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。

 

图 1 丰田设计的电池系统

 

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。