特斯拉新一代电驱架构猜想

mengmianren

源起：特斯拉（TSLA）负责动力系统工程的总裁Colin Campbell在活动中指出，碳化硅是一种 "了不起的半导体"，但他补充说，碳化硅很昂贵，"真的很难 "扩大规模，因此在汽车中减少使用75%的碳化硅是 "我们的一大胜利"。

本文核心假设：

母线电压从当前400升到800V，这样在输出相同功率的条件下，芯片的电流密度能降低50%，需要的SiC开关管数量可以降低50%

把大电机拆成两个中小两个电机，小电机驱动依旧采用SiC（因为SiC MOSFET在小电流下的压降低，损耗低，效率高），中型电机驱动采用大电流下损耗变化不大的IGBT（成本低，小电流下效率低但是大电流下效率稳定）

本文目录：

特斯拉Model3电驱平台及损耗估算

新一代电驱平台猜想及峰值功耗估算

城市路况功耗估算

小二后记

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特斯拉Model3电驱平台及损耗估算

特斯拉Model3动力总成是基于400V电压平台的单电机架构，电机功率是211kW，电机驱动用的SiC的是意法半导体的SCTHS250，这款T-PAK的碳化硅单管。每个单管内部并联2颗650V/16mOhm左右的SiC芯片，6个桥臂，每个桥臂的开关管由2个单管并联，这样一共6*2*2=24个单管，24x2=48颗SiC芯片。

峰值工况：（起步加速或者爬坡）下的现有48颗SiC芯片方案的逆变器损耗（绝对数据是否准确不重要，重要的是后面的对比）



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新一代电驱平台猜想及峰值功耗估算

假设不用211kW的大电机，换成一个80kW的小电机和一个160kW左右的中型电机（由于电机的工况点不一样，因此不能简单线性叠加），由于电机越大制造成本越高，因此电机总成本变化不大

MOSFET在小电流下优势特别明显（IGBT由于结构上多了一个PN结，即使电流非常小，其压降依然在0.7V以上，而MOSFET电阻特性，小电流下的压降接近0），因此70kW小电机依旧使用SiC MOSFET，160kW的中型电机使用IGBT器件
同时假设下一代采用800V电压，选用1200V/16mOhm的SiC芯片，选用1200V/600A的IGBT模块



可以看到，采用800V平台，同时采用双电机（小电机用SiC，大电机用IGBT驱动）的新方案后，在动力输出接近的条件下。新方案的总功耗只有1583W，居然比现有的3456W功耗还要低！

同时，相比现有方案的48颗SiC芯片，新方案只需要12颗SiC芯片（恰好降低75%的SiC使用）和12颗IGBT芯片，由于IGBT芯片的成本目前只有SiC的1/4，即使算上IGBT芯片成本，成本的降低还是非常明显的。

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城市路况功耗估算

有人会问了，这个是非常极端的工况，正常情况下都是在城市里面开，很少有飙车或者冲坡的情况，针对城市路况，都是小功率下的工况，双电机方案不就效率很低了吗？肯定是不如当前48颗SiC的逆变器吧？

试着回答一下这个问题，关键是只要电压平台提到800V，新方案性能完全不输现有方案！

目前城市路面大部分速度是60km/h，在这个速度下，动力总成的输出功率在45kW应该是绰绰有余的。





从上图可以看到，神奇的一幕出现了：
12颗SiC的方案在45kW工况下的总功耗（127W）相比现有的48颗SiC方案总功耗（127W）一模一样！

也就是说，新12颗SiC方案，相比当前48颗SiC方案，虽然减少了75%的SiC芯片，但是最终逆变器效率是完全一样的。

所以问题的关键在于升压，如果能将400V升到800V，那么意味着电流降低了50%，由于





很明显，芯片数量降低到1/4，也就是阻抗变成了4倍，但是由于电流变成了1/2，电流的平方变成了1/4，结果是损耗P是阻抗和电流的平方相乘，恰好不变！

或许这，就是特斯拉性能不变的底气，通过升到800V高压，实现用更少的芯片达到同样的性能。

一家之言，如有胡言乱语不妥之处，请不吝批评。

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小二后记

文章从SiC开关管的开关损耗入手，提出了800V+双电机+SiC/IGBT的猜想，从SiC角度，可以降低75% SiC MOSFET的使用； 小二在想，如果把控制器的成本，800V的线束成本等考虑进来，整车成本影响如何？如果猜想成立，特斯拉的真实目标除了降低SiC管子数目还有哪些？