插播：5月15日，“电动交通&数字能源SiC技术应用及供应链升级大会”活动将在上海举办，演讲或摊位咨询请联系许若冰（hangjiashuo999）。
3月19日，保时捷发表了一篇题为《模块化多电平SiC逆变器：将直流电转换为交流电》的文章，他们提出了一个新的概念 “交流电池（AC battery）”，这种交流可重构电池系统有以下几个亮点：
● 高度集成：电池、BMS、电控、低压DC-DC和OBC集成为一个部件；
● 将大电池分拆成18个电池子模块，减少了总串联电池数量，可以大幅延长电池寿命，并且单个电池子模块可独立控制，因此出现故障后依旧能够“跛行回家”；
● 单个电池子模块采用8颗SiC MOSFET，18个子模块合计采用144颗器件，与传统两电平逆变器相比，这种多电平逆变器的动力系统效率更高。
保时捷表示，他们已经成功在试验台上进行了测试，并在车辆上进行了演示（获取原文，请加微信：hangjiashuo999）。
保时捷AC battery系统整体方案
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提升续航、降低电池成本、提高集成度
目前，汽车厂商都倾向于将直流母线电压提高到800V，甚至比亚迪和特斯拉还发布了1000V的汽车平台，但是电动车电压并不能简单粗暴地将电压提高到800V-1200V，因为电动车要完全取代油车仍需要持续降低成本、提升续航。
高电压可以缩短充电时间，同时降低传导损耗，但是恒定不变的高压平台会导致出现几个方面的问题：
主流电动车的电池、电控和电机
一是逆变器在高电压情况下的开关损耗会增加，电机铁芯的磁性损耗也会增加，所以在800V以上平台需要采用更节能的SiC MOSFET来替代硅基IGBT。
二是高压平台在低速和低扭矩工作点的效率会下降，而低速又是城市日常用车的主要场景。
三是电池冗余成本。通常由于电池之间的容量差异，长串联的大电池组为了保障安全，电池容量没有得到100%利用，存在很大程度的裕量电池成本浪费；
四是电池老化风险，长串联的大电池组的可用容量是由最弱的电池决定的，很容易出现一颗老鼠屎坏了一锅粥的情况。
因此，最近几年汽车行业提出了几种可以进一步优化电动车效率、续航和成本的技术，例如极氪-沃尔沃团队开发出“转换器+逆变器系统”，即在电池组和逆变器之间插入一个直流-直流转换器。
极氪-沃尔沃团队的“转换器+逆变器系统”
这种技术可以对逆变器直流链路电压进行可变的控制，可将300V电压SiC电驱的能耗降低58%（链接）。
在上述技术的基础上，杜克大学等研究团队还提出了新的设计思路——模块化多级串并联转换器 (MMSPC)。MMSPC简单来说就是将大电池组拆分成多个小的电池子模块，然后与功率器件组成“电池-转换”模块。
另外，由于缩短了串联电池的长度，可有效解决了因电池间参数变化而导致的平均容量下降问题，根据林平雪大学团队的研究，该技术可以将电池系统的潜在寿命时间延长高达71%（获取这两个文献，请加微信：hangjiashuo999）。
杜克大学团队MMSPC系统
在这个系统的基础上，保时捷Engineering公司提出了更为前沿的系统——“交流电池”概念。
相较于杜克大学的方案，保时捷的“交流电池”系统的集成度更高，它将电池、电池管理系统、脉冲逆变器、低压DC-DC和车载充电器等功能集成到一个组件中。
采用144颗SiC MOS
“交流电池”属于交流可重构电池系统，与传统 BEV 系统的主要区别在于功率转换层级。交流可重构系统不依赖单个大型逆变器，而是包含多个较小的逆变器，每个逆变器都集成了一个电池模块。
从下图可以看出，保时捷“交流电池”系统将高压电池分拆成了18个单独的电池子模块，分布在三个相位上，它们可以通过SiC MOSFET进行单独控制。而各个电池模块灵活地互连成模块化多级串并联转换器 (MMSPC)，形成分布式实时系统，从而可以动态建模电压曲线，这样就可以直接从电池模块的直流电压产生电机的正弦三相交流电压。
保时捷MMSPC系统示意图
