以下实质节选自《从拆解 Model3 看智能电动汽车发扬趋向》申报中域左右器个人章节。这份申报是

　　中信证券探讨部TMT和汽车团队联手多家公司和机构耗时两个月对特斯拉Model3进

　　汽车的智能化的大偏向一经成为了财产共鸣和墟市共鸣。比方说 2008 年安卓 1.0 揭橥之初，行使体验是斗劲凡是的，始末一向的数据采集、用户反应和赓续迭代，最终交互和用户体验越来越好，慢慢向咱们理念中的“智能终端”靠近。

　　显而易见，汽车要是要能像手机相通赓续按照数据和用户反应实行软件迭代，现有的E/E 架构势一定是要实行大的改造的。软件和硬件必需解耦，算力必需从漫衍走向纠集，特斯拉的 Model3 率先由漫衍式架构转向了分域的纠集式架构，这是其智能化程度遥遥当先于很多车厂的重要缘故，咱们接下来就对特斯拉的车身域、座舱域、驾驶域实行仔细的解读。

　　同样是域左右器，特斯拉的域左右器思绪永远是更为当先的。举例来说，动作守旧汽车供应链中最中央的供应商之一，博世是最早提出域左右器观点的企业之一。但博世的思绪依旧受到守旧的模块化电子架构影响，其正在 2016 年提出了遵循性能分区的五域架构，将整车的 ECU 整合为驾驶辅帮、安详、车辆运动、文娱新闻、车身电子 5 个域，区别域之间通过域左右器和网闭实行毗邻。正在当时看来，这一计划一经也许大大裁减 ECU 数目，然而用此日的见识来看，每个域内部依旧必要较为庞大的线束毗邻，整车线束庞漂后依旧较高。

　　与博世变成比照，特斯拉 model 3 正在 2016 年揭橥，2017 年量产上市，与博世的申报简直处于同临时代。然而，model 3 的域左右器架构中央直接从性能形成了地点，3 个车身左右器就纠集再现了特斯拉造车的新思绪。遵循特斯拉的思绪，每个左右器该当担负左右其左近的元器件，而非整车中的一合伙类元器件，如许智力最大化裁减车身布线庞漂后，饱满阐述当今芯片的通用性和高机能，下降汽车开采和创变本钱。以是特斯拉的三个车身域左右器分歧漫衍正在前车身、左前门和右前门前，告终就近左右。如许的好处是可能下降布线的庞漂后，可是也央浼三个车身域要告终彻底的软硬件解耦，对厂商的软件才具的央浼大猛进步。

　　以下分歧先容三个车身左右器的景况，车身域分为前车身域、左车身域、右车身域，其正在 Model3 车身上的地点如下图所示。

　　前车身域左右器的地点正在前舱，这个地点表面上来说碰到的碰撞概率要更高，因而采用铝合金的保卫表壳，而安排车身域左右器因为正在乘用舱内，碰到表界碰撞的概率较低，保卫表壳均采用塑料构造，如下图所示。

　　前车身左右器位于前舱中，重要担负的性能是前车体元件左右以及重要的配电使命。该左右器离蓄电池斗劲近，轻易取电。其重要担负三类电子电气的配电和左右：

　　1、安详闭连：i-booster、ESP 车身不乱编造、EPS 帮力转向、前向毫米波雷达；

　　3、前车身其它性能：车头灯、机油泵、雨刮等。除此以表，它还给安排车身左右器供电，这一性能极端紧急，由于安排车身左右器随后还将用这两个接口中的能量来驱动各自左右的车身零部件。

　　将其拆开来看，全体性能告终方面，必要诸多芯片和电子元件来配合结束。中央的芯片重要结束左右和配电两方面的使命。

　　先说左右个人，重要由一颗意法半导体的 MCU 来推广（图中红框）。其余，因为涉及到冷却液泵、造动液液压阀等各式电机左右，以是板上搭载有安森美的直流电机驱动芯片（图中橙色框 M0、M1、M2），这类芯片时时搭配必然数宗旨大功率 MOSFET 即可驱动电机。

　　配电性能方面，一方面必要及时监测各部件中电流的巨细，另一方面也必要按照监测的结果对电流利断和电流巨细实行左右硬件。电流监测方面，AMS 的双 ADC 数据搜罗芯片和电撒布感器配套芯片（黄色框 AMS 中的芯片）可能起到紧急效力。而要左右电流的形态，一方面是通过 MOSFET 的开闭，另一方面也可能通过HSD芯片（High Side Driver，高边开闭），这种芯片可能左右从电源正极流出的电流利断。

