如何把LFP电池装到特斯拉Model 3的电池系统里面

时间:2020-02-22 14:16来源:2030出行研究室 作者:朱玉龙
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       前两天有不少的报道,Tesla要在Model 3和后续的Model Y上采用磷酸铁锂电芯,在整个电池包的总体尺寸和连接界面不变的条件下,如何把大的方壳电芯(如果是LFP电芯的话,小电芯就不划算了)装进去是个大的问题。
 
       1)Model 3电池系统的替换
 
       如下图所示,想要不改变车辆的设计,只能在现有的电池系统尺寸里面加入新的LFP电芯,大致的可能性就是在这个Base Frame的基础上按照原有的模组来布置,同时可能在实际的尺寸上做相应的调整,不过主体的空间就是这样来使用。
图1 Model 3原有的电池系统
 
       也就是说,需要在原有的两个大模组和两个小模组——1948×323×81和1860×323×81上来做。使用磷酸铁锂,或许可以让原有Model 3电池系统在模组上的一些防护得以取消,从而节约出一些高度出来。好消息是,由于这个尺寸是按照78kWh来做的,因此有相对充分的空间可以给CATL的电池来使用。
图2 Model 3的模组和排布
 
       2)电芯的尺寸
 
       CATL原本的商用车的电芯容量从50Ah,一路提升到157Ah起步,2019年宁德时代的商用车用得最多的是202Ah和271Ah,而在去年11月的北京公交展览上新的电芯规格主要是在厚度上做一些差异化,形成了新的一组优选的电芯容量。
 
       ● 电池尺寸上升:随着电芯容量的上升,能量密度从140.19Wh/kg,到现在最高可以做到178.1Wh/kg,这个过程中,主要是电芯的高度和厚度提升带来的效果,目前271Ah的尺寸为173×202×72mm,202Ah的尺寸为173×202×57mm,主要是厚度的差异。
 
       ● 整包的成组率:从电芯的能量密度到整包的能量密度的提升效率,我们可以折算下,总体的结果如下所示:从原有的72%,过渡到83%,最高的已经能超过90%了。这个数据本身是和电池系统的重量有关系的,不过我们可以清晰的看到成组率提升带来的成本下降。
 
       这些电池的尺寸是往高度、厚度方向上伸长。为了满足宽度的323尺寸和模组高度的81mm尺寸,整个电芯的规格可能需要做调整。而1948和1860的长度是电芯厚度的整除数,在这个数据下面去匹配额定电压,原有的96S到了磷酸铁锂电池中的串数要多一些。
图3 使用宁德时代电芯的商用车的单体容量提升路径
 
       所以根据以上的可能使用的电芯尺寸,应该与宝马iX3的电芯宽度差不多——宽度300mm+,高度85mm左右,厚度在50-60mm,然后调整相应的布局。
图4 CATL可能使用的电芯尺寸方向(矮电芯、加厚和变宽)
 
       而模组的布局也比较好理解,在这个基础上进行Apple to Apple的替代。我们其实可以这么理解,标准模组根本没办法布局,这时候只能根据电芯的尺寸来开发这个规格的模组,然后考虑在此基础上直接焊接和处理。
图5 方壳成组的方向
 
       小结:
 
       当然这只是一种猜测,想要达到目标的能量密度,特别是往高里程版本塞入这么多的能量,在不提高电池组厚度的条件下能做的选择比较少,往里面用LFP装78kWh可能有点为难了,如果是NCM811可能性更大一些。
 
       作者简介:朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,目前从事新能源汽车电子化工作,10年以上的新能源汽车专业从业经验,在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践,著有《汽车电子硬件设计》,开设《汽车电子设计》公众号
 
(责任编辑:子蕊)
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