編者按：在汽車電動化、網聯化、智能化、共享化的推動下，汽車電子站到了產業的臺前，并迎來了新一輪爆發。半導體產業縱橫特別推出《縱橫專題：汽車電子特輯》，從應用視角看汽車電子的最新進展，從應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。也歡迎業內專家交流、投稿。

新能源汽車領域的「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。

根據特斯拉提供的數據，今年上半年它的銷量為 17.9 萬，這意味著日產，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域站穩腳跟，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

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 版現已面向所有北美付費車主推出。

據了解，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，FSD 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，FSD 一直是飽受批評的焦點，因為該產品沒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，特斯拉的技術將發展到無人駕駛的地步。

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

以及特斯拉強調用戶體驗和舒適性。特斯拉的智能駕駛系統設計注重用戶友好性，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計使得特斯拉的智能駕駛系統在市場上脫穎而出，受到了廣泛的關注和認可。

領先的汽車電氣架構

目前傳統車企仍以分布式架構為主，特斯拉的電子電氣架構較為領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，領先的電氣架構越來越受到重視，成為支撐傳感器架構的基石。

特斯拉自動駕駛電氣架構

首先，其高度集成的電動化系統使得電機、電池和電控系統得以協同作用，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，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，顯示出先進電池技術的優越性能。

特斯拉還強調軟件在汽車電氣架構中的關鍵作用，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 實現了線束長度減半，就得益于全新電子電氣架構的創新。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 系統無法滿足如此多電池的管理需求。特斯拉自主研發了 BMS 電池管理技術，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，有一個主控 BMU 中心，四條 BMS 系統線路分布其中。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。

特斯拉 BMS 系統采用模塊化設計，即使使用不同類型的電池，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。因為技術和成本的限制，目前行業內，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現更高的功率密度，提高了電動汽車電控系統的整體效能。

提高充電效率和續航里程： 采用碳化硅技術的電控系統可以降低電能轉換時的損耗，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，進而提升續航里程。特斯拉在其車型中廣泛采用碳化硅技術，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硅材料更具有導電和電子傳輸的優越性。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）等關鍵部件，提高整個電動汽車系統的性能。相較于傳統硅材料，碳化硅功率器件的開關速度更快，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，但可節省元器件數量及成本。華潤微公司的 6 英寸商用碳化硅產線已進入量產。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%，轉換效率可提升至 96.5%。充電樁中的有緣元件將會從 6 個轉化至 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 長晶晶形轉化情況。拉棒流程是特斯拉汽車生產中重要一環，國內平均生產效率偏低，科瑞公司可生產長度達 40mm 的長晶。科瑞公司平均 1 爐 1 天可生產 1,200 片切片，有效生產時間為 10 個月。特斯拉與 Wolfspeed 部門合作生產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，對電動車續航能力有顯著提升。

鯰魚效應依舊：領先行業，挑戰行業

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放入了新的「鯰魚」，攪動生態，探索新路。通過軟件更新、數據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絡、儲能設備和太陽能板等方式，構建了一個完整的能源生態系統，為用戶提供了更加便捷和環保的出行體驗。

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）長期供貨協議。按照協議，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略部署。據介紹，理想汽車即將推出的 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。

另外，特斯拉還打破了傳統汽車行業的慣例和規則，建立了自己獨特的業務模式。特斯拉直接通過網上銷售和自營門店，與用戶直接接觸，省去了中間商的環節，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域。分析師預測，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·喬納斯預測，該公司到 2020 年生產 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。現實情況是，特斯拉汽車公司已經從一家初創公司轉變為成熟的行業參與者。不變的是它非凡的故事和它作為電子汽車前沿先驅的地位。