保时捷Taycan-保时捷最近发布的纯电动运动型轿车最大马力为750(551.6千瓦),500公里加速0-96公里/h为2.6s,充电电压为800伏,WLTP欧洲里程达448公里,NEDC续航里程为55公里。本文主要参考欧洲专业媒体通过采访保时捷工程师获得的最新保时捷-泰坎的工程细节进行分享。" "
Taycan有两个版本,一个是turbo,一个是turbo。两种车型都能保持马力616马力(453千瓦)10秒。两种车型可以保持他的最大功率和扭矩2.5s,他的最大速度达到256公里/h。
通过保时捷宣传Taycan多次连续加速0-100公里/h(26次),他的扭矩衰减加速时间相差不到1s。在42摄氏度的环境温度下,Taycan在24小时耐力跑中完成了2100公里,充电24小时,最终平均速度达到了142公里/h。这表明,Taycan稳定的电机电池性能保证了稳定的高速性能。
下面,我们将通过电源设备(电池、变速器、电动机)和充电、车身、底盘三部分详细了解一下Taycan。
1.动力传输
(马达、电池、变速器)
马达
Taycan前后使用永磁同步电动机,此后电动机功率为449马力,406 lb-ft(550Nm,turbor S最高可提供450lb-ft-610Nm),永磁同步电动机为异步电动机(Tesla使用异步电动机)
Taycan电机采用hairpin女性辫子的方式,这为传统方式提供了更高的性能和效率,但在高速上容易造成交流流失,造成性能问题,因此特别注意早期设计。但是hairpin的方式并不是保时捷独有的。很久以前通用汽车和本田就已经在Volt和PRIUS上使用了。
变速箱
不是说电动车没有变速箱。其实都有。一般是管制道,和传统燃油车差不多的主减速器。但是,Taycan使用的是双速变速箱,第一档速比约为16: 1,第二档速比为8.0533601。
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Taycan 的后桥集成了电机,变速箱,动力逆变器(600a) 整个外壳由铝浇筑而成大概170公斤。由于是双速所以他 有一个基于离合器的电子限滑差速器这是一个非常有意思的设计毕竟当前没有一家主流汽车采用双速离合器。
保时捷宣称采用双速变速箱主要还是考虑提高效能同时优化高速和低速的加速性能,最近ZF宣传的他的双速变速箱也是同样的优点。
这个双速变速器最大扭矩是406lb-ft(550Nm),但是奇怪的是他标称他后电机最大输出扭矩是610nm。后轴驱动模块设计的尽可能紧凑从而确保后备箱有更充裕的空间。
值得一提的是Taycan的变速箱只有一个执行器但却可以实现一档,二档,空档,倒档以及停车档,通过上图的变速器主轴你可以看到执行器,它驱动两个与爪形离合器和多片式离合器相连的操纵杆。在多片式离合器内部有一个行星齿轮组,确保第一个齿轮的传动比
在一档时,多片式离合器是打开的,爪形离合器是关闭的,行星齿轮组产生16比1的比例。当换到二档时,爪形离合器打开,多片式离合器关闭,挡住了行星齿轮组,通过这种阻挡,从而避免了这个齿轮组的损失,提高效率。
在输出轴是连接带电控限滑的差速器这个是和当前很多保时捷车配置一样的。
与捷豹i-Pace一样,单速前驱模块也同样吸引人,它采用了同轴变速器设计。变速器直接用螺栓固定在电机的端部,电机位于前轮之间的轴中心线上。事实上,其中一个前等速轴实际上通过电机转子的中心钩住变速器。
下图同样为前轴电机。逆变器装配在电机上部。
前轴动力单元参数如下:
前轴的两种逆变器分别重量为71和76公斤。其中最大峰值的逆变器和后轴的最大峰值是一样,但保时捷工程师否认他们共用同一个型号零件。
前轴的同轴变速箱有两个行星齿轮但却比逆变器质量小的多才15公斤的无油质量,他的减速比和后轴二档一样8.05. 他的加速最大扭矩达332lb-ft(450Nm),反方向能量回收最大扭矩为221lb-ft(300Nm)。很有意思的是Taycan 能量回收主要由前轴执行最大回收功率为265kw,最大的减速度为0.39g。前轴变速箱采用水冷。
双速变速箱如何换档
既然Taycan 采用两档变速箱,那么最有意思的就是他们如何工作,分别优势是什么。通过下图轮边扭矩和速度关系图可以看出,在一档的情况下:在大概100km/h的时候一档的扭矩优势丧失,同时在130km/h的时候电机达到16000转的最大转速,这样的话对于高速加速很不利了;这个时候他标定为在100km/h的时候升入二档从而实现传输更多的扭矩来达到最优加速性能。
当然保时捷指出换档策略不是一成不变的,他是与驾驶模式强相关的,在高里程和正常模式下是优先使用二档从而实现高效,同时某些情况下Taycan能够切断后轴变速器连接从而实现前驱。当然只实现后驱是不行的前轴没有离合器。
