保时捷Taycan:电动汽车的800V纪元

作者简介:

朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,目前从事新能源汽车电子化工作,10年以上的新能源汽车专业从业经验,在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践,著有《汽车电子硬件设计》,开设《汽车电子设计》公众号。

保时捷的第一款纯电动汽车Taycan,还有半个月就要在法兰克福车展发布了,这段时间保时捷开始在中英美三个全球主要市场对Taycan的原型车进行巡展——分别在上海保时捷体验中心、英国古德伍德速度节、纽约ABB国际汽联电动方程式锦标赛中为这款车预热。

今天的这篇文章,我们来看一下这台不一样的跑车。

电动汽车的发展,随着特斯拉的一路引领,总的来说同质化是相对严重的,而去年发布的捷豹I-PACE和奥迪e-tron,在豪华电动汽车领域都没有能对特斯拉带来多大威胁。所以保时捷要打好自己的首发车型,需要做一些高性能、有亮点,符合高价产品需求的纯电产品。

目前来看,豪华电动汽车已经形成了一个能够盈利的细分市场,但在这个规模不大的市场,是需要拿出绝活来的。所以保时捷Tycan,希望从动力总成入手,从充电性能、加速性能等方面成为下一代的标杆电动力总成系统。

它选择在电压等级上进行提升——从现有主流的400V升高一倍,达到800V这一等级。

图1 Taycan的尺寸介于911和Panamera之间

而保时捷的策略确实得到了回报,目前这台车具有以下的几个版本,而且已收到了3万多个订单(预付2500美金)。

表1 保时捷Taycan的不同版本:

第一部分 整体架构

如下图所示,保时捷Taycan采取了完整的800V电池架构,电池系统采用800V高压,电动力总成,包括电驱动、电力电子、充电系统等也都采用800V的系统——这个架构等于把所有的高压系统800V升级了。而和后面发布的奥迪电动跑车e-tron GT的布置图一对比,可以发现:

两台车采取完全相似的动力总成架构;

电池系统通过中央通道的空间实现前后分电配给,由于充电接口配置在前方,有一个前电力电子单元可进行升压控制,在电池包前后方各有一个输出接口。

保时捷Taycan的母线电压比较高,这使得Taycan在非Ionity的充电网络上,快充会比较困难。解决这个问题的办法是,通过一个前升压系统,把传统的400V升高到800V的高压母线,这样可以实现车辆在常规充电站上也能进行补电。实际上800V的高压架构是一种系统设计过程,Taycan是通过J1平台的更改,通过考虑系统的配置、子系统的调整实现整体的设计目标。

图2 保时捷Taycan高压架构系统示意图

在这张图里面,我们可以看到快充连接器是直接通过和前功率模块相连接,然后统一输入到电池里面。而这个电池上面的配电盒,起到了非常重要的作用,这里对整体的高压连接简化,也还有部分的连接没有显示出来。

图3 保时捷Taycan的前功率电子模块

关于Taycan的驱动系统,目前没有更多的资料披露出来,现有的规格如下:两台电动机,综合最大输出功率为440kW,约600马力。后驱系统采用的是二档变速系统,是车辆的主驱,也是能从0-200km/h持续保持加速的关键。

第二部分 Tycan 的800V电池系统

如果我们把保时捷Taycan的电池系统和奥迪e-tron的电池进行对比,可以发现一部分相似性:

400V和800V系统都采用基本的390模组作为基础单元,主要供应商都是LG化学;

布置上主体都采用了3排模组来分割车身宽度的做法;

从目前参考信息1来看,Taycan的96kWh采用了34个模组,一共408个电芯。但与e-tron对比,Audi采用了36个模组,432个电芯;核算来看,还有些不确定的地方,理论上这两颗电芯应该相似。

图4 保时捷Taycan的电池系统

从电池系统框架来看,一层可以布置基本的模组(目前算下来一层的正好是28个),然后根据需要在电池托盘可以容纳的区域和二层增加,这个设计应该和Audi e-tron增加模组的方式实现不同的梯度。从设计上来说,减少模组会使得电压下降,对于低版本的功率输出和快充速度都是有一定影响的。在这个电池系统里面,采用的是集成一体化的冷却托盘,电芯通过底部冷却的方式传递热量。

图5 保时捷Taycan的电池系统布置情况猜测

我们按照单个模组的关系,80kWh、28个模组来布置,得到两个电池系统的平台电压如下所示,这个离我们预想的800V的母线电压还是有一些距离。

在这个电池模组内,有别于e-tron的4个并联电芯3组串联(4P3S),Taycan采用2个并联然后6组串联的方式(6P2S),这样算下来模组的电压为22V左右;

在28个模组串联以后,则整体电压平台为616V左右,34个模组串联为750V左右,这样能最大程度在不同配置上采用相同的模组,但是低版本的电压会有所降低。

图6 保时捷不同电池版本的母线电压

第三部分 充电方案

如图所示,Taycan随车配的是11kW充电机,并可以加装到22kW,这主要是面向家内的充电。在外,可以通过经销商搭建的快充网络和公共充电网络(美国是Electrify America,欧洲是Ionity的充电网络,保时捷宣布车主在这些网络上可以免费充电三年)。在充电功率方面,目前第一阶段提供的大约是在250kW,后续可以升级到320-320kW,真正实现这台车的快充价值。在兼容性上,也可以通过车内的升压控制来兼容400V 50kW的普通快充来实现对车辆的补电。

图7 保时捷Taycan的充电策略

小结:

随着保时捷Taycan的量产,从设计目标层面800V系统开始正式走上了历史舞台,这将加速高端电动汽车的竞争和带动电动汽车在充电性能方面的发展。我们看到奔驰把它的电动系统平台建立在400V,并且分成两个大模组也是考虑到以后可以更容易地往800V切换(两个改为串联,电池方面的问题就解决大半了),所以,未来会有更多的高端跑车跟随这条高附加值的路线。

文|朱玉龙

图|朱玉龙网络及相关截图

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