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保時(shí)捷Taycan充電方案(上)

2020/08/05
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這篇文章我想把 Taycan 的充電方面的構(gòu)思來(lái)內(nèi)容整理出來(lái),因?yàn)閮?nèi)容比較多,我想分兩篇來(lái)寫(xiě),上篇是外面的充電解決方案,包含慢充和快充,主要看保時(shí)捷開(kāi)發(fā)的一些模塊化的內(nèi)容,特別是家庭能量管理器和充電箱電源管理,包括模塊化的嵌入式控制器;第二部分有關(guān)于車(chē)內(nèi)的充電管控,主要涉及到不同國(guó)家的方案,包含 CCS、國(guó)標(biāo)和 Chademo 三種標(biāo)準(zhǔn)的支持,還有內(nèi)部的涉及充電管理的部分,和 E-tron 和 Model 3 做一些對(duì)比。

01. 保時(shí)捷交流部分

保時(shí)捷的充電管理部分,主要包括:

  • 家庭能量管理器:交流充電基礎(chǔ)設(shè)施中進(jìn)行負(fù)載管理的能量管理器,支持以太網(wǎng)、PLC 多種通信模式,作為聯(lián)網(wǎng)的中樞。

  • 保時(shí)捷移動(dòng)充電智聯(lián)單元:分成保時(shí)捷移動(dòng)充電器和保時(shí)捷移動(dòng)充電器智慧互聯(lián),前者是一個(gè)移動(dòng)單元,可以隨車(chē)使用,后者是作為家用充電樁的核心單元,可以嵌入到不同形式的充電樁里面。

圖 1 保時(shí)捷交流部分 

1) 家庭負(fù)載管理器 這個(gè)控制器主要分為局部的管理,涉及到負(fù)載管理、能源管理和價(jià)格管理:

  • 負(fù)載管理:當(dāng)交流充電器的電源功率負(fù)荷受限制,通過(guò)這個(gè)管理器來(lái)分階段降低連接的交流充電基礎(chǔ)設(shè)施的充電功率,以避免產(chǎn)生電力瓶頸(以停電形式) 

  • 如果局部電網(wǎng)設(shè)置了分時(shí)計(jì)費(fèi),可以在電價(jià)隨時(shí)間變化的情況下為保時(shí)捷移動(dòng)充電器智慧互聯(lián)進(jìn)行價(jià)格優(yōu)化 

  • 在使用太陽(yáng)能設(shè)施(同一個(gè)電源子網(wǎng)下),可以根據(jù)太陽(yáng)能的情況來(lái)優(yōu)化充電 

圖 2 家庭能量控制器

2) 充電終端 這里包含模式 2 移動(dòng)充電和模式 3 的固定充電樁,兩種變體,都支持 3.6-11kW 的。在這個(gè)控制器里面,主要包含必有的功能:

  • PE 監(jiān)測(cè)(交換式 PE)/ PE 故障電壓監(jiān)測(cè) 

  • 主電源插頭的溫度監(jiān)控操作 

  • 電流只能分兩檔降低 

前者是有 LED 來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示的,后者通過(guò) 5 英寸的觸摸屏,后者里面包含了很多的內(nèi)容:

  • 光伏優(yōu)化的充電(與光伏裝置的最佳交互) 

  • 價(jià)格優(yōu)化的充電(定義的充電時(shí)間設(shè)置) 

  • 充電電流可以按照 1A 來(lái)細(xì)分設(shè)置 

  • 支持 ISO15118 進(jìn)行 Plc 通信、支持 Wifi 和以太網(wǎng)通信 

  • 支持診斷和統(tǒng)計(jì)信息 

圖 3 交流充電終端 

 

02. 保時(shí)捷直流部分

直流快速充電是 Taycan 最重要的差異化,使用 800V 系統(tǒng)可以非??焖俚爻潆姡缦聢D所示這里使用了一個(gè)充電箱的充電管理器,和交流的部分相似,然后外置兩種不同配置的快充充電箱。

圖 4 保時(shí)捷直流部分概覽 

保時(shí)捷為這臺(tái)車(chē)配置了幾種解決方案,包括基本的充電箱和高級(jí)方案 

1) 充電箱具有集成的緩沖儲(chǔ)能設(shè)備,容許使用最大額定功率為 110kW 的保時(shí)捷,在需要的時(shí)候提供高達(dá) 320kW 的充電功率。這個(gè)集成的裝置包括電源組件、冷卻組件和集成的儲(chǔ)能電池作為能量緩存 Buffer。這個(gè)電源里面配置了 140kWh 電池 

2) 保時(shí)捷高級(jí)充電箱:由一個(gè)保時(shí)捷變壓器(或者隔離變壓器箱)、一個(gè)或多個(gè)電源箱以及冷卻箱組成。如下圖所示,可以擴(kuò)展為不同的系統(tǒng),由于電網(wǎng)對(duì)于低電壓的功率有限制,需要使用中壓的電源連接,所以這里設(shè)計(jì)了帶有集成電隔離的專(zhuān)用保時(shí)捷變壓器。

圖 5 充電箱 

小結(jié):從 PHEV 過(guò)渡到 BEV,保時(shí)捷其實(shí)在充電設(shè)施方面想了不少事情。

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筆者 朱玉龍,一名汽車(chē)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(chē)行業(yè)。我學(xué)的是測(cè)試和電路,從汽車(chē)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(chē)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(chē)仍是實(shí)現(xiàn)個(gè)人自由的不二工具,愿在汽車(chē)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。