下图为他的换档策略,同时可知他有三种驾驶模式高续航模式,普通模式,运动模式。高里程模式时候只有倒档时候以及非常高的扭矩需求时候使用一档。正常模式时候只有大油门才使用。运动模式下低速默认使用一档当速度达到75km/h时候才升档。
说当换档肯定会想到换档速度,由于两速直接速比非常大,所以他的换档速度是没有双离合快的,但是保时捷透露换档过程中动力是没有中断的。
电池以及充电
Taycan 电池包由33个模组组成,每个模组含有12个64.6amp的LG 电池软包电芯(了解电池包装结构电机,这个是和捷豹IPACE很相似采用软包LG电芯。但Taycan 把396个电芯分成两部分进行并联这就让电池包的电压达到了800V高压,目前鲜有量产车达到这个高压。
这样Taycan的电压实际介于610V(电池耗尽)到835V(电池满电)之间,标称723V,最大容量为93.4KWH,小于特斯拉MODEL S 的100KWH。
通过上图电池布置,细心的朋友肯定发现,他的布置有意思多了一个前鼓包在燃油车时代这是布置变速箱的空间,后面多一个下凹的。这个主要是为了让顾客达到最佳空间体验,前鼓包布置的是电池管理系统,后下凹电池移动到乘客座椅下面。同时细心的朋友会发现DC 还有on-board charger ,一般电动车都不会有的,这里卖个关子下文会讲到。
Taycan 采用800v的架构从而实现效率,性能以及充电速度更快。他的整车质量达到了2313kg 这个比I PACE和Tesla model s 都要重。按照当前400V电动车快充折算Taycan 能够达到270kw的快充但是其实为了达到电池寿命的保护这是不可能的。但是保时捷电池的head说他们准备的这个800v的架构其实可以达到400v更多的峰值充电功率,只要未来电池技术更好了。
相对来讲由于电压升高了,理论上来讲可以用更细的高压线,从而减少线路损耗,也能减少整车线束质量。但是问题产生的是当前市场上很少支持800v的充电桩。所以他们自己开发充电桩。
保时捷宣称22.5分钟之内让电池从5%冲到80%,最大充电功率为270kw,最大承受电流为334 安培,这个峰值大概发生在40%的SOC 时候。超过40%就需要限制充电功率保护电池。
当然不止电池的SOC影响充电功率,气温同样影响,如上图所示电池最佳充电环境温度在25-35度之间,随着SOC的增加而下降。
所以保时捷表示在30度时候是他的最佳充电温度能够达到他广告宣传的270kw 和22.5分钟充到80%的目标。不在这个温度区间时候他的电池热预热系统起作用,同时会根据驾驶员的意图去判断,例如你导航到一个快充的地方,这个时候他的充电管理系统会让电池温度保持在最佳温度及时当时环境温度为0度左右。
保时捷提到50kw的充电时候不需要任何预处理,充电口在前部两侧分别为交流和直流。充电口有意思的是保时捷提供充电口开关的破冰选装。可以通过手势或者中控控制。
通过Taycan的800V 270kw专属充电桩,22.5分钟可以充到80%,充电六分钟能够增加100km的续航。
但是当前基本上所有充电设施是400v左右的,那800V如何充电?所以上文提到他有一个DC on-board他兼容当前市面上的DC充电让电压升到800V。但他的充电功率只有50kw,充电到80%需要93分钟,半个小时充电增加续航100公里。同时可以选装150kw的 DC on-board 这样的话36分钟可以充到80%。
Taycan同时提供240v的Level 2 交流充电桩,充电功率达到9.6kw,这样他大概花费10.5个小时充满。
2.车身以及电池包
车身机构以及电池包结构
基于电动汽车专用车身是非常不同于传统燃油车的车身,车身和电池包是非常基础重要的对于整车车身机构来讲。电池包通过28个螺栓固定占有整车刚度的10%,保时捷宣称Taycan是现有车型中底盘车身刚度最大的车辆。
Taycan电池包重量为630公斤,电池包连接车身有28个螺栓同时还有另外是个螺丝与副车架连接。电池包的支架大概150公斤他不但保护电池同时还对整车前后碰撞起到安全设计保障。
保时捷宣称:
防水外壳是一个三明治的夹层结构,由顶部的盖子和底部的隔板组成。桁架设计电池架之间安装有多个细分。冷却元件粘在隔板下面。电池外壳通过钢保护板固定。对于电池架,保时捷选择了轻质铝合金设计。
最明显的碰撞缓解部件之一是0.6英寸的挤压铝蜂窝结构,其长度与车门槛板相同(如下蓝色所示),有助于在侧面碰撞中保护蓄电池和乘员:
保时捷宣称车身终究是车身没有多大的差异,不过是碰撞传递路径以及材料的分配不同,和其他保时捷车辆差不多。