　　这一块左右器电道板共行使了 52个安森美的大功率 MOSFET，9个功率整流器芯片，以及 ST 和英飞凌的共计 21 个 HSD 芯片。正在前车身左右器上咱们可能看到，特斯拉一经正在很大水准上用半导体元件庖代了守旧电气元件。

　　左车身左右器位于驾驶员幼腿左火线地点，贴合车体纵向安顿，采用塑料壳体封装，可能正在必然水准上减削本钱。左车身左右器担负束缚驾驶舱及后部的左侧车身部件，饱满再现了尽可以减削线束长度以左右本钱的向导思念。

　　左车身域左右的中央芯片重要也分为左右和配电。中央左右性能行使两颗 ST 的 32 位 MCU 以及一颗 TI 的 32 位单片机来告终。左车身的灯具和电机斗劲多，针对灯具类使用，特斯拉选用了一批 HSD 芯片来实行左右，重要采用英飞凌的 BTS 系列芯片。针对电机类使用，特斯拉则选用了 TI 的电机左右芯片和安森美的大功率 MOSFET。

　　右车身左右器与左车身根本对称，接口的构造大概类似，也有少许区别点。右车身域担负超声波雷达以及空调，同时右车身担负的尾部左右性能更多少许，征求后方的高位刹车灯和后机油泵都正在此左右。

　　全体电道告终方面，因为性能较为相像，电道修设也与左车身较为相像。一个区别点正在于右车身信号较多，以是将主控单片机从左车身的 ST 换成了瑞萨的高端单片机 RH850系列。其余因为右车身必要较多的空调左右性能，以是增长了三片英飞凌的半桥驱动器芯片。

　　特斯拉车身域的思绪：彻底地软件界说汽车，用芯片代替保障丝和继电器车身域是特斯拉比拟守旧汽车改观最大的地方，守旧汽车采用了大宗 ECU，而特斯拉通过三个域告终了对整车的一个左右。固然都是往域左右器偏向走，但特斯拉没有采用博世的性能域做法，而是所有按区域来实行划分，将硬件尽量圭臬化，通过软件来界说汽车的思绪再现得极尽描摹。除此以表，特斯拉还将少许电气化的部件尽量芯片化，如车身域中采用了大宗 HSD 芯片代替了继电器和保障丝，牢靠性进步，并且可能编程，能更好告终软件界说汽车。

　　从特斯拉车身左右器也许再现出的另一个发扬趋向是器件的赓续集成和赓续降本。早期版本的 model S 和 model X 并无如斯纠集的车身左右器架构，但而今较新的 model 3 和 model Y 一经再现出集成度增长的趋向。左下图中咱们可能看到，动作第三代车身域左右器产物，model Y 的车身左右器一经与第一代的 model 3 有所区别，直观上便是其元器件密度有所增长。比方图中的 MOSFET（玄色幼方块），model Y 的间距明白要比 model 3更幼。

　　因而，正在同样的面积下，左右器就能容纳更多元件，统一更多性能。此表，与现有的 model 3 区别，model Y 左右器的后背也被应用起来，增长了必然数宗旨元器件，这使得左右器的集成度进一步进步。集成度进步的结果便是车身电子电气架构的进一步简化，汽车电子本钱的进一步下降。

　　此表 2020 款 model Y 的 PCB 板也取得进一步减削。初代 PCB 板因为式样不原则，一定有一个人 PCB 质料被滥用，推高了本钱。而第三代左右器的 PCB 式样也许密切贴合，两个安排车身左右器可能兼并成为一个矩形，因而 PCB 质料的应用率取得有用擢升，也也许正在必然水准上下降本钱。

　　来日车身左右器会奈何发扬，是否会走向一台同一的左右器？起码目前来看，特斯拉用产物对此做出了否认的答复。咱们可能看到，2021 年交付的 model S plaid，其第四代车身左右器已经行使了差另表两片安排车身左右器。

