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2021年10月21日 | 浅析特斯拉Model S Plaid电池系统设计：在何处改进？
2021-10-21 来源：2030出行研究室
Ingineerix大神在油管上对 特斯拉Model S ( 参数 | 询价 ) Plaid的电池系统和动力系统做了一些拆解和评论，我想分两期把这方面内容给梳理一下。在这里由于模组没有拆，主要能到的信息包括整体模组结构设计的思想和电气设计。据我了解，该设计在未来提升的能力是400V+*900A，走的是大电流的路线。
Part 1：电池模组设计
这个电池系统整体分隔为5个区域，从目前的设计来看，可能是从大模组过渡到了与系统整体粘接的程度。
图1 Model S Plaid的电池系统
这5个大的电池块的正负极布置在两个长侧边，通过busbar焊接串联起来，模组里面电池的配置为22S72P，整个电池系统达到了110S72P，这其实把整体的电压拉高了，额定电压为401V，电芯数量根据初步计算为7920个18650电芯，松下在这款电芯上提高了能量密度。模组尺寸目前还不清楚，由宽度方向来延伸布置，大概在1.3-1.4m左右。
图2 特斯拉在模组边沿母线的处理（上面盖了绝缘层）
在这一边的模组边沿的母线设计中，可以说很有意思的设计了一定程度的熔断保护，我觉得这是特斯拉能有效使用Pyrofuse的关键，如果只依靠Pyrofuse对功能安全等级要求比较高，在这里使用了电芯、模组两级的物理熔丝保护，也是在不同层面实现了冗余。
图3 特斯拉的CMU设计
目前如Model Y的4680电池一样，特斯拉把BMS的采样板CMU做成长条，然后在模组实现一体化，同样通过结构件和胶固定在端板上，直接通过电芯间汇流排的busbar引脚连接到PCB板子上，这几乎是完全一样的。
Part 2：电气设计
Model S Plaid在整个Pack的布置上，由于这台车一开始定位就是高性能的车型，所以需要往四驱方向设计，在电气设计中有非常新的特点。在这里分成了两部分——
· BDU、BMS及熔丝：把它们放在前方，只有Pyrofuse设计了维修窗口，作为前BDU；
· 接触器的组合：主正、主负和两个快充双胞胎接触器，放在了电池系统的后部，设计了维修窗口，从座椅下方进行处理。
特斯拉巧妙的通过使用两个巨大的长busbar将这两个BDU连接起来。
图4 这个Busbar也做了绝缘处理
需要注意的是，现在越来越多的车企开始做半电压防护，也就是主熔丝放置在大模组相连接的中间，关于半电压的设计防护有详细的计算过程，这个我曾经仔细演算过，等有空我在分享下计算过程。
图5 特斯拉前方的电气布置
图6 特斯拉后方的电气布置
从供应链反馈的规格来看，特斯拉的目标是把充电电流不断提升，未来是想要提升到900A甚至更高，所以在整个电气设计中，涉及充电回路的保护器件都做了提升。也因此这个Pyrofuse要比之前的更大，一方面是需要加大灭弧的区域设计，并且把之前一部分历史上的设计问题进行改善。
备注：从器件供应商这边了解实际的原理和实验信息还是比较有效的方法
图7 特斯拉选择的升级的Pyrofuse
由于特斯拉全系导入热泵，因此目前只需要2根辅助的熔丝，整车只需要给空调压缩机和PCS回路两个方向进行保护即可。目前来看，电池管理系统被定义为“不太会损坏的部件”，至少从BMS和PCS两个部件来看，故障率应该是倒挂的，所以布置也换了过来。
图8 特斯拉的BMS放置在了最底层，包括2根熔丝
小结：
我觉得这个电池包的最大设计特点，是在电气设计上有很多改进的地方，有些时候的确是大力出奇迹，真的得选足够好的电气部件才能有好的设计出来。感觉还是有一些设计细节还没理清楚，等我有空再整理下思路。
史海拾趣
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