高电压：详解保时捷电驱动系统

09/22/2021

保时捷 Taycan 配备前瞻性驱动技术，延续祖文豪森创新传统。本文将为您详尽介绍电机的运作原理。

请向后靠！如果您将保时捷 Taycan Turbo S 油门踏板踩到底，您一定能体会到 12,000 个要坐稳的理由。当这款电动跑车的顶级车型在一瞬间将 12,000 牛顿米扭力全部释放到四个车轮上时，驾驶者和乘客几乎是被以一种惊心动魄的方式压入座椅。集中的动力毫无延迟地爆发而出 —— 前后车轴上的两具电机不断输出推力，就算来到最高速也几乎丝毫不减。这一剂肾上腺素是保时捷独特驱动技术中的特效成份。

著名的汽车管理中心（Center of Automotive Management，简称 CAM）宣布 Taycan为 2020 年全球最具创新力的车型，这绝非偶然。对于保时捷，“创新”始终代表着将技术推向极致。若以 Taycan 为例，就是以前所未有的方式，将电驱动的潜力发挥到淋漓尽致。

从费迪南德 · 保时捷设计的轮毂电机说起

保时捷的这一电动概念，绝非最近一两天才形成的，它始于 120 多年前。当时，年轻的费迪南德・保时捷（Ferdinand Porsche）研发出他的第一辆 —— 也是世界上第一辆搭载转向轮毂电机的电动汽车。电动汽车的可能性激发了他对运动赛事的野心，因此为他那辆搭载四台轮毂电机的赛车配备了四轮驱动系统，在汽车界成为世界首创。

Porsche electric motor, 2021, Porsche AG — 强劲动力：电机和双速变速箱（前）与后轴平行放置。电源电子系统位于顶部。

昔日简单的直流电机，早已被技术更精密的机器所取代。但是基本的物理原理“磁性”始终没有改变。每一块磁铁都是由一个北极和一个南极组成。异极相吸，同极相斥。一方面，有以基本粒子效应为基础的永久磁铁；另一方面，电荷移动时也会产生磁场。为了增强电磁力，电机中的载流导体放置成一个线圈。根据电机的设计，电磁铁（亦称永久磁铁）排列在两个不同的组件上，固定不动的组件称为定子，旋转组件称为转子。通过周期性地接通和关断电压，会产生吸引力和排斥力，由此产生转子的旋转运动。

永磁同步替代异步电机

并非每一种电机都适合用作车辆驱动器。保时捷使用的是永磁同步电机（PSM），与一般因价格较低而最常使用到的异步电机（ASM）相比，PSM 的连续输出功率更高，原因在于 PSM 不容易过热，因此不需要调降功率。保时捷的 PSM 通过电源电子系统提供三相交流电压，并由其控制。换句话说，电机的转速，是依据交流电压在零点附近从正极流向负极的频率来决定的。

在 Taycan 的电机中，由脉冲逆变器负责调节定子旋转磁场的频率，进而确定转子的转速。转子配备了以钕铁硼合金制成的高质量永久磁铁，在制造过程中经过强定向磁场进行永久磁化。永久磁铁同时也有助于在刹车过程中高效回收动能。当车辆处于滑行状态下时，电机会进入发电机模式，让磁铁在定子线圈内电感发电。保时捷的电机的能量回收效能优于竞品。

Taycan 上的一项特殊设计：发卡式绕组

登峰造极的技术：这个保时捷基因完全体现在 Taycan 电机的一项特殊技术上，即所谓的“发夹绕组”。在这项技术中，构成绕组的导线并非圆形，而是矩形。发夹绕组与传统的绕线技术的差别是，后者是从一个滚铜上连续取得铜线，而发夹技术则是一种所谓的成型组装法。这意味着，矩形铜线被分成多段，并弯曲成类似发夹的 U 形。这些单一夹子被插入到安装线圈的定子叠片中，使矩形截面的表面彼此贴合相叠。

而这就是发夹技术的决定性优势：可将更多的铜线放入定子里。传统绕线技术的铜含量在50% 左右，而保时捷所采用的技术则几乎可达 70%，在相同的体积下可以增加功率及扭力。线夹的两端以激光焊接相连，如此便形成绕组。另一个重要的优势是，相邻铜线的均匀接触改善了热传导特性，而且发夹定子的冷却效果更好。诚然，电机可将 90% 以上的能量转化为推进力，但就像内燃机一样，能量损耗会转化为热，必须要进行散热，因此电机有一层冷却水套包覆。

保时捷专有技术的脉冲逆变器

为了能够精确控制永磁同步电机，电源电子系统必须掌握转子的准确角度位置，而这就是解析器的作用。解析器由一个电场引导金属制成的转子盘，一个励磁绕组和两个接收绕组组成。励磁绕组会产生一个磁场，该磁场会透过旋转编码器传输到接收器绕组。这会在接收绕组中诱发电压，电压相位与转子位置成比例移动。根据这些信息，控制系统可以准确计算出转子的角度位置。这套被称为脉冲逆变器的控制系统蕴含了保时捷累积深厚的专有技术。这套系统负责将 800 伏特电池的直流电转换为交流电，并将其输送到两部电机。

保时捷是有史以来第一家采用 800 伏特电压技术的制造商。这项技术曾是为保时捷919 Hybrid 混合动力赛车所开发，目前在量产车中采用了较细的电缆，因此得以减少重量和安装所需空间，并且缩短了充电时间。电机转速每分钟高达 16,000 转。为了在这样的转速域之间在仍保有保时捷的典型特色，也就是完美兼顾动态，效率和极速等各要素，前后驱动单元各有一个变速箱。Taycan 作为史上第一款后轴搭载双速变速箱的电动跑车，其第一档的齿比非常短；前轴的动力则是由一组单速行星齿轮变速箱传输到车轮。

这一切可使 Taycan Turbo S 释放惊人的强大动力。前轴电机的 440 牛顿米经由齿轮比转换后，将有近 3,000 牛顿米的扭力传至车轮；后轴电机的 610 牛顿米扭力在第一档时倍增为 9,000 牛顿米，齿轮比更宽的第二档则确保在高速行驶时的高效率和功率储备。前瞻性的尖端科技，让保时捷在电力驱动时代坚定延续创新传统。