　　并且正在第四代车身左右器打算中，前车身左右器也分成了两片，一片担负能量束缚和配电，另一片担负车身束缚、热束缚以及少量配电使命。全体来看，第四代左右器的元件密度已经很高，再现出了集成降本的趋向。此表，第四代左右器的元件毗邻采用 Press-Fit工夫庖代了守旧焊接，进一步进步了良率，也有利于告终更高的元器件密度。

　　全体来看，同一的核心绪算机固然集成度高，但不行避免地带来了左右器和受控器件的隔绝增长，从而增长线束长度，进步本钱，并且元件集成密度也有必然的范围，咱们无法正在有限的空间内无范围集成，因而纠集化也是有上限和最优解的，目前看来特斯拉正渐渐刷新打算和工艺来靠近这个最优解。

　　硬件方面的赓续集成也为软件的集成和发扬创作了前提。守旧汽车财产链当中区别性能独立性很高，各性能的 ECU 都来自区别厂商，难以协同使命。但特斯拉将大宗 ECU 集成后，车身上只需保存担负各脾气能的推广器，而重要的左右性能都同一正在域左右器中，采用少量的 MCU，更多行使软件来结束性能左右。比方特斯拉 model 3 的安排车身域左右器中各有 3 个 MCU，数目大大裁减，区别左右性能采用软件的款式实行交互，也许有更大的协同革新空间。比方特斯拉可能协同全车空调出风口来调动车内风场，或对副驾驶座位上的旅客实行体重检测，占定其是否属于儿童，从而生动调节安详气囊政策，而不是像守旧车企相通只可让儿童坐正在后排。并且特斯拉可能从软件左右当中采集数据，并赓续一向刷新左右性能，刷新用户体验。

　　特斯拉这种软硬件赓续集成的计划正在带来上风的同时也对软件开采才具提出了更高央浼。只要统揽全部软硬件计划、熟识各个部件性格的整车厂商才有才具开采如斯伟大庞大的软件编造，守旧车企无间以还饰演集成商的脚色，ECU 软件开采更多依赖供应商，其人才军队组成和供应链方面的便宜干系导致其短时代内难以模拟特斯拉的体例，因此特斯拉的车身左右软件也成为其特另表逐鹿力。

　　特斯拉的另一个紧急特点便是其智能驾驶，这个人道能是通过其主动驾驶域左右器（AP）来推广的。本个人的中央正在于特斯拉自帮开采的 FSD 芯片，其余修设则与目下其他主动驾驶左右器计划没有本别。

　　正在 model 3 所用的 HW3.0 版本的 AP 中，装备两颗 FSD 芯片，每颗修设 4 个三星 2GB内存颗粒，单 FSD全部 8GB，同时每颗 FSD装备一片东芝的 32GB闪存以及一颗 Spansion的 64MB NOR flash 用于启动。搜集方面，AP 左右器内部包括 Marvell 的以太网相易机和物理层收发器，其余又有 TI 的高速 CAN 收发器。关于主动驾驶来说，定位也极端紧急，因而装备了一个 Ublox 的 GPS 定位模块。

　　表围接口方面，model 3 整车的一共摄像头都直接毗邻到 AP 左右器，与这些相机配合的又有 TI 的视频串行器妥协串器。其余又有供电接口、以太网接口和 CAN 接口使得 AP左右器也许寻常运作。动作一款车载左右器，特斯拉的主动驾驶域左右器还切磋到了重要景况，因而装备了重要呼唤音频接口，为此搭配了 TI 的音频放大器和窒碍 CAN 收发器。

　　此表一点值得贯注的是，为了保证驾驶安详，AP 左右器必需时期不乱运转，因而特斯拉正在 AP 左右器中参与了相当大宗的被动元件，正面有 8 颗安森美的智能功率模块，并搭配大宗的电感和电容。后背更为明白，正在简直没有太多左右芯片的景况下将被动元件铺满统统电道板，密度之高远超其他左右器，也明白高于存在中种种常见的智能终端。从这一点来看，跟着智能汽车的发扬，我国被动元器件企业也希望获益。

　　为了告终主动驾驶，特斯拉提出了一整套以视觉为基本，以 FSD 芯片为中央的处分计划，其表围传感珍视要包括 12 个超声传感器（Valeo）、8 个摄像头（风挡玻璃顶 3 个前视，B 柱 2 个拍摄侧火线，前翼子板 2 个后视，车尾 1 个后视摄像头，以及 1 个 DMS 摄像头）、1 个毫米波雷达（大陆）。

