Taycan上市已经有一段时间了,大家关注的主要是一些直观性能,比如暴躁的2.8s百公里加速,33米的制动距离,以及怎么开都不会过热的热管理系统。
但作为汽车工程师,我更关注的是,保时捷的工程师是如何在现有的产业链条件下,做出一套能工作在800V的高压系统的。随着它逐步上市,能够收集到的资料越来越多,我今天来大家做一个简单的解析。
先说总体感受。特斯拉的最大价值,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,做了开创性的东西。
但在这个世界上,还有很多传统车企,比如保时捷,对于汽车设计是有一整套的方法论的。怎么在原有基础上改变,去符合未来的诉求,很多地方需要改变,需要好好摸索。
当然对于Taycan来说,成本方面空间很大,在很多不确定的问题面前,工程师可以通过堆钱,来弥补。
四个电压平台
虽然我们说这辆车是首个800V量产,但最有意思的是,Taycan实际上有多达4个电压平台,800V、400V、48V和12V。
普通的电动汽车,只会有两个电压平台——高压和低压。
高压一般是400V左右,用于驱动车辆和电空调压缩机,甚至驱动热泵或PTC用来制热。低压则是12V,则负责驱动车上所有的控制器,以及娱乐、车身等用电需求。
在Taycan上多出来的两个电压平台,48V一般用在微混车型上,用来辅助发动机提升热效率降低油耗。
而800V,是Taycan最大的特色。
那为什么我们会在Taycan身上,史无前例地看到了4个电压平台?
800V
800V 的存在,来源于Taycan对于动力的特殊需求。
因为驱动系统功率太大,内阻消耗发热功率P=I^2R,R不变的情况下电流上升一倍,发热功率上升4倍。
而系统输出功率P=UI,想要在确保输出功率(P不变)的同时,降低电流(I),保时捷的工程师,只能通过提升电压(U)的方法来实现。
通过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。
400V
400V的存在,更多是因为这两个看上去比较奇葩理由。
一是保时捷的工程师,暂时还找不到工作在800V电压平台的电空调压缩机。所以只能选用一个400V的方案,并且为其配备一个专用的DCDC来进行转换。
我和德国工程师朋友交流时了解到到,下一代800V的空调压缩机将会出来,所以很有可能用在下一代车型上。这个专为电空调压缩机而单独配备的DCDC,就会被取消掉。
另外一个原因,则是因为保时捷的用户,很有可能找不到800V的快充桩。我们看看这个国内的某个快充桩的铭牌就知道,它是有一定的输出电压范围的(这个是200-500V)。如果电池的电压高于这个范围,充电无法进行。
能够适配800V的充电桩的概率,在国内很少很少。但也不可能不让Taycan的车主到国家电网的充电桩上充电,所以保时捷的工程师,必须要为用户配备一个兼容400V充电桩的转换装置。
48V
48V的存在,是单独为PDCC这个配置设计的,为的是达到更佳操控性。
PDCC(Porsche Dyanamic Chassis Control ,动态底盘控制)是为了使得车辆底盘的操控可变,而设计的一整套主动悬架中的一部分。PDCC就是一个主动横向稳定杆。
因为这套系统需要快速响应车身状态,将横向稳定杆扭动到位,12V的电压难以支撑。在传统车的保时捷车上,PDCC也需要48V的电压才能运转。
所以Taycan上做了这么一个价值3万多的选装配置。如果你点了PDCC的选装,就等于你的Taycan,多了一个电压平台。
12V
12V是其他车身电子、娱乐设备和控制器工作的电压平台,为此配备了12V的磷酸铁锂的电池。
不同电压平台怎么转换?
有这么多电压平台,自然少不了DCDC(直流-直流)转换器在其中来回变换。
从下面的图里,我们可以看到有两个大盒子。第一个是负责从800V的电池取电,转换为400V、48V和12V的DCDC。这个盒子等于是三个DCDC塞在一起,从硬件结构上,真的有点复杂。
这里的两个图,分别是选装了PDCC和没有选择时,车辆DCDC的外形。可以清楚看见,如果没有选装,将会没有48V的正负极接头。
Taycan上超级复杂的DCDC
在上面这个DCDC的下方,还放着一个400V升800V的高压充电器。就像这样:
400V升800V的高压充电器
毕竟Taycan是在800V平台上第一个吃螃蟹的人,400V转800V的零件之前没有任何车企有需求,之前我一直猜猜这将会是一个非隔离、可以调压的DCDC产品。
实际原理图公布后我才发现,这是一个充电泵——利用高频元器件,将电压翻倍的策略来实现的。
这个产品的特点是不需要线圈,通过通讯线直接告诉外部的直流充电桩,车辆实际实际需求电压的1/2,然后通过电压泵将电压拉回来。
充电泵的原理采用60Hz的控制频率,先让电路为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来实现的。
这是一个比较简单而直接的方式。不过想想也是,400V转800V这个本来来源就很鸡肋的需求,还是使用在Taycan这样不是走量的车型上,没有必要投入很大的人力物力做一个精妙的系统,有时候简单粗暴不失为一个方案。
400V=>800V的电压泵
Taycan是保时捷在电动化在运动、豪华方面的一次全面试水。在它身上我们看到了全球独一份的量产800V解决方案;当然也看到了为了实现800V,而不得不采取的很多简单粗暴、不甚优雅的技术解决方案。如果说Model 3是不断在做减法,那Taycan则不断在做加法。
这有点暴力堆砌意味的手法,可能与汽车工程师心目中既完美,又优雅的911,有一定的差距。
但是回头细想,作为在技术前端领域探索的产品,不能简单将Taycan与成熟发展几十年的911简单类比。保时捷的工程师虽然有很大的成本和重量空间可以发挥,也毕竟也要基于产业链和基础设施现状,也要为了产品的时间进度,作出合理的妥协。
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