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拆解丰田自主设计的BEV电池系统

时间:2020-09-09 11:31来源:汽车电子设计 作者:朱玉龙
点击: 次
图1 丰田设计的电池系统
       引言
 
       丰田从2020年开始部署了自己的设计的电池系统，这个电池系统大小为2157.0mm×1288.0mm×340.5m，电池能量为54.35kWh，容量153Ah（51Ah的3P），标称电压为355V，电池的重量为415kg；采用了11个模组的设计，包含288个电芯（96串）。最近找到了这款电池系统的拆解信息，我们根据这个电池系统来探讨下。
 
       01
 
       丰田的电池模组
 
       丰田的设计中，把很多Prius HEV、PHEV的理念用来了过来，主要有这么几点：
 
       1）电池的长度是柔性的，在这个设计中分成两种模组，电池系统共有11个模组，第一层为8个模组，每个模组有27个电芯（3P9S）；电池包二层堆叠有3个较短的模组，每个模组共24个电芯（3P8S）
图2 丰田设计的电池系统
 
       2）模组的设计结构:如下图所示，这个采用的是标准的VDA电芯规格（148×91×27mm），两种电池模组的规格整体的固定是有差异的，如下图所示。24个电芯的较小模组，只要把3个电芯拿掉就可以了。
 
图3 丰田设计的模组
 
       3）丰田设计的模组的电气连接：和HEV、PHV一样，丰田还是在这么长的模组上使用了一条很长的母线可拆解的连接带，目的有几个：
 
       这么设计模组是可维修的，电芯是通过模组的设计壳体固定的，只要破坏模组壳体理论上，坏了一个电芯，27个电芯还是能修的
 
       同样的道理，回收的设计和维修一样是很方便的
 
       这么设计电连接的方式，对于产线来看可以做自动化也可以人工柔性来弄 从HEV、PHEV到BEV，目前看下来在模组设计上面，只有丰田还在遵循这个设计原则。其他所有人都从制造工艺的角度切换到了激光焊接和Bonding两种不同的模式。
图4 丰田的模组设计理念
 
图5 模组之间的Busbar连接
 
       02
 
       丰田电池系统设计
 
       和之前丰田电池设计不同的地方，这个BEV电池系统需要符合IP67的要求，所以如下所示上盖与下箱体的密封通过密封胶条和49个螺栓固定。
 
图6 丰田电池系统的密封
 
       丰田的工程师还是非常非常固执的，在冷却方面采用了自己认为比较好的主动风冷设计，这套设计哲学一直保留到了现在：
 
图7 主动冷却系统
 
       在设计中，把风道沿着电池包两侧进行布置，风道的空间被用作侧面撞击时的缓冲区，起到一定的防护。风道一共分为四个部分，如下图所示：
图8 风道的四个部分
 
       由于冷却方面的设计特殊性，所以丰田给电池系统做了绝缘和隔热的设计，使得这个整体的热隔离设计的不错。这个电池系统最大的挑战是如何应对往150kW充电的问题，这个54kwh的包设计目标可能是50kW所以问题不大，怎么延展充电速度是个挑战。
图9 丰田的隔热设计
 
       最后想说的是，松下给丰田开发的接触器按照这个样式，也是实现了插片可插拔的方式，在BEV接触器维修方面走了很大的一步。
 
图10 丰田设计的BEV配电盒
 
       小结：从目前的设计思路来看，丰田短期内做的就是围绕50-60kwh来做小型轿车和SUV的电池系统，目标市场是中国、欧洲和日本，这台车也慢慢在中国开始推广，我们可以关注这台车的销售情况。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 丰田 BEV电池系统
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