「鯰魚(yú)」特斯拉

編者按：在汽車(chē)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的推動(dòng)下，汽車(chē)電子站到了產(chǎn)業(yè)的臺前，并迎來(lái)了新一輪爆發(fā)。半導體產(chǎn)業(yè)縱橫特別推出《縱橫專(zhuān)題：汽車(chē)電子特輯》，從應用視角看汽車(chē)電子的最新進(jìn)展，從應用視角看汽車(chē)電子的最新進(jìn)展。第一期為《智能座艙芯片》，第二期為《車(chē)載 CIS 芯片》，本期專(zhuān)注于新能源汽車(chē)龍頭：特斯拉。也歡迎業(yè)內專(zhuān)家交流、投稿。

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

根據特斯拉提供的數據，今年上半年它的銷(xiāo)量為 17.9 萬(wàn)，這意味著(zhù)日產(chǎn)，比亞迪，大眾加起來(lái)也比不過(guò)特斯拉一家。這一切都在表明特斯拉正在新能源汽車(chē)領(lǐng)域站穩腳跟，而且難以撼動(dòng)。

這條新放入水池的鯰魚(yú)，是怎么攪動(dòng)「一汪春水」的？

一騎絕塵的智能駕駛系統

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(dòng)駕駛)Beta 版現已面向所有北美付費車(chē)主推出。

據了解，特斯拉 FSD Beta 于 2020 年開(kāi)始測試，一開(kāi)始只面向少量客戶(hù)開(kāi)放，此后逐漸擴大到約 16 萬(wàn)名車(chē)主。體驗特斯拉 FSD Beta 通常還需要車(chē)主達到特斯拉內置的安全評分要求，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(kāi)放后，FSD Beta 不再考察用戶(hù)的評分和熟悉度，只需要額外支付 15000 美元 (約 10.7 萬(wàn)元人民幣) 就能使用。

事實(shí)上，FSD 一直是飽受批評的焦點(diǎn)，因為該產(chǎn)品沒(méi)有達到馬斯克聲明的預期。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(huì )議上稱(chēng)，認為自動(dòng)駕駛「基本上是一個(gè)已解決的問(wèn)題」，并且在 2019 年表示，大約一年內，特斯拉的技術(shù)將發(fā)展到無(wú)人駕駛的地步。

話(huà)雖如此，但特斯拉的智能駕駛系統通過(guò)不斷學(xué)習和更新，具備持續改進(jìn)的能力。利用先進(jìn)的機器學(xué)習和人工智能技術(shù)，特斯拉能夠從全球范圍內的特斯拉車(chē)輛中收集駕駛數據，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)更新將這些數據轉化為實(shí)時(shí)的改進(jìn)和優(yōu)化。這種動(dòng)態(tài)學(xué)習的方式使得特斯拉車(chē)輛能夠逐漸適應各種交通場(chǎng)景和復雜路況，提高駕駛的安全性和效率。

以及特斯拉強調用戶(hù)體驗和舒適性。特斯拉的智能駕駛系統設計注重用戶(hù)友好性，使得駕駛變得更加輕松和便捷。用戶(hù)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的觸摸屏操作激活自動(dòng)駕駛功能，而系統會(huì )在可行的情況下自動(dòng)進(jìn)行車(chē)輛控制，為駕駛者提供更多的休閑時(shí)間。這種注重用戶(hù)體驗的設計使得特斯拉的智能駕駛系統在市場(chǎng)上脫穎而出，受到了廣泛的關(guān)注和認可。

領(lǐng)先的汽車(chē)電氣架構

目前傳統車(chē)企仍以分布式架構為主，特斯拉的電子電氣架構較為領(lǐng)先且在不斷進(jìn)步深化, 為了支持自動(dòng)駕駛車(chē)型的未來(lái)傳感器架構，領(lǐng)先的電氣架構越來(lái)越受到重視，成為支撐傳感器架構的基石。

特斯拉自動(dòng)駕駛電氣架構

首先，其高度集成的電動(dòng)化系統使得電機、電池和電控系統得以協(xié)同作用，提高整體能效。特斯拉電動(dòng)汽車(chē)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）的續航里程，顯示出先進(jìn)電池技術(shù)的優(yōu)越性能。

特斯拉還強調軟件在汽車(chē)電氣架構中的關(guān)鍵作用，通過(guò)無(wú)線(xiàn)更新不斷提供新的軟件功能和性能改進(jìn)。目前特斯拉已經(jīng)實(shí)施了多次軟件更新，為車(chē)主帶來(lái)了自動(dòng)駕駛功能的增強、導航系統的改進(jìn)以及用戶(hù)界面的升級。這種靈活的軟件更新機制使得特斯拉車(chē)輛具備不斷進(jìn)化和改善的能力。

如今，特斯拉 Model3 相對 ModelS 實(shí)現了線(xiàn)束長(cháng)度減半，就得益于全新電子電氣架構的創(chuàng )新。它具體分為域控制架構和電源電源分配架構。駕駛輔助與娛樂(lè )系統的控制都合并到了 CCM 中央計算模塊當中。而電源分配架構則充分考慮了目前高度自動(dòng)駕駛輔助系統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（BMS）方面面臨的挑戰比許多其他車(chē)型要大。特斯拉采用了大量的 21700 圓柱形三元鋰電池構成的電池系統，這使得電芯數量規模龐大。普通的 BMS 系統無(wú)法滿(mǎn)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，即「一主四從」的管理方式。在電池包的「Penthouse」位置，有一個(gè)主控 BMU 中心，四條 BMS 系統線(xiàn)路分布其中。此外，所有的電池電控系統都集成在 Penthouse 位置，這種高度的電控系統集成也是特斯拉引以為傲的特點(diǎn)。

