使命:电动车

涉足新领域,却立刻攀至巅峰。一切与众不同,但在电动车时代仍旧探寻如何忠于经典的保时捷传统——这正是全世界对保时捷将于 2019 年推出的首辆纯电动汽车的期待。以下为您献上关于电动汽车的详细信息。

> 500 公里
Taycan 不仅动态性能极佳,续航超过 500 公里的出色表现也使其非常适合日常驾驶。

> 440 kW
搭载两台永磁同步电机(PSM)的 Taycan 可实现超出 440 kW 的功率。

800 伏
Taycan 驱动系统部件的工作电压高达 800 伏。

< 3.5 秒
Taycan 百公里加速仅需不到 3.5 秒时间。从第一转便具备的巨大扭矩确保了卓越的动态加速性能。

 

→ 现状

为气候保护多做贡献、开拓全新的市场、减少对矿物能源的依赖性:人们正在改变对出行方式尤其是汽车制造业的构想。电动汽车的进一步发展将是全球工业未来的主旋律,是推行环保型出行方式的关键。其中政策规定起着重要的推动作用。至 2020 年,欧洲汽车制造商必须将新车的平均二氧化碳排放量控制在 95 克/公里。

事实上全球电动汽车的数量增幅十分迅速。截止 2018 年初,电动汽车保有量约为 320 万辆,与前一年相比增幅达 55%。其中所有含电力驱动系统的车型均统计在内,包括插电式混合动力车型。推动电动汽车迅速发展的首先是中国市场,现有电动汽车超出 120 万辆,仅 2017 年便新增 57.9 万辆。同年美国市场的增长量为 19.5 万辆,总量超出 75 万辆。相比较之下德国市场 2017 年的表现平平,即便如此也新增了 54,490 辆电动汽车,总量达 92,740 辆,电动汽车占新车登记总量的份额为 1.6%。如增长率保持 2017 年的水平,2025 年全球范围内一年的电动汽车新车登记量将超出 2,500 万辆。

在保时捷看来,未来是属于电动汽车的。保时捷意在更快速的向电动化转型,走在德国其他汽车制造商的前面,计划截止 2025 年每售出两台跑车便有一台配有电动驱动系统。2019 年保时捷的首款电动车型 Taycan 跑车将正式投放市场。目前计划的年产量约为 2 万辆,是 911 当前年销售量的三分之二。

→ 挑战

关于氮氧化物和二氧化碳基准值方面的政策规定加快了汽车制造业向电动化迈进的步伐,如同城市化进程。全世界的城市化进程都在不断推进,自 2007 年起生活在城市的人口数量与农村人口持平。在亚洲和非洲的部分地区城市化的速度更是达到了新的高度。东京、孟买、上海等特大城市便是城市化进程的象征。

这一切对汽车工业产生了巨大的影响。保时捷的首要任务便是参与其中、成为这种改变的缔造者——凭借动感十足、设计独特、续航里程高适合日常驾驶的车型。保时捷所要面临的挑战是:如何打造一款无论在性能、效率,还是行驶动态和日常实用性方面均能树立全新行业标杆的一款电动车型?如何平衡电池重量?如何让电动车型也具有典型的保时捷驾驶体验?

→ 保时捷之路

魏斯阿赫的工程师们遵循蕴藏在每一辆保时捷中的“Intelligent Performance”(智能化高性能)理念,专为首款纯电动保时捷研发了驱动方案。“我们最终为 Taycan 选定永磁同步电机(PSM)”,驱动系统项目负责人海寇・迈耶(Heiko Mayer)解释道,“它可以同时实现高功率密度、持续输出高功率和效率最大化。”两台同步电机与勒芒耐力赛冠军车型 919 Hybrid 类似,输出可随时调用的旋转运动。其原理是定子产生的磁场迫使永磁体转子进行旋转。