与两电平逆变器相比，这种多电平输出电压具有多项优势，包括：输出交流滤波器更小、牵引电机损耗更低以及整体动力系统效率更高。
据保时捷工程公司专家项目经理 Daniel Simon介绍，MMSPC系统既可以在行驶时直接控制电动驱动电机，也可以直接连接到交流电网为电池进行高压快充。
MMSPC的“电池-转换”模块是由电池子模块和SiC MOSFET器件构成，每个“电池-转换”模块采用了8颗SiC MOSFET器件，也就是说整个MMSPC系统会用到144颗器件，虽然SiC MOSFET用量增加了，但是由于电池可用性大幅提升，可弥补这部分的成本增加。
保时捷并没有提交这个系统的续航、成本等数据，但林雪平大学团队的类似研究表明，使用可重构电池系统，整体系统的续航里程比传统电池系统高出约6%，充电时间可比传统电池组快22%。
保时捷“电池-转换”模块的拓扑图
此外，这18个“电池-转换”子模块可实现构成不同的互连配置，如并联、串联、旁路和无源电路，例如将所有模块进行并联，那么电池电压是最低的（左）。如果将它们全部串联，则电压达到最大值（右）。中间值是通过模块并联和串联的不同组合来实现的。
保时捷“电池-转换”模块的DC-AC工作原理图
保时捷认为，他们的AC battery系统具有多个优势：
一是这个系统更具灵活性，更容易扩展到各种不同类型电驱动力总成系统；
二是在维修或发生事故时，可以更安全地处理载流部件：
▲ MMSPC关闭后，系统可以有效地变成单独的“电池-转换”模块，这样系统只检测单独的模块，如果某个电池单元出现故障，智能控制系统会绕过而不是用它，这样就提高了故障保护能力。
▲ 传统电池一旦检测出问题，会导致整个车辆故障瘫痪而无法行驶，保时捷的MMSPC可以实现所谓的“跛行回家”功能，使车主能够以较低的功率到达最近的维修厂。
林雪平大学的研究还提到了另一个好处，就是对不同电压等级的电池子模块进行“区别对待”，从而可以更好地应对电池老化问题。
电驱总成系统实现软件定义
但是实施交流电池概念的主要挑战是开发一个强大而快速的中央控制单元，以便精确控制各个“电池-转换”模块。为此，保时捷还开发了一个控制系统，该系统是由一个标准化的控制单元概念进行控制，并配备了一个功能特别强大且可实时运行的计算平台。
保时捷AC battery系统的中央控制单元
该控制单元平台是由两个部分组成，一个是项目特定的基板，另一个是项目独立的计算单元，后者是系统级模块的形式，具有与基板的统一接口。
据Simon 解释，图片上方的处理单元是一个异构多处理器平台，并作为单个片上系统运行。它结合了现场可编程门阵列 (FPGA)，用于控制和监控系统的实时能力，以及一个强大的多核处理器，用于在单个组件中处理大量数据。
FPGA可以接管复杂的计算以减轻处理器负担并补充缺失的外设，与通常的纯微控制器解决方案相比，这在可扩展性和灵活性方面具有显著优势。通过选择片上系统系列中的衍生产品，性能可以从基本的ECU要求（I/O 驱动、通信网关或电力电子），扩展到具有额外GPU和视频编解码器要求的复杂ADAS系统。该方法的一个特点是控制单元功能的软件集中实现。
保时捷表示，他们已经将“AC battery”概念与新的控制单元平台一起应用于各种车辆原型，并在测试台上进行了成功的测试。该系统还集成到测试车辆中，以展示其基本功能。
电动交通&数字能源SiC技术应用及供应链升级大会
碳化硅是新能源和工业电气化的技术发展方向，2025年5月15日，“行家说”将在上海举办“电动交通&数字能源SiC技术应用及供应链升级大会”，本届大会将邀请SiC头部厂商、下游终端应用厂家等产业链核心玩家，共同探讨碳化硅在新能源汽车中的技术应用等关键话题。
大会现已开放报名渠道，因会议名额有限，先到先得，欢迎扫码报名参会。同时，活动还有少量演讲和摊位展示席位，赞助咨询请添加微信联系（hangjiashuo999）。
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