二十年動(dòng)力電池研究，豐田告訴你套路多深！

    盡管豐田在2016年才宣布要正式開(kāi)發(fā)純電動(dòng)汽車(chē)，不過(guò)這個(gè)臨國(guó)的汽車(chē)巨頭其實(shí)在鋰電池方面的研究還是很有一套，并且應(yīng)該很有效果，值得學(xué)習(xí)。

    豐田自1997年率先量產(chǎn)其混合動(dòng)力汽車(chē)Prius以來(lái)，便一直在混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)地位，2003、2009年又發(fā)布了Prius二代和三代，不過(guò)都是使用的NiMH電池。直到2011年P(guān)rius Alpha，開(kāi)始使用鋰電，此時(shí)的鋰電池為一代鋰電池。在2016年，第4代Prius，豐田開(kāi)始使用最新的二代鋰電池。

    在鋰電池的研發(fā)上，豐田的思路是：第1代鋰電池解決安全可靠性問(wèn)題，尤其是強(qiáng)調(diào)電芯的自身的安全性；第2代鋰電池，強(qiáng)調(diào)更好的性能，高能量密度，高功率。

    影響鋰動(dòng)力電池的風(fēng)險(xiǎn)因子，豐田分析包括：過(guò)充、外短路、碰撞、內(nèi)短路。

    對(duì)于過(guò)充，系統(tǒng)層面，采用雙檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)電芯和模組的電壓進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)于外短路，系統(tǒng)層面主要是通過(guò)電流關(guān)斷系統(tǒng)和主回路保險(xiǎn)絲方案，電芯層面應(yīng)對(duì)過(guò)充和外短路主要思路是，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，能自動(dòng)切斷電流，這主要是通過(guò)對(duì)材料、電極和結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    對(duì)于碰撞，總的思路是通過(guò)車(chē)身和電池包本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行防護(hù)，而在電芯層面，豐田是下了一番工夫研究，采用了“隔熱層”（Heat Resistant Layer，HRL）設(shè)計(jì)。HRL也被用來(lái)應(yīng)對(duì)電芯的內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)殡娦镜膬?nèi)短路，目前整個(gè)系統(tǒng)層面是毫無(wú)應(yīng)對(duì)方案的。

    隔熱層HRL的主要思路為，將HRL置于正負(fù)極之間，能夠阻止在極端情況下，隔離膜的塌縮，從而即使在急劇溫升時(shí)也能保證電芯一定的阻值。在第1代鋰電池上，HRL被涂在電芯的正極上。

豐田第1代鋰電池示意圖

    通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證表明，這種設(shè)計(jì)方案能較好的應(yīng)對(duì)內(nèi)短路。

測(cè)試方法(改進(jìn)的JISC8714)

測(cè)試結(jié)果

    為了驗(yàn)證1代鋰電池的安全可靠性，豐田于2006-2009年推出150輛示范車(chē)輛去跑，2011年才正式用于量產(chǎn)的Prius Alpha。通過(guò)對(duì)這些車(chē)輛電池?cái)?shù)據(jù)的收集與分析，基本論證了1代電池的設(shè)計(jì)方案。在1代電池的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)滿足各種高性能要求的2代鋰電池。

    對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言，安全永遠(yuǎn)是第1位的。從去年的各種政策、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家也正是這樣的一種思路導(dǎo)向，首先要保證安全性，在此基礎(chǔ)上，會(huì)進(jìn)一步對(duì)相關(guān)的其他性能提指標(biāo)，如能量密度等。<