「鯰魚」特斯拉

編者按：在汽車電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的推動(dòng)下，汽車電子站到了產(chǎn)業(yè)的臺(tái)前，并迎來了新一輪爆發(fā)。半導(dǎo)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(jìn)展，從應(yīng)用視角看汽車電子的最新進(jìn)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(shí)捷」，一家獨(dú)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(dòng)。

這條新放入水池的鯰魚，是怎么攪動(dòng)「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(dòng)駕駛)Beta 版現(xiàn)已面向所有北美付費(fèi)車主推出。

據(jù)了解，特斯拉 FSD Beta 于 2020 年開始測(cè)試，一開始只面向少量客戶開放，此后逐漸擴(kuò)大到約 16 萬名車主。體驗(yàn)特斯拉 FSD Beta 通常還需要車主達(dá)到特斯拉內(nèi)置的安全評(píng)分要求，并需要有高級(jí)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(píng)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(shí)上，F(xiàn)SD 一直是飽受批評(píng)的焦點(diǎn)，因?yàn)樵摦a(chǎn)品沒有達(dá)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(jì)劃，此前他在一次技術(shù)會(huì)議上稱，認(rèn)為自動(dòng)駕駛「基本上是一個(gè)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(xué)習(xí)和更新，具備持續(xù)改進(jìn)的能力。利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)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(shí)時(shí)的改進(jìn)和優(yōu)化。這種動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)的方式使得特斯拉車輛能夠逐漸適應(yīng)各種交通場(chǎng)景和復(fù)雜路況，提高駕駛的安全性和效率。

以及特斯拉強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)和舒適性。特斯拉的智能駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的觸摸屏操作激活自動(dòng)駕駛功能，而系統(tǒng)會(huì)在可行的情況下自動(dòng)進(jìn)行車輛控制，為駕駛者提供更多的休閑時(shí)間。這種注重用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)使得特斯拉的智能駕駛系統(tǒng)在市場(chǎng)上脫穎而出，受到了廣泛的關(guān)注和認(rèn)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(jìn)步深化, 為了支持自動(dòng)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(dòng)駕駛電氣架構(gòu)

首先，其高度集成的電動(dòng)化系統(tǒng)使得電機(jī)、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(dòng)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(jìn)電池技術(shù)的優(yōu)越性能。

特斯拉還強(qiáng)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(jìn)。目前特斯拉已經(jīng)實(shí)施了多次軟件更新，為車主帶來了自動(dòng)駕駛功能的增強(qiáng)、導(dǎo)航系統(tǒng)的改進(jìn)以及用戶界面的升級(jí)。這種靈活的軟件更新機(jī)制使得特斯拉車輛具備不斷進(jìn)化和改善的能力。

如今，特斯拉 Model3 相對(duì) ModelS 實(shí)現(xiàn)了線束長(zhǎng)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(jì)算模塊當(dāng)中。而電源分配架構(gòu)則充分考慮了目前高度自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)所需要的電源冗余要求。

電控 SiC，望其項(xiàng)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(gè)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(diǎn)。

特斯拉 BMS 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(zhǎng)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(jì)，特斯拉電機(jī)在材料選取上也下足了功夫。比如電機(jī)采用的碳化硅。因?yàn)榧夹g(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(shì)：

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(dǎo)率。這使得碳化硅適用于電動(dòng)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(dǎo)體可以在更高的溫度下實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，提高了電動(dòng)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(shí)的損耗，從而提高電動(dòng)汽車的充電效率。通過降低電能轉(zhuǎn)化的熱損失，電動(dòng)汽車可以更有效地利用電池儲(chǔ)存的能量，進(jìn)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(zhǎng)的駕駛里程。

高效的功率電子器件： 碳化硅半導(dǎo)體器件相比傳統(tǒng)硅材料更具有導(dǎo)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(dòng)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(gè)電動(dòng)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(zhǔn)。

特斯拉利用碳化硅技術(shù)提高充電效率，但其采購(gòu)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(yù)測(cè)單件機(jī)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(fèi)用及提高毛利空間。碳化硅單電機(jī)板價(jià)格較高，但可節(jié)省元器件數(shù)量及成本。華潤(rùn)微公司的 6 英寸商用碳化硅產(chǎn)線已進(jìn)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(huì)從 6 個(gè)轉(zhuǎn)化至 12 個(gè)，成本增加 1.7 倍。隨著智能化的不斷提升，對(duì)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(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力有顯著提升。碳化硅器件采購(gòu)需參考襯底、長(zhǎng)徑工藝成熟度和 PVT 長(zhǎng)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(guó)內(nèi)平均生產(chǎn)效率偏低，科瑞公司可生產(chǎn)長(zhǎng)度達(dá) 40mm 的長(zhǎng)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(duì)電動(dòng)車?yán)m(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(dāng)初特斯拉被稱為馬斯克「不切實(shí)際的瘋子夢(mèng)」，而如今，特斯拉不僅是汽車，還是智能平臺(tái)，這給汽車乃至整個(gè)行業(yè)放入了新的「鯰魚」，攪動(dòng)生態(tài)，探索新路。通過軟件更新、數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算等方式，不斷提升汽車的功能和價(jià)值。特斯拉還通過自建充電網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)能設(shè)備和太陽能板等方式，構(gòu)建了一個(gè)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(yàn)。

例如，特斯拉 2018 年?duì)渴忠夥ò雽?dǎo)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(dǎo)體官微宣布，該公司與理想汽車簽署了一項(xiàng)碳化硅（SiC）長(zhǎng)期供貨協(xié)議。按照協(xié)議，意法半導(dǎo)體將為理想汽車提供碳化硅 MOSFET，支持理想汽車進(jìn)軍高壓純電動(dòng)車市場(chǎng)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(tái)將在電驅(qū)逆變器中采用意法半導(dǎo)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(dú)特的業(yè)務(wù)模式。特斯拉直接通過網(wǎng)上銷售和自營(yíng)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(jià)格。

電動(dòng)汽車市場(chǎng)正在增長(zhǎng)，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(cè)，到 2030 年，全球電動(dòng)汽車總銷量將約占所有新車銷量的 29.5%。但特斯拉的長(zhǎng)期成功誰也說不準(zhǔn)。2014 年 12 月，摩根士丹利汽車分析師亞當(dāng)·喬納斯預(yù)測(cè)，該公司到 2020 年生產(chǎn) 50 萬輛汽車的目標(biāo)將達(dá)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(biāo) 2%。

與任何事情一樣，沒有任何保證?，F(xiàn)實(shí)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。