保时捷Taycan动力传动系统

文章来源: EDC电驱未来 发布时间:2020-03-04
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Taycan前后采用永磁同步电机,后电机动力更强提供449马力,406 lb-ft(550Nm,但turbor S能提供到450lb-ft - 610Nm),永磁同步电机相对于感应电机(tesla 采用感应电机)他的优势是高效(中低速更明显),体积小,更好的散热性能但价格相对高。

电机部分

Taycan前后采用永磁同步电机,后电机动力更强提供449马力,406 lb-ft(550Nm,但turbor S能提供到450lb-ft - 610Nm),永磁同步电机相对于感应电机(tesla 采用感应电机)他的优势是高效(中低速更明显),体积小,更好的散热性能但价格相对高。

Taycan 电机采用hairpin女性扎辫子方式,这个方式对于传统方式更加高了性能和效率,但在高速的时候容易导致交流的流失而且产生性能问题所以在早期设计特别注意。但hairpin 的方式不是保时捷独有,很早之前通用和本田在他们的Volt和PRIUS上已经使用。


变速箱

不是说电动车没有变速箱吗,其实都有的,只有一般都是单速的类似于传统燃油车的主减速器。但是Taycan 采用的是双速变速箱,第一档的速比大概为16:1,第二档速比为8.05:1。

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,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。

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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