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特斯拉投资者日,哪些技术细节可能是未来方向

提高电驱系统的效率,减少75%的SiC(碳化硅)使用量。

特斯拉是最先在电动汽车上使用SiC的汽车厂家。

这个消息一出来,全球生产SiC的厂家的股票,第一时间就跪了。可见特斯拉影响力之大。

随着全球电动汽车的渗透率的逐步提高,SiC厂家都纷纷摩拳擦掌,提高产能,特斯拉直接就把人家的预期梦想打掉了四分之三,市场能不恐慌?

电动汽车上使用SiC的领域,主要在电机驱动的主逆变器,充电的车载充电器(OBC)与直流电压转换器(DC/DC),其他电机驱动的辅逆变器。

电动汽车上之所以需要这些电压电流转换器,是因为电动汽车是用电机驱动,而电动汽车的使用环境中,存在着两种电流,直流电和交流电;即使在同一种电流中,也存在相对的高压电和低压电,在使用的过程中,也需要进行电压电流转化。

我们生活中使用的电流,是交流电;电动汽车上装的电池包,储存的是直流电。直流电和交流电的主要区别是,直流电的方向不变,交流电的方向时刻在变化。用交流电给电池包充电的时候,就需要把交流电转化成直流电,这种方式叫整流。电池包给电机供电的时候,需要把直流电转化成三相交流电,这个过程叫逆变。电池包给整车的用电设备供电时,虽然都是直流电,但前者是高压电,后者是低压电,使用时需要把高压转化成低压,否则,车上所有的用电设备,都有被烧坏的风险。

实现电压电流转化的这些功能,在电动汽车上,最核心的部件,在SiC出现前,主要是使用IGBT。

SiC相对于IGBT,主要优势是转换效率高,宽禁带,更高的耐压值,封装尺寸可以做得更小。使用的时候,相对于IGBT,SiC可以使用更少的数量。

SiC相比IGBT,优点这么多,缺点就一个:更贵。

所以在投资者日上,特斯拉只提了减少75%的SiC使用量,而不是说,回头再使用IGBT。

马斯克在重要的演讲上,对那些夸张的、噱头的东西,往往高谈阔论,眉飞色舞,但涉及到关乎未来的重要信息,马斯克的嘴巴还是蛮严实的,多一句话都不会轻易透露。所以马斯克和特斯拉高管在投资者大会上所公布的信息,应该是有规划和研究的,能够实现的可能性很大。但是,拖延实现或者长时间不能实现,也是可能的。毕竟,马斯克也不是神。马斯克对待自动驾驶的规划,明显就是太乐观了,远超技术的实现时间。

和SiC同类型的器件,还有GaN(氮化镓),之所以没有大量使用,和SiC一样的问题,贵。

Model3是第一款采用全SiC功率模块电机控制器的纯电动汽车。Model3的主电机驱动使用了24个SiC模块,48颗SiC裸晶(Die)。如果是双电机驱动,则需要两个主电机驱动器。

Model3使用的SiC,由意法半导体提供。全球生产SiC模块的主要厂家有英飞凌、ST、安森美和罗姆等。

特斯拉如何减少四分之三的SiC的使用量呢?投资者日会上没有说,也没有找到相关的解释。

主电机驱动使用的24个SiC模块,减少75%,就是只使用六个,三相交流电每路使用两个,每两个组成一个半桥。

但如何实现呢?这是我感兴趣的地方。

SiC和IGBT混合使用?好像不可能。

把OBC的功能移到充电桩和充电站上,反正特斯拉的充电桩都是自己设计,自己建造的。好像也不可能。

加大单颗SiC的功率?这样的话,好像有点无耻。就像看到宣传特斯拉自研的4680电池比18650容量增加了5倍,我就想笑。虽然特斯拉自研的4680有很多先进的地方,但这样比,有没有考虑电池的体积增加了很多呢?如果放弃圆柱形电池,设计成比亚迪的刀片电池形状或者宁德时代的麒麟电池形状,增加的电池容量更大呢?4680圆柱电池是比18650电池的容量大很多,但安装的数量也会少很多,这样比意义并不大,并且有忽悠之嫌疑。

所以说直接增加单个SiC的通流能力,而不是在技术和工艺上做提升,并不值得拿出来宣传。我觉得采用这种方式好像也不可能。

目前SiC生产工艺主要有平面式和沟槽式,前者主要供应商是ST,后者是英飞凌等。不排除特斯拉转换SiC供应商,和新的供应商在SiC的生产工艺上有了新的改进。

还有一种可能,Model3使用的是650伏SiC,如果升级到1200伏,SiC的模块使用量已经可以减半了。现在人们已经在讨论电动汽车使用800伏系统了。而特斯拉去年推出的Semi电动半挂式重卡,电机驱动已经使用了1000伏系统。考虑到特斯拉喜欢技术互用的特点,不排除后面推出的新车,转向1000伏系统。

如果是这样的话,也就是说,从理论上已经可以做到SiC的使用量减半的目标,剩下的25%,就是寄希望于SiC供应商的进步以及马斯克对技术人员的施压。

还有就是特斯拉下一代开发的车型,Model2/Q,可能车型更小,电机的功率也可以做得更小。

在朋友圈中,我看到另一种分析:

“一种可能的新思路:结合整车实际应用工况以及SiC和IGBT器件特性的角度考虑,特斯拉新的动力系统配置应该是由SiC来驱动一个100kW甚至更小的电机,第二个电机配置较大功率并由IGBT来驱动。这样总功率性能不变,但是SiC需求的功率减少一半,同时结合SiC技术的进步,需要的芯片可以减少75%,同时不影响系统的性能以及效率。”

我觉得这样做的意义不大,所有的车型都需要配置双电机,电机不需要钱吗?同时,也不能把这种方式,回溯到已有的车型上去推广。

我觉得,整车高压系统电压升高,电机效率提高,加上SiC的技术进步,这个猜想,还是比较靠谱的。

更高的电压,除了可以减少SiC的使用量外,高压电缆通过的电流也可以减少很多,线径减少,从而减少铜导线或者铝导线的使用量。

汽车上使用的线束,一般都是铜导线。特斯拉为了轻量化和降低制造成本,Model3在高压线束上,采用铝导线代替铜导线。

在《马斯克吹的牛如何实现?我脑补了一下实现方式》一文中,我分析/猜想了一下,特斯拉把整车的线束长度做到100米的方法。

特斯拉的下一代永磁电机,完全不使用任何稀土材料。

看到这个消息时,我的第一反应是,难道特斯拉要重新使用交流异步电机?

电动汽车上使用的驱动电机,主要有两种,交流异步电机和永磁同步电机。交流异步电机不使用稀土材料。永磁同步电机需要使用钕铁硼永磁材料。

特斯拉早期在美国推出的电动汽车,都是使用交流异步电机。在上海的工厂开始生产新车后,开始使用永磁同步电机,永磁同步电机和交流异步电机在车上混合使用。美国国内生产的特斯拉,两种电机也开始混合使用。

美国本土稀土供应不足,所依赖的稀土材料主要依靠进口。所以美国的电机多为交流异步电机。中国稀土资源丰富,使用的电机多为永磁同步电机。

交流异步电机成本低,功率高,但体积大,效率低。永磁同步电机效率高,体积紧凑,但在高温下存在退磁的风险。还有后者比前者贵。

特斯拉只提到了Model3永磁电机的稀土量减少了25%,三种稀土材料的使用量分为500克,10克和10克,下一代电机

责任编辑: 方寻  来源:虎嗅网 转载请注明作者、出处並保持完整。

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