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,美國的方案確實(shí)是圍繞圓柱電芯和軟包電芯來做的。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,長度最長為 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,沿著長度方向擴(kuò)展: 窄 H 系列的寬度 620mm、高度 175mm 是固定的,長度可以延伸到 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,也可以通過控制圓柱電芯的間距和導(dǎo)熱材料來實(shí)現(xiàn)單個(gè)電芯在熱失控過程中熱量釋放問題。
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)格來說,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):我覺得中國在電芯和模組設(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。