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特斯拉投資者日,哪些技術細節可能是未來方向

提高電驅系統的效率,減少75%的SiC(碳化矽)使用量。

特斯拉是最先在電動汽車上使用SiC的汽車廠家。

這個消息一出來,全球生產SiC的廠家的股票,第一時間就跪了。可見特斯拉影響力之大。

隨着全球電動汽車的滲透率的逐步提高,SiC廠家都紛紛摩拳擦掌,提高產能,特斯拉直接就把人家的預期夢想打掉了四分之三,市場能不恐慌?

電動汽車上使用SiC的領域,主要在電機驅動的主逆變器,充電的車載充電器(OBC)與直流電壓轉換器(DC/DC),其他電機驅動的輔逆變器。

電動汽車上之所以需要這些電壓電流轉換器,是因為電動汽車是用電機驅動,而電動汽車的使用環境中,存在着兩種電流,直流電和交流電;即使在同一種電流中,也存在相對的高壓電和低壓電,在使用的過程中,也需要進行電壓電流轉化。

我們生活中使用的電流,是交流電;電動汽車上裝的電池包,儲存的是直流電。直流電和交流電的主要區別是,直流電的方向不變,交流電的方向時刻在變化。用交流電給電池包充電的時候,就需要把交流電轉化成直流電,這種方式叫整流。電池包給電機供電的時候,需要把直流電轉化成三相交流電,這個過程叫逆變。電池包給整車的用電設備供電時,雖然都是直流電,但前者是高壓電,後者是低壓電,使用時需要把高壓轉化成低壓,否則,車上所有的用電設備,都有被燒壞的風險。

實現電壓電流轉化的這些功能,在電動汽車上,最核心的部件,在SiC出現前,主要是使用IGBT。

SiC相對於IGBT,主要優勢是轉換效率高,寬禁帶,更高的耐壓值,封裝尺寸可以做得更小。使用的時候,相對於IGBT,SiC可以使用更少的數量。

SiC相比IGBT,優點這麼多,缺點就一個:更貴。

所以在投資者日上,特斯拉只提了減少75%的SiC使用量,而不是說,回頭再使用IGBT。

馬斯克在重要的演講上,對那些誇張的、噱頭的東西,往往高談闊論,眉飛色舞,但涉及到關乎未來的重要信息,馬斯克的嘴巴還是蠻嚴實的,多一句話都不會輕易透露。所以馬斯克和特斯拉高管在投資者大會上所公佈的信息,應該是有規劃和研究的,能夠實現的可能性很大。但是,拖延實現或者長時間不能實現,也是可能的。畢竟,馬斯克也不是神。馬斯克對待自動駕駛的規劃,明顯就是太樂觀了,遠超技術的實現時間。

和SiC同類型的器件,還有GaN(氮化鎵),之所以沒有大量使用,和SiC一樣的問題,貴。

Model3是第一款採用全SiC功率模塊電機控制器的純電動汽車。Model3的主電機驅動使用了24個SiC模塊,48顆SiC裸晶(Die)。如果是雙電機驅動,則需要兩個主電機驅動器。

Model3使用的SiC,由意法半導體提供。全球生產SiC模塊的主要廠家有英飛凌、ST、安森美和羅姆等。

特斯拉如何減少四分之三的SiC的使用量呢?投資者日會上沒有說,也沒有找到相關的解釋。

主電機驅動使用的24個SiC模塊,減少75%,就是只使用六個,三相交流電每路使用兩個,每兩個組成一個半橋。

但如何實現呢?這是我感興趣的地方。

SiC和IGBT混合使用?好像不可能。

把OBC的功能移到充電樁和充電站上,反正特斯拉的充電樁都是自己設計,自己建造的。好像也不可能。

加大單顆SiC的功率?這樣的話,好像有點無恥。就像看到宣傳特斯拉自研的4680電池比18650容量增加了5倍,我就想笑。雖然特斯拉自研的4680有很多先進的地方,但這樣比,有沒有考慮電池的體積增加了很多呢?如果放棄圓柱形電池,設計成比亞迪的刀片電池形狀或者寧德時代的麒麟電池形狀,增加的電池容量更大呢?4680圓柱電池是比18650電池的容量大很多,但安裝的數量也會少很多,這樣比意義並不大,並且有忽悠之嫌疑。

