「鯰魚」特斯拉

編者按：在汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的推動下，汽車電子站到了產(chǎn)業(yè)的臺前，并迎來了新一輪爆發(fā)。半導體產(chǎn)業(yè)縱橫特別推出《縱橫專題：汽車電子特輯》，從應(yīng)用視角看汽車電子的最新進展，從應(yīng)用視角看汽車電子的最新進展。第一期為《智能座艙芯片》，第二期為《車載 CIS 芯片》，本期專注于新能源汽車龍頭：特斯拉。也歡迎業(yè)內(nèi)專家交流、投稿。

新能源汽車領(lǐng)域的「保時捷」，一家獨大，與寶馬、奔馳等豪車處于同一檔次，被視為高端車型的——特斯拉。

根據(jù)特斯拉提供的數(shù)據(jù)，今年上半年它的銷量為 17.9 萬，這意味著日產(chǎn)，比亞迪，大眾加起來也比不過特斯拉一家。這一切都在表明特斯拉正在新能源汽車領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，而且難以撼動。

這條新放入水池的鯰魚，是怎么攪動「一汪春水」的？

一騎絕塵的智能駕駛系統(tǒng)

11 月 24 日，特斯拉 CEO 埃隆馬斯克宣布，特斯拉的 FSD(Full Self-Driving，全自動駕駛)Beta 版現(xiàn)已面向所有北美付費車主推出。

據(jù)了解，特斯拉 FSD Beta 于 2020 年開始測試，一開始只面向少量客戶開放，此后逐漸擴大到約 16 萬名車主。體驗特斯拉 FSD Beta 通常還需要車主達到特斯拉內(nèi)置的安全評分要求，并需要有高級駕駛員輔助功能 Autopilot 的 100 英里使用記錄。如今全面開放后，F(xiàn)SD Beta 不再考察用戶的評分和熟悉度，只需要額外支付 15000 美元 (約 10.7 萬元人民幣) 就能使用。

事實上，F(xiàn)SD 一直是飽受批評的焦點，因為該產(chǎn)品沒有達到馬斯克聲明的預(yù)期。2016 年 10 月，馬斯克首次宣布了出售 FSD 的計劃，此前他在一次技術(shù)會議上稱，認為自動駕駛「基本上是一個已解決的問題」，并且在 2019 年表示，大約一年內(nèi)，特斯拉的技術(shù)將發(fā)展到無人駕駛的地步。

話雖如此，但特斯拉的智能駕駛系統(tǒng)通過不斷學習和更新，具備持續(xù)改進的能力。利用先進的機器學習和人工智能技術(shù)，特斯拉能夠從全球范圍內(nèi)的特斯拉車輛中收集駕駛數(shù)據(jù)，并通過無線更新將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實時的改進和優(yōu)化。這種動態(tài)學習的方式使得特斯拉車輛能夠逐漸適應(yīng)各種交通場景和復雜路況，提高駕駛的安全性和效率。

以及特斯拉強調(diào)用戶體驗和舒適性。特斯拉的智能駕駛系統(tǒng)設(shè)計注重用戶友好性，使得駕駛變得更加輕松和便捷。用戶可以通過簡單的觸摸屏操作激活自動駕駛功能，而系統(tǒng)會在可行的情況下自動進行車輛控制，為駕駛者提供更多的休閑時間。這種注重用戶體驗的設(shè)計使得特斯拉的智能駕駛系統(tǒng)在市場上脫穎而出，受到了廣泛的關(guān)注和認可。

領(lǐng)先的汽車電氣架構(gòu)

目前傳統(tǒng)車企仍以分布式架構(gòu)為主，特斯拉的電子電氣架構(gòu)較為領(lǐng)先且在不斷進步深化, 為了支持自動駕駛車型的未來傳感器架構(gòu)，領(lǐng)先的電氣架構(gòu)越來越受到重視，成為支撐傳感器架構(gòu)的基石。

特斯拉自動駕駛電氣架構(gòu)

首先，其高度集成的電動化系統(tǒng)使得電機、電池和電控系統(tǒng)得以協(xié)同作用，提高整體能效。特斯拉電動汽車的功率電池組采用了鋰離子電池技術(shù)，具有卓越的能量密度。例如，特斯拉 Model S Long Range 版的電池組能夠提供 370 英里（約 595 公里）的續(xù)航里程，顯示出先進電池技術(shù)的優(yōu)越性能。

