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揭秘奥迪 e-tron 电池组的细节

进入 2019 年,奥迪 e-tron 和保时捷 Taycan 劈头络续登上汽车头条,粉碎了特斯拉一家独大的局势。咱们仍然聊过几次 Taycan,但继续没有仔细讲讲 e-tron,即日就

进入 2019 年,奥迪 e-tron 和保时捷 Taycan 劈头络续登上汽车头条,粉碎了特斯拉一家独大的局势。咱们仍然聊过几次 Taycan,但继续没有仔细讲讲 e-tron,即日便是 e-tron 电池组的主场。

为什么要聊电池组,一是 e-tron 采用了咱们之前聊的不众的软包途径,二是到即日为止 e-tron 曝光的那些令人印象深切的电池组机能和产能题目,都与软包途径 kW 疾充毕竟有众强?

e-tron 接济 150 kW 级的直流疾充,可能正在 30 分钟内完工 0-80% 的充电。官方给出的充电弧线图是云云的。

横轴是电池组容量,纵轴是充电功率,悉数竞品(Competitors)的弧线都正在 e-tron 之下。那也便是说:充电年光一致,e-tron 充的电量更众;电池组规格一致,e-tron 充得更疾。

同时咱们能看到,正在电池组充到 75% 时,e-tron 的充电功率已经正在 125 kW 以上;抵达 100% 时,仍有 50 kW 把握的充电功率。

假如和竞品横向比较呢?第三方充电运营商 Fastned 基于 175 kW 级直流疾充桩做了一组纯电动车充电测试。

从这张图来看 e-tron 起步就正在 135 kW 以上,正在电量抵达 60% 以上后已经一度飙到了 150 kW 以上,正在靠近 80% 相近才充电功率才劈头降落;反观搜罗 Model 3 正在内的悉数竞品都正在不到 50% 的时期充电功率就劈头区别水平的降落。

下面这组数据搜罗了第二代和第三代超充加持下的 Model 3 充电弧线,可能看到假如是最新一代 250 kW 级的第三代超充,正在 0-50% 前半段 Model 3 是完胜 e-tron 的,但后半段功率降落幅度疾于 e-tron;但假如是第二代超充,e-tron 基础上全程领先。

第一条和第二条原本可能归并来说,基于电池质料的化学性子,电池充电速率会跟着电量的上升而降落,因而群众半电动车 0-80% 和 80%-100% 的充电年光相当。这也是为什么,特斯拉官网不倡议长途出行行使超充充到 80% 以上。

但 e-tron 从 0-100% 只需求 47 分钟,到 100% 仍有 50 kW 的功率。向日面的图中能看到绝群众半电动车正在 80% 时功率仍然靠近或低于 50 kW 了。这是什么黑科技?

一个斗劲环节的计划是,e-tron 总容量 95 kWh 的电池组将可用容量束缚正在了 83.6 kWh,它的 0-100% 充电弧线 kWh 的充电弧线% 时已经有较疾的充电速率。

最先,可用容量<额定容量是全行业通行的做法,好比 Model 3 长续航版额定 80.5 kWh,可用 75 kWh;其次,容易换算一下,充到 84 kWh 或许是 95 kWh 总电量的 88%,你划到上面看看竞品,正在 90% 相近还能做到 50 kW 功率的,简直没有。

前面仍然提到,e-tron 的电池组采用了软包途径。因而正在伸开商酌 e-tron 电池组前,咱们先来聊聊 e-tron 为什么要选软包途径。最先,比能量高。软包电池的成组样式都是电芯+散热片叠加,可能更高效地愚弄车内寸土寸金的空间。相对方形和圆柱的钢铝外壳,软包电池的铝塑膜包装机闭显著重量更轻,无论是质地比能量仍旧体积比能量,软包电池都有很好的展现。

比犹如样是软包途径的通用雪佛兰 Blot,同样是平铺于底盘的计划,Bolt 正在 2601 mm 的轴距下安插了 60 kWh 的电池组。

其次,电化学机闭好,轮回寿命长。从机闭上来说,软包电池的内阻更小,内阻小极大地低落了电池的能耗,同时软包电池的轮回次数也高于圆柱。末了,非程序化,计划圆活。软包电池的尺规规格可能凭据区别 OEM 的需求举行订制,研发量产全新的电芯型号。下面是 e-tron 的电池组组织,可能看到所有 Pack 是不章程制型,有 5 个模组安插正在后排座椅下方,叠了两层。这是 LG 化学为奥迪订制的规格。

说了这么众,软包途径就没有缺点吗?当然有,好比非程序化的订制电芯主动化正在临蓐上主动化率很低;平静性和一律性较差等等。毕竟上软包途径的亏损,正在 e-tron 这台车上表现得浓墨重彩。下面咱们团结实在计划来说。

e-tron 基于奥迪 MLB 纵置模块化平台开拓,电池组计划哀求一共三个:规格、耐用性及安适性。e-tron 采用的是来自 LG 化学的软包电芯,电池组规格 95 kWh,可用容量 83.6 kWh。所有 Pack 由 36 个模组构成,个中 5 个模组位于后排座椅下方。每个模组又由 12 片袋式软包锂电池构成,所有 Pack 一共容纳了 432 个电芯。e-tron 的电池组和电气体例劳动电压为 396 V。所有 Pack 除了电芯外从模组到 Pack 都是由奥迪自决计划研发的。

下面是单个 e-tron 模组的内部计划,图片来自奥迪官网,能看到电芯的布列还优劣常紧凑的,团结咱们前面提到的软包比能量高的特性,e-tron 的能量密度该当很有上风才对。但实质上所有电池 Pack 重量抵达了 715 kg,团结 95 kWh 容量能算出能量密度为 133 Wh/kg,比较特斯拉和国内新制车的参数难言领先。

