我之前一直以為Taycan用的是Delphi的SiC的器件，但是根據(jù)目前日立所AMS披露的，包括Taycan里面維修手冊(cè)所描述的情況來(lái)看，情況并不是這樣。
圖1 2020年后的電壓和功率系統(tǒng)
800V下的IGBT模塊
這份報(bào)告的原文為《High Voltage and High Power Density Technologies for Inverter in Vehicle》。
圖2 信息的發(fā)表來(lái)源
這里最讓人驚訝的部分，就是Taycan是沿用了原有的IGBT模塊的，如下所示。日立AMS開(kāi)發(fā)的逆變器改良了整體的絕緣設(shè)計(jì)，核心是在之前的基礎(chǔ)上改進(jìn)了并推出了適用800V的功率模塊。新的功率模塊匹配800V系統(tǒng)，達(dá)到了94kVA/L的功率密度。系統(tǒng)電壓要從400V提高至800V，在功率模塊層面主要需要提高耐電壓水平，通過(guò)優(yōu)化模塊的封裝設(shè)計(jì)及使用的絕緣結(jié)構(gòu)，避免了增加模塊的尺寸。功率模塊由兩個(gè)功率元件串聯(lián)而成，采用二合一封裝，IGBT及引線框架等元件均采用了轉(zhuǎn)印模具密封，并進(jìn)一步封裝在鋁制模塊殼體中，采用雙面冷卻。
圖3 日立的IGBT模塊
圖4 日立的雙面冷卻技術(shù)從2015年左右進(jìn)入成熟期
絕緣處理方面，除了將絕緣體完全覆蓋在施加高電壓的電極上進(jìn)行絕緣以外，還能通過(guò)設(shè)置絕緣距離進(jìn)行絕緣，但需要同時(shí)確保空間距離與爬電距離。為了延長(zhǎng)絕緣樹(shù)脂件的爬電距離，增加筋和槽，在總線端部設(shè)置倒角形狀。下圖樹(shù)脂絕緣部分的截面圖，功率模塊的銅排被絕緣樹(shù)脂隔開(kāi)，為了延長(zhǎng)爬電距離，除了在垂直方向上增加樹(shù)脂的高度之外，還通過(guò)在絕緣樹(shù)脂與總線接觸的地方開(kāi)缺口來(lái)保證爬電距離。
圖5 功率模塊的絕緣設(shè)計(jì)
功率模塊樹(shù)脂片對(duì)焊接了功率器件的引線框架和散熱片進(jìn)行絕緣，樹(shù)脂片大量填充了負(fù)責(zé)向散熱片導(dǎo)熱的陶瓷填料，實(shí)現(xiàn)了薄膜化，保證了較高的散熱性能。但由于絕緣片與引線框架和散熱片粘合時(shí)產(chǎn)生的小空隙可能會(huì)導(dǎo)致介電強(qiáng)度下降，因此導(dǎo)體箔被層壓在絕緣片的內(nèi)部。功率模塊使用的絕緣片內(nèi)部疊有導(dǎo)體箔，防止局部放電。當(dāng)施加到空隙的空氣層的電壓高于空氣的介電擊穿電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部放電，通過(guò)用導(dǎo)體箔對(duì)施加到絕緣片的電壓進(jìn)行分壓來(lái)減小空隙的電場(chǎng)。利用導(dǎo)體箔、引線框架與散熱片之間的電位差分壓至上下兩層絕緣片，將導(dǎo)體箔的電位固定為中間電位，改善絕緣片的局部放電特性。
圖6 絕緣特性的設(shè)計(jì)
SiC的使用和路徑
在整理11kW交流充電機(jī)方面，這里的H橋電路部分，應(yīng)該都是使用SiC器件來(lái)做的，包括保時(shí)捷自己后續(xù)采用的直流充電樁里面也采用了SiC模塊。
圖7 交流充電機(jī)的SiC使用
在《4E Power Electronic Conversion Technology Annex》一文中給出了一些SiC的使用路徑，可能可以參考。
小結(jié)：我之前一直以為Taycan是最早使用SiC全套的車型，從Taycan開(kāi)始開(kāi)發(fā)的時(shí)間到2019年量產(chǎn)，我們能看到保時(shí)捷的工程師對(duì)于驅(qū)動(dòng)逆變器應(yīng)用并不特別成熟的技術(shù)的猶豫，到2022年的PPE平臺(tái)，會(huì)大量使用SiC技術(shù)。
