【Taycan深度解析系列-1】800V高壓電氣系統(tǒng)

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

1)Taycan 高壓和低壓電氣系統(tǒng)設計;?

2)Taycan 電池系統(tǒng)和充電策略?

3)整車熱管理系統(tǒng)設計?

4)驅(qū)動系統(tǒng)的特點?

這些材料讀了很多遍,覺得德國工程師電動汽車做事情的思路是非常有特點的,當然保時捷并不差錢,所以后續(xù)和奧迪合作的 PPE 在成本結(jié)構(gòu)上面也會逐步往下走,需要給他們一些時間 備注:我相信特斯拉的最大價值其實是沿著迭代的套路,把動力總成、EE 架構(gòu)和軟件有機的結(jié)合起來了,開創(chuàng)了很多的東西,但是這個世界上設計汽車有之前工程部門有一整套的方法論,很多地方可能需要改變,但是怎么改變才能符合未來的訴求,這是最重要的事情

01?高壓部分的一些特點

Taycan 是第一個做 800V 系統(tǒng)的,但是實際上 Taycan 在設計的時候,在整車系統(tǒng)里面考慮了多個電壓系統(tǒng),包括 800V(動力電池)、400V、48V 和 12V(LFP 電池),兩個電壓平臺是不具備電池做緩沖的。?

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

DCDC:這個 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)壓縮機是 400V 的、PTC 是 800V 的?

圖 1 Taycan 的各個部分?

下面這個圖可能更清晰一些,紅色的都是 800V,最主要的是提供給前后逆變器

圖 2 對應的 Taycan 內(nèi)部的高壓總線?

2) DCDC 轉(zhuǎn)換器?

這個 800V=>400V,主要是提供給空調(diào)壓縮機的,據(jù)德國的工程師朋友交流,下一代 800V 的空調(diào)壓縮機會出來,所以這個 800V 降壓到 400V 的會被取消掉。?

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

這里面有三個 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)上有點復雜。?

表 1 對應的功率

從能量管理來看,需要對高壓電池進行能量管理,對 12VLFP 電池進行管理,對 48V 的負載也需要做協(xié)調(diào)處理,這里的多個電壓轉(zhuǎn)換的負載平衡是有點意思的。這個控制都是放在網(wǎng)關(保時捷的網(wǎng)關其實是和車身的融合,類似 MEB 里面的 ICAS1 那樣具備復合的功能)里的。?

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

圖 3 高壓降壓管理器?

?高壓升壓器的設計考量

3)充電升壓器

由于有著這樣的設計,保時捷 Taycan 的 400V 升 800V 高壓的充電器工作原理有點復雜,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非隔離可以調(diào)壓的 DCDC 產(chǎn)品,實際的原理是一個充電泵,通過高頻的切換把電壓泵上去翻倍的策略來做的,特點是不需要線圈,直接告訴外部的直流充電站 1/2 的實際需求電壓,然后通過電壓泵拉回來。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 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 充基礎設施并不完備的時候,保時捷為了達到第二條視頻的效果,是付出了很大的代價的。

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筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產(chǎn)業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車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解。