作者 五哥 版權(quán)歸電動(dòng)新視界平臺(tái)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
特斯拉作為全球新能源銷售的佼佼者，越來(lái)越受到傳統(tǒng)車企的青睞，這里主要指的是對(duì)標(biāo)對(duì)象。今天再來(lái)回顧一下特斯拉在哪些方面進(jìn)行了優(yōu)化或改動(dòng)
Model 3的電機(jī)從原先的感應(yīng)電機(jī)變?yōu)榍度胧接来磐诫姍C(jī),冷卻方式也從水冷變?yōu)橛屠?以縮小尺寸、提高效率。逆變器通過(guò)采用Sic (碳化硅)的新電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化。技術(shù)方面的特點(diǎn)包括電池采用新型電芯,采用獨(dú)特連接方式,還擴(kuò)大了容量、提高了可靠度。
1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)
特斯拉Model 3的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)為在減速器的一側(cè)安裝電機(jī)、另一側(cè)安裝逆變器,大致上保持Model s的結(jié)構(gòu)不變,但電機(jī)的內(nèi)部完全不同。值得注意的是, Model 3采用了“嵌入式永磁同步電機(jī)(IPMSH-interior permanent magnet synchronous motor)"和“油冷"。
Model 3 與Model S的參數(shù)對(duì)比
嵌入式永磁同步電機(jī)
特斯拉的Roadster、Model S、Model X都采用感應(yīng)電機(jī),但Model 3首次采用嵌入式永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)的尺寸更有優(yōu)勢(shì),永磁同步電機(jī)側(cè)重于小型、低中速領(lǐng)域效率,感應(yīng)電機(jī)則側(cè)重于高速領(lǐng)域效率和大扭矩。Model 3定位為量產(chǎn)型乘用車,因此相比大扭矩產(chǎn)生的加速性能,更側(cè)重于效率(即續(xù)航里程) ,因此采用嵌入式永磁同步電機(jī)。
感應(yīng)電機(jī)與永磁同步電機(jī)
感應(yīng)電機(jī)與永磁同步電機(jī)的定子基本一致，但轉(zhuǎn)子不同。感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子利用定子的磁場(chǎng),使電流流向轉(zhuǎn)子,從而產(chǎn)生扭矩。不具備磁鐵,電流流向轉(zhuǎn)子本身的線圈,再產(chǎn)生扭矩,降低了效率,但通過(guò)大電流可獲得大扭矩。而永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用磁鐵,定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁鐵的磁通量相互作用產(chǎn)生扭矩。轉(zhuǎn)子始終存在由磁鐵產(chǎn)生的磁通量,而電流流向定子后就會(huì)產(chǎn)生扭矩,效率較高,但轉(zhuǎn)數(shù)變高時(shí)就無(wú)法驅(qū)動(dòng)。因此,要驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速,就要利用逆變器減少發(fā)電量(稱之為磁場(chǎng)削弱控制)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此,可驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速,但高速范圍的效率較低。
轉(zhuǎn)子
定子與轉(zhuǎn)子
2、油冷潤(rùn)滑系統(tǒng)的采用
*轉(zhuǎn)子
- 轉(zhuǎn)子的鐵芯中央部分與左側(cè)1/4和右側(cè)1/4的旋轉(zhuǎn)方向有若干差異,這是為了消除旋轉(zhuǎn)時(shí)扭矩不均勻的現(xiàn)象,稱之為skew (斜槽度)。
- 轉(zhuǎn)子內(nèi)部是磁鐵以V字形排列的六極電機(jī)。磁鐵插入了電磁鋼疊片鐵芯。
- 轉(zhuǎn)子軸有多個(gè)油管道的中空部分和開孔,通過(guò)旋轉(zhuǎn)使冷卻油飛濺,同時(shí)冷卻轉(zhuǎn)子鐵芯和定子。
- 轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)徑為70mm ,外徑在150mm左右,使用厚度0. 25mm的電磁鋼片。
*定子
- 定子值得注意的是油冷的采用。Model S為水冷,但Model 3的定子殼體未采用水冷水套,電機(jī)內(nèi)部完全為油冷。
- 電機(jī)內(nèi)只有冷卻油通道,但與電機(jī)一體化的變速器一側(cè)搭載利用冷卻水來(lái)冷卻油的熱交換器、電動(dòng)機(jī)油泵、機(jī)油濾清器等油冷組件,變速器也負(fù)責(zé)使油流向電機(jī)。
- 定子鐵芯的特點(diǎn)是有56個(gè)槽,內(nèi)徑在150mm左右,外徑在250mm左右,其形狀特殊,用于冷卻油流動(dòng)的開孔較多。此外,在疊片鐵芯的中央部位有接油和分配油的通道。
- 定子線圈與原先一樣為分布繞組式線圈,線徑為0.8mm。
定子
3.逆變器
中間夾著動(dòng)力總成的變速器,一側(cè)是電機(jī),另一側(cè)搭載著逆變器。
2012年上市的Model s合計(jì)安裝了96個(gè)電源模塊,此次拆解的Model 3具有24個(gè)電源模塊,其逆變器大幅縮小了尺寸。