永磁同步电机相当于电机中的涡轮增压发动机,其优势在于能够持续输出极高的功率并提供最高效率。Taycan 的前后桥分别配备一台驱动电机。两台电机联合起来可输出超过 440 kW(600 马力)的功率,电池可供应续航 500 公里的电量。Taycan 加速至时速 100 公里仅需不到 3.5 秒,加速至 200 公里/小时也只需要不到 12 秒的时间。永磁同步电机驱动系统可高效、均匀地将电能转化为功率,并持续保持高功率输出,而产生的热量相对较少。可见,电动保时捷的赛道风格同样与生俱来。

此外,永磁同步电机的结构十分紧凑。“在功率参数相同的情况下电机和电池可以更小、更轻。”迈耶说。为了进一步节省空间,电机的电磁线圈采用“发夹”工艺。保时捷电动驱动系统负责人纳瑟尔・阿布达卡(Naser Abu Daqqa)解释道:“组成线圈的绕线并非圆形,而是矩形,因此绕线可以更紧密地排列,线圈中就可以置入更多铜丝,这样在相同体积下便提高了功率和扭矩。”Taycan 的电源电子装置也针对高效性加以精简。负责将电池的直流电压转换为电机所需交流电压的逆变器,并非像常规那样以固定的脉冲频率工作,而是可以连续变化的。“这样电机便始终在最佳运行点运行。”迈耶说道。此外,冷却系统也具备智能化性能。温度传感器可实时检测冷却需求,并通过软件控制将冷却水立即输送到需要冷却的位置。当驾驶者踩下油门,冷却系统也会高速运转,为稳定的性能提供保障。

续航里程
是电动汽车购买者考虑的首要标准之一。

20 至 40 °C
是锂离子电池的最佳工作温度。

60 亿欧元
截止 2022 年,保时捷计划在电动汽车领域投资 60 亿欧元。

4 伏
800 伏电池中每一个电池单元的电压为 4 伏。

100 %
保时捷的德国生产基地 100% 采用清洁能源。
 

→ 现状

电动车型的价格更高,且由于续航里程有限、基础和供电设施尚不完善,市场接受度暂时不高。电池的安全性也让一些购买者有所顾虑。电池技术十分复杂,对制造商而言是一个全新的挑战,而用于电动车型的电池需要满足极高的要求。

 “续航里程是电动汽车购买者考虑的首要标准之一。”保时捷电动汽车负责人奥特马尔・彼舍尔(Otmar Bitsche)表示。目前,采用全新锂离子技术的高压电池是行业的标准,其能量密度目前约为每千克 270 瓦特小时(Wh/kg)。正如手机与手机电池的发展,汽车电池技术也在不断地进步,以每年 5% 的速度持续发展。

随着电动汽车的重要性日益提高,全球的开发人员都在努力寻求最佳解决方案:一方面通过采用新型材料优化现有的锂离子技术,另一方面以固态电解质为基础开拓全新的电池技术。

→ 挑战

发展最终取决于三大因素:第一、重量;第二、温度;第三、原材料的供给。首先,从理论上讲,目前采用的电池已经实现了单次续航超过 500 公里,但却存在硬伤:动力包的重量。锂离子须尽可能紧密堆积排列。一块电池中容纳的锂离子越多,电子便越多,相同体积内可存储的能量也就越多。为此,电池单元中原子和分子层面的物理和化学反应过程均发生了改变。其次,电池仅在理想的温度条件下才能发挥最佳性能,锂离子电池的最佳工作温度为 20 至 40 摄氏度。这同样也是充电和汽车行驶的最佳温度范围。最终,在原材料方面汽车制造商还面临两个核心挑战:原材料是否充足及如何可持续开采。就这两点保时捷已经开始紧锣密鼓地展开准备工作。