特斯拉還強調(diào)軟件在汽車電氣架構(gòu)中的關(guān)鍵作用，通過無線更新不斷提供新的軟件功能和性能改進。目前特斯拉已經(jīng)實施了多次軟件更新，為車主帶來了自動駕駛功能的增強、導航系統(tǒng)的改進以及用戶界面的升級。這種靈活的軟件更新機制使得特斯拉車輛具備不斷進化和改善的能力。

如今，特斯拉 Model3 相對 ModelS 實現(xiàn)了線束長度減半，就得益于全新電子電氣架構(gòu)的創(chuàng)新。它具體分為域控制架構(gòu)和電源電源分配架構(gòu)。駕駛輔助與娛樂系統(tǒng)的控制都合并到了 CCM 中央計算模塊當中。而電源分配架構(gòu)則充分考慮了目前高度自動駕駛輔助系統(tǒng)所需要的電源冗余要求。

電控 SiC，望其項背

特斯拉在電池管理系統(tǒng)（BMS）方面面臨的挑戰(zhàn)比許多其他車型要大。特斯拉采用了大量的 21700 圓柱形三元鋰電池構(gòu)成的電池系統(tǒng)，這使得電芯數(shù)量規(guī)模龐大。普通的 BMS 系統(tǒng)無法滿足如此多電池的管理需求。特斯拉自主研發(fā)了 BMS 電池管理技術(shù)，采用了主從架構(gòu)，即「一主四從」的管理方式。在電池包的「Penthouse」位置，有一個主控 BMU 中心，四條 BMS 系統(tǒng)線路分布其中。此外，所有的電池電控系統(tǒng)都集成在 Penthouse 位置，這種高度的電控系統(tǒng)集成也是特斯拉引以為傲的特點。

特斯拉 BMS 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，即使使用不同類型的電池，仍可適配良好，展現(xiàn)出高度包容性。電芯平衡采用兩階段法，延長了電芯的使用壽命，減少了電芯電量衰減。

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計，特斯拉電機在材料選取上也下足了功夫。比如電機采用的碳化硅。因為技術(shù)和成本的限制，目前行業(yè)內(nèi)，碳化硅只在部分高端車型使用，但特斯拉 Model 3、Model Y 全系都使用了此種材料。碳化硅有著明顯的優(yōu)勢：

高溫穩(wěn)定性和功率密度提升： 碳化硅具有出色的高溫穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下保持較高的電導率。這使得碳化硅適用于電動汽車中高功率電子元件的制造。數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)硅材料，碳化硅半導體可以在更高的溫度下實現(xiàn)更高的功率密度，提高了電動汽車電控系統(tǒng)的整體效能。

提高充電效率和續(xù)航里程： 采用碳化硅技術(shù)的電控系統(tǒng)可以降低電能轉(zhuǎn)換時的損耗，從而提高電動汽車的充電效率。通過降低電能轉(zhuǎn)化的熱損失，電動汽車可以更有效地利用電池儲存的能量，進而提升續(xù)航里程。特斯拉在其車型中廣泛采用碳化硅技術(shù)，為用戶提供更長的駕駛里程。

高效的功率電子器件： 碳化硅半導體器件相比傳統(tǒng)硅材料更具有導電和電子傳輸?shù)膬?yōu)越性。這種高效率的功率電子器件可在電動汽車中用于直流-直流變換器（DC-DC converters）和逆變器（inverters）等關(guān)鍵部件，提高整個電動汽車系統(tǒng)的性能。相較于傳統(tǒng)硅材料，碳化硅功率器件的開關(guān)速度更快，使得電能的轉(zhuǎn)換更為迅速和精準。

