(185雷霆三合一传奇)185雷霆三合一传奇手游2合1

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互联网上关于特斯拉电动汽车185雷霆三合一传奇手游2合1的拆解和阐发良多，例如老爷子Sandy Munro对Model 3/Y和油管上Weber Auto等up主对动力总成部门的拆解，杨逸轩@知乎也写了一系列不错的综述文章。考虑到那些视频或者陈述多集中在整车或者系统方面，本文将从特斯拉历代车型动力总成顶用到的核心功率器件展开，简要讲述逆变器部门的演进汗青。

备注：本文材料均来自互联网。对任何可能涉及到NDA的细节内容，笔者全数略过。

第一代Roadster

在回忆特斯拉逆变器设想之前，不能不提到AC Propulsion那一家在电动汽车开展史上留下浓厚一笔的公司。开创人Al Cocconi曾参与第一款量产电动汽车通用EV1的研发，但是在通用汽车 “杀死” EV1后，Cocconi出走南加创建AC Propulsion，设想并少量打造了一款原型电动车T-Zero。该车仅供一人利用，车门只要小小一条，进出困难。动力部门由铅酸电池并串联供电，逆变器中每个桥臂的上下桥由20片IGBT单管并联，总共利用了120片IGBT单管，其裸片总面积到达7200平方毫米。若是考虑到前道工序和后道工序的良率，一台T-Zero需要利用差不多其时一整片6寸晶圆能造造出的IGBT。笔者在AC Propulsion试乘T-Zero，可见只能一人乘坐，而且进出未便。（来源：01芯闻）特斯拉成立后，从AC Propulsion处获得了动力总成系统的手艺受权，包罗第一代Roadster逆变器顶用到的IGBT单管并联手艺。不断到特斯拉消费了大约500台动力总成系统，并在系统控造从模仿体例改成数字体例后，才停行向AC Propulsion付出专利费用。但是自此之后，多管并联成为特斯拉逆变器设想的核心特征。那除了途径依赖的原因，也有供给链方面的考虑。在本世纪出的前十年，市场上推出的量产车规级IGBT模块产物百里挑一，仅有英飞凌HybridPACK1等，但是不克不及满足特斯拉对功率输出的要求。而工业模块固然有大电流版本，但是究竟结果不是为汽车设想，可靠性、可逃溯性以及外形尺寸不克不及满足特斯拉的要求，其时也没有厂商愿意为特斯拉定造高贵的车规级功率模块产物。时也，势也，其时IGBT单管固然电流规格尚小，但是供给商较多，出格是IGBT次要厂商之一International Rectifier（IR）总部也位于加州，便利特斯拉与之停止沟通，选择以至定造适宜的IGBT单管。那方面详细的过程能够参考其时IR此项目标负责人之一志宏老板的回忆录《博得特斯拉ModelS IGBT合同的一段往事》。Roadster的动力总成部门称为PEM（Power Electronics Module），占据了后备箱的前半部门，位于电池包之后，电机之上。PEM从2008年起头量产，1.5版本之前除了“Tesla Motors”的logo外，还有”PEM 185”的标识，意味输出功率185kW。而2.0和2.5版本则只留下logo，或者将“Tesla Motors”的标识改为“Roadster Sport”。从下面PEM的拆解中，能够看到各个版本内部总体安插大致不异，此中一半的空间为高压毗连件、高压继电器和保险丝等，另一半为逆变器部门，三块半桥桥臂程度摆放。但是再进一步拆解能够看到逆变器设想至少有过两个版本。特斯拉第一代Roadster动力总成PEM拆解图。从功率板上所用到的IGBT单管封拆来看，至少有两个版本（来源：Gruber Motors, Tesla Owners US in English）较早的PEM 185接纳的IGBT单管为尺度TO247封拆，每个开关由14片IGBT单管并联，总共利用了84片IGBT单管，接纳过的型号至少包罗英飞凌75A IGBT IKW75N60T。在之后的版本中，Tesla换用了IR为其定造的600V 120A AUIRGPS4067D1，同样接纳14片并联。该IGBT接纳TO-247 Plus封拆（亦称为TP-247，Super-247），打消了TO247封拆中固定用的螺丝过孔，因而能够拆入更大尺寸的裸片，增大输出电流。但是那两种IGBT接纳不异的安拆体例，均为IGBT折弯管脚（Trim and Form）后90度贴于功率PCB板上，后背的导电集电极（Collector）则通过绝缘导热膏涂层贴在散热片上，再用螺丝将整个IGBT功率板固定在散热器上。那种安拆体例的次要失效形式是颠末持久利用，绝缘导热层龟裂招致的IGBT短路，以及电解电容的损坏。

