電池系統高壓化的考慮

來自專欄 汽車電子設計

周一出差不順堵車沒趕上火車，大概整理一下電池系統高壓化的進展。我先把昨天的視頻補上，我放到雲盤裡面去了，可以回復「高壓電池系統」獲取。

1）高壓電池系統的進展

高壓電池系統的設計，是個體系工程，圍繞著電壓平台提升，需要做大量的更改。因此短期內唯一看到的是保時捷的嘗試，德系的幾家都在跟。能夠看到的問題，大家在做樣車和開展研究項目的時候都能看到，但是需要有土豪車企來試一下水，後續車企可以根據實際的成果來評估。

這個事情，Elon Musk在Q1的發布會上也提及了，在整個系統上在當下的400V，做到200kW可能是一個成本折衷點，如果比充電絕對的功率和速度

其實按照Musk的個性，總是要做到最好，但是在這點上，如果系統上不做變革，從功率上肯定是沒辦法去做的。短期內來看，德國主導的高壓化的過程，需要在比較完整的條件下才會逐步出來。其他美國的幾家車企都會觀望成分大一些。

2017年Q1的回復

「We』re definitely going to be improving our Supercharger』s technology. The thing about a 350 kW charger is that it doesn』t actually make a ton of sense, unless you got a monster battery pack or have like a crazy high C rating… We think 350 kW for a single car; you』re gonna frag the battery pack if you do that. You cannot charge a high-energy battery pack at that rate, unless it』s a very high kW battery pack. So, (for us), something along the couple of hundred, 200-250 kW, maybe.」

「That』s definitely sort of the power level that we』ve discussed and explored. Some of it also comes down to an optimization around utility versus cost, and tradeoffs in the car itself. There is a tradeoff, fundamentally, between charge speed and essentially range, and cost of the battery. We look at that pretty carefully. We understand the tradeoff. We could design cells and a pack that could charge at, you know, faster than 300-400 kW, but it』s not a very useful tradeoff to the customer.」

2016年12月的回復

在技術層面，老闆負責吹牛，工程師負責可行性和實際的平衡，有時候必然被打臉^_^

就這個細節，這裡談的幾點：

• 整車成本為了顧及充電是上升幅度很大的，在面臨往下滲透到大眾市場的純電效果並不是很有利
• 電池的能量密度也要折衷進行下降，這個沒辦法顧及所有指標的先進性
• Tesla和保時捷之間的道路有很大的差異，前者要往成本下方走，前者要拉著後續電動跑車與之前Tesla的Model S的差異化，建立長期優勢

在穩定走量的系統上做，成本都是可控的。新開一條路，之前所有的投資費用，都是需要在專利、市場口碑和各種好處讓別人學習和接受你之後兌現的。因此從某種程度來看，保時捷採取800V是硬著頭皮也要把技術層面的優勢燒出來，是隱含在企業內部的燒錢，這也是對於傳統汽車企業處理戰略方向上持續投入的優勢

2）局部嘗試

再說上面那個概念視頻，某種程度上，我們可以分步來嘗試往高壓化的過程：

1）電池系統高壓化：這個主要是考慮在充電功率需求下，系統上做的一些改變，主要包括耐壓、絕緣、熱管理、Tab發熱等問題。

同步實施的工程，上面這個嘗試性的項目和下面這個概念性的項目，本質都是類似的，一個是根據現有的設計去改變和摸索一些變化，下面這個先把現有的技術進行整合。

3）我們可以嘗試的地方

在往高壓化方向走，我們可以一併考慮起來的很多點包含：

3.1）180串條件下，怎麼樣的電池管理系統架構更合適？幾條路，我們都需要在新的體系下面再比一比

在概念視頻裡面，是考慮一個主體的BMS，沒有看到CMU，但是根據低壓接頭的針判斷，可能只有5根，模組裡面帶了CMU。

這裡的困難主要是集中式BMS的困難，180串全部輸入到一個BMS裡面，為了考慮絕緣考慮，這個小的BMS做Hi-pot測試和相關的絕緣距離可能不大能保證，需要更大的布板面積。

而且整個埋線的總成一體化的採樣線，包括模組的電壓採集線、溫度採集線、均衡的考慮（串聯越多，均衡的重要性就出來了）

在軟體上，需要考慮採樣電壓補償、診斷還有採樣的間隔時間等等。

3.2 連接器：我們在考慮的時候，可能可以考慮Blade的刀片模式和以下這種進行結合，因為本身模組在生命周期裡面更換的數量很有限

實際上，Audi在Etron裡面就考慮了這種可插拔的高壓連接器

3.3）散熱

口琴管的問題其實是很大的熱不均勻，這裡存在著口琴管內部焊接是否存留空氣間隙；導熱膠是否存在氣泡，還有在大模組上是否能壓住，特別是導熱墊厚度和平面度之間的匹配。

從現有的數據來看，可能後續是不是要向PHEV一樣做Face 冷卻是熱管理的核心爭議。如果不考慮溫差，由於溫升導致溫度差異使得電池系統做充電的Power Limit對車輛充電時間又拉回來了。如果以軟包為例來看，這裡長條形的散熱可能好一些。

散熱系統對電池的能量密度真的有打擊作用。我覺得在乘用車裡面可能也要做個鼓勵快充的條款，否則都指向能量密度也不大好。

小結：從這個層面來看，我覺得分散式的ATW預研究項目，把系統的要求一點點分離，然後進行整合會好一些。一開始就想做個車，難度有點大，裡面有很多的成本、性能和可實施性的協調工作。

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