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【Taycan深度解析系列2】 800V電池對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2020/07/16
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在 Taycan 的設(shè)計(jì)中,800V 的電池系統(tǒng)有哪些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)值得我們仔細(xì)去剖析,這里面有以下的一些內(nèi)容值得我們仔細(xì)看一下,以下內(nèi)容主要分為高壓電氣布置充電管理和 CMU 的設(shè)計(jì)兩部分。結(jié)構(gòu)上,這個(gè)電池包的結(jié)構(gòu)礦體是通過(guò)擠壓鋁型材來(lái)做的,底部采用了抗石擊膠,電池底部的可以更換沖擊保護(hù)層。

圖 1 Taycan 動(dòng)力電池系統(tǒng)的部件介紹

01.?高壓電氣布置和能量管理

首先這個(gè)電池的連接排布挺特別的,電池模組的排號(hào)是按照順序進(jìn)行考慮,以一個(gè)最小的環(huán)路設(shè)計(jì)來(lái)考慮的:?

1) 從 1-13 號(hào)模組,上下 4 個(gè)模組形成一個(gè)小回路形成 3 個(gè)組

2) 14-26 的排布就沒(méi)有太多規(guī)律而言?

3) 28-33 是進(jìn)行串行排布 注意,主系統(tǒng)的熔絲是放在二層模組的,有個(gè)單獨(dú)的熔絲盒。?

圖 2 電池系統(tǒng)內(nèi)模組的連接?

高壓配電盒,在 Taycan 里面包含:

高壓電流和電壓測(cè)量傳感器、前后逆變器驅(qū)動(dòng)的保險(xiǎn)絲(350A+350A),主系統(tǒng)熔絲放在二層模組、 霍爾電流傳感器 、用于高壓正負(fù)極的接觸器、 帶 30 歐姆預(yù)充電電阻的預(yù)充電接觸器?

高壓系統(tǒng)是采用預(yù)充放在負(fù)極上的策略,高壓系統(tǒng)啟用的時(shí)候,采用以下的高壓接觸器順序如下:高壓正極前端、高壓正極后端、高壓負(fù)極預(yù)充電,最后是高壓負(fù)極。系統(tǒng)下電的時(shí)候,順序和上面相反。在碰撞等緊急狀態(tài)下,接觸器才會(huì)采取同時(shí)斷開(kāi)的控制策略。?

圖 3 高壓配電盒的設(shè)計(jì)?

電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)功能定義,在這里保時(shí)捷也做了定義,電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高壓蓄電池的功能安全和監(jiān)控和溫度管控(啟動(dòng)高壓蓄電池的冷卻液泵),主要的功能包括:?

故障存儲(chǔ)和故障記憶輸出、 監(jiān)測(cè)高壓電池和單電池的充電狀態(tài) SOC 、 單電池 / 蓄電池的容量計(jì)算、蓄電池 SOH 老化計(jì)算、監(jiān)測(cè)絕緣電阻、電流級(jí)別監(jiān)測(cè)、發(fā)生故障時(shí)切斷高壓系統(tǒng)、均衡控制、在 CAN 總線上輸出和輸入數(shù)據(jù)、高壓蓄電池的診斷和 控制高壓蓄電池的冷卻液泵?

整個(gè)電池系統(tǒng)的能量管理是放在外部的控制(網(wǎng)關(guān))進(jìn)行的,嚴(yán)格來(lái)看保時(shí)捷設(shè)計(jì)了圍繞整車的很復(fù)雜的一套能量管理策略和整車的駕駛操控相配合,如下面的應(yīng)急管理的做法就是從整車的角度來(lái)設(shè)計(jì)和管控的。?

圖 4 整車能量管理?

Taycan 為什么 EPA 的續(xù)航里程比較低,主要就是這里考慮了挺多的余量,下面設(shè)計(jì) 7%就要立即充電了,這些控制點(diǎn)是弄得比較保守。?

圖 5 應(yīng)急模式和系統(tǒng)管理

02.CMU 的設(shè)計(jì)

說(shuō) CMU 以前,如下所示,這個(gè)模組(內(nèi)部有 12 個(gè)電芯)是采用先串聯(lián)再并聯(lián)的方式進(jìn)行的。每個(gè)電芯的標(biāo)稱電壓為 3.65 伏,容量為 66Ah,通過(guò)配置以后模塊電壓為 22V,模塊容量為 132Ah。?

圖 6 模組的配置情況?

這個(gè) CMC 由模塊電壓供電,主要的任務(wù)是采集溫度(模組內(nèi) 2 個(gè)溫度點(diǎn)+CMC 本身一個(gè)溫度點(diǎn))和電壓把數(shù)據(jù)傳輸給 BMS,CMC 具有被動(dòng)均衡電路,設(shè)計(jì)最大的均衡電流為 100mA 備注:保時(shí)捷把均衡的策略做了一些基本的介紹,車輛停放 60 分鐘后,檢測(cè)到電池之間的容量差異超過(guò) 2%的時(shí)候 (120mAh),就會(huì)進(jìn)行電芯均衡,以上的檢測(cè)在整體的電池 SoC 超過(guò) 30%,就會(huì)進(jìn)行喚醒并每 60 分鐘檢查一次容量差異?

圖 7 CMU 的照片?

CMU 是按安裝在每個(gè)模組的側(cè)面,CMU 的核心 AFE 采用的是 NXP 的 MC33772,通信方式采用了 4 條 TPL 總線,按照每條 TPL 最高 9 個(gè) CMC 通信的方式進(jìn)行配置,電池系統(tǒng)總體分 4 個(gè)區(qū)域連通所有的 33 個(gè)電池模組(1x9+3x8 = 33CMC),這里考慮防止高低壓之間的串?dāng)_采用了變壓器隔離。?

圖 8 CMC 的系統(tǒng)框圖?

?

小結(jié):其實(shí)我是覺(jué)得電動(dòng)汽車的賣點(diǎn),不僅僅是三電系統(tǒng)。在 Taycan 這臺(tái)車的宣傳上,保時(shí)捷可能沒(méi)有特別想好,所以有點(diǎn)處處被動(dòng)

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筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測(cè)試和電路,從汽車電子硬件開(kāi)始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè),不過(guò)我相信未來(lái)衣食住行中的行,汽車仍是實(shí)現(xiàn)個(gè)人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見(jiàn)解。