朱玉龙

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技术讨论|PPE 里面电池和充电设计

环形隧道

2022-11-21

作者: 朱玉龙

保时捷从大众集团拆分出来以后,正式发布电动平台架构 PPE ,之后又爆出来大众集团 SSP 新平台可能要延期。

我个人理解,随着集团做拆分处理,每个品牌的自由度更大了。对于奥迪和保时捷来说,这个 PPE 新架构可针对电动汽车特性优化布置和空间表现,满足不同驱动形式和不同性能级别的车型需求。而且预计到 2025 年,超过一半的保时捷新车将为纯电动或插电式混动车型,基于 PPE 的车型将是纯电动 Macan,这种走量的打法。一下子去切 SSP 并不合适,在这里有很重要的点,我觉得结合现在的信息来说一下。

▲图 1. 保时捷的 SSP 平台

800V 平台如何充电,在上一代的产品中,保时捷用了一个 DCDC,而现在的新设计中,也开始使用 "组合充电" 技术,即在实际充电过程开始之前,电池中相应的高压开关(闸门)会自动切换。这有效地将 800V 电池分成两个电池,每个电池的额定电压为 400V ,可以在一个 400V 充电桩并联充电。目前这种技术等于和 GM 的技术反着来,也就是说这么几家企业,都想着在充电状态下,把电池组灵活组合。

▲图 2.400V 和 800V 充电模式

PPE 的动力总成技术概览

PPE 平台是延续 800 伏架构,在动力总成上采用新一代的电机,配备先进的电池和充电管理系统。保时捷和奥迪共同开发了一个针对高端纯电动车的架构,它的益处是多方面的,例如在布置和空间方面。PPE 架构在轴距、轮距和离地间隙方面提供了很大的操作空间,可以实现不同细分领域的多种车型的需求。

动力系统的输出可达 450kW,扭矩超过 1000Nm ,包括后驱、四驱及不同性能级别的多种车型需求。使用发夹式绕组的永磁同步电机,纯电动 Macan 中,使用新一代的永磁同步电机,水套冷却系统进一步优化,功率密度最大化。进一步全面优化的例子是双 V 层,即转子中的磁铁排列。在这里由于 800V 系统,在后桥上的逆变器中使用碳化硅 SiC 模组。

▲图 3.PPE 的不同配置和选择

在电池系统里面,实际上是有两种配置的。

电池都从软包选成了方壳电芯,电芯的容量只有 67AH,每个模块 34 个电芯。

◎12 模块版本标称 204s2p ,系统电压 737V。

◎10 模块版本标称 170s2p,系统电压 614V。

在这里最重要的设计变化就是 "组合充电" 技术,即在实际充电过程开始之前,电池中相应的高压开关(闸门)会自动切换。将 800V 电池分成两个电池,每个电池的额定电压为 400V,可以在一个 400V 充电桩并联充电。

▲图 4.PPE 的充电设计

这个其实有点像之前奔驰做 EQC 的系统一样,把电池包分成两个部分,分别做一个独立的电池配电管理和预充系统。然后再用一组组合的接触器来实现两个电池包的串联和并联的切换。

◎串联:就是用一组继电器把两个电池包的正负极相连。

◎并联:用两组继电器把正极和负极分别并联起来。

设计的难点在于,原有的一组正负极需要保留。

▲图 5. 设计概念思考

这是一开始个别企业系列设计的基本逻辑,目前也开始扩展到各个车企。

▲图 6. 新的设计的可能性

高压部分的保护

从设计来看,把 800V 的电池分解成两部分电池,如果状态不一致,也可以先同步到一致的充电状态,然后再同时充电。从不同的企业来看,使用电气元件的布置方式来组合使用,通过高压接触器取代原来的东西,最主要还是为了效率。毕竟从成本来看,分成两部分以后,单个接触器的电流没升高太多。

目前保时捷已为其集成电源箱申请了专利,除了可以减少所需的电缆和重量外,还降低了成本。这个集成电源箱通过将车载交流充电器、高压加热器和直流 / 直流转换器这三个部件组合在一起以节省空间。

我是觉得这方面比较可惜,因为国内也有这方面的讨论,说到底还是要做出来才有好的设计。

小结:这个设计挺有意思的,我们可以持续追踪这个方案的落地

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