特斯拉现金棋牌捕鱼Model 3 电机控制器技术解析

作者 | 王伟文

来源 |节能减排汽车人

题记:Elon Musk的特斯拉风靡全球,很多新技术都得以应用。笔者曾经对inverter研究过很长一段时间,结合特斯拉 Model 3公开的一些资料,做一些简单分析和梳理。Model 3作为第一款在电机控制器中使用SiC MOSFET的量产纯电动汽车,是宽禁带半导体在汽车应用的又一新的里程碑。这将很大可能加速宽禁带半导体,尤其是SiC器件在汽车逆变器的推广和应用,进一步促进宽禁带半导体产业的发展。

SiC功能

现金棋牌捕鱼宽禁带半导体相对于传统的硅器件,其禁带宽度,击穿场强和导热率都要更高,如图。使其单位面积的导通阻抗可以更小,耐压高更高,开关速度更快 ,同时还具备高温工作能力,有利于提高逆变器的功率密度。而且SiC MOS作为电阻性器件,非常有利提高汽车在实际运行工况的工作效率和续航里程。不同机构和单位给出的数据显示,SiC MOS替代传统Si IGBT,大约能提升5~10%的续航里程。

现金棋牌捕鱼但同时SiC MOS的封装还存在诸多挑战。相同电流等级的SiC MOS和Si IGBT相比,芯片水平尺寸目前约为IGBT的1/3~1/4。这就造成SiC MOS的散热要求要高于传统Si IGBT模块的封装。另外,SiC MOS的开关速度可以比Si更快,所以在switching off过程中,由于产生加到的di/dt,从而在器件上产生一个较大的电压尖峰,因此SiC MOS对主回路电感要求更高。

功率模块外部结构

没有驱动控制板的SiC inverter内部结构包括:DC输入端子,母线薄膜电容,功率模块单元和AC输出端子。由于inverter是贴在变速器的侧边,从整车空间结构来看,需要对inverter进行扁平化设计,因此其内部采用模块和电容平铺的方式进行连接,实现更薄的厚度。整个功率模块单元由单管模块组成,采用标准6-switches 逆变器拓扑,每个switch由4颗单管模块组成,共24 颗单管模块,器件耐压为650V。Model 3的 SiC 单管模块设计与Model S/X采用Infineon IGBT单管思路一致,好处是实现不同功率等级的可扩展同时,还能提升模块封装良率,降低半导体器件成本。但 Model 3比Model S/X更进一步,因为其SiC模块是ST专门为Tesla定制化生产,为一种便于平面连接的封装形式,采用该SiC模块更有利于提升inverter的功率密度。

功率模块内部结构

电机控制器中功率模块单元上下管的SiC模块在平面上进行连接。SiC模块单元采用标准6-switches 逆变器拓扑,其正极直接连接至电容的DC+,负极则采用DC- Cu bus与母线电容的DC-进行连接,DC-Cu bus紧贴在模块的上表面。由于Model 3的inverter有厚度的要求,需确保不同电位导电层间距更近,因此设计上考虑对不同电位导电层进行绝缘处理。从图中可以发现,一共采用4 块塑料绝缘件来增加模块和散热器的耐压,这类塑料的加工成本低,工艺简单, 其在BOM成本中占比较小,基本不影响inverter的成本。为确保模块的电极端子对散热器的爬电距离满足要求,Tesla专门在模块下方的散热器上设计凸台结构,便于将塑料绝缘件的部分置于模块底部。塑料绝缘件在电极连接的下方还设计凸起结构,便于对电极连接采用激光焊接工艺进行结构支撑,以实现可靠稳定的电气连接。Tesla采用简单却很巧妙的塑料绝缘件设计,侧面也反映出其正向设计思路清晰,零部件尽可能复用以实现多个功能,简化材料体系和结构。

(责任编辑:现金棋牌捕鱼)

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