福特野马MachE电池充电缓慢过热迅速

Eli Goldratt 的“约束理论”观点彻底改变了制造业生产分析，即在产能无法满足需求时优先关注生产“瓶颈”。Goldratt 的约束理论还可以帮助隔离性能不佳的热系统的容量限制。

以福特野马 Mach-E全电动跨界车为例。最近的快速充电测试和性能驾驶体验表明，在激进的赛道式驾驶过程中，快速充电速度平庸，并且与热相关的早期推进力降低问题。在那个包的某个地方有一个热瓶颈。

找到电池组的热瓶颈需要深入研究其电池和模块结构。一个好的起点：从电池到冷却板的导热路径。我在Munro 直播频道上 查阅了 Munro and Associates 的 YouTube 视频，其中详细介绍了Mach-E 电池和模块外壳。它提供了详细说明 Mach-E 的电池如何插入模块承载框架并热连接到底部冷却板。

视频图像揭示了主要的热瓶颈嫌疑人：塑料电池载体。

我对电池到板的结构和电池发热进行了逆向工程，然后计算了 Mach-E 的“热瓶颈分数”。

LG 设计了 ​​Mach-E 和Chevy Bolt的背包，并使用了相同的概念架构。Munro 视频展示了 Mach-E 和 Chevy Bolt 的模块结构在概念上的相似程度，包括电池几何形状、双电池塑料载体和共享的被动散热片。因此，Bolt 的热瓶颈特性与 Mach-Ee 非常匹配，并且具有相似的热瓶颈分数。

正如上面的 Mach-E 模块部分细节所示，Mach-E 的模块架构显然包含一个重要的热设计弱点——塑料载体底部。它们阻止直接电池到板的热传导 - 大多数其他制造商当前一代基于软包电池的电池组中使用的主要热路径。唯一的散热路径是通过一个又长又薄的无源铝散热片。用两个电池加热它，这对于薄翅片来说太多了，无法有效地传导到冷却板。这实际上是一个狭窄的热瓶颈。

Mach-E 的传导路径热阻模型显示，在 1-C 倍率充电/放电电流下，它的瓶颈得分倒数为 0.23，并且电池热点和电池冷点之间的温差为 4⁰C靠近冷却板。

这种温差对电池造成极大压力，并可能导致电池储能容量降低。这种充电速率或更高的充电速率只能在电池在充电会话早期内部“自我加热”至其最大充电温度时维持。一旦达到最大值，冷却系统就会启动以将电池热点保持在电池的最高温度以下。

Mach-E 电池组的热瓶颈也解释了它在“肆无忌惮”驾驶时的过热问题。赛道式性能驾驶涉及反复的急加速和重刹车，包括再生制动。如果这些驾驶循环反复将 100 kW 以上的功率推入或拉出电池组(使用 GT 的 480 HP 电机功率和引线脚，这很容易做到)，电池内阻热将超过传导热路径的去除它的能力。电池会迅速升温超过其高温极限，电池组将进入减少推进模式。

的VW ID.4，它使用大众的MEB-平台电池，是经常交叉逛过与马赫-E，并因此值得比较。典型的大众 MEB 平台电池使用“鞋盒”式铝模块外壳中的软包电池。电池位于外壳底部，然后位于铝制乙二醇冷却板上。界面处的薄导电间隙填充材料消除了气隙并改善了热传导。这是一种简单且具有成本效益的热冷却设计概念，并已被众多制造商安装在许多当前的电动汽车中。

ID.4 从电池热点到冷却板的热路径比 Mach-E 明显更短且传导性更好，这为 ID.4 和其他基于 MEB 的车辆提供了更宽的瓶颈和更高的瓶颈分数。MEB 电池组的测试平均 10%-80% C-rate 快速充电速度比 Bolt 或 Mach-E 显着更高，这证明了这一点。

该Y型是另一种流行的Mach-E竞争对手。随着最近发布的“更新”的Model S和 X，现在 S/X 和 Model 3/Y 电池模块共享类似的热路径，使用直接粘在电池罐上的侧蛇冷却板。有大量关于 2170 电池模块结构的照片和文章。我们基于最近打开的 Plaid 包的文章/视频更新了 S/X 包假设。

两种特斯拉变体的细胞到蛇板热瓶颈非常广泛，以至于它们成为“非瓶颈”。其他充电容量瓶颈因素，如交流冷却系统容量和电池化学，成为关键的热瓶颈。小直径 18650 电池模块的 1.6 分略高于 2170 电池 Y 的 1.5 分，这要归功于其略短且更有效的导电路径。

值得称赞的是，福特正在探索各种充电缓慢/过热问题并寻求改进。它承诺进行软件更新，将高速充电率扩展到 80% SOC 以上，并可能提高最大初始 kW 充电率。

此外，福特正在探索“肆无忌惮”的动力传动系统电源管理软件调整，以调节重复的硬加速功率需求，从而减少电池组发热并延长赛道式驾驶时间。但是软件调整只能治疗症状，并不能解决根本原因：当前 Mach-E 电池组基于硬件的热瓶颈——基于塑料载体/无源鳍的模块设计——已经被解决了。

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