Model S/X

2012年量产的Model S则对动力总成停止了严重改良，逆变器设想也完全丢弃了上一代中的平铺体例，改为立体构造。2015年量产的Model X也沿用同样的设想，因而可称之为第二代动力总成。第二代特斯拉动力总成分为Large Drive Unit（下简称LDU）和Small Drive Unit（下简称SDU）两种。前者次要用于Model S/X单电机版本，以及双电机高性能四驱版本中的后轮驱动。然后者次要用于双电机通俗版本的前后驱，和双电机高性能版本中的前驱。Model S/X，Model3/Y以及Model S/X Plaid的动力总成差别 （来源：特斯拉）望文生义，LDU体积较大，为圆筒形，输出功率也较大，SDU则反之。固然两款动力总成呈现在不异车型中，但是LDU开发时间早于SDU，退出市场的时间也较早，次要因为成本和功率密度的考量。LDU和SDU的比力（来源：StealthEV）LDU中的逆变器呈三棱镜构造，每相或者说每个半桥部门占据三棱镜的一个面。三棱镜的顶端和底端别离是高压曲流输入部门和高压交换输出部门。在曲流输入侧另有三块小三角形PCB，那是每相的驱动PCB板。LDU接纳与PEM不异的，TO247封拆的IKW75N60T，但是用量较多，每个开关为16 个IGBT单管并联，共用了84片IGBT。固然LDU中IGBT仍然需要折弯管脚，但是其与母线铜排和功率PCB板的毗连体例大大优化，所用功率PCB板面积削减很多。也因为如斯，每个半桥部门中有一半IGBT（中间两排）能够用母线铜排固定，而别的一半（外侧两排）需要用两个一组的夹具固定。关于LDU中逆变器的设想，笔者仍有几个问题尚待理清。一是为什么特斯拉继续利用电流较小的IKW75N60T，而不利用更新、电流更大的AUIRGPS4067D1185雷霆三合一传奇手游2合1？二是LDU有绿色PCB和红色PCB两个版本，两者间能否有差别185雷霆三合一传奇手游2合1？（上）刚拆开逆变器外壳的LDU（中）逆变器细节图，别离从曲流侧和交换侧拍摄（下）半桥部门的细节图，能够看到每排有8个IGBT单管，另有8个x 2排IGBT单管藏在母线铜排和长条形的功率PCB板下（来源：Damien Maguire，Turbo Electric）SDU同样在逆变器中接纳了立体构造，但是设想体例与PEM和LDU比拟又有很大区别，使得整体构造更为紧凑，功率密度别离到达30kW/L和33.3kW/kg。Model S/X SDU的照片和爆炸图（来源：Babak Fahimi UT Dallas）起首，IGBT单管选用AUIRGPS4067D1，6片并联，总用量36片。固然单片IGBT成本增加，但是因为用量削减，总成本较低。不外按照与特斯拉工程师的交换，并联IGBT的数目小，对芯片一致性的要求更高，现实设想难度增加。因而，特斯拉对IGBT单管增加了出格的规格分档（binning）要求，对IGBT造造的后道工序以及供给链办理都带来了不小的挑战。其次，IGBT单管的规划和散热体例有了严重改动。通过双头夹具，每个半桥上下桥臂中的IGBT单管背靠背固定在散热器上，构成类似三明治的构造。与LDU比拟，不只半桥之间构成立体构造，半桥之内上下桥臂也为立体构造，充实操纵了空间。如今一些半导体供给商的双面水冷散热模块也是接纳类似的散热设想进步功率密度。再次，IGBT单管的毗连也与以往有了很大差别。SDU不在需要功率板毗连IGBT单管，而是接纳倒插的体例与驱动板相连。因而不再需要折弯IGBT单管管脚，降低了安拆成本，也制止了可能由此引发各类费事（折弯管脚后IGBT可能呈现零散失效，很难判断原因，往往招致IGBT供给商与系统厂商彼此责备）。再通过恰当调整单管G/D/S三个管脚的长度，使其与驱动板和母线铜排适度相连。因而，IGBT的管脚设想和造造也变得重要起来。SDU的呈现使得特斯拉对IGBT器件有了更严酷的机械、电学以及可造造性的要求。笔者也有幸做为供给商，与多位特斯拉核心研发人员合做，一同参与了IGBT单管的定造工做，也由此负责了下一代特斯拉定造IGBT器件的开发。尔后，特斯拉起头与功率半导体头部厂商停止更慎密的合做，深度介入核心功率器件的定义与设想，并最末推出了划时代的第三代动力总成。

