Invertern i Tesla Model 3

TO-247

Det har läckt detaljer om växelriktaren (invertern) i Tesla Model 3. Men innan vi tittar på de detaljerna ska vi titta på vad det är som får toppmodellen av Tesla att accelerera 0-100 på tre sekunder. Det är inte så mycket själva elmotorn – utan transistorerna som matar den med ström!

Växelriktaren i en elbil omvandlar batteriernas likström till den växelström som motorn behöver. På kretskortet i Tesla Model S växelriktare sitter transistorerna i långa rader:

igbt-s

De kretskorten sitter i metallcylindern till höger om elmotorn, och är vattenkylda för att kunna leverera hög effekt.

Det är inga vanliga transistorer som används utan så kallade Insulated-gate bipolar (IGBT) transistorer. IGBT transistorer tål mycket högre spänningar och strömstyrkor än vanliga transistorer – men är väldigt dyra. I Tesla Model S inverter sitter det över 80 sådana transistorer; i fyrhjulsdrivna versionen dubbelt så många.

Tesla Motors har hittills använt vanliga standard IGBT transistorer, med standard så kallad TO-247 kapsling i sina växelriktare. Själva växelriktarna har varit Tesla Motors skapelser, men komponenterna på kretskorten varit standardkomponenter. Det är ständiga förbättringar i växelriktarna som har fått Model S bilarna bli snabbare och snabbare för varje ny modell. Förbättrad effektivitet har också inneburit förbättrad räckvidd för bilarna. Medan alla diskuterar bilarnas motorer och batterier är det egentligen växelriktaren emellan dem som betyder mest för en elbils prestanda. Man kan säga att växelriktaren är en elbils själ som avgör bilens ”motoregenskaper”.

Tesla Motors utvecklingschef JB Straubel kan prata länge om deras växelriktare. Hur de för varje ny generation de har tagit fram förbättrat dess egenskaper, fått den att tåla högre strömstyrkor med lägre förluster. Högre strömstyrkor kan direktöversättas till fler hästkrafter elmotorn kan drivas med, lägre förluster resulterar i minskad elförbrukning och därmed längre räckvidd. ”Kan vi bara så förbättra med en halv procent betyder det en halv procent längre räckvidd. Eller ännu snabbare 0-100 tider” berättar JB Straubel.

Så länge bilarna tillverkades i begränsade antal var det en fördel att använda standard-transistorer. Tesla kunde dra fördel av teknikutvecklingen. När nya bättre transistorer nått marknaden kunde de byta dem i sina växelriktare. Det är förbättrade (och fler) transistorer som gör att prestandamodellen av Tesla Model S har fler hästkrafter än standardmodellen – och även vad prestandamodellen hade för några år sedan. Ungefär på samma sätt som Tesla Model S batterier blev bättre med åren när tillverkaren Panasonic introducerade nya förbättrade batterityper.

Men med Tesla Model 3 blir det annorlunda.

Precis som Tesla Motors överger standard batteristorlekar när det gäller Model 3 kommer de även överge standardtransistorer i växelriktaren. Teslas utvecklingsingenjörer fick börja om från början med ett blankt papper – och utvecklat en växelriktare till Model 3 som kan leverera samma strömstyrkor som den gamla till Model S – men i ett mindre förpackning, med 25% färre komponenter. Genom att ta fram en helt egen IGBT transistor har de kunnat optimera den till att bli exakt som de ville, med ökad effektivitet och minskad kostnad som följd.

Ökad effektivitet genom optimerade transistorer kommer nog innebära att Tesla Model 3 kommer ha lägre kWh förbrukning per mil än andra motsvarande elbilar. Ingen elbil hittills har tillverkats i tillräckligt stora volymer för att rättfärdiga egenutvecklade kraftkomponenter.

Växelriktaren i Tesla Model 3 ska kunna leverera ”över 300 kW” enligt de läckta uppgifterna. Tesla Model S bakre växelriktare som driver elmotorn på bakaxeln klarar idag 320 kW. Den främre växelriktaren är något mindre på 250 kW. Värstingversionen av Tesla Model 3 har alltså alla möjligheter att bli lika kraftfull som Model S. Ty kW är ju samma sak som hästkrafter – 320 kW motsvarar 430 hästkrafter.

Fast motorstyrka i elbilar är en konstig sak. Det beror faktiskt inte så mycket på själva elmotorn som på växelriktaren och batterierna. Det spelar ingen roll om växelriktaren så tål gazillioner kW om batterierna endast kan leverera hundra. En effektiv växelriktare som tål höga strömstyrkor är en detalj i puzzlet till en snabb elbil – men batteripacket måste också kunna leverera de höga strömstyrkorna. Tesla Model S måste ha stora batteripacket på 90 kWh för att kunna accelerera 0-100 på tre sekunder – lilla batteripacket kan inte leverera tillräckligt höga strömstyrkor. Hur Tesla Model 3 lilla batteripack på enligt rapport mindre än 60 kWh ska kunna leverera över 300 kW återstår att se.

 


Så trimmar man en elmotor

Vill du veta mer om hur Tesla Model S elmotor och växelriktare fungerar kan vi varmt rekommendera dig läsa vår tidigare artikel ”Så trimmar man en elmotor”.

 

Tagged , . Bookmark the permalink.
  • Claes

    Inte aktuellt med GaN eller är priserna fortfarande för höga?

  • G F

    ”Ingen elbil hittills har tillverkats i tillräckligt stora volymer för att rättfärdiga egenutvecklade kraftkomponenter.”

    Jodå, Toyota för 15 år sedan! Med över 8 miljoner sålda Prius

    Dåtidens IGBT hade alldeles för stor spänningspotential i öppet läge (det är detta som avgör verkningsgraden). Så de byggde Hybrid City med 40 000 invånare (då) utanför Toyota City. Och tog fram den IGBT tekniken för elbilar som krävdes för massproduktion. Den tekniken la grunden för dagens elbilar och Tesla.

  • Klas

    Tibor: Jag är imponerad av dig som Journalist, men då flera av läsarna är insatta i tekniken, (och gillar elbilar generellt ännu mer än de gillar Tesla) måste du vara ödmjuk inför detta i dina texter. (Kanske använda ord som ”tror jag”) Professionella biljournalister är inte bättre.

    • http://teslaclubsweden.se Tibor Blomhäll

      Tack… tror jag :-)

  • Kingsthrone

    Den stora fördelen med energikonsumtionseffektivisering i elbilar jämfört med större batterier är att varje mil går snabbare att ladda med samma laddare.