　　其最中央的前视三目摄像头包括中心的主摄像头以及两侧的长焦镜头和广角镜头，变成区别视野领域的搭配，三个摄像头用的是类似的安森美图像传感器。

　　毫米波雷达安顿于车头处车标左近，包括一块电道板和一块天线板。该毫米波雷达内部采用的是一颗 Freescale 左右芯片以及一颗 TI 的稳压电源束缚芯片。

　　而统统 AP 左右器的真正中央原本便是 FSD 芯片，这也是特斯拉告终更高 AI 机能和更低本钱的的一个重心。与目下较为主流的英伟达计划区别，特斯拉 FSD 芯片内部霸占最大面积的并非CPU和GPU，而是NPU。固然此类打算所有是为神经搜集算法实行优化，通用性和生动性相对不如英伟达的 GPU 计划，但正在目下 AI 算法尚未显现根基性改观的景况下，NPU 的合用性并不会受到勒迫。

　　NPU 单位也许对常见视觉算法中的卷积运算和矩阵乘法运算实行有用加快，因而特斯拉 FSD 芯片也许行使三星 14nm 工艺，到达 144TOPS 的 AI 算力，而面积只要约 260 平方毫米。比拟而言，英伟达 Xavier 行使台积电 12nm 工艺，行使 350 平方毫米的芯局部积却只取得 30TOPS 的 AI 算力。如许的差异也是特斯拉从 HW2.5 版本的英伟达 Parker SoC 切换到 HW3.0 的自研 FSD 芯片的缘故。因而，正在算法不发作根基性改造的景况下，特斯拉 FSD 能得到本钱和机能的双重上风，这也组成了特斯拉主动驾驶计划的逐鹿力。

　　AI 算法方面，按照特斯拉官网人为智能与主动驾驶页面的描绘，AutoPilot 神经搜集的无缺构修涉及 48 个搜集，每天依照其上百万辆车出现的数据实行锻练，必要锻练 70000 GPU 幼时。基本代码层面，特斯拉具备可能 OTA 的启发措施，又有自界说的 Linux 内核（拥有及时性补丁），也有大宗内存高效的低层级代码。

　　来日主动驾驶域的革新依旧会纠集正在芯片端，此别传感器的革新如激光雷达、4D 毫米波雷达等也也许很大水准上鞭策智能驾驶。正在可见的来日，专用 AI 芯片将也许成为与英伟达逐鹿的紧急气力，我国 AI 芯片企业希望借帮智能汽车的春风得回更好发扬。

　　座舱域是用户体验的紧急构成个人，特斯拉的座舱左右平台也正在一向进化中。本次拆解的特斯拉model 3 2020款采用的是第二代座舱域左右器（MCU2）。

　　MCU2 由两块电道板组成，一块是主板，另一块是固定正在主板上的一块幼型无线通讯电道板（图中粉色框所示）。这一块通讯电道板包括了 LTE 模组、以太网左右芯片、天线接口等，相当于守旧汽车顶用于对表无线通讯的 T-box，此次将其集成正在 MCU 中，也许减削空间和本钱。咱们本次拆解的 2020 款 model 3 采用了 Telit 的 LTE 模组，正在 2021 款往后特斯拉将无线模组供应商切换成移远通讯。

　　MCU2 的主板采用了双面 PCB 板，正面重要构造种种搜集闭连芯片，比如 Intel 和Marvell 的以太网芯片，Telit 的 LTE 模组，TI 的视频串行器等。正面的另一个紧急效力是供应对表接口，如蓝牙/WiFi/LTE 的天线接口、摄像头输入输出接口、音频接口、USB 接口、以太网接口等。

　　正在座舱平台上，特斯拉基于开源免费的 Linux 操作编造开采了其自有的车机操作编造，因为 Linux 操作编造生态不如 Android 生态丰盛，特斯拉必要己方实行一个人主流软件的开采或适配。

　　座舱域的紧急效力便是新闻文娱，MCU2 正在这一方面显露尚显不敷。追随 A3950 芯片低价

　　的是其机能有限，据车东西测试称，正在 MCU2 上启动腾讯视频或 bilibili 的时代都凌驾了 20 秒，且舆图放大缩幼常常卡顿。卡顿的缘故是多方面的，一方面 A3950 自身算力有限，集成显卡 HD505 机能也斗劲弱，执掌器测评网站 NotebookCheck 对英特尔 HD 505的评议是，截至 2016 年的游戏，纵使是正在最低画质扶植下，也很少能通畅运转。

