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E-tron和Taycan逆变器的同与不同

2020/08/31
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Taycan 动力总成的组装

周末我想聊一下 E-tron 和 Taycan 的逆变器设计,在这里和我们认知差异的地方有几个点:

1)E-tron 和 Taycan 采用的相似的逆变器设计,这个出自日立的设计,前后桥和两台车(400V 和 800V)里面都有很大的相似性。

2)400V 和 800V 的主要差异,主要是对于 IGBT 功率模块的修改(IGBT 芯片的耐压从 700V 扩大至 1,200V 以外),其他平滑电容器电机控制器主板、电流传感器等主要零部件作为标准零部件开发 这个事情还是挺意外的,我想从逆变器的开始来讲这个事情。

备注:主要的信息来源是日本汽车工程师学会上“车载逆变器的高电压及大功率密度技术”,的讲演,Marklines 上有关于这些内容的专题内容。

图 1 日立给奥迪开发的逆变器

01、E-tron 和 Taycan 的逆变器相似的地方

我们先列一下相似的地方:

1) 这两个逆变器都是由日立帮助奥迪和保时捷的工程师进行开发的

2) 都采用兼容的方式来做的,如下所示,Etron 是通过集成安装的布置,Taycan 是通过桥接器进行安装,这样同样的部件进行组合就可以得到不同的驱动桥

图 2 E-tron 和 Taycan 的前后桥逆变器

02、E-tron 和 Taycan 的逆变器有差异的地方

1) 参数和使用

E-tron 的逆变器的电压覆盖范围为 150V-460V,10 秒持续的最大电流为 530A,持续电流最大为 260A,功率密度为 30kVA/L,内部采用了三个 IGBT 模块(power modules)。

Taycan 的逆变器的电压覆盖范围为 450V-850V,分两种不同的类型 逆变器 300 具有 3 个新型 IGBT 功率模块,最大相电流 2 秒额定为 335A,持续工作电流为 190A,功率密度为 62.3kVA/L。 逆变器 600 在功率单元上采用并联 2 个 IGBT 功率模块的方式来解决(一共搭了 6 个),最大相电流 2 秒额定为 670A,持续工作电流为 380A,均是前者的 2 倍,输出功率密度为 94.3kVA/L。

图 3 逆变器的参数

如下图所示,三种逆变器的重量分别为 8kg、7.4kg 和 10.5kg。

图 4 Taycan 的两个不同的型号

原理图里面,在滤波设计,被动放电电阻方面还有差异,E-tron 只有一个主动放电的回路,Taycan 还加入了一个被动放电。从放大电流的角度,Taycan 可以做一个并联的考虑。

图 5 逆变器原理图

在整体内部的布置方面,由于在相似的体积下,Taycan 需要提供 6 个 IGBT 的空间,所以两者在 IGBT 驱动板和控制板,IGBT 的布置方向(E-tron 是躺着、Taycan 是立着),Busbar 设计都有很大的区别。Taycan 在功率模块开口处的 AC/DC 端子、信号端子以及直流端子,采用了 2 个正极、2 个负极交互配置的结构,通过抵消由于反向瞬态电流引起的磁通,以降低寄生电感

图 6 两个逆变器的布置差异

小结:保时捷确实用了 SiC 器件,但是部件主要用于充电部分,有详细信息我们后续也可以仔细关注下,我个人感觉 Taycan 很多地方是在开发中有的技术为了量产做了妥协,是性能优先为目标。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。