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【Taycan深度解析系列-1】800V高压电气系统

2020/07/14
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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

01 高压部分的一些特点

Taycan 是第一个做 800V 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 800V(动力电池)、400V、48V 和 12V(LFP 电池),两个电压平台是不具备电池做缓冲的。 

1) 800V 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 400V、48V 和 12V

热管理系统:空调压缩机是 400V 的、PTC 是 800V 的 

图 1 Taycan 的各个部分 

下面这个图可能更清晰一些,红色的都是 800V,最主要的是提供给前后逆变器

图 2 对应的 Taycan 内部的高压总线 

2) DCDC 转换器 

这个 800V=>400V,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 800V 的空调压缩机会出来,所以这个 800V 降压到 400V 的会被取消掉。 

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

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

表 1 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 12VLFP 电池进行管理,对 48V 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 

图 3 高压降压管理器 

 高压升压器的设计考量

3)充电升压器

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

图 4 400V 升 800V 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 60Hz 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。 

图 5 400V=>800V 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 800V 上面有很多的取舍,在 800V 充基础设施并不完备的时候,保时捷为了达到第二条视频的效果,是付出了很大的代价的。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。