保時捷Taycan鋰離子高壓蓄電池解析
來源 |智享新動力
保時捷Taycan是純電動車輛，許多原先的其他機械部件已被帶電部件取代。例如，不再有機械驅動的交流發電機或機械驅動的真空泵。但是，車輛仍然具有12V車輛電氣系統或48V車輛電氣系統。因此，Taycan中的電壓水平各不相同。Taycan高壓電氣部件如圖1所示。
圖1 Taycan高壓電氣部件
一、保時捷Taycan中的電壓水平
Taycan(引數|圖片)具有多個電壓水平，以便為所有高壓和低壓部件供電，這些部件如圖2和表1所示。
圖2 不同電壓水平的部件
表1 不同電壓水平的部件名稱
各個高壓部件的電源。高壓部件透過高壓電纜相互連線，如圖3和圖4所示（三線的為交流電）。
圖3 高壓部件的電纜連線
圖4 供電系統結構拓撲
二、鋰離子高壓蓄電池
保時捷Taycan Turbo S的鋰離子高壓蓄電池（以下簡稱高壓蓄電池）作為承重元件透過螺栓固定在車輛下方的中央，總重630kg，如圖5所示。
圖5 高壓蓄電池
高壓蓄電池內部包括總共396個袋式電池，它們以198s2p配置安裝在33個模組中。33個高壓蓄電池模組分兩層放置。底層包含30個模組，頂層包含另外3個模組。800A保險絲串聯在模組18和19之間。在發生短路電流的情況下，將會中斷高壓蓄電池的供電。高壓蓄電池構造如圖6所示。
圖6 高壓蓄電池構造
1.高壓蓄電池殼體底部 2.高壓蓄電池殼體頂部 3.頂蓋 4.底蓋 5.冷卻液入口 6.冷卻液出口 7.石子衝擊塗層 8.傳熱板 9.模組 10.母線 11.電控箱 12.高壓蓄電池控制模組 13.前部高壓連線 14.後部高壓連線 15.底部停放缺口
高壓蓄電池殼體透過等電位連線線與車身進行導電連線。帶有高壓蓄電池的整合控制單元的電控箱安裝在蓄電池上。高壓蓄電池模組的控制單元（即所謂的單電池模組控制器—CMC）安裝在模組的側面。
高壓蓄電池上下部蓋板的框架由陰極浸入式塗層的擠壓鋁型材製成，並透過結構黏合劑永久性地連線到蓋板上。蓋板還透過自攻螺釘與框架連線，該螺釘提供導電連線。
為了補償高壓蓄電池殼體中的任何壓力差，整個高壓蓄電池系統配備了壓力補償元件。高壓蓄電池是地板下的電池，完全密封以防潮溼，符合IP6k7/IP6k9k防護等級要求。
高壓蓄電池殼體的底部透過可單獨更換的衝擊保護層來保護，以防止外部影響作用於車輛底部。
注意：如果車輛長時間停放，高壓蓄電池的充電狀態會降低，因為12V蓄電池會自動充電。如果高壓蓄電池的電量低於10％，則12V蓄電池不再充電。
1.電池模組
1個模組由12個單電池組成，如圖7所示。
圖7 電池模組
每個單電池的標稱電壓為3.65V，容量為66Ah。
在並聯的情況下增加單電池的容量，在串聯的情況下增加電壓。在模組的6s2p（6個串聯，2個並聯）配置中，這會導致標稱模組電壓為22V，模組容量為132Ah，如圖8所示。
圖8 模組的6s2p
除了增加容量以外，還有其他優點。在功率需求特別高的情況下，透過各個單電池的電流在並聯時減半。特別是在低溫下，這與6s1p配置相比將帶來效能優勢。
模組編號：模組的編號從1到33。編號從負極端子開始，因此正極端子的編號為33，即從負電勢到正電勢編號，如圖9所示。
圖9 模組連線和下層編號
第二級包含模組18、19和20以及高壓蓄電池保險絲，如圖10所示。
圖10 模組連線和上層編號
