拆解豐田自主設(shè)計(jì)的BEV電池系統(tǒng)

時(shí)間:2020-09-09 11:31來(lái)源:汽車電子設(shè)計(jì) 作者:朱玉龍
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圖1 豐田設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)
       引言
 
       豐田從2020年開(kāi)始部署了自己的設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng),這個(gè)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(gè)模組的設(shè)計(jì),包含288個(gè)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(gè)電池系統(tǒng)來(lái)探討下。
 
       01
 
       豐田的電池模組
 
       豐田的設(shè)計(jì)中,把很多Prius HEV、PHEV的理念用來(lái)了過(guò)來(lái),主要有這么幾點(diǎn):
 
       1)電池的長(zhǎng)度是柔性的,在這個(gè)設(shè)計(jì)中分成兩種模組,電池系統(tǒng)共有11個(gè)模組,第一層為8個(gè)模組,每個(gè)模組有27個(gè)電芯(3P9S);電池包二層堆疊有3個(gè)較短的模組,每個(gè)模組共24個(gè)電芯(3P8S)
圖2 豐田設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)
 
       2)模組的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu):如下圖所示,這個(gè)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(gè)電芯的較小模組,只要把3個(gè)電芯拿掉就可以了。
 
圖3 豐田設(shè)計(jì)的模組
 
       3)豐田設(shè)計(jì)的模組的電氣連接:和HEV、PHV一樣,豐田還是在這么長(zhǎng)的模組上使用了一條很長(zhǎng)的母線可拆解的連接帶,目的有幾個(gè):
 
       這么設(shè)計(jì)模組是可維修的,電芯是通過(guò)模組的設(shè)計(jì)殼體固定的,只要破壞模組殼體理論上,壞了一個(gè)電芯,27個(gè)電芯還是能修的
 
       同樣的道理,回收的設(shè)計(jì)和維修一樣是很方便的
 
       這么設(shè)計(jì)電連接的方式,對(duì)于產(chǎn)線來(lái)看可以做自動(dòng)化也可以人工柔性來(lái)弄 從HEV、PHEV到BEV,目前看下來(lái)在模組設(shè)計(jì)上面,只有豐田還在遵循這個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)理念
 
圖5 模組之間的Busbar連接
 
       02
 
       豐田電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 
       和之前豐田電池設(shè)計(jì)不同的地方,這個(gè)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(guò)密封膠條和49個(gè)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(dòng)風(fēng)冷設(shè)計(jì),這套設(shè)計(jì)哲學(xué)一直保留到了現(xiàn)在:
 
圖7 主動(dòng)冷卻系統(tǒng)
 
       在設(shè)計(jì)中,把風(fēng)道沿著電池包兩側(cè)進(jìn)行布置,風(fēng)道的空間被用作側(cè)面撞擊時(shí)的緩沖區(qū),起到一定的防護(hù)。風(fēng)道一共分為四個(gè)部分,如下圖所示:
圖8 風(fēng)道的四個(gè)部分
 
       由于冷卻方面的設(shè)計(jì)特殊性,所以豐田給電池系統(tǒng)做了絕緣和隔熱的設(shè)計(jì),使得這個(gè)整體的熱隔離設(shè)計(jì)的不錯(cuò)。這個(gè)電池系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)是如何應(yīng)對(duì)往150kW充電的問(wèn)題,這個(gè)54kwh的包設(shè)計(jì)目標(biāo)可能是50kW所以問(wèn)題不大,怎么延展充電速度是個(gè)挑戰(zhàn)。
圖9 豐田的隔熱設(shè)計(jì)
 
       最后想說(shuō)的是,松下給豐田開(kāi)發(fā)的接觸器按照這個(gè)樣式,也是實(shí)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(jì)的BEV配電盒
 
       小結(jié):從目前的設(shè)計(jì)思路來(lái)看,豐田短期內(nèi)做的就是圍繞50-60kwh來(lái)做小型轎車和SUV的電池系統(tǒng),目標(biāo)市場(chǎng)是中國(guó)、歐洲和日本,這臺(tái)車也慢慢在中國(guó)開(kāi)始推廣,我們可以關(guān)注這臺(tái)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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