拆解豐田自主設計的BEV電池系統
時間:2020-09-09 11:31來源:汽車電子設計 作者:朱玉龍
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圖1 豐田設計的電池系統
引言
豐田從2020年開始部署了自己的設計的電池系統，這個電池系統大小為2157.0mm×1288.0mm×340.5m，電池能量為54.35kWh，容量153Ah（51Ah的3P），標稱電壓為355V，電池的重量為415kg；采用了11個模組的設計，包含288個電芯（96串）。最近找到了這款電池系統的拆解信息，我們根據這個電池系統來探討下。
01
豐田的電池模組
豐田的設計中，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，在這個設計中分成兩種模組，電池系統共有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 豐田設計的電池系統
2）模組的設計結構:如下圖所示，這個采用的是標準的VDA電芯規格（148×91×27mm），兩種電池模組的規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 豐田設計的模組
3）豐田設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：
這么設計模組是可維修的，電芯是通過模組的設計殼體固定的，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，回收的設計和維修一樣是很方便的
這么設計電連接的方式，對于產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計上面，只有豐田還在遵循這個設計原則。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 豐田的模組設計理念
圖5 模組之間的Busbar連接
02
豐田電池系統設計
和之前豐田電池設計不同的地方，這個BEV電池系統需要符合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 豐田電池系統的密封
豐田的工程師還是非常非常固執的，在冷卻方面采用了自己認為比較好的主動風冷設計，這套設計哲學一直保留到了現在：
圖7 主動冷卻系統
在設計中，把風道沿著電池包兩側進行布置，風道的空間被用作側面撞擊時的緩沖區，起到一定的防護。風道一共分為四個部分，如下圖所示：
圖8 風道的四個部分
由于冷卻方面的設計特殊性，所以豐田給電池系統做了絕緣和隔熱的設計，使得這個整體的熱隔離設計的不錯。這個電池系統最大的挑戰是如何應對往150kW充電的問題，這個54kwh的包設計目標可能是50kW所以問題不大，怎么延展充電速度是個挑戰。
圖9 豐田的隔熱設計
最后想說的是，松下給豐田開發的接觸器按照這個樣式，也是實現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 豐田設計的BEV配電盒
小結：從目前的設計思路來看，豐田短期內做的就是圍繞50-60kwh來做小型轎車和SUV的電池系統，目標市場是中國、歐洲和日本，這臺車也慢慢在中國開始推廣，我們可以關注這臺車的銷售情況。
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