作为 911开发者,热量管理可以说是保时捷工程师的拿手好戏。汽车臀部安装4-500千瓦发动机,意味着即使热效率达到40%,高性能输出也必须同时冷却相同能量的热量。
但是电动车有截然相反的苦恼。电机效率至少在90%以上,余热源不大,热量反而成为宝贵的资源。
所以电动车的热管理系统需要在不断散热和收集热量之间,在传动系部件、充电装置、高压电池等部件的热管理系统之间进行微妙的平衡和取舍。
感谢您收看这篇文章视频版内容。指标最强吗?工程师分析保时捷泰can热管理系统。
因此,Taycan具有非常复杂的车辆热管理系统——Taycan具有4个电压平台,同时还具有多达4.5套热管理循环3354空调循环、高温、中温、低温电路和热泵电路(可选)。
传统电动车需要冷却电池,因此有3-4套独立的冷却循环。但是,Taycan的4.5种循环的特点是,分别负责不同的部件,同时尽可能相互合作,合理分配热量。
从这张图中我们可以看出,复杂的热量管理线遍布整个车辆。还有一个零件边,它有绕着四个不同回路的水管。不管是看实体零件图还是结构拓扑,这个系统都很复杂,但没关系。让我们依次查看一下。
01空调循环
第一个是空调循环。它的功能是冷冻。准确地说,夏天应该足够凉爽。
核心是电动空调压缩机,也是这个部件,Taycan可以制造更多400V的电压平台。其他主要部件与现有汽车基本一致。
我们前面提到的4.5套热管理系统,这个多余的半循环就是热泵空调。选择热泵空调的话,会再出一个冷却液冷凝器部件。空调压缩机供给制冷剂的能量不会通过空气冷凝器损失,而是去高温回路。
热泵的原理是通过热循环将舱外的热量输送到驾驶舱,从而更有效地为车辆提供热量。换句话说,热泵的存在是为了让车跑得更远。
事实上,很多汽车都有热泵,特斯拉从最新型号Y开始配备热泵空调。
02高温电路
空调循环负责制冷,它负责散热。内燃机消失后,它成为汽车热需求的来源。通过800V驱动的PTC访问系统
行加热。
如果选装了热泵空调,-5度以上用热泵,PTC用在更低温度。高温回路会根据乘客对于温度的设定,来调节输出功率,所以不会出现冬天空调不够暖和这种情况。
当然,如果只能给乘客舱加热,那这套系统的功能就太单一。所以多余的热量还必须可以通过混合阀向中温和低温回路供热,对驱动部件、高压电池和充电基础结构进行预加热或加热。
这有点类似于冬天启动发动机之后,发动机会促使水温快速上升到工作温度,让这些零件尽快进入工作状态。
比如在冬天将导航目的地预设为超充站后,提前加热电池到理想的温度,以提高充电效率。
03 中温回路
中温回路主要负责对前桥和后桥的电驱动部件进行冷却或加热。由于这些部件对温度区间范围相对不敏感,不像电芯温度既不能高又不能低那么娇气,所以被定义为中温回路。但是对于高性能车来说,确保稳定的高性能输出,还是这辆车动力系统最重要的性能指标。
上周文章提到,保时捷工程师费尽心机设计一套全球独一份,复杂无比的800V系统,主要就是为了降低系统的电流导致的发热,以确保动力系统工作在稳定的温度区间,也是为这中温、低温两套回路服务的。
驱动桥里,主要需要冷却的是通过大电流的部件——电机控制器里的IGBT功率元器件,和电机定子里的Hair-pin绕组。特别是功率元器件,在他们小小的身板里瞬时要通过巨大的电流,一脚油门下去,他们的温度,可能会在很短的时间内从常温,飙升到100℃以上。
尤其是Taycan这样的运动型车,如果在赛道里激烈驾驶,一脚油门下去电机满功率输出,弯前一脚刹车,电机回收能量还是满功率输出,出弯后又是一脚油门到底。
如果没有强劲的冷却,功率元器件会立刻过热,不是限功率就是烧毁。所以这套中温回路一旦做不好,就肯定会成为Taycan持续高性能输出的瓶颈。对于这台打响保时捷电动化品牌的车来说,非常重要。
04 低温回路
低温回路也就是负责为动力电池进行热管理的回路,主要是对电池降温,也可以顺便给车载的慢充充电器降温,还能和高温回路配合,对电池进行预热。
降温时热能可以通过带膨胀阀的热交换器,将热量直接释放到空调循环,利用空调的压缩机进行冷却。加热的时候,则是通过转换阀以及带膨胀阀的热交换器上的接口,连接到中温回路获得热量。
可以看出,性能优良的电池一般都非常娇贵,夏天要吹空调,冬天要吹暖气。只有这样才能确保车辆随时都能有良好的性能输出。
最后我们梳理一下整套冷却系统的设计思路,会发现,和电压平台一样,Taycan的工程师是在主动做加法,没有发现像Tesla Model 3那样,用电机废热加热电池这样主动做减法的骚操作。
Taycan看似不大,实则重量2.3吨。总体还是有些“铺张浪费”,但凡这车再小一些,价格区间再低一些,也不可能这么豪放地堆砌零件。
作为高端的试水产品,保时捷这样做问题不大,也有足够的成本、重量和布置的空间。但下一款保时捷的电动车上,工程师应该会对热管理系统进行更合理的优化。
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