所以說直接增加單個SiC的通流能力,而不是在技術和工藝上做提升,並不值得拿出來宣傳。我覺得採用這種方式好像也不可能。

目前SiC生產工藝主要有平面式和溝槽式,前者主要供應商是ST,後者是英飛凌等。不排除特斯拉轉換SiC供應商,和新的供應商在SiC的生產工藝上有了新的改進。

還有一種可能,Model3使用的是650伏SiC,如果升級到1200伏,SiC的模塊使用量已經可以減半了。現在人們已經在討論電動汽車使用800伏系統了。而特斯拉去年推出的Semi電動半掛式重卡,電機驅動已經使用了1000伏系統。考慮到特斯拉喜歡技術互用的特點,不排除後面推出的新車,轉向1000伏系統。

如果是這樣的話,也就是說,從理論上已經可以做到SiC的使用量減半的目標,剩下的25%,就是寄希望於SiC供應商的進步以及馬斯克對技術人員的施壓。

還有就是特斯拉下一代開發的車型,Model2/Q,可能車型更小,電機的功率也可以做得更小。

在朋友圈中,我看到另一種分析:

「一種可能的新思路:結合整車實際應用工況以及SiC和IGBT器件特性的角度考慮,特斯拉新的動力系統配置應該是由SiC來驅動一個100kW甚至更小的電機,第二個電機配置較大功率並由IGBT來驅動。這樣總功率性能不變,但是SiC需求的功率減少一半,同時結合SiC技術的進步,需要的晶片可以減少75%,同時不影響系統的性能以及效率。」

我覺得這樣做的意義不大,所有的車型都需要配置雙電機,電機不需要錢嗎?同時,也不能把這種方式,回溯到已有的車型上去推廣。

我覺得,整車高壓系統電壓升高,電機效率提高,加上SiC的技術進步,這個猜想,還是比較靠譜的。

更高的電壓,除了可以減少SiC的使用量外,高壓電纜通過的電流也可以減少很多,線徑減少,從而減少銅導線或者鋁導線的使用量。

汽車上使用的線束,一般都是銅導線。特斯拉為了輕量化和降低製造成本,Model3在高壓線束上,採用鋁導線代替銅導線。

在《馬斯克吹的牛如何實現?我腦補了一下實現方式》一文中,我分析/猜想了一下,特斯拉把整車的線束長度做到100米的方法。

特斯拉的下一代永磁電機,完全不使用任何稀土材料。

看到這個消息時,我的第一反應是,難道特斯拉要重新使用交流異步電機?

電動汽車上使用的驅動電機,主要有兩種,交流異步電機和永磁同步電機。交流異步電機不使用稀土材料。永磁同步電機需要使用釹鐵硼永磁材料。

特斯拉早期在美國推出的電動汽車,都是使用交流異步電機。在上海的工廠開始生產新車後,開始使用永磁同步電機,永磁同步電機和交流異步電機在車上混合使用。美國國內生產的特斯拉,兩種電機也開始混合使用。

美國本土稀土供應不足,所依賴的稀土材料主要依靠進口。所以美國的電機多為交流異步電機。中國稀土資源豐富,使用的電機多為永磁同步電機。

交流異步電機成本低,功率高,但體積大,效率低。永磁同步電機效率高,體積緊湊,但在高溫下存在退磁的風險。還有後者比前者貴。

特斯拉只提到了Model3永磁電機的稀土量減少了25%,三種稀土材料的使用量分為500克,10克和10克,下一代電機

責任編輯: 方尋  來源:虎嗅網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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