【Taycan深度解析系列-1】800V高压电气系统

汽车电子设计 2020-07-14





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,觉得德国工程师做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 

02


 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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