名厂方案：看丰田如何应对锂电池内短路？

对电动汽车而言，安全永远是第1位的。从今年的各种政策、规范和标准，国家也正是这样的一种思路导向，首先要保证安全性，在此基础上，会进一步对相关的其他性能提指标，如能量密度等。

尽管丰田在今年才宣布要正式开发纯电动汽车，不过这个临国的汽车巨头其实在锂电池方面的研究还是很有一套，并且应该很有效果，值得琢磨下。

　　丰田自1997年率先量产其混合动力汽车Prius以来，便一直在混合动力汽车市场占据绝对的领导地位，2003、2009年又发布了Prius二代和三代，不过都是使用的NiMH电池。

　　直到2011年Prius Alpha，开始使用锂电，此时的锂电池为一代锂电池。

　　在2016年，第4代Prius，丰田开始使用最新的二代锂电池。

 

 

在锂电池的研发上，丰田的思路是：第1代锂电池解决安全可靠性问题，尤其是强调电芯的自身的安全性；第2代锂电池，强调更好的性能，高能量密度，高功率。

　　影响锂动力电池的风险因子，丰田分析包括：过充、外短路、碰撞、内短路。

　　对于过充，系统层面，采用双检测系统，同时对电芯和模组的电压进行检测；对于外短路，系统层面主要是通过电流关断系统和主回路保险丝方案。

　　电芯层面应对过充和外短路主要思路是，当达到一定温度时，能自动切断电流，这主要是通过对材料、电极和结构来实现。

　　对于碰撞，总的思路是通过车身和电池包本身的结构强度来进行防护，而在电芯层面，丰田是下了一番工夫研究，采用了“隔热层”（Heat Resistant Layer，HRL）设计。HRL也被用来应对电芯的内短路风险，因为电芯的内短路，目前整个系统层面是毫无应对方案的。

 

 

隔热层HRL的主要思路为，将HRL置于正负极之间，能够阻止在极端情况下，隔离膜的塌缩，从而即使在急剧温升时也能保证电芯一定的阻值。在第1代锂电池上，HRL被涂在电芯的正极上。

 

 

丰田第1代锂电池示意图

　　通过测试验证表明，这种设计方案能较好的应对内短路。

 

 

测试方法（改进的JISC8714测试方法）

 

 

测试结果

　　为了验证1代锂电池的安全可靠性，丰田于2006-2009年推出150辆示范车辆去跑，2011年才正式用于量产的Prius Alpha。通过对这些车辆电池数据的收集与分析，基本论证了1代电池的设计方案。在1代电池的基础上，进一步研发满足各种高性能要求的2代锂电池。