拆解豐田自主設(shè)計的BEV電池系統(tǒng)

時間:2020-09-09 11:31來源:汽車電子設(shè)計 作者:朱玉龍
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圖1 豐田設(shè)計的電池系統(tǒng)
       引言
 
       豐田從2020年開始部署了自己的設(shè)計的電池系統(tǒng)，這個電池系統(tǒng)大小為2157.0mm×1288.0mm×340.5m，電池能量為54.35kWh，容量153Ah（51Ah的3P），標(biāo)稱電壓為355V，電池的重量為415kg；采用了11個模組的設(shè)計，包含288個電芯（96串）。最近找到了這款電池系統(tǒng)的拆解信息，我們根據(jù)這個電池系統(tǒng)來探討下。
 
       01
 
       豐田的電池模組
 
       豐田的設(shè)計中，把很多Prius HEV、PHEV的理念用來了過來，主要有這么幾點：
 
       1）電池的長度是柔性的，在這個設(shè)計中分成兩種模組，電池系統(tǒng)共有11個模組，第一層為8個模組，每個模組有27個電芯（3P9S）；電池包二層堆疊有3個較短的模組，每個模組共24個電芯（3P8S）
圖2 豐田設(shè)計的電池系統(tǒng)
 
       2）模組的設(shè)計結(jié)構(gòu):如下圖所示，這個采用的是標(biāo)準(zhǔn)的VDA電芯規(guī)格（148×91×27mm），兩種電池模組的規(guī)格整體的固定是有差異的，如下圖所示。24個電芯的較小模組，只要把3個電芯拿掉就可以了。
 
圖3 豐田設(shè)計的模組
 
       3）豐田設(shè)計的模組的電氣連接：和HEV、PHV一樣，豐田還是在這么長的模組上使用了一條很長的母線可拆解的連接帶，目的有幾個：
 
       這么設(shè)計模組是可維修的，電芯是通過模組的設(shè)計殼體固定的，只要破壞模組殼體理論上，壞了一個電芯，27個電芯還是能修的
 
       同樣的道理，回收的設(shè)計和維修一樣是很方便的
 
       這么設(shè)計電連接的方式，對于產(chǎn)線來看可以做自動化也可以人工柔性來弄 從HEV、PHEV到BEV，目前看下來在模組設(shè)計上面，只有豐田還在遵循這個設(shè)計原則。其他所有人都從制造工藝的角度切換到了激光焊接和Bonding兩種不同的模式。
圖4 豐田的模組設(shè)計理念
 
圖5 模組之間的Busbar連接
 
       02
 
       豐田電池系統(tǒng)設(shè)計
 
       和之前豐田電池設(shè)計不同的地方，這個BEV電池系統(tǒng)需要符合IP67的要求，所以如下所示上蓋與下箱體的密封通過密封膠條和49個螺栓固定。
 
圖6 豐田電池系統(tǒng)的密封
 
       豐田的工程師還是非常非常固執(zhí)的，在冷卻方面采用了自己認(rèn)為比較好的主動風(fēng)冷設(shè)計，這套設(shè)計哲學(xué)一直保留到了現(xiàn)在：
 
圖7 主動冷卻系統(tǒng)
 
       在設(shè)計中，把風(fēng)道沿著電池包兩側(cè)進行布置，風(fēng)道的空間被用作側(cè)面撞擊時的緩沖區(qū)，起到一定的防護。風(fēng)道一共分為四個部分，如下圖所示：
圖8 風(fēng)道的四個部分
 
       由于冷卻方面的設(shè)計特殊性，所以豐田給電池系統(tǒng)做了絕緣和隔熱的設(shè)計，使得這個整體的熱隔離設(shè)計的不錯。這個電池系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)是如何應(yīng)對往150kW充電的問題，這個54kwh的包設(shè)計目標(biāo)可能是50kW所以問題不大，怎么延展充電速度是個挑戰(zhàn)。
圖9 豐田的隔熱設(shè)計
 
       最后想說的是，松下給豐田開發(fā)的接觸器按照這個樣式，也是實現(xiàn)了插片可插拔的方式，在BEV接觸器維修方面走了很大的一步。
 
圖10 豐田設(shè)計的BEV配電盒
 
       小結(jié)：從目前的設(shè)計思路來看，豐田短期內(nèi)做的就是圍繞50-60kwh來做小型轎車和SUV的電池系統(tǒng)，目標(biāo)市場是中國、歐洲和日本，這臺車也慢慢在中國開始推廣，我們可以關(guān)注這臺車的銷售情況。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 豐田 BEV電池系統(tǒng)
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