→ 保时捷之路

追求速度而不是重量,这便是魏斯阿赫所信奉的格言。相比安装沉重的电池,保时捷选择了快速充电。快充时电流流过约 400 个串联和并联的电池单元,每个单元的电压约为 4 伏,简言之,在电池管理系统控制下就形成了 800 伏电池。“其中我们面临的巨大挑战是,无论充电还是放电过程,必须在整个温度范围内确保实现极高的电池功率”,保时捷能量存储系统总负责人诺拉・洛本施泰因(Nora Lobenstein)说。保时捷的解决方案是一个智能充电协议和一个高效的热交换系统,该系统可将电池迅速加热至工作温度,并在调用高功率或快速充电等高负荷运转下有效冷却电池。保时捷快速充电系统的目标是充电 15 分钟即达到续航 400 公里。800 伏充电技术带来的益处不仅是缩短了充电时的停车时间,车内也可以使用更细的电缆,从而减轻了重量。

在洛本施泰因看来,电池这一主题至此还远未结束。在魏斯阿赫研发中心,可持续性绝不只是停留在营销层面的概念。因此,研发人员已经在紧锣密鼓地研究将来如何回收利用电池。一般来说,保时捷的生命周期明显优于其他品牌的车型,电池也应如此——至少拥有第二次生命。

800 伏 
新一代充电桩采用 800 伏充电技术,但向下兼容市面上常见的 400 伏车辆。

15 分钟
Taycan 的电池会在 15 分钟内充到 400 公里的续航里程。

10 英寸
大尺寸触摸屏即使在阳光直射下也能保证最佳阅读效果。

联合充电系统(CCS)
保时捷在整个欧洲均采用联合充电系统为标准。但之后 CHAdeMO 和 GB/T等其他充电标准也会实施。

 

→ 现状

充电站之间相距太远,支付方式不统一,接口系统之间不兼容,电网电力太弱:给空电池充电时总是遇到重重困难。就覆盖面广、现代化的充电站设立国际标准,以满足数以百万计电动汽车的需求?至今没有取得成果。通常,有两种充电方式,即传导式充电和感应式充电。采用传导式充电时,车辆和电网之间通过充电电缆和插接系统传输电能,而感应式充电则是通过电磁感应实现电能在车辆和电网之间的无线传输。

传导式充电即借助电缆充电,分为两种形式:一是通过常规 400 伏电源插座上的交流电(A/C)充电,充电功率最高为 22 kW,另一种为直流电(D/C)充电,充电功率最高可达 350 kW。交流电通常用于在住宅或工作场所充电,而直流电则用于行驶途中的补充充电。采用交流电充电时,必须配备一个固定安装的壁挂充电盒或匹配的充电电缆,用于连接插座与汽车。配备专用的联合充电系统(CCS)插头电缆,即可使用公共交流电充电桩。

电能需求的增加直至 2025 年都不会过于猛增。据估计,由汽车电动化引发的电能需求在初期仅会缓慢增长,各地区有所不同。至 2035 年电能需求才会呈现明显增长的态势,其中的首要因素便是中国市场的发展。

→ 挑战

下车,打开油箱盖,插入加油枪,付费,几分钟后继续上路:这是车主习惯的模式。尽管电动汽车充电所需的技术已基本成熟,充电基础设施的建设也已在欧洲范围内拉开序幕,但若想实现电动汽车在高速公路上如同在市内一样简单、快捷的充电,便要求国际间进行协商并达成协议,而这并非想当然的易事。政策须先行。如今零星可用的快速充电桩功率很少能达到 50 千瓦以上,充电 一个小时后电池才能储存足够续航 250 公里的电量。在这样的背景下,我们面临的问题是:如何快速充电?如何建设数量足够的标准充电点?如何提高电网供电能力?