Model 3/Y

Model 3/Y动力总成相较于上一代产物更为紧凑，尤其是逆变器部门尤为明显。原因之一是与其他公司的三合一电驱系统比拟，特斯拉逆变器从上一代起头就选择移去盖板，紧贴减速器，因而削减了逆变器的重量和体积。但是更重如果，新一代的逆变器中选择了全新的功率器件，并因而改动了逆变器的整体设想。Model 3/Y中的动力总成，绿色部门为逆变器 （来源：Munro & Associates）当特斯拉还在优化SDU的设想时，核心研发人员就已经在思虑下一代动力总成该若何实现。尤其是前两代系统、三种设想中中核心器件IGBT单管所用的TO247和TO247 Plus封拆，已经没有很大潜力进一步增加电流规格和进步性能了。同时，固然IGBT手艺持续前进，但是带来的多为量变而非量变。综上，IGBT单管即将抵达性能瓶颈。有鉴于此，特斯拉不只与功率半导体厂商配合切磋新功率芯片的选择，还与一些先辈封拆手艺公司合做新封拆的开发。其成果就是 TPAK（Tesla Pack）模块横空出生避世，其革命性前进包罗以下几点。TPAK外不雅图，那个版本由意法半导体消费 （来源：System Plus Consulting）起首，特斯拉率先在量产电动车中利用碳化硅芯片取代IGBT芯片。固然TPAK SiC的模块成本高，但是契合财产晋级趋向，比合作敌手提早至少3年获得了碳化硅的大规模实地利用数据。第二，TPAK封拆接纳介于单管和常规模块之间的单开关模块（Single Switch Module）设想，既超越了之前单管封拆带来的输出电流、输出功率、寄生电感等限造，又保留了多管并联的灵敏性，能够按照差别的逆变器功率输出需求，来选择需要几个TPAK模块并联。而且特斯拉在过去10多年积累的多管并联经历能够继续沿用。第三，TPAK模块在表里部接纳了烧结（sintering）做为毗连体例。模块内部，芯片通过银烧结层与DBC相连，取代锡焊层。在模块外部，TPAK的底板也烧结到散热器上，取代导热膏涂层。两者配合感化，不只使得系统的散热才能上了一个台阶，并且TPAK自己的可靠性，出格是功率轮回次数，也获得了很大进步。别的，散热性能的进步意味着同样尺寸的芯片能够在限制的结温下输出更大的电流，或是输出同样的电流下用较小尺寸的芯片，实现芯片降本。最初，TPAK的寄生参数很小，因而能够做为通用模块，不只用来放入碳化硅芯片，也能够放入IGBT芯片和氮化镓芯片。如许能够便利供给商共用后道产线消费差别的TPAK模块，实现降本增产。同时，逆变器的设想也只用考虑一种模块封拆形式，反复操纵了机械和散热设想，在逆变器系统层面也减低了成本。于是，4个如许的TPAK SiC模块并联构成了桥臂的上桥或者下桥，并用激光焊接的体例将模块的漏极和源极同母线铜排毗连，总共用到24个TPAK模块构成了第一代的Model 3/Y逆变器。TPAK模块在Model 3逆变器中的摆放，经烧结层与散热片毗连。散热片后背可见位于水冷槽中的Pin-fin（来源：Munro & Associates）

Model S/X Plaid

去年年中和岁尾，Model S Plaid和Model X Plaid别离起头对外交付，因而目前收集上的拆解阐发其实不太多。从可以搜集到的材料来看，Model S/X Plaid继续接纳Model 3/Y中的逆变器设想，以至前者逆变器的驱动和控造PCB板上还标有“Model 3”字样，独一可见的变革是Plaid逆变器中的高压部门参加了一个炊火式致动器（pyrotechnic actuator），在TPAK模块失效招致短路发作时，能够立即割断与电机的毗连。在系统层面，Model S/X Plaid与Model 3/Y的显著不同在于Model S/X Plaid后驱为双电机，由两台TPAK模块构成的逆变器别离驱动。别的，Model S/X Plaid所用的电机有所改良，出格在转子部门接纳碳纤维加强。Model S Plain后驱逆变器，可见驱动与控造板上红框处的 “Model 3” 标识表记标帜（来源：Ingineerix）

Cybertruck和第二代Roadster

两款车型目前还处于内部开发阶段，因而信息极为有限。从Elon Musk在推特中透露的信息来看，第二代Roadster接纳的电时机比Model S/X Plaid转速更快。笔者揣测Cybertruck和第二代Roadster还将沿用TPAK模块，只是在内部选择新一代，性能更好的SiC芯片。等待特斯拉本年公布更多关于那两款车型的动静。小结：本文回忆了特斯拉历代车型动力总成中逆变器部门所用到的核心功率器件，由此简要讲述逆变器部门的设想，对行业人士以及电动汽车喜好者有些许参考意义。特此鸣谢过去一路合做过的特斯拉工程师们。笔者积累的，未被收回的特斯拉访客挂牌。参考材料：部门材料来自YouTube创做者（见图片来源），详细材料能够进一步参考列位创做者的网站获取更多信息。Munrolive.comSystem Plus Consulting

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