很有挑戰性。電芯可以視為是單純的化學問題,而模組和PACK層面則更多的是機械、電氣和軟硬件問題。

“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.”

對于一定外形和體積的電池包,要想提升電量,通常有兩種方案:一是提升單個電芯的能量密度,這正是Model S P85 到P90 Tesla所采用的方案(約提升了6%,電芯能量密度大概也是5%-6%/年);二是PACK層面的重新設計,這是P90D到P100D升級時,Tesla的思路。

根據已有的信息分析,P85的實際電量在81.5度左右,可用電量為77.5左右,P90D的實際電量在85.8度左右,可用為81.8度左右,而P100D的實際電量在102.4度左右,可用電量為98.4度左右。即通過模組與PACK系統層面的技術優化,同樣體積的電池包,電量提升了20%左右(有報道表示,PACK的重量僅增加了4%,P90D的電池重量大概為544kg)。

熱管理系統:

目前來看,P100D之所以能夠“擠進”更多的電芯,很大一部分是得益于冷卻系統的重新設計。冷卻系統的重新設計要保證兩個基本點:(1)騰出更多的空間;(3)保證冷卻效果。P100D的冷卻系統如下圖:

P85與P100D的冷卻系統示意圖對比如下:

P85冷卻系統

P100D冷卻系統方案1:

P100D冷卻系統方案2:

這里推測,通過由兩路冷卻通道替換原來的一路冷卻通道,大幅提高冷卻效果,同時管道變細變薄,進而釋放出更多的空間。


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