*逆變器
逆變器的作用是將電池的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電,進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和回收控制,進(jìn)行控制的電機(jī)控制器的主板位于最上方,下方是向各相電源模塊發(fā)出指令信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路。
電機(jī)由逆變器產(chǎn)生的三相交流電力驅(qū)動(dòng), 3根輸電線的連接端子與連接各電源模塊的母線板成一體,貫穿變速器內(nèi)部,用螺栓固定電機(jī)線圈的引線。
拆解時(shí)逆變器內(nèi)部的連接處為激光焊接,僅剝除焊料無(wú)法拆解,必須切斷才能拆下。
逆變器
電機(jī)控制主板
母線板
*電源模塊與電容器
- 逆變器的最下方為電容器和電源模塊。電容器在逆變器開啟或關(guān)閉時(shí),對(duì)電池直流電流向逆變器時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。右圖中后方黑色物體即為電容器。
- 母線板向各相電源模塊分配的直流電通過(guò)逆變器的PM (脈沖寬度調(diào)制, PulseWidth Modulation) ,成為交流電,從中央的母線引出,傳輸至電機(jī)。直流電通過(guò)電源模塊可在5kHz左右的頻率下開啟和關(guān)閉,轉(zhuǎn)換為交流電,但逆變器的主要性能由該電源模塊決定。
- Mode1 3使用的電源模塊應(yīng)該是ST Microelectronics為Model 3開發(fā)的sic電源模塊(圖片最前面并排的多個(gè)黑色零部件) 。各相的上/下臂各并列連接著4個(gè)電源模塊,三相合計(jì)安裝了24個(gè)電源模塊。
- 通過(guò)采用SiC MOSFET (碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管, Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ,可減少開啟時(shí)的損耗和切換損耗,實(shí)現(xiàn)小型高效的逆變器。經(jīng)過(guò)銅底板,由下方水冷散熱器散熱。電源模塊連接處的反面沒(méi)有片狀突起,而是有多根棒狀排列的散熱器(擾流柱散熱器) ,利用冷卻水進(jìn)行水冷。水通道由稍大的蓋板覆蓋和密封。
電源模塊與電容器
散熱器
殼體背面
sic作為新一代電源組件受到關(guān)注,也曾應(yīng)用于鐵路和基建領(lǐng)域,但由于成本高、供應(yīng)不穩(wěn)定(只有部分企業(yè)能提供晶體缺陷較少的sic,不能保證供應(yīng)量) ,使得各整車廠都不敢采用,而特斯拉是首家在量產(chǎn)車中采用Sic的整車。
4.電池
Model 3搭載的電池為2170電池電芯, 相比原先尺寸增加20%,容量增加50%。
*電池包
電池包有4個(gè)模塊,分別搭載印刷電路板。其優(yōu)點(diǎn)是不像普通的電池包那樣連著許多電線,電流的輸入輸出可通過(guò)帶狀電纜監(jiān)控。各模塊的電池控制器控制充電狀態(tài),監(jiān)控是否處于安全正常的狀態(tài)。
電池包
電池控制器
*Brick
Mode1 3搭載了4,41個(gè)電池電芯。特斯拉將每46個(gè)電芯分為一個(gè)"Brick" (磚) ,一共有96個(gè)Brick。每個(gè)Brick中的電芯在集電器上并列連接,整體作為1個(gè)電池工作,各個(gè)Brick的電壓與官方電壓一致,為3.6v,但容量卻達(dá)46倍。如果Brick串聯(lián)與外部連接,就可獲得350v的電壓。
Brick
集電器
*集電器
集電器上連接的2根細(xì)長(zhǎng)的電線分別連接電芯。即使因振動(dòng)和老化使得電線脫落,少了一個(gè)電芯,也只不過(guò)損失了整體容量的46分之1,不需要舍棄整個(gè)電池包。發(fā)生短路時(shí),細(xì)電線能作為保險(xiǎn)絲,切斷與燃燒的系統(tǒng)的連接,幾乎不會(huì)對(duì)車輛的性能產(chǎn)生影響。具有像這樣可靠度極高的設(shè)計(jì),即使發(fā)生一定程度的故障,對(duì)駕駛性能的影響也不大。
*電池電芯
相對(duì)于其他整車廠都傾向于采用大容量電芯,特斯拉較為獨(dú)特,采取多個(gè)小容量電芯并列連接的方式。無(wú)需考慮修理的問(wèn)題,所以全部采用粘合劑粘合,與其說(shuō)是免維護(hù),還不如說(shuō)是無(wú)法維護(hù)的結(jié)構(gòu)。拆解時(shí)電池包上的零部件均采用粘合劑粘合,因此不得不用錘子和鑿子撬開蓋板,讓人覺(jué)得特斯拉似乎不希望被看到電池包里面的內(nèi)容。
Model 3搭載的鋰離子電池電芯與原先相同,為圓筒形鋰離子電池電芯,但并非用于Mode1 s等車型的18650,而是2170鎳鉆鋁鋰離子電池。日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)資料顯示, Mode1 3 (2017款)采用的2170電芯容量為4. 75Ah ,能量密度為260wh/kg、 683wh/L。據(jù)推測(cè),特斯拉與松下位于內(nèi)華達(dá)州的大型合資公司生產(chǎn)的電芯是由特斯拉進(jìn)行模塊組裝的。
本人也是通過(guò)資料的搜集整理，以及對(duì)知識(shí)的理解消化后，形成自己的闡述方式，將此篇文章奉獻(xiàn)給大家，如本人在撰寫的文章中，對(duì)某些知識(shí)有認(rèn)識(shí)不足或有疏漏的地方，還請(qǐng)多多指正。
文章定有疏漏遺誤之處，歡迎各位指正交流。
全文完~
