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工程师的三观被特斯拉颠覆了,Model3的电池竟然可以永远不下电

2019-08-22 作者:ROB
导语:最近听工程师朋友说了一件非常神奇的事情——Model 3在停车锁门之后竟然还带着,高压电!就好比一辆传统汽车,即使你下车之后,它也可以永远不熄火!
最近听工程师朋友说了一件非常神奇的事情——
Model 3在停车锁门之后
竟然还带着,高压电!
就好比一辆传统汽车,即使你下车之后,它也可以永远不熄火!
一般来说,纯电动汽车在类似传统车“熄火”状态时,高压电池里会有一个开关,将电池内部的高压电与外部的电路连接断开。


因为如果没有这个功能,全车部分高低压用电器,都将永远处于工作的状态。白白耗费一些能量,这些用电器的寿命或许也会受到影响。
然而,真的有款车在这方面尝试了不走寻常路。不错,就是那个最特立独行的,连仪表都取消掉的特斯拉Model 3。

?
今天将和大家一起来探讨两个很有趣的问题:
1. 为什么Model 3 的高压动力电池一直不断开连接?
2. Model 3不下电的设定会对高压系统配置、工作模式产生哪些影响?

为什么Model 3 的高压动力电池一直不断开连接?

静态电流的概念被颠覆了!

Model 3用户手册


Model 3在用户手册里已经写明——即使 Model 3 未行驶,电池也会非常缓慢地放电,为车载电子设备供电。电池会以约每天1%的放电速度放电。
下图是一位用户的实测结果,Model 3动力电池的静置耗电是真实存在的,目前每天消耗1%的SOC(电量)。

Model 3用户的电量静态消耗实测结果


我们来算一算。基于Model 3电池电量75kWh,即75度电估算,每天消耗750Wh,就是0.75度电。一个传统12V蓄电池的电量约为600Wh (12V*50Ah)。也就是说,动力电池每天消耗1%SOC,相当于每天把12V蓄电池里的的能量100%放出。
换句话说,一辆特斯拉Model 3即使一动不动放在那里,每天都要消耗一块传统12V小电瓶的电量!


而且,Model 3的静态电流是很大的。传统蓄电池的静态电流一般在50-80mA。如果按蓄电池电压12V计算,Model 3的“静态”工作电流为2.6A。


或许只有在高压电池完全放完之后,电子电器的控制逻辑,才会对静态电流起约束作用。
的确是这样,特斯拉也在Model 3的手册里写清楚了,电池放电到0%可能导致车辆组件损坏。为防止完全放电,当显示的电量降至约0%时,Model 3 才会进入低功耗模式。
在此模式下,电池停止支持车载电子装置和辅助12V电池。

Model 3用户手册

这也就是高压动力电池一直不断开连接的核心原因。整个系统,围绕“在各种模式下提供Online的服务”这一目的,需要有31.2W的功耗。对于这个量级的能耗需求,12V蓄电池是无法支撑的。
究其原因,Model 3的这块控制板(多媒体控制系统)一直在工作。整个娱乐系统、数据系统在不停工作。在开发出“哨兵模式”以后,如果车辆处在哨兵模式,车辆还将对外围环境做记录。这些功能,无疑都将会对能耗提出需求。

Model 3的多媒体控制器

下图是国外实际用户的大数据统计结果——静态耗电所损失的续航里程。最夸张的一天,一台静置的Model 3能消耗表显30km的续驶里程,按照每天8%左右在释放能量。


这对整个高压系统的配置、工作的模式又会产生哪些影响?

DCDC的布置
DCDC,即高压直流/低压直流转换器。它的功能是将动力电池组的高压电转换成12V、24V低压电。既能给低压用电器供电,又能给辅助蓄电池充电。如下面所示是Model 3的电气原理图,可以发现:


· DCDC一直在工作,或者工作时间很长。
因为根据实际用电情况,12V电池需要提供较高的功率作为Buffer(缓冲),DCDC需要随时为12V电池补电。同时,因为DCDC开着,主正/主负需要一直闭合。
·并且,我们没有在电池系统中找到“预充电回路”。
电池包两端并联有逆变器,逆变器内有大电容存在。根据电容的原理,直流电源接通瞬间,其两端相当于短路,电流极大。可能导致电池包继电器粘连,也就是电池包的开关粘住了,关不掉,或者电池保险丝烧断等严重的后果。

现有的新能源汽车,一般都会设计一个“预充电回路”,在上电初始的一瞬间它先接合,保护主回路的电器元件——
回路中大电阻的存在,可以限制接通瞬间的电流,以保护继电器,确保电池正常工作。

但对于Model 3来说,我们没有从电池系统中找到预充电路。在拆解其逆变器时,也没有发现预充电路。
相信你在生活中,有这样的经验——在大功率用电器工作的时候(比如电吹风、热水壶)直接把插座拔掉,会产生电弧。严重的会将插座都烧焦。

在新能源车里,同样是类似的道理。
没有这个预充电回路,每次打开和关闭,对于继电器(可以理解为一个开关)都是一次挑战。
特斯拉推荐用户把车辆插在充电插座上。从上面电路结构来看,这样使得电池电量可以随时通过车载充电机进行补充,DCDC、车载充电机和BMS就被有机的组合在一起了。而12V的输出,也可以就近配置,给整车的网络供电。
在这个设计条件下,DCDC一直在工作,Model 3在正常情况下不会打开和关闭继电器,导致继电器开关的频率很低,如果极端一些,取消预充电路也能接受,或许就能满足设计的标准。

小结

最近和几个行业权威在聊起未来的整车计算平台(Vehicle Computer Platform),在欧洲的车企是一个比一个激进。
整车计算平台如同人脑,是人体耗氧量最大的器官。更多的控制器和更复杂的功能,必然需要更大的电源来进行支撑。或许正是出于这一点,促使了特斯拉在Model 3上做出了如此激进的设计。

车辆在Sleep模式下,即人走车锁之后到底需要做哪些事?如果需要随时等待用户和车企后台的应用命令,势必会给整个高压系统的配置和工作的模式带来差异。
整条电路控制的实质,是核心部件进行通信,按照需求来工作。我们看着车一动不动地趴在那里,但其实整车的网络是部分开着的。
特别是Model 3 新引入的哨兵模式。一旦进入哨兵模式,ADAS的单元也可以根据需要调用全车的摄像头随时进入工作状态的。


从这个意义上来说,在车辆停下来,车主离开以后的工作模式上,所有做硬件的同志们都要服从未来软件层面功能的需求,从而在整个运行模式上去改变,这真的是和手机的发展模式没有区别的。
整理
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