分析Proterra的圓柱電芯模組，我發(fā)現(xiàn)了中國(guó)電池設(shè)計(jì)的秘密

隨著特斯拉在商用車，純電動(dòng)皮卡和重卡領(lǐng)域的投入，在歐美重卡市場(chǎng)里面電氣化的準(zhǔn)備也開始了。有一個(gè)很有意思的現(xiàn)象，由于特斯拉和 LG 兩家企業(yè)在北美市場(chǎng)的努力，美國(guó)的方案確實(shí)是圍繞圓柱電芯和軟包電芯來(lái)做的。今天文章里寫的 Proterra，這家企業(yè)就是提供不同的商用車電池方面，如最新的電池組 H 系列（寬度 620mm、高度 175mm，長(zhǎng)度最長(zhǎng)為 2808，單個(gè)小 Pack 可以擴(kuò)展到 83kwh） 

圖 1 Proterra 的電池布置也是在底下

01、基于圓柱電芯的可擴(kuò)展小 Pack

                                
和我們國(guó)家目前主要基于方殼大電芯的技術(shù)路線不同，我們看到目前北美很多非乘用車的方案，都是基于?電芯的。

如下圖所示，Proterra 做的產(chǎn)品也是一樣，這種設(shè)計(jì)是基于小電芯的模組的并聯(lián)擴(kuò)展方案，沿著長(zhǎng)度方向擴(kuò)展： 窄 H 系列的寬度 620mm、高度 175mm 是固定的，長(zhǎng)度可以延伸到 2808mm，通常的能量范圍為 25-75 kWh，最高到 寬 S 系列的寬度為 860mm、高度 175mm 長(zhǎng)度也是相似的 等于提供兩種寬度有差異的方案進(jìn)行整車布置，如圖 1 所示。 

圖 2 可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方案 

Proterra 是做一個(gè)三明治模組，把兩列圓柱電芯給倒著布置，形成一個(gè)模組，然后在一個(gè) Pack 里面做了模塊化的配置。單個(gè)模組的設(shè)計(jì)，其實(shí)和特斯拉早期的 Roadster 的彈匣設(shè)計(jì)是非常相似的，也可以通過(guò)控制圓柱電芯的間距和導(dǎo)熱材料來(lái)實(shí)現(xiàn)單個(gè)電芯在熱失控過(guò)程中熱量釋放問(wèn)題。 

圖 3 Proterra 的模組設(shè)計(jì) 

如下圖所示，這個(gè)和 Rivian 設(shè)計(jì)的模組在整個(gè)原理上很大一部分是相似的。 

圖 4 Proterra 設(shè)計(jì)的模組

H 系列和 S 系列差異的，最主要是容量，也就是在寬度方向上面差異的是不同的圓柱電芯數(shù)量，然后在長(zhǎng)度方向上面擴(kuò)展的是串聯(lián)模組的數(shù)量，如下圖所示。 

圖 5 三明治實(shí)際的擴(kuò)展的布置

在端板上配置了 BMS+熔絲的設(shè)計(jì)，如下圖所示，可以認(rèn)為這種商用車的模組設(shè)計(jì)類似于分布式系統(tǒng)的一部分。 

圖 6 兩種 Pack 的電子電氣側(cè)邊設(shè)計(jì) 

02、不同的發(fā)展路徑

我們看從 VDA 模組這個(gè)階段往前走，目前有這么幾條路可以走：

1.    CTP：按照之前大電芯直接集成到整包上面，這個(gè)路徑大家都在實(shí)驗(yàn)，階段性可以由大模組過(guò)渡一下

2.    CTC：形成大模組然后直接和整個(gè)底盤集成，這個(gè)我們之前也提及，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，目前 Proterra 做的就是一種方式，只是在皮卡上和商用車上好做一些 

3.    Module in Pack：就是把模組設(shè)計(jì)很大，然后把模組的功能進(jìn)行放大，這個(gè)是從特斯拉的長(zhǎng)模組最先倡導(dǎo)的，好處是電芯的尺寸可以調(diào)整，根據(jù)模組來(lái)調(diào)節(jié)，這種基于固定小電芯不管是圓柱或者軟包都可以 。

小結(jié)：我覺(jué)得中國(guó)在電芯和模組設(shè)計(jì)上走的路已經(jīng)很遠(yuǎn)，最牛逼的當(dāng)然是成本+產(chǎn)能，但是這個(gè)意味著我們投入了更多的資源在產(chǎn)業(yè)鏈里面，如果穩(wěn)不住需求，整體的設(shè)備折舊乃至于設(shè)計(jì)理念變化，好多家當(dāng)都要過(guò)時(shí)的。在這個(gè)方向上面，圍繞圓柱設(shè)計(jì)的方案和圍繞較大的電芯展開的，在熱失控?cái)U(kuò)展這個(gè)環(huán)節(jié)上博弈還是挺激烈的。