Ultium电池系统设计的一些特点

汽车电子设计 2021-04-12




   周末继续把网上通用汽车有关Ultium电池系统设计方面的一些内容给梳理一下,其实总结一下,这个电池系统主要有这么一些特点。

1)由于wBMS无线电池管理系统导入带来的低压线束的简化,这个是最为直观的

2)电池系统里面在模组之间用了很多根的钢的横梁(随着CTP的导入,这种设计可能越来越少),从结构上来看,这方面美国人是把抗打击性深入的写到了这个电池系统里面,虽然Pack能量密度已经不再那么重要,但是客观上带来的重量增加也是不菲


图1 Ultium几乎是每个模组之间都有一根抵御挤压的梁


第一部分 电气方面的设计


   我现在看啥都先看电气的设计,我们知道其实通用从BEV2的Bolt到BEV3,有几个重点的变化,再电气方面就是快充能力的要求提升。从之前的50-60kW级别拉高到150kW+甚至往800V的350kW提升,这个里面如何设计配电盒是很有意思的事情。


图2 BEV2切换到BEV3的两个配电设计


在Bolt的设计里面,电池系统高压接口主要分出来OBC车载充电机的部分还有大电流母线的部分,主要的分配功能由这个HPDP(整车高压分配盒)的部件承载。


图3 Bolt的电气配电设计


从Ultium的电池来看,它实现了电池系统在内部的部分配电处理,在考虑四驱的需求下,实现了前端盒后端同时出线,在后端配置了快充接口。

  

图4 Ultium电池的前端出线和后端出线高压接口


在Ultium的驱动系统里面,应该是把下一部分配电的部分集成进去了,所以在驱动器上面有个大盒子,如下图所示,一个高压母线输入,一方面连接到下面的逆变器和电机,一方面有三路高压接口输出(压缩机、PTC和功率OBC部分)。也就是猜想在Bolt基础上,取消了快充接口到配电盒的间接连接,直接往电池的接口上连,这个从高压线缆来看要缩短一些。


图5 Ultium驱动系统的高压接口


在电池内部的母线连接方面,通用Ultium电池的高压连接排和MEB平台倒是很像的。

图6 Ultium和MEB的高压连接对比


第二部分 其他的内容

正好接着上面的图再写两句,由于模组集成水冷系统,这个电池系统里面就有很多的架起来的水冷管。我们可以对比下MEB壳体集成水冷版和模组集成水冷的差异。最早奔驰是第一个采用模组内集成水冷系统的,我们看EQC在电池系统里面错综复杂的管路还历历在目,从系统的角度来看,这里的取舍,包括模组的水嘴+管路增加的成本和一个集成式水冷板的复杂度的差异。

备注:相对来说线束简单了,管理还是有些复杂,这对于自动化装配来看还是个挑战


图7 壳体集成水冷和模组集成水冷,对于Pack内的管路的多寡有很大的差异


泄压阀的设计,还有整个通道内烟气的排气的设计,GM只是给了一个示意图,不过目前大家做的大同小异。这个电池系统最大的特点还是在无线BMS,目前是只有GM推出来了。

 

小结:怎么说呢,这个电池系统设计还是带着浓浓的美式风格,后续通用和本田都会用,在大型车上看到多一些,在小型车上可能不太合适


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