图说保时捷PPE架构的电池与充电设计
卡门精选2022-11-24
大公司行业
预计到2025年超过一半的保时捷新车将为纯电动或插电式混动车型。

本文来自微信公众号“2030出行研究室”(ID:PHD2030MRL),作者:朱玉龙,未来汽车日报经授权发布。

从大众集团拆分出来以后,保时捷正式发布了电动平台架构PPE,之后爆出大众集团的SSP新平台可能要延期的消息。我个人的理解是,随着集团做拆分处理,每个品牌的自由度更大了。

对于奥迪和保时捷来说,这个PPE新架构可针对电动汽车特性优化布置和空间表现,满足不同驱动形式以及不同性能级别的车型需求。而且预计到2025年,超过一半的保时捷新车将为纯电动或插电式混动车型,基于PPE架构的车型将会是纯电动Macan这类走量的打法。一下去切换SSP并不合适,这里有很重要的点,可以结合现在的信息来聊一聊。

图1 保时捷的SSP平台

800V平台如何充电?在上一代的产品中,保时捷用了一个DCDC,而在新的设计中,也开始使用“组合充电”技术,即在实际充电过程开始之前,电池中相应的高压开关(闸门)会自动切换。这有效地将800V电池分成两个电池包,每个电池包的额定电压为400V,可以在一个400V充电桩并联充电。目前这种技术相当于和GM的技术反着来,也就是说这几家企业都想着在充电状态下把电池组灵活组合。

图2 400V和800V充电模式

PPE的动力总成技术概览

PPE平台是延续800V架构,在动力总成上采用新一代的电机,配备先进的电池和充电管理系统。保时捷和奥迪共同开发了一个针对高端纯电动车的架构,它的优势是多方面的,例如在布置和空间方面。PPE架构在轴距、轮距和离地间隙方面提供了很大的操作空间,可以实现不同细分领域的多种车型的需求。

动力系统的输出可达450kW,扭矩超过1000Nm,包括后驱、四驱及不同性能级别的多种车型需求。使用发夹式绕组的永磁同步电机,纯电动Macan中,使用新一代的永磁同步电机,水套冷却系统进一步优化,功率密度最大化。进一步全面优化的例子是双V层,即转子中的磁铁排列。在这里由于是800V系统,在后桥上的逆变器中使用碳化硅SiC模组。

图3 PPE的不同配置和选择

在电池系统里面,实际上是有两种配置的。

电池都从软包换成了方壳电芯,电芯的容量只有67AH,每个模块34个电芯。

· 12 模块版本标称204s2p,系统电压737V。

· 10 模块版本标称170s2p,系统电压614V。

在这里最重要的设计变化就是“组合充电”技术,即在实际充电过程开始之前,电池中相应的高压开关(闸门)会自动切换。将800V电池分成两个电池包,每个电池的额定电压为400V,可以在一个400V充电桩并联充电。

图4 PPE的充电设计

这个其实有点像之前奔驰做EQC的系统,把电池包分成两个部分,分别做一个独立的电池配电管理和预充系统。然后再用一组组合的接触器来实现两个电池包的串联和并联的切换——

1)串联:就是用一组继电器把两个电池包的正负极相连。

2)并联:用两组继电器把正极和负极分别并联起来。

而设计的难点在于,原有的一组正负极需要保留。

图5 设计概念思考

这是最开始个别企业系列设计的基本逻辑,现在也开始扩展到各个车企。

图6 新的设计的可能性

高压部分的保护

从设计来看,把800V的电池分解成两部分电池,如果考虑不一致,也可以先同步到一致的充电状态,然后再一起充电。从不同的企业来看,使用电气元件的布置方式来组合使用,通过高压接触器取代原来的东西,最主要还是为了提高效率。毕竟从成本来看,分成2部分以后,单个接触器的电流也没太多。目前保时捷已为其集成电源箱申请了专利,除了可以减少所需的电缆和重量外,还降低了成本。这个集成电源箱通过将车载交流充电器、高压加热器、直流/直流转换器这三个部件组合在一起以节省空间。

我是觉得这方面比较可惜,因为国内也有这方面的讨论,说到底还是要做出来才有好的设计。

小结:这个设计挺有意思的,我们可以持续追踪这个方案的落地。

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