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保时捷Taycan的三明治箱体结构冷却设计

2021-10-15 13:16:18| 来源:| 编辑:| 点击:0次

保时捷Taycan的“三明治”箱体结构/冷却设计

目前为止,LG与欧洲几个车企业合作的代表车型如捷豹I-PACE、奥迪e-tron、保时捷Taycan等,在电池包的整体结构架构上采用了相似的“三明治”型设计。

e-tron与Taycan的箱体结构示例如下。从层级上看,均可以分为顶层(箱体上盖)、中间体(结构框架+下箱体)、底层(水冷板+防护板)。这里结构框架主要由PACK内的纵横梁和PACK的外边框构成,它们是整个PACK内部的机械承载体,同时也是防碰撞的主体,对整车而言则增加了整车的刚性。

这是软包设计方案中一种非常有代表性的案例,我们可以从保时捷Taycan电池包的专利中来详细聚焦几点。同特斯拉一样,Taycan的专利与实际的设计保持了相对较高的一致性,下图是它的一个电池包结构爆炸图,可以看,只有尾部上盖的外形与实际不同外。

箱体上盖18可以通过铝合金来制造,厚度在2mm左右;防护板7位于电池包的最下层,也是整个车底盘直接裸露、面向地面的部分,可以通过铝合金来制造,厚度在3或6mm左右(两个专利,其中一个披露值为3mm,另一个为6mm);尾部下箱体8位于模组102与水冷板6之间,可以铝合金来制造,厚度在1.5mm左右。水冷板是一个多部分组合体,既可以由2个,3个或更多个独立的水冷板(系统)并行工作,也可以构成一个整体统一控制。水冷板可以通过铝合金制造,壁厚在1mm之上。

沿整车行车方向、PACK的轴向进行剖视,整个电池包的剖视图如下。

电池包上盖9通过螺钉与横梁8进行连接和固定(这里没有体现出与电池包外边框的固定),横梁可以通过铝合金或钢来进行制造,宽度在10mm左右;模组通过紧固件(螺钉)与焊接螺柱固与下箱体3进行连接,3可以通过金属板来制造,材料为铝或钢,宽度可以3个毫米。

再往下分析(可结合下图),就是下箱体-水冷板-防护板之间的内部设计,是相对精彩的地方。首先,水冷板17会通过钎焊与下箱体连接,而下箱体3与防护板4之间的连接则通过连接件5来实现,保时捷希望连接件5与防护板之间的连接是可拆卸的,比如螺钉,而下箱体与连接件5的连接则为不可拆卸,比如焊接或胶粘。

连接件5的高度会大于水冷板的高度,因此,整个下箱体与防护板之间会有一定的腔隙,此处保时捷采用了支撑泡棉,用于对水冷板施加一个Z向的预紧力,以便水冷板与下箱保持良好的接触,支撑泡棉是一种弹性单元,还可以缓冲Z向的振动和冲击。

三明治结构架构的设计重点在于“两个内腔的设计”,一是PACK内腔,二是下箱体-防护板内腔;这二者既具有很强的平台化基础,也可以形成不少定制化的方案,这对于电芯/PACK企业来说是有利的,提升开发效率,极大降低成本,各家主机厂可以共用的技术模块较多。

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