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2017年2月17日 星期五

Why Tesla's "Powerwall" Battery Is Amazing


新智駕劉傑


按:本文作者刘杰,對岸中國杭州捷能科技有限公司。


自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電池包更多訊息的披露,為我們逐步揭開了Tesla的第三代電池技術的神秘面紗。

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

揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)

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佈置和模組的設計,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)

揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)
P90D/85電池模組(上)與P100D電池模組(下)對比

P90D共由16個模組構成,每個模組有444個電芯,74並、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並、6串,共計8256個電芯。P100D保持整個電池包的電壓不變,每個模組併入更多的電芯,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整合技術的重要性,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級別的技術複雜性,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、電氣和軟硬體問題。

“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.”

對於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所採用的方案(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度左右;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(有報導表示,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,很大一部分是得益於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:
  • 騰出更多的空間
  • 保證冷卻效果
揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)
↑P100D的冷却系统

P85與P100D的冷卻系統示意圖對比如下:

揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)
↑P85冷却系统
揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)
P100D冷卻系統方案1
揭开Tesla第三代电池技术的神秘面纱(一)
P100D冷卻系統方案2
未完待續



                                                                                                                                                                                                                 


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