保時捷Taycan核心電機傳動系統

保時捷Taycan核心電機傳動系統

電機技術及應用 發表於 2020-11-26 10:28:08

Taycan前後採用永磁同步電機，後電機動力更強提供449馬力，406 lb-ft（550Nm，但turbor S能提供到450lb-ft - 610Nm），永磁同步電機相對於感應電機（tesla 採用感應電機）他的優勢是高效（中低速更明顯），體積小，更好的散熱性能但價格相對高。

Taycan 電機採用hairpin女性扎辮子方式，這個方式對於傳統方式更加高了性能和效率，但在高速的時候容易導致交流的流失而且產生性能問題所以在早期設計特別注意。但hairpin 的方式不是保時捷獨有，很早之前通用和本田在他們的Volt和PRIUS上已經使用。

變速箱

不是說電動車沒有變速箱嗎，其實都有的，只有一般都是單速的類似於傳統燃油車的主減速器。但是Taycan 採用的是雙速變速箱，第一檔的速比大概為16：1，第二檔速比為8.05:1。

Taycan 的後橋集成了電機，變速箱，動力逆變器（600a） 整個外殼由鋁澆築而成大概170公斤。由於是雙速所以他 有一個基於離合器的電子限滑差速器這是一個非常有意思的設計畢竟當前沒有一家主流汽車採用雙速離合器。

保時捷宣稱採用雙速變速箱主要還是考慮提高效能同時優化高速和低速的加速性能，最近ZF宣傳的他的雙速變速箱也是同樣的優點。

這個雙速變速器最大扭矩是406lb-ft（550Nm），但是奇怪的是他標稱他後電機最大輸出扭矩是610nm。後軸驅動模塊設計的儘可能緊湊從而確保後備箱有更充裕的空間。

值得一提的是Taycan的變速箱只有一個執行器但卻可以實現一檔，二檔，空檔，倒檔以及停車檔，通過上圖的變速器主軸你可以看到執行器，它驅動兩個與爪形離合器和多片式離合器相連的操縱杆。在多片式離合器內部有一個行星齒輪組，確保第一個齒輪的傳動比

在一檔時，多片式離合器是打開的，爪形離合器是關閉的，行星齒輪組產生16比1的比例。當換到二檔時，爪形離合器打開，多片式離合器關閉，擋住了行星齒輪組，通過這種阻擋，從而避免了這個齒輪組的損失，提高效率。

在輸出軸是連接帶電控限滑的差速器這個是和當前很多保時捷車配置一樣的。

與捷豹i-Pace一樣，單速前驅模塊也同樣吸引人，它採用了同軸變速器設計。變速器直接用螺栓固定在電機的端部，電機位於前輪之間的軸中心線上。事實上，其中一個前等速軸實際上通過電機轉子的中心鉤住變速器。

下圖同樣為前軸電機。逆變器裝配在電機上部。

前軸動力單元參數如下：

前軸的兩種逆變器分別重量為71和76公斤。其中最大峰值的逆變器和後軸的最大峰值是一樣，但保時捷工程師否認他們共用同一個型號零件。

前軸的同軸變速箱有兩個行星齒輪但卻比逆變器質量小的多才15公斤的無油質量，他的減速比和後軸二檔一樣8.05. 他的加速最大扭矩達332lb-ft（450Nm），反方向能量回收最大扭矩為221lb-ft（300Nm）。很有意思的是Taycan 能量回收主要由前軸執行最大回收功率為265kw，最大的減速度為0.39g。前軸變速箱採用水冷。

雙速變速箱如何換檔

既然Taycan 採用兩檔變速箱，那麼最有意思的就是他們如何工作，分別優勢是什麼。通過下圖輪邊扭矩和速度關係圖可以看出，在一檔的情況下：在大概100km/h的時候一檔的扭矩優勢喪失，同時在130km/h的時候電機達到16000轉的最大轉速，這樣的話對於高速加速很不利了；這個時候他標定為在100km/h的時候升入二檔從而實現傳輸更多的扭矩來達到最優加速性能。

