Proterra 的大模组商用车电池平台技术

这张图集中体现了当前电动巴士中电池系统的位置布置,由于大巴对于空间和重量不敏感(相对于乘用车),所以电动巴士对于电池系统的设计更多的是着眼于整个大巴中的可用空间,以便装载更多的电量,这也使得大巴的油改电难度不像乘用车那么难。

因此,在电动巴士这个发展领域,国内最终形成了电池系统标准箱的技术路线(即所谓的A箱、B箱、C箱),这个行业性的标准,使得国内在大巴这块的电池系统得以统一。不过,这个标准并不是以原生性电动巴平台建立起来的(源自于油改电),所以它的潜力有待于进一步挖掘和完善。

海外由于缺少国内如此集中和巨大的市场刺激,因此,在电动大巴方面的发展没有形成统一的技术标准,在这种情况下,如果想要通用性好些,以降低成本,那就需要有适应性更强的模块化技术。Proterra就是这样的一家公司,它所开发的商用车电池系统与国内巴士不同,是以布置在车身底盘为基础的(其他位置也有案例,如顶部),利用标准化的模组,形成自己的PACK平台,来配置不同的车型需求。

平台与PACK

Poterra的电池系统平台的层级关系如下:电芯构成模组,模组构成PACK,PACK串联构成一个string,再由string并联构成电池系统ESS。

Poterra通过模块化模组,来构建PACK平台,目前推出了两种类型的PACK系统,最先推出的是S系列PACK,主要针对电动巴士,今年又推出了H系列PACK,主要针对卡车等商用车。这两款PACK的尺寸仅在宽度上有差异:

  • S系列:宽860mm,高175mm,长度可拓展,电量最大可达125kWh

  • H系列:宽620mm,高175mm,长度可拓展,一般电量25-75kWh,最大可达83kWh

这两个PACK系统的比能均达到170Wh/kg(今年在175),体积比能量在300Wh/L,Poterra能够利用现有的PACK平台技术最大限度地匹配当前商用车的市场需求,这种灵活性体现在:

(1)      长度上:

PACK的长度是可以调整的,最大支持到3mm;

一个string最大的电压支持到1200V;

ESS的最大电量6MWh。

(2)      宽度与电压

模组的电压具有17V,25V,35V,50V;S系列与H系列的PACK适用于不同类型的车型;下图最左侧的三个模组示例,分别是5个模组、10个模组和15个模组的PACK。

模组与电芯:

最核心的还在是模组技术上,不过Proterra对于当前的模组的方案披露的比较少,不过可以确定的是Proterra采用了大模组技术,它将之前的小四方模组方案调整为了长方体模组,在长度上进行了集成。Proterra2012年开始的TerraVolt电池系统层级如下:

当前的电池系统层级如下:

Proterra的模组在整体构思上和大众PPE的大模组专利类似,它在中间设计有隔板结构,最多有两个隔板结构。当前模组采用的是21700电芯,在布置上采用两排电芯(底部)对放的平躺方案,这样水冷板会夹在两个电芯底部之间,即底部冷却的方案。为保证结构的稳定性,大模组会再用钢带之类的条形结构将整个模组结构框架再次紧固。

模组设计的一个亮点在于PPR(Passiv Propagation Ressistance),单个电芯热失控后隔离技术,Proterra对此也没有披露更多的信息,推测是隔热阻燃的材料或带条。

Proterra当前使用的是电芯是NCM811,这让他的比能达到了先当高的水平(170以上),在此之前,Proterra由于对快充的追求,它所使用的电芯是LTO,来自Toshiba。

从Proterra这个电池平台的转变,我们能看出业内大的技术方向基本是趋同的,一方面在PACK层面把模组做大、做集成,Proterra相当于把大模组的思路引入到了商用车的领域,特斯拉是在纵向方向在大,而Proterra则是在横向做大。

在电芯的选用上,高比能优先于快充能力,不知道这是否是第一个把NCM811电芯应用到商用车,尤其是大巴上的,安全性如何,需要看后续车辆的表现,从国内的三元应用来看,实际情况不容乐观。


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