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特斯拉Model S Plaid 電池系統(tǒng)解析

2021/08/25
371
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我想寫一下有關(guān)Model S Plaid的電池系統(tǒng)設(shè)計,同時探討一下特斯拉的設(shè)計理念。參考信息一方面主要來自Model S Plaid的拆解信息,另一方面對比借鑒了其他方面的內(nèi)容。

在拆解中,目前觀察得到Model S Plaid的電池設(shè)計包括:

  • 導(dǎo)入了在Model 3中的PCS(Charger+DCDC)設(shè)計,11kW是標(biāo)準(zhǔn)的車載充電系統(tǒng);電池系統(tǒng)頭尾設(shè)計了兩個維修窗口,分別針對PCS和兩組接觸器(主正、主負(fù)和雙胞胎的快充接觸器);為PyroFuse單獨設(shè)計了維修窗口——實踐證明把PyroFuse作為單獨一道防線,得把這個部件作為易損件,需要作單獨維修的處理;導(dǎo)入了Model Y上的金屬殼體的連接器,縮短了快充連接線纜的長度,目標(biāo)是將來面向大電流的350kW充電。

從整體的設(shè)計理念來看,我們可以看到特斯拉在設(shè)計理念上幾個特別有意思的地方:

  • 每個平臺都在迭代,存在一些共性的優(yōu)秀設(shè)計,可以進(jìn)行類似模塊化的移植;雖然Model S和Model 3是不同平臺,但是在驗證確認(rèn)后的優(yōu)秀設(shè)計,是很快同步部署上不同平臺,而且部署得非常之快;單個平臺的迭代和更新,是朝著不斷降本和優(yōu)化的方向,在不斷完善。

圖1 特斯拉從Model S到Model S Plaid 電池系統(tǒng)的迭代

 

下面這個是一個雙電機(jī)版本,實際上Model S plaid 還有一種前1后2的驅(qū)動配置。

圖2 Model S Plaid的高壓系統(tǒng)概覽

在這里最讓人印象深刻的是Model S Plaid的電氣維修設(shè)計,由于特斯拉是往CTP發(fā)展的,所以它的電氣設(shè)計方面特別注重可維修性。

(1)Service Panel 1這部分在座椅下方和電池關(guān)聯(lián)的部分,如下圖所示。

圖3 Model S Plaid電池系統(tǒng)的Service Panel 1

這個Panel下面,最主要的部件是四個接觸器,包括快充的雙胞胎接觸器、主正和主負(fù)接觸器。

圖4 Model S Plaid電池維修窗口1

為了盡可能降低大電流的發(fā)熱,能看得出來,連接快充連接器輸入部分和快充接觸器這里做了最簡化的設(shè)計,如下圖所示。

備注:根據(jù)我的連接,這個持續(xù)電流設(shè)計目標(biāo)是往900A來做的

圖5 快充接觸器的母排設(shè)計

(2)Service Panel 2這里最有趣的設(shè)計,就是特斯拉為PyroFuse單獨設(shè)計了一個維修窗口,在整包的最下方。在這里的最大好處,PyroFuse有了比較靈活的替換策略,把車輛吊起來可以更換,這應(yīng)該是目前特斯拉維修方法里面的最大更新,讓反應(yīng)敏捷的Pyro Fuse最快斷開來保護(hù)整個電池和電氣系統(tǒng),壞了經(jīng)過診斷以后來更換熔絲。

圖6 Pyro Fuse的設(shè)計和維修窗口2

(3)Service Panel 3在這個維修窗口里面,主要分兩層,底層是小熔絲、BMS,上層是PCS。這個設(shè)計邏輯和Model 3和Model Y正好相反,當(dāng)時是PCS在下,BMS和熔絲在上,我估計是由于實際維修頻率PCS比較高。

圖7 Model S Plaid電池維修窗口3

Model S的電池管理系統(tǒng)和整體復(fù)用了Model 3和Y的設(shè)計,熔絲從3根減少為2根,主要是高壓PTC去掉了,只要給PCS和熱泵的壓縮機(jī)供電即可,所以整體的維修頻率大大降低。

圖8 Model S Plaid的電池管理系統(tǒng)

而整體的高壓輸出,Model S Plaid采取包內(nèi)走線的方式,如下圖所示:

  1. 快充連接器,是把電池包頂上去,然后在車廂內(nèi)采取線纜插接的方式,地板上有個孔;后驅(qū)驅(qū)動逆變器連接器:在電池后方的底部,如下圖所示;前驅(qū)驅(qū)動逆變器連接器:在凸包的前方和電壓縮機(jī)的連接器在一起;

特斯拉最終選擇在包內(nèi)走高壓母排的方式,從總體的設(shè)計來看,在Model S Plaid里面,過大電流高壓線纜大概只有0.5米*2芯,用來連接快充連接器和電池包的輸入,其他前驅(qū)逆變器和后驅(qū)逆變器大概只有0.3米左右,加起來只有1米,整個高壓線纜的工作已經(jīng)結(jié)束了,全部被內(nèi)部的高壓銅排設(shè)計所取代。過小電流的,就是前方到壓縮機(jī)這邊,大概也只有0.6米左右

圖9 電池系統(tǒng)連接器

小結(jié):

先寫到這里,想起前段時間有一位行業(yè)分析師問我高壓線纜的供應(yīng)鏈情況,這部分市場的想象空間很小,整車就這么一點。特斯拉把高頻的安全部件作為維修件處理的方式,還是非常有參考價值的。

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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。