大众MEB电池系统：电芯/模组到Pack集成的探讨

在《大众MEB的电量配置策略》做了一些探讨,根据目前更新的信息对MEB整个电池系统的集成策略整理了一下:由于尚没有实物的分析报道,一些技术参数也没有最终核证,因此,所讨论的内容不一定是正确;而且,我感觉随着电池技术的进步,大众MEB自2015年开始研发以来,方案一直在变化和比较之中。

随着ID 3 1st进入预定阶段,最终的方案应该是确定了,尚没有正式公布出来,这里根据已有的信息对MEB整个PACK集成的思路做下探讨。

PACK集成

电量配置:

48kWh,330km /WLTP

这个是最先对外公布的欧洲版,国内的应该在50kWh左右,最初定方案时国内应该是有个55kWh,不确认是不是从这个电量起步;

62kWh,400km/WLTP

83kWh,550km/WLTP

111kWh,665km/WLTP?

前面3个电量级别是不分车型对外公布的,111kWh是由I.D. VIZZION公布出来的。前2个电量版本会共用一个PACK箱体,其中,48kWh电版7个模组,62kWh电版9个模组,82kWh电版12个模组。由此推算,每个模组的电量在6.9kWh左右,因此,111kWh应该有16个模组,进一步可知,MEB还有个14个模组的版本,而国内55kWh的版本应该是8个模组。总共平台的配置推算如下:

(1)6.9 kWh*7=48.3 kWh

(2)6.9kWh*8=55.2 kWh

(3)6.9 kWh*9=62.1 kWh

(4)6.9 kWh*12=82.8 kWh

(5)6.9 kWh*14=96.6 kWh

(6)6.9 kWh*16=110.4 kWh

大众目前选择的模组个数为7,9,12,16,主要应该是基于对续航里程区分度的考虑,过于接近的里程在价格区间上不好界定。值得注意的是没有10个模组的方案率先出现,很奇怪,因为最小版本的PACK共10个模组位置,这个方案下,BMS需要移动PACK尾部(与TESLA的类似),这样整个PACK的结构上貌似需要调整(与12个模组的布置相似)。

大众最新发布的ID.3 1st 已开始预定,其电量为:

45kWh(net capacity),330km/WLTP

58kWh(net capacity),420km/WLTP

77kWh(net capacity),550km/WLTP

按照大众之前透露的电芯可用电量取90%(这个不一定是实际应用下每款车的数值),则总电量分别为50kWh,64kWh,86kWh。这与大众计划的电量配置基本是吻合的,差异应该来自于电芯电量的不同。

电池系统架构:

电池包的整体框架示意图如下,除了模组外,主要的零部件包括:

(1)上盖:螺栓紧固,容易拆卸,大众应该是考虑到可以去更换包内的零部件或是模组;

(2)高压连接器:沿着中央通道布置,对高压器件有最好的碰撞防护作用,没看到高压线束是如何布置的,有可能均用busbar来实现连接

(3)BMS:大众称之为BMCe,即Battery management controller

(4)电芯监测单元:CMCe,即Cell module controller,用于测试电芯的电压,电流,电芯均衡和模组的温度

(5)下箱体

(6)总正总负接口:电池包对外高压接口

(7)液冷系统

(8)防护板

对于7个或9个模组来说,BMCe安装在一个空出来的模组位置,对于10个模组,会集成到PACK的尾部,整个PACK大概共计2500个零部件。

液冷系统:

液冷系统:水冷板与下箱体集成在一起,通过特制的螺栓紧固在一起,水冷板的下方是箱体最外的防护板,这三者的结构类似于I-PACE和AUDI E-TRON;进/出水口在PACK的前端,如上图所示;模组与箱体之间有填充的导热胶如下图所示;每个模组有一个温度传感器,模组与模组之间的温差在5℃以内。

尺寸与比能:

PACK长度方向上的尺寸是变化的,根据模组的增减,估计应该在1.5米-2米左右,宽度是固定的,在1.4米左右,高度在140公分;在早期公布48kWh电的时候,有报道对这个版本的重量做过推算,很可惜记不得具体数字,大概是310kg,比36度电的e-golf轻些,据此推算,48度电包的比能为154.8Wh/kg。

寿命:大众对于电池包的寿命评估为:8年16万公里后,最小容量不低于70%。

模组与电芯

标准化的模组是MEB平台的核心所在,大众的策略简单也有效:无论何种电芯类型(圆柱、方形、软包),何种尺寸电芯(不同长,宽,高),只要能按照MEB要求的模组尺寸和性能做出来,都可以采用。优点很明显:避免受制于单一类型电芯的单一供应商,最大限度保证自己的电芯供应,确保整车企业的主动权。

绝大多数的信息表明,大众MEB模组是590模组,即尺寸为590*225*108。

方形电芯来看,根据Pushev宁德时代CTO的讲演材料可推测,有1P8S,1P12S的方案,前者电芯要200Ah以上,后者电芯是156Ah左右,与宁德公布的153Ah接近,应该是基于此定制开发的电芯。这样单个模组的电量为:156*12*3.7=6.9264kWh,比较吻合。对应地,宁德时代2018-2019的PACK技术路线,有一款PACK的外形与MEB的也非常类似,比能在150-160之间,集成式液冷,这与上文的分析也较吻合。

MEB 方形电芯

宁德时代2017年模组技术路线

宁德时代2017年PACK技术路线

软包电芯来看,LGC给GM BOLT(BOLT的60度电与MEB的62度电比较相近)的电芯为3.65V,成组为3P96S。在3P的情况下,为了实现6.9度电的要求,LGC需要将电芯的提到75-80Ah之间。从目前公布的信息来看,软包电芯为两端出极耳。

MEB 软包电芯

MEB方形和软包电芯对比