拆解探討豐田BEV電池系統(tǒng)

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。

圖1 豐田設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)

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(chē)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(chē)也慢慢在中國(guó)開(kāi)始推廣，我們可以關(guān)注這臺(tái)車(chē)的銷售情況。