剖析丰田IZOA和UX300e电池包的集成设计

在雷克萨斯发布了UX 300e后,国内合资品牌一汽丰田率先推出了奕泽 E进擎(IZOA)这辆兄弟款纯电动SUV。

这两款车都是基于丰田的TNGA架构,动力配置也基本一致,所不同的大概就是外观和内饰了。

我们可以根据弈泽E进擎来进一步了解丰田的这个电池系统设计。

总体方案:

电池包在整车的位置以及外观如下所示:

这个电池包的模组、系统集成由丰田自已设计,电芯采用的是松下的方形电芯(PHEV2,NCM523)。整包的电量为54.3kWh,比能为131Wh/kg,这样可以推知,电池包的重量为414.5kg。

系统共有11个模组,最下面一层为8个模组,每个模组有27个电芯,共216个电芯;电池包后部还有一排3个上层模组,这3个模组为稍小,每个模组共24个电芯,共72个电芯;这样,整个电池包共288个电芯。

中间布置高压通道,BMS位于后方上层模组的上面,MSDK位于上盖中间的区域,高压控制器则在前端的“三角形区域中”。

这个模组属于大模组设计,横向布置的方案,国内也有不少企业在用了。

与整车的集成

丰田的这个包在与整车的集成方面下的功夫比较多,主要是完成对于电池包结构安全上的防护,在电池包与整车安装后,会有一层“井”字型防护板再将整个包集成到车底盘,这个结构防护主要包括底部的冲击和来自后部的撞击,具体如下所示:

  • 纵梁2和3分别有两部分构成,2a和3a位于车身前部,2b和3b位于车身后部;2a/3a和2b/3b连接处向上凸起;2b/3b的前端与后端分别与车身横梁4和5连接,构成加强筋结构。

  • 后支架50主要起后碰撞防护作用:有两个部分构成,连接部分51和垂直部分52;其中,连接结构51与下箱体底部27连接;53紧固部分与整车横梁5通过螺栓连接。

  • 在发生碰撞时,车身后部的结构如后悬60,会直接与后支架50的垂直结构部分52发生挤压,而不是直接与电池包壳体。后支架受挤压会将一部分碰撞力传递给后悬,如F1方向所示;一部分碰撞力会传递给下箱体底板27、车身纵梁5,如F2、F3;F1会传递给车身,F3通过横梁5、F2通过箱体底部41纵横梁也传递给车身。

  • 箱体在碰撞的作用下,会发生变形,呈V字形,模组与箱体内壁之间的距离保证了模组在碰撞情况下不与箱体发生挤压。

电池系统模组摆放区域分为两块,分别为R1和R2;二者以整车重心所在的位置为分界线。

  • R1区域共4个大模组;R2区域共4个大模组,3个小模组。

  • D1、D2、D3、D4分别为模组至上、下箱体内表面的距离。

  • 上盖凸起的部分24,恰好位于整车纵梁4、5之间。

  • 在R1区域,下箱体底部加强筋横梁41C/D/E/F分别位于每个模组的下方。

密封与风冷

上盖与下箱体的密封由两部分实现,一个是密封胶条,一个是胶条下面的涂装。

电池包采用主动风冷设计,但它巧妙的利用了空调制冷剂回路,将冷风吹入电芯的周边;风道沿着电池包两侧进行布置,这个设计可以作为侧面撞击时的缓冲区,起到一定的防护。

风冷有个问题需用额外解决,就是冷凝水,这个还没有在实际包的设计中看到,需用拆开来才能确认。从丰田的专利可以发现,它有一些特别的设计来解决这个问题:

  • 如上图中的右图,用于存放冷凝水的存储器80位于下箱体下方,风道开口和下箱体底板开口正对着cooler,这样当冷凝水在cooler表面形成时,会在重力作用下滑落到存储器内腔81a中;内腔81b设计有透气膜90,以保证水蒸汽可以穿过,而水与灰尘无法通过,丰田给出的一个可选膜为Gore-Tex。

在制热方面,丰田采用的是电加热器,共11个,每个模组下方各一个。

总体的来看,这个包的设计吸收了不少Prius的元素,本身Prius的模组也可以称得上是大模组,此外也比较重视后期的可维护与可拆解性。

日本企业在电池系统上的设计风格还是比较明显的,从目前来看,无论是丰田、本田、日产还是三菱,仍以风冷为主,有大量线束的使用,标准化的趋势不明显,对整包空间的利用也没有刻意追求,等等。

技术上慢了一个拍的节奏,但产品如何,要看市场的反应。



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