特斯拉利用碳化硅技術(shù)提高充電效率，但其采購價格貴于 IGBT。特斯拉與三安光電合作將所有 IGBT 換成碳化硅 MOSFET，預(yù)測單件機全部換成 MOSFET 后需要 3,500 元。充電效率提升 5-7% 可降低用電費用及提高毛利空間。碳化硅單電機板價格較高，但可節(jié)省元器件數(shù)量及成本。華潤微公司的 6 英寸商用碳化硅產(chǎn)線已進入量產(chǎn)。特斯拉將 IGBT 換成碳化硅后可將車載 OBC 體積縮減 55-60%，能量損耗減少 25-30%，轉(zhuǎn)換效率可提升至 96.5%。充電樁中的有緣元件將會從 6 個轉(zhuǎn)化至 12 個，成本增加 1.7 倍。隨著智能化的不斷提升，對于增加功率并且縮減 OBC 等部件體積以改善性能的需求不斷增加。

另外特斯拉采用碳化硅 MOSFET 材料提升逆變器效率，對電動車續(xù)航能力有顯著提升。碳化硅器件采購需參考襯底、長徑工藝成熟度和 PVT 長晶晶形轉(zhuǎn)化情況。拉棒流程是特斯拉汽車生產(chǎn)中重要一環(huán)，國內(nèi)平均生產(chǎn)效率偏低，科瑞公司可生產(chǎn)長度達 40mm 的長晶?？迫鸸酒骄?1 爐 1 天可生產(chǎn) 1,200 片切片，有效生產(chǎn)時間為 10 個月。特斯拉與 Wolfspeed 部門合作生產(chǎn)碳化硅與氮化鎵材料。特斯拉外延成本較合理，占總成本比率為 22-23%。特斯拉使用碳化硅 MOSFET 材料提升逆變器效率，對電動車續(xù)航能力有顯著提升。

鯰魚效應(yīng)依舊：領(lǐng)先行業(yè)，挑戰(zhàn)行業(yè)

當初特斯拉被稱為馬斯克「不切實際的瘋子夢」，而如今，特斯拉不僅是汽車，還是智能平臺，這給汽車乃至整個行業(yè)放入了新的「鯰魚」，攪動生態(tài)，探索新路。通過軟件更新、數(shù)據(jù)分析和云計算等方式，不斷提升汽車的功能和價值。特斯拉還通過自建充電網(wǎng)絡(luò)、儲能設(shè)備和太陽能板等方式，構(gòu)建了一個完整的能源生態(tài)系統(tǒng)，為用戶提供了更加便捷和環(huán)保的出行體驗。

例如，特斯拉 2018 年牽手意法半導體，率先在 Model 3 應(yīng)用了 SiC 芯片，以替代傳統(tǒng)的 IGBT 芯片，系統(tǒng)效率提高 5％左右，令續(xù)航能力有了顯著的提升。如今，意法半導體官微宣布，該公司與理想汽車簽署了一項碳化硅（SiC）長期供貨協(xié)議。按照協(xié)議，意法半導體將為理想汽車提供碳化硅 MOSFET，支持理想汽車進軍高壓純電動車市場的戰(zhàn)略部署。據(jù)介紹，理想汽車即將推出的 800V 高壓純電平臺將在電驅(qū)逆變器中采用意法半導體的第三代 1200V SiC MOSFET 技術(shù)。

另外，特斯拉還打破了傳統(tǒng)汽車行業(yè)的慣例和規(guī)則，建立了自己獨特的業(yè)務(wù)模式。特斯拉直接通過網(wǎng)上銷售和自營門店，與用戶直接接觸，省去了中間商的環(huán)節(jié)，降低了成本和價格。

電動汽車市場正在增長，梅賽德斯奔馳和寶馬等豪華汽車制造商紛紛涉足這一領(lǐng)域。分析師預(yù)測，到 2030 年，全球電動汽車總銷量將約占所有新車銷量的 29.5%。但特斯拉的長期成功誰也說不準。2014 年 12 月，摩根士丹利汽車分析師亞當·喬納斯預(yù)測，該公司到 2020 年生產(chǎn) 50 萬輛汽車的目標將達不到 40%。然而，到 2020 年底，特斯拉的汽車產(chǎn)量超過 51 萬輛，超出目標 2%。

與任何事情一樣，沒有任何保證。現(xiàn)實情況是，特斯拉汽車公司已經(jīng)從一家初創(chuàng)公司轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓男袠I(yè)參與者。不變的是它非凡的故事和它作為電子汽車前沿先驅(qū)的地位。