电动皮卡Rivian的 21700电芯底部冷却设计

自特斯拉Model3的大模组设计披露以来，有关圆柱电芯底部冷却的技术就不断被提及，很有可能取代当前的蛇形管方案。

蛇形管方案的冷却是圆柱电芯的径向冷却，即热量从电芯的中心部分，经过正负极卷层、电解液、隔离膜等，到达圆柱侧面，与水冷管接触；底部冷却的是圆柱电芯的轴向冷却，即热量分别沿着正负极、电解液、隔离膜等向下传递，到达电芯壳体底部，与水冷板接触。

与业内的多位专家讨论过这两种方案，就导热率来说，底部冷却方案肯定是优于侧面冷却的（很可惜，没有给出定量的比较），之所以底部冷却没有率先采用，在于原有的圆柱电连接必须上、下两端均进行连接，形成正、负输出，所以，底部无法被冷却使用。

这一状况到了Model 3被解决，它采用在正极端进行电芯的正、负输出连接，从而释放出了底部，这让底部冷却成为可能。参考《特斯拉对电池包上“胶”应用的态度》。

我原猜测特斯拉会在下一代电池包技术中采用改方案，现在被美国的另一家电动皮卡公司Rivian率先采用了。

在Cybertruck之前，业内关注度最高的电动皮卡就出自Rivian，当时最高的电量为180kWh，确实很惊人。

Rivian电动皮卡共分3个级别：

入门级：105kWh，7个模组，续航230+英里

中级：135kWh，9个模组，续航300+英里

高级：180kWh，12个模组，续航400+英里

核心的设计也集中在模组上，Rivian的模组为双层设计，即有两排电芯，每一层是432个电芯，每个模组共计864个电芯，每个模组的电量为15kWh。这样，Rivian将水冷板放在两层电芯之间，同时冷却上、下层电芯底部，一个推测的方案示意图如下，冷却板的厚度大约是7mm，这也意味着，上层电芯的正极端面向箱体上盖。

Rivian的实际模组方案如下，可以看出模组应该是一端进出水，电芯之间的连接、低压采样均在正极端完成，这与特斯拉专利上的思路很类似。

除了导热率，另一个影响冷却效果的是电芯与冷板的接触面积，对于底部冷却，这个面积是不变的，即底面的面积，以21700为例：3.14*10.5*10.5＝346.2mm^2，以18650为例：3.14*9*9＝254.3 mm^2。作为对比，Model 3的侧面接触面积为621mm^2，Model X/S的侧面接触面积为227.3mm^2。

Model 3增加了冷却板的高度，提高了接触面积，这点来说，侧面冷却的一个优点在于可以通过调整接触面积来控制冷却效果。

底部冷却带来的优点在于，电芯可以排布得更为紧密，这样能够在给定的体积空间内，安放更多的电芯，从而获得更高的电量。根据Rivian的说法，要比市面上的同类产品高20-25%。

不过，排布的紧密需要克服另外一个问题，热失控，在之间，水冷板或一定的空气间隔有助于阻断或减缓热失控的蔓延。现在，去掉了水冷板，就需要考虑间隙留多大，增加何种阻燃防护设计。

Rivian的这个设计还有两处问题需要额外解决，一是上层电芯正极直接面对箱体上盖，在热失控时会直接喷向上盖，容易烧穿，直接威胁到上面的乘客；二是水冷板同时也要作为承重结构，当然有可能Rivian并没有将其作为承重件，这样就需要再设计一层结构承重件。

从而让整个Z向的高度变得很大，这对整车内部空间布置是不利的。

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