也便是说,固然软包电芯机闭和表面成组功效很高,但奥迪出于少少酌量并没有极致地推高 Pack 能量密度。下面是 Pack 机闭的计划细节。

左上是电池接线盒,往下是电池组铝合金外壳的上层,外壳下是并排的 31 个模组,角落的玄色小方盒是电池料理限度单位。

右边最上层的骨架是铝合金防撞机闭,往下是电池组铝合金外壳的基层,再往下是电池组外铝合金框架,往下是管途聚集组织的液冷体例,液冷体例一共有 40 米长的液冷管途,注入了 22 升液冷剂。最下方是底部防护板,用于阻隔碎石和尖利物体对电池组的挫折。

电池和所相闭键参数(如充电形态、电源输出和热料理)由外部电池料理限度器(BMC)料理。BMC 位于 e-tron 右侧 A 柱的前舱内。

BMC 和电机限度器、电池模组限度器(CMC)通讯,每块限度器都监控着模组的电流、电压和温度。电池接线盒(BJB)被封装正在压铸铝外壳中,位于电池体例的前部。BJB 集成了高压继电器和保障丝,是车辆的电气接口。BMC,CMC 和 BJB 之间的数据交流是通过寡少的总线体例举行的。整个来说,e-tron 电池组散热和安适性考量做得出格周全。e-tron 项目本领担任人 Paul Schneider 先容说,选取软包电池而不是圆柱或方形,是由于软包更容易做好热料理。但e-tron 的热料理,做得一点儿也禁止易。

最先,e-tron 告竣了 150 kW 级的 0-80% 基础平静输入,这对电池的热料理体例提出了出格大的寻事。其次,前面咱们提到,软包电池的一律性是斗劲差的,酌量到软包电池的单体能量远高于圆柱(1 片软包相当于 4 – 5 颗圆柱),要庄重限度热失控伸展的情形。看待软包电池来说,任何细微的形变都是一场灾难。

通过一个缜密计划的热料理体例把电池组牢牢限度正在安适的温度、体积区间内优劣常须要的。奥迪是如何做的?

e-tron 的模组废除了液冷管途横贯于电池之间的惯例计划,悉数的模组都紧凑地排布正在一同,所有液冷管途通过热粘合剂固定正在模组下方,模组之间再注入导热凝胶动作缓冲。当发作热量时,导热凝胶会将热量匀称地转达到液冷体例上,确保所有 Pack 的温度处于安适的形态。

你大概会问,云云的计划并没有擢升散热功效啊。相反悉数的模组紧凑排布,不是增大了热失控伸展的危害?

防卫前面提到的铝合金防撞机闭。正在将冷却管途移到模组下方后,原先众出的空间并没有被模组填满,e-tron 正在这里安插了浮夸的铝合金框架。正在产生碰撞的时期,这个铝合金框架溃缩吸能,确保形变波及的模组数目降到最低,进而低落热失控伸展的危害。

最先,规避了软包电池的亏损。通过铝合金、导热凝胶和液冷体例将各个模组做物理独立。大幅低落了软包电池一律性低、行使后期潜正在的安适隐患。其次,表面上擢升了安适性。物理区分开来的另一个好处是,表面上可能低落电池组产生不测形变时热失控伸展的概率。固然还没有颠末实质验证,但从计划角度,e-tron 的安适防护是堆得很足的。

第三,高效的热料理体例是疾充的根蒂。导热凝胶和聚集的液冷管途将 e-tron 电池组的温度颠簸限度正在 25 度 – 35 度的最佳温度区间内,保障了 0-80% 充电基础平静正在 150 kW 之间。

当然,这种计划也有少少殉国。最先,软包电池比能量高的上风不复存正在,加装底部防护板后所有 Pack 抵达了 715 kg,能量密度降到了 133 Wh/kg,与蔚来 ES8 70 kWh 版本的能量密度大致相当。

咱们作品初步提到「e-tron 曝光的那些令人印象深切的电池组机能和产能题目,都与软包途径直接闭连」,机能也便是 150 kW 疾充,那么产能呢?面临超 20000 个积存订单,奥迪布鲁塞尔的 e-tron 创筑工场运营年光比来降到了 6 小时/天,每周劳动日也从 5 天降落到了 4 天。

由于位于波兰的 LG 化学工场正正在同时为奔跑 EQC、捷豹 I-PACE 和奥迪 e-tron 供应电池。因为软包电池的临蓐主动化率较低,高端铝塑膜的工艺还不足成熟,对巨额量临蓐的产能爬坡造成了很大的寻事。捷豹途虎 CEO Ralf Speth 此前公然流露束缚 I-PACE 销量的不正在于捷豹的产能,而正在于捷豹能采购到众少电池。

末了来总结一下,当我看到 e-tron 令人印象深切的疾充和高达 715 kg 的电池组质地、产能爬坡显现寻事于一体时,马上念到了特斯拉首席电机计划师 Ko

正在车辆计划中,老是存正在机能和限制机能的冲突。这些参数与机能、能耗、车身计划、质地和本钱相闭。悉数这些目标都正在某种水平上彼此冲突。理念情形下,你愿望它们共存,但酌量到本钱束缚,需求做出少少妥协。

奥迪做好疾充这个用户体验痛点,但正在整备质地、能耗方面做出了殉国。但不管如何说,e-tron 的展现仍旧优于群众半古代阵营的纯电动车。有鉴于此,咱们会一连闭切奥迪的下一款纯电动车。

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作者: sheep

MTS受邀主讲:钢铁行业客户在物理测试中实际操作要点

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