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如何看待奔驰EQXX的电池设计方向?

2022-04-18 汽车电子设计 阅读:
我们在这么几年,电池的化学体系没有经历过大的革新;工程和制造领域的革新,已经带来了成本的快速降低。但是随着全球的渗透率提升,带来的原材料涨价可能要用1-2年来吸收,感觉这两年的电池工程设计到了瓶颈了,都越做越简单了。

最近奔驰在欧洲开始宣传自己的下一代电驱动和电池设计,也是从400V到800V的一个彻底的变化。按照之前我们看到的时间点在2023-2024年全面导入,需要VISION EQXX在整个三电系统上有很大的改变,所以这次在欧洲首次真实路况下的续航实测也拿出来大力宣传(100kWh的电池单次充电行驶1008km后还有15%的剩余电量,大约还能再跑140km)T3Gednc

备注:概念车可以不考虑可制造性,全力为了里程表现冲刺一把T3Gednc

在这个电池系统里面我们可以看到很多很有趣的东西:T3Gednc

奔驰全面会从模组设计开始转向CTP,因此后面奔驰的软包电芯到底如何采用,用多久,和之前看到的分Block设计,6个大电池块设计兼容可能就成了必然的选择。
材料体系方面,奔驰分为现有技术、EQXX技术(石墨改为硅碳)和固态电池,这个后面在ESG的会议材料中有过详细的叙述。
400V切换到900V,电池的容量变小了,单个电芯的宽度也变小了。欧洲所有的车企都是用厚度在40mm以下的电芯,这次切换容量改小主要是从宽度变小实现的。
冷却设计:这里开始从独立的水冷板(和整个壳体热隔离)到水冷板和壳体一体化,但是加热方式可能需要通过高频方式来解决,所以这个改变也可能围绕SiC半导体的可用性,比IGBT更适合做高频开关挂钩的。
当然电池设计方面,奔驰都给了电芯最大的空间,电气部件类似一个盒子盖在上面。

我们重点来看一下这个电池系统的迭代。T3Gednc

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▲图1. 奔驰都是拿EQS的电池包来对比的,主要是从体积和能量开始比较T3Gednc

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Part 1 电池系统和驱动系统T3Gednc

VISION EQXX动力电池系统,从Pack层面来看拥有400Wh/L的体积能量密度(200Wh/kg的能量密度),然后我们可以按照100kWh推算,也就是对应250L。拆开来按长宽高分解的话,估算为2000x1260x110mm,和这个容量相似,确实看到这个包的尺寸有了很大的调整。所以体积比之前的EQS电池包的减少了50%,重量也减轻了30%,为495kg。电池包的工作电压为900V以上。T3Gednc

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▲图2. 奔驰从EQS切换到EQXXT3Gednc

根据上面这个图,我把模块内的电芯细数了一下,等于2个18串的模组并排放在一起。然后在这里把整个托盘的横梁给取消了,然后通过6个电池块的侧板和端板来提供结构约束,和整个托盘一起实现结构强度。T3Gednc

从逻辑来看,从比亚迪的刀片开始到宁德时代的麒麟电池,以后整个托盘的兼容性会很强,都是平底的,可以通往高压铸铝方向走。T3Gednc

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▲图3. 奔驰的电池系统电芯配置T3Gednc

现在到了电动汽车时代,不管是冷却还是加热,都变成了一门显学,整车的热管理工程师需要通过从全车协调不同的模式来以最小的能量来实现整车系统的需求。在这里就要抛弃原有电池工程师对于一些需求,把电池托盘和冷却板进行简化。当然最重要的是,这里设置了一个主动的通风口,可以通过开关控制来调整电池壳体里面是否可以进风,这个设计特别好玩。T3Gednc

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▲图4. 奔驰的EQS到EQXX的热管理迭代T3Gednc

根据伊顿的一位西交大的前辈所交流,EQXX的电气系统很有可能通过迭代,改变之前有多个接触器的方式,可能奔驰的工程师真的受不了400V两个大模块再并联中需要对正负极都要处理,通过使用断路器,可以完全简化下面这个EQS的设计,一下子空间小了特别多。T3Gednc

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▲图5. EQS的高压电气设计确实太复杂了T3Gednc

在动力系统方面,奔驰也使用了很有特点的冷却方式,当然我理解为风冷是一种模式,比起水冷的高效,这种模式更像是在SiC的耐热的基础上去做尝试,而且非极限模式下,开个60-80公里每小时的速度,风冷确实也可以。T3Gednc

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▲图6. 奔驰的动力系统的冷却T3Gednc

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Part 2 奔驰的下一代电池T3Gednc

在ESG里面,透露了一些东西,主要是奔驰在研究的方向。宁德时代和比亚迪目前在亚洲范围内所主导的磷酸铁锂推广,会在2024年开始陆续在全球落地,所以之前的说法无钴短期内实现的就是这个铁锂的运用。T3Gednc

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▲图7. 奔驰在2024-2025年开始的化学体系迭代T3Gednc

从投资节奏来看,2026-2028年大概是所有人对固态电池比较认真的计划时间点,这些投入还处在从实验室电芯开发到制造层面问题解决上。T3Gednc

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▲图8. 固态电池方面的投入T3Gednc

责编:Admin
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