當然保時捷指出換檔策略不是一成不變的，他是與駕駛模式強相關的，在高裡程和正常模式下是優先使用二檔從而實現高效，同時某些情況下Taycan能夠切斷後軸變速器連接從而實現前驅。當然只實現後驅是不行的前軸沒有離合器。

下圖為他的換檔策略，同時可知他有三種駕駛模式高續航模式，普通模式，運動模式。高裡程模式時候只有倒檔時候以及非常高的扭矩需求時候使用一檔。正常模式時候只有大油門才使用。運動模式下低速默認使用一檔當速度達到75km/h時候才升檔。

說當換檔肯定會想到換檔速度，由於兩速直接速比非常大，所以他的換檔速度是沒有雙離合快的，但是保時捷透露換檔過程中動力是沒有中斷的。

電池以及充電

Taycan 電池包由33個模組組成，每個模組含有12個64.6amp的LG 電池軟包電芯，這個是和捷豹IPACE很相似採用軟包LG電芯。但Taycan 把396個電芯分成兩部分進行並聯這就讓電池包的電壓達到了800V高壓，目前鮮有量產車達到這個高壓。

這樣Taycan的電壓實際介於610V（電池耗盡）到835V（電池滿電）之間，標稱723V,最大容量為93.4KWH，小於特斯拉MODEL S 的100KWH。

通過上圖電池布置，細心的朋友肯定發現，他的布置有意思多了一個前鼓包在燃油車時代這是布置變速箱的空間，後面多一個下凹的。這個主要是為了讓顧客達到最佳空間體驗，前鼓包布置的是電池管理系統，後下凹電池移動到乘客座椅下面。同時細心的朋友會發現DC 還有on-board charger ，一般電動車都不會有的，這裡賣個關子下文會講到。

Taycan 採用800v的架構從而實現效率，性能以及充電速度更快。他的整車質量達到了2313kg 這個比I PACE和Tesla model s 都要重。按照當前400V電動車快充折算Taycan 能夠達到270kw的快充但是其實為了達到電池壽命的保護這是不可能的。但是保時捷電池的head說他們準備的這個800v的架構其實可以達到400v更多的峰值充電功率，只要未來電池技術更好了。

相對來講由於電壓升高了，理論上來講可以用更細的高壓線，從而減少線路損耗，也能減少整車線束質量。但是問題產生的是當前市場上很少支持800v的充電樁。所以他們自己開發充電樁。

保時捷宣稱22.5分鐘之內讓電池從5%衝到80%，最大充電功率為270kw，最大承受電流為334 安培，這個峰值大概發生在40%的SOC 時候。超過40%就需要限制充電功率保護電池。

當然不止電池的SOC影響充電功率，氣溫同樣影響，如上圖所示電池最佳充電環境溫度在25-35度之間，隨著SOC的增加而下降。

所以保時捷表示在30度時候是他的最佳充電溫度能夠達到他廣告宣傳的270kw 和22.5分鐘充到80%的目標。不在這個溫度區間時候他的電池熱預熱系統起作用，同時會根據駕駛員的意圖去判斷，例如你導航到一個快充的地方，這個時候他的充電管理系統會讓電池溫度保持在最佳溫度及時當時環境溫度為0度左右。

保時捷提到50kw的充電時候不需要任何預處理，充電口在前部兩側分別為交流和直流。充電口有意思的是保時捷提供充電口開關的破冰選裝。可以通過手勢或者中控控制。

通過Taycan的800V 270kw專屬充電樁，22.5分鐘可以充到80%，充電六分鐘能夠增加100km的續航。

但是當前基本上所有充電設施是400v左右的，那800V如何充電？所以上文提到他有一個DC on-board他兼容當前市面上的DC充電讓電壓升到800V。但他的充電功率只有50kw，充電到80%需要93分鐘，半個小時充電增加續航100公裡。同時可以選裝150kw的 DC on-board 這樣的話36分鐘可以充到80%。

Taycan同時提供240v的Level 2 交流充電樁，充電功率達到9.6kw，這樣他大概花費10.5個小時充滿。

責任編輯：lq

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