模組通訊。各個模組透過TPL兩線匯流排與高壓蓄電池的控制模組通訊。因此，從控制模組到高壓蓄電池的4條TPL線到達所有33個模組，TPL總線上的鏈中最多可以連線9個使用者，如圖11所示。
圖11 高壓蓄電池模組通訊
TPL（轉換物理層）：傳輸率2Mbit/s，每條訊息40bit。為了增強保護以防止高壓蓄電池的高壓端和低壓端之間發生串擾，這條TLP通訊線路的兩個控制單元均設有電隔離裝置。因此，雙電流隔離增強了兩個電壓水平之間的保護。單電池模組控制器（CMC）。
高壓蓄電池模組的CMC安裝在模組的短邊上。CMC由模組電壓供電，它是模組的控制器，並構成與高壓蓄電池控制單元通訊以及與車輛通訊的基礎，如圖12所示。
圖12 CMC板
CMC的最重要任務是：（1）6節單電池的電壓測量；（2）從兩個模組溫度感測器和一個板載溫度感測器讀入；（3）被動平衡，最大100mA。單電池平衡。高壓蓄電池中的獨立單電池在特定充電狀態（SoC）範圍內持續充電和放電。
如果單電池容量出現偏差，則整個工作範圍將受到偏差最大的單電池的限制。為了實現最高效率，各個單電池的容量必須幾乎相同。單電池平衡就用於實現此目的，並且如果單電池在充電時達到 SoC 限制，或者車輛處於靜止狀態一段時間，單電池平衡則會啟用，如圖13所示。
圖13 單電池平衡
單電池平衡是被動進行的。換言之，能量透過電阻器以熱量形式散發。單電池平衡由高壓蓄電池的控制單元控制和監視。僅可透過獨立單電池放電實現單電池平衡。
車輛停放60min後，一旦單電池的容量差異約為2％（120mAh），就會開始單電池平衡過程。只要高壓蓄電池的SoC超過30％，就會進行喚醒並每60min檢查一次平衡引數。
2. 高壓蓄電池的熱量管理
必須對高壓蓄電池進行調節，以便以最佳方式利用其效能容量。高壓蓄電池設計用於-30~50℃的工作範圍。低於-30℃時，高壓蓄電池允許的電流限制為0A。
此時將不再能夠啟用車輛的驅動系統。從55℃開始，高壓蓄電池的電流以線性方式降低到60℃的極限。高於60℃時，將斷開電源接觸器，或者如果車輛準備好執行，則接觸器不閉合。拆下的高壓蓄電池可儲存在-40~60℃之間的溫度下。
單電池模組的熱量管理透過具有以下要素的控制迴路執行：
（1）CMC中單電池模組內部的溫度測量。
（2）從相應的單電池模組透過匯流排傳輸到高壓蓄電池的控制單元。
（3）透過PWM訊號控制冷卻液流向高壓蓄電池的冷卻液泵的流速。
（4）冷卻液透過高壓蓄電池框架底側的熱交換器將熱能傳遞到鋁製底座。
（5）熱能在導熱膏的幫助下透過鋁製底座流到單電池模組外殼並調節單電池溫度。
蓄電池模組配有導熱膏，可以更好地將模組的底面與高壓蓄電池的框架之間的熱量傳遞到冷卻板。除了改善熱量傳遞效果之外，導熱膏還具有填充模組底面和框架之間任何不平整的任務。
高壓蓄電池在低溫冷卻迴路中冷卻。蓄電池模組透過導熱膏將熱量傳遞到蓄電池殼體。
冷卻液流過散熱器，散熱器透過導熱黏合劑與蓄電池殼體黏合並由彈簧座圈載入。冷卻液的溫度透過高壓蓄電池的冷卻液溫度感測器1和2在高壓蓄電池的上游和下游進行測量。
冷卻液透過高壓蓄電池的冷卻液泵在高壓蓄電池中迴圈。如果低溫迴路中的冷卻不再充分，則可以使用激冷器在製冷劑迴路中透過冷卻液進行冷卻。
在低溫下，可透過高壓加熱器（PTC）對高壓蓄電池進行加熱，例如在充電過程中。