　　另一方面，速率较慢、寿命较短的eMMC（embedded MultiMedia Card）闪存也会拖累编造机能。eMMC 相对机器硬盘具备速率和抗震上风，但擦写寿命可以只要数百次，跟着行使次数增加，坏块数目增长，eMMC 的机能将渐渐恶化，正在行使周期较长的汽车上这一短处可以会取得进一步放大，导致读写速率慢，行使卡顿，2021 年岁首，特斯拉召回初代 MCU eMMC 可能佐证这一点。归纳来看，特斯拉 MCU2 比拟同时代采用高通 820A 的车机，属于偏弱的程度。

　　但特斯拉动作一家珍惜车辆智能程度的企业，并不会坐视落伍的景象无间维持下去。2021 年揭橥的一共新款车型都换装 AMD CPU（zen+架构）和独立显卡（RDNA2 架构），GPU 算力擢升凌驾 50 倍，存储也从 eMMC 换成了 SSD，读写机能和寿命都取得大幅刷新。全体来看，比拟 MCU2，MCU3 机能得回明白擢升，擢升幅度比第一代到第二代的跨度更大。

　　最新一代的特斯拉 MCU 修设一经与目下最新一代的主流游戏主机较为逼近，加倍是GPU 算力方面不输索尼 PS5 和微软 Xbox Series X。

　　擢升的修设也让行使体验取得大幅擢升。按照车东西的测试，MCU3 加载 bilibili 的时代缩短到 9 秒，浏览器启动时代为 4 秒，舆图也也许通畅操作，固然比拟手机加载速率依旧不敷，但一经有明白刷新。此表 MCU3 的伟大算力让其也许运转大型游戏，比方 2021年 6 月新款特斯拉 model S 交付典礼上，特斯拉使命职员就现场涌现了用手柄和车机玩赛博朋克 2077。并且特斯拉官网上，汽车内部陪衬图中，车机屏幕上显示的是巫师 3。这两个案例一经申明，MCU3 也许饱满增援 3A 游戏，行使体验必然水准上一经可能与 PC 或游戏主机比拟较。

　　从特斯拉车机与游戏的一向逼近咱们可能看到来日座舱域的发扬第一个偏向，即不断饱动大算力与强生态。目前除特斯拉采用x86座舱芯片表，其他车企采用ARM编造较多，但同样表露出算力急速伸长的趋向，这一点从主流的高通 820A到8155，以至下一代的8295都也许取得明白再现。高通下一代座舱芯片8295机能根本与条记本电脑所用的8cx类似。可能看到无论是特斯拉用的 AMD芯片照旧其他车企用的高通芯片，目前趋向都是从嵌入式的算力程度向 PC的算力程度逼近，来日也有可以进一步超越PC算力。

　　并且高算力让座舱左右器也许应用现有的软件生态。特斯拉选用x86，基于Linux开采操作编造，应用现有的PC游戏平台，其他厂商更多应用现有的ARM-Android挪动生态。这一偏向发扬到必然阶段后，可以会给车企带来贸易形式的蜕化，汽车将成为流量入口，车企可能依靠车载的使用商号等渠道得回大宗软件收入，而且大幅进步毛利率。

　　座舱域左右器的第二个发扬偏向则是可以与主动驾驶左右器的统一。起初，目下座舱左右器的算力遍及显现了过剩，盈余的算力所有可能用于餍足少许驾驶类的使用，比如主动停车辅帮等。

　　其次，少许主动驾驶性能加倍是停车闭连性能必要较多人机交互，这恰是座舱左右器的强项。并且，座舱左右器与主动驾驶左右器的统一还也许带来必然的资源复用和本钱减削，泊车时候可能将重要算力用于实行游戏文娱，行驶时候则将算力用于保证主动驾驶性能，并且这种资源减削也许让汽车少一个域左右器，遵循MCU3的代价，或者也许为每台车减削上百美元的本钱。目前一经显现了相当多二者统一的迹象，比方博世、电装等主流供应商纷纷正在座舱域左右器中集成ADAS性能，来日这一趋向希望普及。

