“鲶鱼”特斯拉

编者按：在汽车电动化、网联化、智能化、共享化的推动下，汽车电子站到了产业的台前，并迎来了新一轮爆发。半导体产业纵横特别推出《纵横专题：汽车电子特辑》，从应用视角看汽车电子的最新进展，从应用视角看汽车电子的最新进展。第一期为《智能座舱芯片》，第二期为《车载CIS芯片》，本期专注于新能源汽车龙头：特斯拉。也欢迎业内专家交流、投稿。

新能源汽车领域的“保时捷”，一家独大，与宝马、奔驰等豪车处于同一档次，被视为高端车型的——特斯拉。

根据特斯拉提供的数据，今年上半年它的销量为17.9万，这意味着日产，比亚迪，大众加起来也比不过特斯拉一家。这一切都在表明特斯拉正在新能源汽车领域站稳脚跟，而且难以撼动。

这条新放入水池的鲶鱼，是怎么搅动“一汪春水”的？

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一骑绝尘的智能驾驶系统

11月24日，特斯拉CEO埃隆马斯克宣布，特斯拉的 FSD(Full Self-Driving，全自动驾驶)Beta 版现已面向所有北美付费车主推出。

据了解，特斯拉 FSD Beta于 2020 年开始测试，一开始只面向少量客户开放，此后逐渐扩大到约 16 万名车主。体验特斯拉 FSD Beta 通常还需要车主达到特斯拉内置的安全评分要求，并需要有高级驾驶员辅助功能 Autopilot 的100 英里使用记录。如今全面开放后，FSD Beta 不再考察用户的评分和熟悉度，只需要额外支付 15000 美元(约 10.7 万元人民币)就能使用。

事实上，FSD一直是饱受批评的焦点，因为该产品没有达到马斯克声明的预期。2016年10月，马斯克首次宣布了出售FSD的计划，此前他在一次技术会议上称，认为自动驾驶“基本上是一个已解决的问题”，并且在2019年表示，大约一年内，特斯拉的技术将发展到无人驾驶的地步。

话虽如此，但特斯拉的智能驾驶系统通过不断学习和更新，具备持续改进的能力。利用先进的机器学习和人工智能技术，特斯拉能够从全球范围内的特斯拉车辆中收集驾驶数据，并通过无线更新将这些数据转化为实时的改进和优化。这种动态学习的方式使得特斯拉车辆能够逐渐适应各种交通场景和复杂路况，提高驾驶的安全性和效率。

以及特斯拉强调用户体验和舒适性。特斯拉的智能驾驶系统设计注重用户友好性，使得驾驶变得更加轻松和便捷。用户可以通过简单的触摸屏操作激活自动驾驶功能，而系统会在可行的情况下自动进行车辆控制，为驾驶者提供更多的休闲时间。这种注重用户体验的设计使得特斯拉的智能驾驶系统在市场上脱颖而出，受到了广泛的关注和认可。

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领先的汽车电气架构

目前传统车企仍以分布式架构为主，特斯拉的电子电气架构较为领先且在不断进步深化,为了支持自动驾驶车型的未来传感器架构，领先的电气架构越来越受到重视，成为支撑传感器架构的基石。

特斯拉自动驾驶电气架构

首先，其高度集成的电动化系统使得电机、电池和电控系统得以协同作用，提高整体能效。特斯拉电动汽车的功率电池组采用了锂离子电池技术，具有卓越的能量密度。例如，特斯拉Model S Long Range版的电池组能够提供370英里（约595公里）的续航里程，显示出先进电池技术的优越性能。

特斯拉还强调软件在汽车电气架构中的关键作用，通过无线更新不断提供新的软件功能和性能改进。目前特斯拉已经实施了多次软件更新，为车主带来了自动驾驶功能的增强、导航系统的改进以及用户界面的升级。这种灵活的软件更新机制使得特斯拉车辆具备不断进化和改善的能力。

如今，特斯拉Model3相对ModelS实现了线束长度减半，就得益于全新电子电气架构的创新。它具体分为域控制架构和电源电源分配架构。驾驶辅助与娱乐系统的控制都合并到了CCM中央计算模块当中。而电源分配架构则充分考虑了目前高度自动驾驶辅助系统所需要的电源冗余要求。

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电控SiC，望其项背

特斯拉在电池管理系统（BMS）方面面临的挑战比许多其他车型要大。特斯拉采用了大量的21700圆柱形三元锂电池构成的电池系统，这使得电芯数量规模庞大。普通的BMS系统无法满足如此多电池的管理需求。特斯拉自主研发了BMS电池管理技术，采用了主从架构，即“一主四从”的管理方式。在电池包的“Penthouse”位置，有一个主控BMU中心，四条BMS系统线路分布其中。此外，所有的电池电控系统都集成在Penthouse位置，这种高度的电控系统集成也是特斯拉引以为傲的特点。

