特斯拉Model S P100D是目前全球最快的量产电动汽车。官方百公里加速时间为2.5秒。

↑特斯拉Model S P100D是目前全球最快的量产电动汽车

由于动力电机的驱动需要非常大的功率,因此散热一直是重中之重。如果熟悉电驱设计,IGBT裸片+陶瓷铝基板水冷散热或者IGBT水冷模块都是业界主流。

出乎意料的特斯拉并未采用以上的任何一种方案。而是直接简单粗暴地使用了大量塑封的分立IGBT芯片并联。

↑英飞凌半导体展台展出的特斯拉Model X电驱控制器方案

如上图为慕尼黑电子展Electronica 2016上英飞凌半导体展台展出的特斯拉Model X电驱控制器方案。其电子四驱系统使用了大量英飞凌汽车级高性能垂直Trench工艺IGBT。封装如图为塑封的Super-247封装。位于后轴的大功率主电驱控制器共使用了84个该封装的IGBT芯片。也就是说每个功率驱动门由14个IGBT芯片相并联分担功率。位于前轴的小功率电驱控制器也使用了36个IGBT芯片,每6个相并联。

如下分别为特斯拉Model S 85D与P85D电驱系统对比图

↑特斯拉Model S 85D电驱系统

↑特斯拉Model S P85D电驱系统

如果仔细对比可以发现同为电子四驱,85D前后轴配备了相同的标准电机与电驱控制器。而P85D则将后轴的电驱系统换成了功率更大的电机与电驱控制器。

如下P85D后轴增强电驱系统示意图可见其由峰值功率310kW的交流感应电机(左)、变速箱(中)和峰值电流1200安培的电驱控制器Inverter(右)组成。电驱控制器的体积已经基本和电机相当。

↑P85D后轴增强电驱系统示意图

↑待拆解的P85D后轴增强电驱系统照片

让我们来具体看一下电驱控制器的内部结构。当把电驱控制器的外壳拆开后可以发现,其内部成三角形。而其实三角形的每一边就是三相电机驱动的一个相。顶部的三块电路板即为每相的高压隔离预驱控制板。每一相对应的驱动电路。其包括电机逻辑控制板,高压直流DC电容(凸起的黑色长方体)以及电容下方的功率板。特写照片中由于逻辑板和电容的遮挡,只能看到功率板的一部分。不过可以看到一排共7个塑封的IGBT芯片。其通过导热硅脂被散热夹片固定在导热背板上。

↑拆解后的特斯拉电驱控制器

↑特斯拉电驱控制器特写照片

功率板的照片可以看到每一相的功率板包括4排,每排7个塑封IGBT芯片。共28个IGBT组成的高压驱动半桥。三相驱动共包含3块这样的功率板,共84个塑封IGBT。通过每驱动门14个IGBT的并联,功率和电流得到分散,从而降低了散热要求。因此使用塑封封装和传统PCB成为可能。

↑特斯拉电驱控制器功率板

特斯拉电驱控制器最终通过底部的交流输出母线来将驱动电流输出至大功率交流感应电机。其交流输出母线上还集成了电流传感模块。交流输出母线直接对接电机交流母线接口,省去了高压线束。这样节省成本的同时提高了可靠性

↑特斯拉电驱控制器交流输出母线

↑特斯拉后轴增强电机交流母线接口

↑特斯拉后轴增强电机与变速箱示意图

综上所述,通用和特斯拉在电驱控制器上走出了完全不同的两个方向。特斯拉遵照简单实用的原则,用大量塑封IGBT和传统PCB工艺,以与电机同等的体积,达到了峰值功率超300kW的大功率电机驱动及散热要求。从而赋予了全球最快量产电动汽车迅猛的加速