　　IGBT相当于电力电子范围的“CPU”，属于功率器件门槛最高的赛道之一。功率半导体又称为电力电子器件，是电力电子安装告终电能转换、电道左右的中央器件，按集成度可分为功率 IC、功率模块和功率分立器件三大类，此中功率器件又征求二极管、晶闸管、MOSFET 和 IGBT 等。

　　使用场景的增量扩张使得汽车范围成为墟市周围最大，伸长速率最疾的 IGBT 使用范围。按照集国商讨数据，新能源汽车（含充电桩）是 IGBT 最重要的使用范围，其占比达31%。IGBT 正在汽车中重要用于三个范围，分歧是电机驱动的主逆变器、充电闭连的车载充电器（OBC）与直流电压转换器（DC/DC）、结束辅帮使用的模块。

　　1）主逆变器：主逆变器是电动车上最大的 IGBT 使用场景，其性能是将电池输出的大功直爽流电流转换成换取电流，从而驱动电机的运转。除 IGBT 表，SiC MOSFET 也能结束主逆变器中的转换需求。

　　2）车载充电器（OBC）与直流电压转换器（DC/DC）：车载充电器搭配表界的充电桩，合伙结束车辆电池的充电使命，因而 OBC 内的功率器件必要结束交-直流转换和崎岖压变换使命。DC/DC 转换器则是将电池输出的高压电（400-500V）转换成多媒体硬件、空调、车灯也许行使的低压电（12-48V），常用到的功率半导体为 IGBT 与 MOSFET。

　　3）辅帮模块：汽车装备大宗的辅帮模块（如：车载空调、天窗驱动、车窗起落、油泵等），其同样必要功率半导体结束幼功率的直流/换取逆变。这些模块使命电压不高，单价也相对较低，重要用到的功率半导体为 IGBT 与 IPM。

　　以逆变器为例，Model S 的动力总成有两种，分歧为 Large Drive Unit（LDU）和 Small Drive Unit（SDU），前者安装正在“单电机后驱版本”中的后驱、“双电机高机能四驱版本”中的后驱，后者安装正在“双电机四驱版本”中的前后驱、“双电机高机能四驱版本”中的先驱。

　　LDU 尺寸较大，输出功率也较大，内部的逆变器包括 84 个 IGBT。LDU 的逆变器表露三棱镜构造，每个半桥位于三棱镜的每个面上，每个半桥的 PCB 驱动板（三角形）位于三棱镜的顶部，电池流出的高压直流电由顶部输入，逆变后的高压换取电由底部输出。

　　Model S（单电机版本）全车共有 96个IGBT，此中有 84个IGBT 位于逆变器中，为其三相觉得电机供电，84个IGBT 的型号为英飞凌的 IKW75N60T。若以每个 IGBT 5美元盘算，Model S 逆变器所行使的 IGBT 代价约为 420 美元。

　　而 SDU 的样子更幼，内部构造也更为紧凑，内部逆变器含 36 个 IGBT。按照01芯闻拆解，SDU 中的IGBT为单管IGBT，型号为英飞凌的 AUIRGPS4067D1，总用量为 36片。IGBT 单管的构造也有较大改观，IGBT 单管背靠背固定正在散热器中，构成似乎三明治的构造，饱满应用内部空间。同时，SDU 内部 IGBT 的管脚也无需折弯，下降失效概率。比拟 LDU，SDU 的显现再现出特斯拉对 IGBT 更高的闭心度与央浼，其机器、电学、本钱、空间等目标均有明白擢升。

　　与 IGBT 似乎，SiC 同样拥有高电压额定值、高电流额定值以及低导通和开闭损耗等特性，因而万分适合大功率使用。SiC 的使命频率可达 100kHz 以上，耐压可达 20kV，这些机能都优于守旧的硅器件。其于上世纪 70 年代劈头研发，2010 年 SiC MOSFET 劈头商用，但目前并未大周围扩充。

　　Model 3 为第一款采用全 SiC 功率模块电机左右器的纯电动汽车，开创 SiC 使用的先河。基于 IGBT 的诸多上风，正在 Model 3 问世之前，世面上的新能源车均采用 IGBT 计划。而 Model 3 应用 SiC 模块更换 IGBT 模块，这一里程碑式的革新大大加快了 SiC 等宽禁带半导体正在汽车范围的扩充与使用。按照SystemPlus consulting 拆解申报，Model 3 的主逆变器上共有 24 个 SiC 模块，每个模块包括 2 颗 SiC 裸晶（Die），共 48 颗 SiC MOSFET。