特斯拉BMS系统采用模块化设计，即使使用不同类型的电池，仍可适配良好，展现出高度包容性。电芯平衡采用两阶段法，延长了电芯的使用寿命，减少了电芯电量衰减。

除了结构设计，特斯拉电机在材料选取上也下足了功夫。比如电机采用的碳化硅。因为技术和成本的限制，目前行业内，碳化硅只在部分高端车型使用，但特斯拉Model 3、Model Y全系都使用了此种材料。碳化硅有着明显的优势：

高温稳定性和功率密度提升： 碳化硅具有出色的高温稳定性，能够在高温环境下保持较高的电导率。这使得碳化硅适用于电动汽车中高功率电子元件的制造。数据显示，相较于传统硅材料，碳化硅半导体可以在更高的温度下实现更高的功率密度，提高了电动汽车电控系统的整体效能。

提高充电效率和续航里程： 采用碳化硅技术的电控系统可以降低电能转换时的损耗，从而提高电动汽车的充电效率。通过降低电能转化的热损失，电动汽车可以更有效地利用电池储存的能量，进而提升续航里程。特斯拉在其车型中广泛采用碳化硅技术，为用户提供更长的驾驶里程。

高效的功率电子器件： 碳化硅半导体器件相比传统硅材料更具有导电和电子传输的优越性。这种高效率的功率电子器件可在电动汽车中用于直流-直流变换器（DC-DC converters）和逆变器（inverters）等关键部件，提高整个电动汽车系统的性能。相较于传统硅材料，碳化硅功率器件的开关速度更快，使得电能的转换更为迅速和精准。

特斯拉利用碳化硅技术提高充电效率，但其采购价格贵于IGBT。特斯拉与三安光电合作将所有IGBT换成碳化硅MOSFET，预测单件机全部换成MOSFET后需要3,500元。充电效率提升5-7%可降低用电费用及提高毛利空间。碳化硅单电机板价格较高，但可节省元器件数量及成本。华润微公司的6英寸商用碳化硅产线已进入量产。特斯拉将IGBT换成碳化硅后可将车载OBC体积缩减55-60%，能量损耗减少25-30%，转换效率可提升至96.5%。充电桩中的有缘元件将会从6个转化至12个，成本增加1.7倍。随着智能化的不断提升，对于增加功率并且缩减OBC等部件体积以改善性能的需求不断增加。

另外特斯拉采用碳化硅MOSFET材料提升逆变器效率，对电动车续航能力有显著提升。碳化硅器件采购需参考衬底、长径工艺成熟度和PVT长晶晶形转化情况。拉棒流程是特斯拉汽车生产中重要一环，国内平均生产效率偏低，科瑞公司可生产长度达40mm的长晶。科瑞公司平均1炉1天可生产1,200片切片，有效生产时间为10个月。特斯拉与Wolfspeed部门合作生产碳化硅与氮化镓材料。特斯拉外延成本较合理，占总成本比率为22-23%。特斯拉使用碳化硅MOSFET材料提升逆变器效率，对电动车续航能力有显著提升。

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鲶鱼效应依旧：领先行业，挑战行业

当初特斯拉被称为马斯克“不切实际的疯子梦”，而如今，特斯拉不仅是汽车，还是智能平台，这给汽车乃至整个行业放入了新的“鲶鱼”，搅动生态，探索新路。通过软件更新、数据分析和云计算等方式，不断提升汽车的功能和价值。特斯拉还通过自建充电网络、储能设备和太阳能板等方式，构建了一个完整的能源生态系统，为用户提供了更加便捷和环保的出行体验。

例如，特斯拉2018年牵手意法半导体，率先在Model 3应用了SiC芯片，以替代传统的IGBT芯片，系统效率提高5％左右，令续航能力有了显著的提升。如今，意法半导体官微宣布，该公司与理想汽车签署了一项碳化硅（SiC）长期供货协议。按照协议，意法半导体将为理想汽车提供碳化硅MOSFET，支持理想汽车进军高压纯电动车市场的战略部署。据介绍，理想汽车即将推出的800V高压纯电平台将在电驱逆变器中采用意法半导体的第三代1200V SiC MOSFET技术。

另外，特斯拉还打破了传统汽车行业的惯例和规则，建立了自己独特的业务模式。特斯拉直接通过网上销售和自营门店，与用户直接接触，省去了中间商的环节，降低了成本和价格。

电动汽车市场正在增长，梅赛德斯奔驰和宝马等豪华汽车制造商纷纷涉足这一领域。分析师预测，到 2030 年，全球电动汽车总销量将约占所有新车销量的 29.5%。但特斯拉的长期成功谁也说不准。2014年12月，摩根士丹利汽车分析师亚当·乔纳斯预测，该公司到2020年生产50万辆汽车的目标将达不到40%。然而，到2020年底，特斯拉的汽车产量超过51万辆，超出目标2%。

与任何事情一样，没有任何保证。现实情况是，特斯拉汽车公司已经从一家初创公司转变为成熟的行业参与者。不变的是它非凡的故事和它作为电子汽车前沿先驱的地位。