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如何看待哪吒的天工电池?

2022-05-31 汽车电子设计 阅读:
昨天参加了哪吒汽车有关电池开发的Workshop,这个自主研发的“天工电池”的技术细节比较多。总体来看,“天工电池”是构建于我们熟悉的传统方壳电池,重点对电池结构安全设计、热管理系统、智能云端管理等方面进行了优化,在哪吒S车型上搭载。由于电池价格成本下降曲线被打断,所以哪吒也开始开发纯电版车型(续航715km)和增程版车型(纯电续航300km),这个也是对当下电池成本的自然反应。

昨天参加了哪吒汽车有关电池开发的Workshop,这个自主研发的“天工电池”的技术细节比较多。总体来看,“天工电池”是构建于我们熟悉的传统方壳电池,重点对电池结构安全设计、热管理系统、智能云端管理等方面进行了优化,在哪吒S车型上搭载。由于电池价格成本下降曲线被打断,所以哪吒也开始开发纯电版车型(续航715km)和增程版车型(纯电续航300km),这个也是对当下电池成本的自然反应。e7xednc

哪吒汽车开发的电池系统开发路线主要分为三代:e7xednc

VDA模组:这个大家都很清楚,不多说了。e7xednc

定制大模组 CTP:这个和双排的不一样,目前的方案是围绕长条的模组开发的。我们根据核算成组率中位数75%,Pack能量密度185Wh/kg,对应的电芯能量密度为246Wh/kg。e7xednc

下一代2023年的 CTP/CTC的模式:目标能量密度要超过210Wh/kg,集成效率85%,也就是估算电芯能量密度247Wh/kg。e7xednc

我的理解从2022年,天工电池系统的迭代主要进一步做无模组集成化来降低结构部件的重量。e7xednc

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▲图1.哪吒的技术路线e7xednc

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Part 1e7xednc

电池系统的设计e7xednc

 如下图2所示,这是标准的C家主导的电芯设计的延伸。e7xednc

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▲图2.哪吒的电芯选择e7xednc

定制的模组采用13个电芯为一个模组,然后中间有11片汽凝胶。为了结构的考虑,等于把原来的两个模组取消了一块端板,然后给整合起来。模组的两块侧板都在,并且采用了多面的绝缘设计防护。e7xednc

从示意图来看,这个气凝胶为了起到防护的效果,厚度不小,并且每个电芯都加了一片。e7xednc

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▲图3.定制的大模组e7xednc

整包一共使用7个大模组,也就是7*13=91个电芯。为了保证整个电芯在热失控下的整包防护效果,采取了一整块的隔热片,来对复合材料的上盖进行保护。e7xednc

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▲图4.电池包的设计e7xednc

下面是一整块完整的热绝缘防护,抗冲击的高温绝缘,这其实也是设计CTC方壳电池的难点,在Z向高度需要考虑上盖的防护——像246Wh/kg能量密度的三元电芯,能量又很大的时候,这个接近1kwh的电芯的热量释放是很剧烈的。e7xednc

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▲图5.经典的方壳热设计e7xednc

▲视频1.热失控冲击下气体散热通道e7xednc

为了设计矮边沿的托盘,特意采用了复合材料的上盖,一方面是可以有效提升足够的边缘覆盖能力,另一方面也需要保证隔热材料能保护上盖在热失控的过程中免受伤害。e7xednc

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▲图6.复合材料的上盖e7xednc

这是液冷布置的效果,采取了3大1小一共四块水冷板。e7xednc

现在电池热管理系统,主要还是采用和系统打通的模式:e7xednc

前馈式的热管理:从前端的控制策略(驾驶工况),主要根据导航和整体需求,综合计算电池的制冷和制热的需求,通过行驶的预期来判断单次充电时间,计算进行充电的能耗。e7xednc

基于大数据的加热策略:基于地图里面的大数据信息(从A点到B点),这个估计从座舱里面计算那多少上坡,有多少下坡,根据上下坡来分配能耗。然后在整车系统里面通过AB点的距离,估算应该进行加热等等这样的行车加热的策略。e7xednc

加热时间管理:由于电池大了,其实启用热管理的时间只有5%,大部分都是恒温占到了95%(热管理系统不动作)e7xednc

可预充的保温功能:手机APP算法在出门之前,预加热和保温来调节电池的问题。e7xednc

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图7.电池热管理e7xednc

▲视频2.液冷板的效果e7xednc

▲视频3.模组散热效果e7xednc

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Part 2e7xednc

电池管理系统e7xednc

其实电池管理系统的这部分介绍主要是加入了云端管理,主要包括基于大量数据提取之后的云端SOH算法估计。e7xednc

我理解是:慢慢在车载系统里面的BMS算法,更多的提供一个基础的电池运行状态,需要结合域控制器和云端的算法来对电池进行更好的管理。e7xednc

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▲图8.SOH算法e7xednc

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▲图9.析锂的判断e7xednc

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▲图10.故障归因的管理e7xednc

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▲图11.安全的预警策略e7xednc

我觉得国内这几年比较大的突破,是在电池的安全运维方面。随着大量的电池数据采集被高速上传到服务器平台,可以形成一种提前筛选电池问题的模式,从而预防整车起火——这在新势力车企基本是标配了。e7xednc

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▲图12.基于三元电池的运维数据监控e7xednc

小结:我的个人看法,在传统的方壳电芯设计中,确实有点趋同,也就是哪吒的方案和大部分竖着放的方壳电池没有特别大的差异,主要是在安全和管理上能做好吧。天工电池就是是一个非常典型的方案,你要是和NIO的100kwh比有啥区别,我还真有点说不上来。大部分用方壳的车企都是这么设计的,用了大量的热绝缘和热防护的材料。e7xednc

责编:Admin
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