　　Model 3 所用的 SiC 型号为意法半导体的 ST GK026。正在类似功率品级下，这款 SiC模块采用激光焊接将 SiC MOSFET、输入母排和输出三相铜实行毗邻，封装尺寸也明白幼于硅模块，而且开闭损耗下降 75%。采用 SiC 模块代替 IGBT 模块，其编造结果可能进步5%安排，芯片数目及总面积也均有所裁减。要是仍采用 Model X 的 IGBT，则必要 54-60颗 IGBT。

　　24 个模组每个半桥并联四个，应用水冷实行散热。24 个模块陈设密切，每相 8 个，单个开闭并联 4 个。模组下方紧贴水冷散热器，并应用其实行散热。可能看到，模块所正在地点的后背有多根棒状陈设的散热器（扰流柱散热器），应用冷却水实行水冷。水通道由稍大的盖板笼盖和密封。

　　Model 3 变成“树模效应”后，多家车厂连接跟进 SiC 计划。正在 Model 3 告捷量产并行使后，其他厂商劈头渐渐剖析到 SiC 正在机能上的卓绝性，并踊跃跟进闭连计划的落地。2019 年 9 月，科锐与德尔福科技宣告展开相闭车用 SiC 器件的团结，科锐于 2020 年 12月成为人人 FAST 项目 SiC 独家团结伙伴；2020 年，比亚迪“汉”EV 车型下线，该车搭载了比亚迪自帮研发的的 SiC MOSFET 模块，加快机能与续航明显擢升；2021 年，比亚迪正在其“唐”EV 车型中参与 SiC 电控编造；2021 年 4 月，蔚来推出的轿车 ET7 搭载具备 SiC 功率模块的第二代高效电驱平台；幼鹏、理念、捷豹、道虎也正在渐渐构造 SiC。

　　比拟 IGBT，SiC 也许发动多个机能完全擢升，上风明显。因为 Si-IGBT 和 Si-FRD构成的 IGBT 模块正在寻觅低损耗的道道上走到极致，意法半导体、英飞凌等功率器件厂商纷纷劈头研发 SiC 工夫。与 Si 基质料比拟，SiC 器件的上风纠集再现正在：

　　3）功耗下降 60%~80%，结果擢升 1%~3%，续航擢升约 10%。正在多项工况测试下，SiC MOSFET 比拟 Si-IGBT 正在功耗和结果上上风明显。

　　但 SiC 的高本钱限造普及节律，来日 SiC 与 Si-IGBT 可以同步发扬，互相增补。与IGBT 比拟，SiC 质料同样存正在亟待擢升之处。

　　2）SiC 和 SiO2 界面缺陷多，栅氧牢靠性存正在题目。受限于高本钱，SiC 器件普及仍需光阴，叠加个人使用场景愈加敬重不乱性，咱们以为 SiC 正在慢慢渗出的流程中将与 Si-IGBT 一同滋长，来日两者均有广宽的使用场景与伸漫空间。

　　因为使用落地较慢，目前统统 SiC 墟市仍处于发扬阶段，表洋厂商霸占重要份额。按照Cree（现公司名为Wolfspeed）数据，2018 年环球 SiC 器件发卖额为 4.2 亿美元，估计 2024 年发卖额将达 50 亿美元。SiC 财产分链可分为衬底、表延、模组&器件、使用四大闭键，意法半导体、英飞凌、Cree、Rohm 以及安森美等表洋龙头重要以IDM形式策划，笼盖财产链一共闭键，五家龙头霸占的墟市份额分歧为 40%、22%、14%、10%、7%。

　　Model 3 动作电动车硬件，电能和电池的束缚极端紧急，而担负束缚电池组的 BMS 是一个高难度产物。BMS 最大的难点之一正在于，锂电池安详高效运转的前提是极端苛刻的。当今的锂电池，无论正负极照旧电解液都极端柔弱。正负极均为多孔质料，充放电时锂离子就正在正极和负极的孔隙中挪动，导致正负极质料膨胀或裁减，当锂电池电压过高或过低，就意味着锂离子过分纠集正在正负极此中之一，导致这一边的电极过分膨胀而决裂，还容易出现锂枝晶刺破电池构造，而另一边的电极因为缺乏锂离子撑持，会发作构造坍塌，如斯正负极都市受到恒久性损害。电解液和三元正极质料都对温度斗劲敏锐，温渡过高则容易发作认识和响应，以至燃烧、爆炸。因而，行使锂电池的条件便是确保其能使命正在适宜的温度和电压窗口下。要是以电压为横轴，温度为纵轴绘造一张图，这就意味着锂电池必需运转正在图中一个较幼的区域内。

