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【Taycan深度解析系列-1】800V高壓電氣系統(tǒng)

2020/07/14
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上周末的時(shí)候看到保時(shí)捷給售后做的一系列關(guān)于 Taycan 的各個(gè)部分的介紹,這里面有一些地方很有意思的。我想分幾個(gè)部分來(lái)介紹這些細(xì)節(jié),我想根據(jù)拿到的材料做這么幾個(gè)環(huán)節(jié)的初步分類(lèi):

1)Taycan 高壓和低壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì);?

2)Taycan 電池系統(tǒng)和充電策略?

3)整車(chē)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

4)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)?

這些材料讀了很多遍,覺(jué)得德國(guó)工程師電動(dòng)汽車(chē)做事情的思路是非常有特點(diǎn)的,當(dāng)然保時(shí)捷并不差錢(qián),所以后續(xù)和奧迪合作的 PPE 在成本結(jié)構(gòu)上面也會(huì)逐步往下走,需要給他們一些時(shí)間 備注:我相信特斯拉的最大價(jià)值其實(shí)是沿著迭代的套路,把動(dòng)力總成、EE 架構(gòu)和軟件有機(jī)的結(jié)合起來(lái)了,開(kāi)創(chuàng)了很多的東西,但是這個(gè)世界上設(shè)計(jì)汽車(chē)有之前工程部門(mén)有一整套的方法論,很多地方可能需要改變,但是怎么改變才能符合未來(lái)的訴求,這是最重要的事情

01?高壓部分的一些特點(diǎn)

Taycan 是第一個(gè)做 800V 系統(tǒng)的,但是實(shí)際上 Taycan 在設(shè)計(jì)的時(shí)候,在整車(chē)系統(tǒng)里面考慮了多個(gè)電壓系統(tǒng),包括 800V(動(dòng)力電池)、400V、48V 和 12V(LFP 電池),兩個(gè)電壓平臺(tái)是不具備電池做緩沖的。?

1) 800V 電壓和其他電壓系統(tǒng) Taycan 是具有多個(gè)電壓平臺(tái)的,如下所示:?

DCDC:這個(gè) DCDC 可有意思了,要把電壓轉(zhuǎn)化為 400V、48V 和 12V

熱管理系統(tǒng):空調(diào)壓縮機(jī)是 400V 的、PTC 是 800V 的?

圖 1 Taycan 的各個(gè)部分?

下面這個(gè)圖可能更清晰一些,紅色的都是 800V,最主要的是提供給前后逆變器。

圖 2 對(duì)應(yīng)的 Taycan 內(nèi)部的高壓總線(xiàn)?

2) DCDC 轉(zhuǎn)換器?

這個(gè) 800V=>400V,主要是提供給空調(diào)壓縮機(jī)的,據(jù)德國(guó)的工程師朋友交流,下一代 800V 的空調(diào)壓縮機(jī)會(huì)出來(lái),所以這個(gè) 800V 降壓到 400V 的會(huì)被取消掉。?

圖 3 Taycan 的 800V=>400V 和 12V&48V DCDC

這里面有三個(gè) DCDC,分別為 3.5kW、5.3kW 和 3.5kW 的三路 DC-DC 變換控制,從硬件結(jié)構(gòu)上有點(diǎn)復(fù)雜。?

表 1 對(duì)應(yīng)的功率

從能量管理來(lái)看,需要對(duì)高壓電池進(jìn)行能量管理,對(duì) 12VLFP 電池進(jìn)行管理,對(duì) 48V 的負(fù)載也需要做協(xié)調(diào)處理,這里的多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換的負(fù)載平衡是有點(diǎn)意思的。這個(gè)控制都是放在網(wǎng)關(guān)(保時(shí)捷的網(wǎng)關(guān)其實(shí)是和車(chē)身的融合,類(lèi)似 MEB 里面的 ICAS1 那樣具備復(fù)合的功能)里的。?

備注:以后我們分析 MEB 和 PPE 的細(xì)節(jié)的時(shí)候,可以就這些能量管理的軟件細(xì)節(jié)仔細(xì)整理下?

圖 3 高壓降壓管理器?

?高壓升壓器的設(shè)計(jì)考量

3)充電升壓器

由于有著這樣的設(shè)計(jì),保時(shí)捷 Taycan 的 400V 升 800V 高壓的充電器工作原理有點(diǎn)復(fù)雜,如下所示:?

圖 4 400V 升 800V 的高壓充電器?

之前一直以為這是一個(gè)非隔離可以調(diào)壓的 DCDC 產(chǎn)品,實(shí)際的原理是一個(gè)充電泵,通過(guò)高頻的切換把電壓泵上去翻倍的策略來(lái)做的,特點(diǎn)是不需要線(xiàn)圈,直接告訴外部的直流充電站 1/2 的實(shí)際需求電壓,然后通過(guò)電壓泵拉回來(lái)。充電泵的原理采用 60Hz 的控制頻率,先讓電路總為 C1 和 C2 充電,然后通過(guò) C1 和電壓源串聯(lián),讓輸出電壓的兩倍減去二極管的壓降。?

圖 5 400V=>800V 的電壓泵?

小結(jié):在閱讀了這份材料以后,我們能了解 Taycan 在選用 800V 上面有很多的取舍,在 800V 充基礎(chǔ)設(shè)施并不完備的時(shí)候,保時(shí)捷為了達(dá)到第二條視頻的效果,是付出了很大的代價(jià)的。

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筆者 朱玉龍,一名汽車(chē)行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車(chē)行業(yè)。我學(xué)的是測(cè)試和電路,從汽車(chē)電子硬件開(kāi)始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè),不過(guò)我相信未來(lái)衣食住行中的行,汽車(chē)仍是實(shí)現(xiàn)個(gè)人自由的不二工具,愿在汽車(chē)電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見(jiàn)解。