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

除了結構設計，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，碳化硅只在部分高端車(chē)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(zhù)明顯的優(yōu)勢：

高溫穩定性和功率密度提升： 碳化硅具有出色的高溫穩定性，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(dòng)汽車(chē)中高功率電子元件的制造。數據顯示，相較于傳統硅材料，碳化硅半導體可以在更高的溫度下實(shí)現更高的功率密度，提高了電動(dòng)汽車(chē)電控系統的整體效能。

提高充電效率和續航里程： 采用碳化硅技術(shù)的電控系統可以降低電能轉換時(shí)的損耗，從而提高電動(dòng)汽車(chē)的充電效率。通過(guò)降低電能轉化的熱損失，電動(dòng)汽車(chē)可以更有效地利用電池儲存的能量，進(jìn)而提升續航里程。特斯拉在其車(chē)型中廣泛采用碳化硅技術(shù)，為用戶(hù)提供更長(cháng)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硅材料更具有導電和電子傳輸的優(yōu)越性。這種高效率的功率電子器件可在電動(dòng)汽車(chē)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(gè)電動(dòng)汽車(chē)系統的性能。相較于傳統硅材料，碳化硅功率器件的開(kāi)關(guān)速度更快，使得電能的轉換更為迅速和精準。

特斯拉利用碳化硅技術(shù)提高充電效率，但其采購價(jià)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(jià)格較高，但可節省元器件數量及成本。華潤微公司的 6 英寸商用碳化硅產(chǎn)線(xiàn)已進(jìn)入量產(chǎn)。特斯拉將 IGBT 換成碳化硅后可將車(chē)載 OBC 體積縮減 55-60%，能量損耗減少 25-30%，轉換效率可提升至 96.5%。充電樁中的有緣元件將會(huì )從 6 個(gè)轉化至 12 個(gè)，成本增加 1.7 倍。隨著(zhù)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(dòng)車(chē)續航能力有顯著(zhù)提升。碳化硅器件采購需參考襯底、長(cháng)徑工藝成熟度和 PVT 長(cháng)晶晶形轉化情況。拉棒流程是特斯拉汽車(chē)生產(chǎn)中重要一環(huán)，國內平均生產(chǎn)效率偏低，科瑞公司可生產(chǎn)長(cháng)度達 40mm 的長(cháng)晶?？迫鸸酒骄?1 爐 1 天可生產(chǎn) 1,200 片切片，有效生產(chǎn)時(shí)間為 10 個(gè)月。特斯拉與 Wolfspeed 部門(mén)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(dòng)車(chē)續航能力有顯著(zhù)提升。

鯰魚(yú)效應依舊：領(lǐng)先行業(yè)，挑戰行業(yè)

當初特斯拉被稱(chēng)為馬斯克「不切實(shí)際的瘋子夢(mèng)」，而如今，特斯拉不僅是汽車(chē)，還是智能平臺，這給汽車(chē)乃至整個(gè)行業(yè)放入了新的「鯰魚(yú)」，攪動(dòng)生態(tài)，探索新路。通過(guò)軟件更新、數據分析和云計算等方式，不斷提升汽車(chē)的功能和價(jià)值。特斯拉還通過(guò)自建充電網(wǎng)絡(luò )、儲能設備和太陽(yáng)能板等方式，構建了一個(gè)完整的能源生態(tài)系統，為用戶(hù)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 應用了 SiC 芯片，以替代傳統的 IGBT 芯片，系統效率提高 5％左右，令續航能力有了顯著(zhù)的提升。如今，意法半導體官微宣布，該公司與理想汽車(chē)簽署了一項碳化硅（SiC）長(cháng)期供貨協(xié)議。按照協(xié)議，意法半導體將為理想汽車(chē)提供碳化硅 MOSFET，支持理想汽車(chē)進(jìn)軍高壓純電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)的戰略部署。據介紹，理想汽車(chē)即將推出的 800V 高壓純電平臺將在電驅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汽車(chē)行業(yè)的慣例和規則，建立了自己獨特的業(yè)務(wù)模式。特斯拉直接通過(guò)網(wǎng)上銷(xiāo)售和自營(yíng)門(mén)店，與用戶(hù)直接接觸，省去了中間商的環(huán)節，降低了成本和價(jià)格。

電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)正在增長(cháng)，梅賽德斯奔馳和寶馬等豪華汽車(chē)制造商紛紛涉足這一領(lǐng)域。分析師預測，到 2030 年，全球電動(dòng)汽車(chē)總銷(xiāo)量將約占所有新車(chē)銷(xiāo)量的 29.5%。但特斯拉的長(cháng)期成功誰(shuí)也說(shuō)不準。2014 年 12 月，摩根士丹利汽車(chē)分析師亞當·喬納斯預測，該公司到 2020 年生產(chǎn) 50 萬(wàn)輛汽車(chē)的目標將達不到 40%。然而，到 2020 年底，特斯拉的汽車(chē)產(chǎn)量超過(guò) 51 萬(wàn)輛，超出目標 2%。

與任何事情一樣，沒(méi)有任何保證?，F實(shí)情況是，特斯拉汽車(chē)公司已經(jīng)從一家初創(chuàng )公司轉變?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(chē)前沿先驅的地位。