→ 保时捷之路

建成覆盖面广的电动汽车充电网络需要数年的时间。为了加快其进程,保时捷开始行动:“只有更高的充电功率才能实现更快的充电速度,这从一开始便不言而喻”,保时捷充电基础设施建设负责人费边・格里尔(Fabian Grill)说道。在同事们的努力下,其中一个重要的先决条件已经具备:Taycan,搭载 800 伏电池的首款纯电池驱动保时捷跑车。为了将科技研发转化为公共环境中切实可用的技术,保时捷开始大力推进快速充电基础设施的建设。

保时捷追寻的是三方面的解决方案:第一、在家充电,通过充电桩充电或通过底板进行感应充电;第二、市区充电,可通过已建成的基础设施实现;第三、可在欧洲境内主要的交通轴线上充电。这便是合资公司 Ionity 成立的意义。保时捷携手宝马集团、戴姆勒公司、福特汽车公司以及包括奥迪在内的大众集团,共同确立了欧洲电动汽车大功率快速充电网络建设的发展方向。该公司计划截止 2020 年建成共计约 400 个快速充电园并投入运营,这是确保电动车型实现远距离行驶,进而稳固其市场地位进程中的重要步骤。Ionity 的每一个快速充电园中均配备多个充电桩,以此确保汽车在欧洲高速公路网中行驶时,每隔 100 到 150 公里便可以充电。如果电动汽车的数量持续增加,基础设施的建设也将随之扩大。这样,到了 2020 年,客户便可使用数千个不依赖于品牌和功率的 HPC 充电点(HPC 是 High Power Charging 的缩写,即大功率充电)。每个充电点的充电功率可高达 350 kW,这样,与目前投放市场的充电系统相比,设计为高充电功率的车辆需要的充电时间便可显著缩短。

只需插入接线便可完成快速充电,这便是设计所遵循的信条。支付实现全自动化。保时捷与研发子公司保时捷工程集团有限公司推出了自主研发的模块化设计,以构建超快速充电园。无论是乡间的单个充电站,还是快速和高速公路上十多个成排的充电桩,都是几乎可任意扩展的智能系统。这对于充电园的高效和盈利运营至关重要。保时捷车主首要看重的是,即使在没有强电力电网的地方依然可以为爱车快速充电。这要归功于缓冲蓄电池,可随时提供足够的电力。具体而言,快速充电意味着在任何一个保时捷充电点仅需约 15 分钟的时间便可充满续航 400 公里所需的电量。充电桩的操作通过触摸屏完成,就像自动提款机一样简单了然,安全性较之自动提款机也毫不逊色。此外,美国和中国市场也在大力推进覆盖面广的充电基础设施建设。

值得一提的是,保时捷解决方案适用于所有类型的电动汽车。如车型设计不能进行快速充电,电子控制设备可识别出车辆类型并减弱充电电流。这样的基础设施可以确保远距离行车,让开拓精神变成丰硕的成果。

Taycan 虽然尚未向公众揭开神秘的面纱,但是这款纯电动保时捷现在已经出现在了公共道路上——保时捷正在世界上极度炎热和极度严寒的地区紧锣密鼓地展开试车。其中一站便是在南非西部,60 多名保时捷研发人员驾驶 21 辆采取遮盖措施的原型车进行试车。当地日间最高温可达 40 摄氏度,无论对人还是对车均是不小的挑战。所有人员最终完成了约 4 万公里的试车里程。直至 2019 年底 Taycan 上市,工作人员将完成总计数百万公里的试车里程,因为首款纯电动保时捷也必须在高强度使用下可靠发挥性能。

早在人们能够一睹保时捷 Taycan 的芳容之前,祖文豪森原型车厂的工作人员已对这款车型了解得一清二楚,因为这里是所有保时捷新车型的诞生地。从 800 伏技术、电池组,到复合冷却系统,研发人员为 Taycan 设计的各项技术由专家们在严格保密的原型车厂中转变成了首批测试车型。这些专家同时也是量产的策划者,因为他们也负责测试并完善所有必要的装配和物流方案。此外他们还负责培训装配部门的同事,为 Taycan 的量产做好万全准备。

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