朱玉龙

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2021-02-23

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「Taycan 深度解析系列-1」800 V 高压电气系统

  1. 保时捷 Taycan
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引言

上周末的时候看到保时捷给售后做的一系列关于 Taycan 的各个部分的介绍,这里面有一些地方很有意思的。我想分几个部分来介绍这些细节,我想根据拿到的材料做这么几个环节的初步分类:

1) Taycan 高压和低压电气系统设计

2) Taycan 电池系统和充电策略

3) 整车热管理系统设计

4) 驱动系统的特点

这些材料读了很多遍,觉得德国工程师做电动汽车做事情的思路是非常有特点的,当然保时捷并不差钱,所以后续和奥迪合作的 PPE 在成本结构上面也会逐步往下走,需要给他们一些时间

备注:我相信特斯拉的最大价值其实是沿着迭代的套路,把动力总成、 EE 架构和软件有机的结合起来了,开创了很多的东西,但是这个世界上设计汽车有之前工程部门有一整套的方法论,很多地方可能需要改变,但是怎么改变才能符合未来的诉求,这是最重要的事情

高压部分的一些特点

Taycan 是第一个做 800 V 系统的,但是实际上 Taycan 在设计的时候,在整车系统里面考虑了多个电压系统,包括 800 V (动力电池)、400 V 、48 V 和 12 V( LFP 电池),两个电压平台是不具备电池做缓冲的。

1) 800 V 电压和其他电压系统 Taycan 是具有多个电压平台的,如下所示:

DCDC:这个 DCDC 可有意思了,要把电压转化为 400 V、48 V 和 12 V

热管理系统:空调压缩机是 400 V 的、PTC 是 800 V 的

Taycan 的各个部分

下面这个图可能更清晰一些,红色的都是 800 V,最主要的是提供给前后逆变器。

对应的 Taycan 内部的高压总线

2) DCDC 转换器

这个 800 V => 400 V,主要是提供给空调压缩机的,据德国的工程师朋友交流,下一代 800 V 的空调压缩机会出来,所以这个 800 V 降压到 400 V 的会被取消掉。

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

这里面有三个 DCDC,分别为 3.5 kW、5.3 kW 和 3.5 kW 的三路 DC-DC 变换控制,从硬件结构上有点复杂。

对应的功率

从能量管理来看,需要对高压电池进行能量管理,对 12 VLFP 电池进行管理,对 48 V 的负载也需要做协调处理,这里的多个电压转换的负载平衡是有点意思的。这个控制都是放在网关(保时捷的网关其实是和车身的融合,类似 MEB 里面的 ICAS1 那样具备复合的功能)里的。

备注:以后我们分析 MEB 和 PPE 的细节的时候,可以就这些能量管理的软件细节仔细整理下

高压降压管理器

高压升压器的设计考量

  1. 充电升压器

由于有着这样的设计,保时捷 Taycan 的 400 V 升 800 V 高压充电器的工作原理有点复杂,如下所示:

400 V 升 800 V 的高压充电器

之前一直以为这是一个非隔离可以调压的 DCDC 产品,实际的原理是一个充电泵,通过高频的切换把电压泵上去翻倍的策略来做的,特点是不需要线圈,直接告诉外部的直流充电站 1 / 2 的实际需求电压,然后通过电压泵拉回来。

充电泵的原理采用 60 Hz 的控制频率,先让电路总为 C1 和 C2 充电,然后通过 C1 和电压源串联,让输出电压的两倍减去二极管的压降。

400 V => 800 V 的电压泵

小结

在阅读了这份材料以后,我们能了解 Taycan 在选用 800 V 上面有很多的取舍。

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