保时捷宣称Taycan 仍然使用钢作为地板和主要骨架的材料,并不像帕拉梅拉(保时捷另一款传统燃油轿车)采用铝多,主要考虑的是NVH(应该主要是路噪)。由于没有了发动机的噪声,采用冷轧钢比铝车身更优于路噪等控制。当然只是猜测也可能是由于成本控制。
多种不同材料组成的车身肯定离不开各种连接件
空气动力学以及冷却
Taycan风阻系数Turbo 版本的为2.2 Cd,Turbo S为 0.25,风阻系数重要影响因素为迎风面积,他的迎风面积25.1 square feet,特斯拉MODEL S大概是25.2 他的风阻系数为0.23。
如上图Taycan前脸主要为二个开口,左右两个开口除了为传统的16.5英寸的10缸制动盘散热 还为乘客侧的冷凝器,和驾驶员侧的散热器提供散热,而且这些热交换器都是带有主动控制类似于燃油车的主动进气格栅。车的中央布置雷达和摄像头,灯下的开口设计起来扰流作用让前面空气不进入轮胎区域。
底部平整包括了下控制臂等底盘件。
尾部采用提供三种不同位置的扰流板(停车的时候关闭,驾驶时候开启一点,性能模式开启最大),以及扩散器。
矩形制动散热导管同时和热交换器共用,在高里程模式下关闭保证高效空气动力,位于导管上方的空气悬架同样在高速巡航时候为车辆提供良好空气动力表现。
当讲空气动力的时候很难离开冷却,因为他们是强关联的,但是根据现有资料很难找到他们详细的资料,特别是高温循环,中温,低温三个环路怎么通过阀门控制。
大体通过图可知 车头部分有冷凝器和散热器帮助电池和驾驶舱供热,另外一个空调制冷器把电池包里面的热量通过冷却液带出来,同时也用于其他动力单元例如on-board charger,DC/DC,逆变器,变速箱以及电机。
保时捷在他的媒体资料如下写道:
在硬件方面,热管理系统由一个联网的管路系统组成,该系统带有一个冷却液散热器(前、左行驶方向)、三个冷却液泵、六个冷却液阀、两个风扇和十个冷却液温度传感器。他由空调系统的冷凝器(前部,右侧行驶方向)、单独的蒸发器(冷却器)和空调/冷却热交换器(Icond)等补充。
通过下图你能看到大部分的零部件包括位于电池包的电池底部的热交换器,类似于一排管子
当然仅凭以上几张图很难判断他冷却系统的工作,但是总的来说车头的模块包括逆变器,电机和变速器是直接从前侧散热器流出的液体冷却,流过这些模块之后变成红色带着热量流向散热器,然后在循环回到电机等需要散热的设备。
对于电池浅蓝色冷却液从乘客侧的冷凝器流出来进入压缩机在进入乘客舱的蒸发器最后进入冷却器,冷却剂流经电池组吸收热量产生较冷和较热的冷冻剂。较冷的冷却液(深蓝色)从冷却器中流出,回到电池组中冷却电池,而较热的制冷剂最终返回冷凝器,将热量排放到迎面而来的空气中。
当然以上都是猜测毕竟没有看到他的阀门。
3.底盘
通过上图你肯定会好奇,是不是Taycan和911以及帕拉梅拉共用了不少零件,答案是肯定的,至少在某种程度。
首先,通过上面的与911以及帕拉梅拉尺寸图比较,Taycan 的车头由于没有发动机是比燃油车要低,长度和高度比帕拉梅拉都要短和低但是他的驾驶员座姿要高。
保时捷团队的Ingo Albers博士表示Taycan的悬架源自于帕拉梅拉,同样团队也希望更多的共用零件然而也确实控制臂,衬套,轴承,轮架但是不能使用相同内燃机的副车架。
通过上图前后副车架的图片就显而易见,虽然后轴模块不是很大,但是电机,逆变器和变速器与帕拉梅拉的差速器非常不同,同时另外一个非常重要的原因重新设计副车架是安全,老的副车架是有风险在后碰的时候侵入电池模块,通过上图Ramp形状的设计让后碰的时候把驱动单元推上电池的上面从而防止电池包被入侵。
对于前悬架,不仅要考虑前碰撞对电池引发的安全隐患,同时由于Taycan是电动车所以没有了发动机,所以无法直接共用帕拉梅拉的前悬架,他会显得太突出太长,所以工程师们不得不把下控制臂以及空气悬挂设计的更低。
Taycan 配置后轮转向技术,3腔空气悬挂,电子控制稳定杆在转弯时候控制车身平稳,低滚阻轮胎。
4.其他
Taycan 有很多屏幕,他有一个炫酷科技是屏幕控制空调出风。
当然我们无从考证他的电器架构无法谈及。Taycan是豪华品牌继IPACE,EQC,E tron之后的又一款电动车,他续航没有tesla Model S高,他的售价比他高。他是以性能和格调的品牌,当然tesla 也在往性能发起挑战,Elon Musk说下周MODEL S将去纽伯格林。让我们拭目以待见证这个时代搅局者和守夜人的战斗。
根据David Tracy-An Extremely Detailed Look At The Porsche Taycan's Engineering Designed To Take On Tesla整理翻译。
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