小编听说了一件神奇的事情——Model 3在停车锁门之后竟然还带着高压电
一般我们理解,新能源车在类似传统车“熄火”的状态时,高压电池里会有一个开关,将电池内部与外部的高压电连接断开。
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。
我们本期邀请了老朋友,知乎大V——朱玉龙,跟大家聊聊这件事。
今天和大家一起来探讨一个很有趣的事情:
1、为什么Model 3 的高压动力电池一直不断开连接?
2、这会对高压系统配置、工作模式产生哪些影响?
以下是答案:
1、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%的放电率放电。
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。 我们来算一算。基于Model 3电池电量75kWh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。
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。
Model 3用户手册:
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 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。
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。
而这对整个高压系统的配置、工作的模式又会产生哪些影响?
2 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。
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
最近和几个朋友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。这确实是一个很核心的趋势—— 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。我们看着车趴在那里,但其实整车的网络是部分开着的。特别是新引入的哨兵模式。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。