　　BMS 的第二浩劫点正在于，区另表锂电池之间一定存正在不划一性。这种不划一性就导致同临时代，正在统一电池组内，区另表电池依旧使命正在区另表温度、电压、电流下。要是不断用一张图来描绘，就代表着区别电池处正在图上的区别地点。而要保障电池组的安详高效运转，就意味着诸多电池所正在的点位必需同时处于狭隘的安详窗口内，这就导致电池数目越多，束缚就越穷困。

　　为剖析决锂电池运转的这一困难，就必需有牢靠的 BMS 编造来对电池组实行监控和束缚，让区别电池的充放电速率和温度趋于平衡。

　　正在诸多厂家的 BMS 中，特斯拉的 BMS 编造是庞漂后和工夫难度最高的之一，这重倘若因为特斯拉特另表大宗幼圆柱电池成组打算。

　　为什么特斯拉选用难以左右的幼圆柱电池？早正在特斯拉设立的早期，日本厂商正在18650 幼圆柱电池上积蓄了丰盛的体验，一年出货量到达几十亿节，因此这类电池划一性较好，有利于电池束缚。因而特斯拉正在model S 上选用了幼圆柱电池。出于工夫积蓄等方面的缘故，特斯拉正在 model 3 上行使了仅比 18650 略大的 2170 电池，而且至今还正在行使圆柱形电池。

　　因为特斯拉无间采用数目伟大的幼圆柱电池来构造电池组，导致其 BMS 编造的庞漂后较高。正在 model S 时期，特斯拉全车行使了 7104 节电池，BMS 对其实行左右是必要必然软件程度的。按照汽车电子工程师叶磊的表述，正在 model S 当中，采用每 74 节电池并联检测一次电压，每 444 节电池扶植 2 个温度探测点。从汽车电子工程师朱玉龙揭橥的model S 诊断界面图也可能看出，统统电池组共有 16*6=96 个电压采样点，以及 32 个温度采样点。可能看到采样的数据是许多的，必要束缚的电池数目也为其增长了难度，最终BMS 将依照这些数据扶植合理的左右政策。高庞漂后的电池组也让特斯拉正在 BMS 范围积蓄了相当强的势力。与之相对，其他厂商的 BMS 庞漂后就远不如特斯拉高，比如人人 MEB平台的首款电动车 ID.3 采用最多 12 个电池组模块，其电池束缚算法相对会斗劲容易。

　　来日特斯拉的 BMS 是否会保卫如许的庞漂后？从目前趋向来看，跟着采用的电池越来越大，BMS 必要束缚的电池数目是越来越少的，BMS 的难度也有所下降。比方从 model S 到 model 3，因为改用 2170 电池，电芯数目显现了较明白的降落，长续航版电芯数目缩减到 4416 颗，中续航版 3648 颗，圭臬续航版 2976 颗。本次拆解的圭臬续航版修设 96个电压采样点，数目与 model S 类似，均匀每 31 节电池并联衡量一个电压值。整车 4 个电池组，每个都由 24 串 31 并的电池组构成，对电流平衡等方面提出了较高的央浼。来日，跟着 4680 大圆柱电池的使用，单车电芯数目将进一步裁减，有利于 BMS 更切确地实行左右，或者也许进一步加强特斯拉的 BMS 显露。

　　假使面对着最高的 BMS 工夫难度，但特斯拉已经正在这一范围做到良好水准，并且又有超越其他公司的独到之处。比方特斯拉正在电池束缚的思绪方面显得愈加斗胆，热束缚方面是一个类型再现。特斯拉会正在充电时候启动热束缚编造将电池加热到 55 度的表面最佳温度，并正在此温度下实行赓续充电，比拟而言，其他厂商往往纠正在意电池是否会过热，不会采用此类政策，这愈加大白出特斯拉正在 BMS 方面的势力。

　　特斯拉正在充电或电能应用方面的用户体验打算是其 BMS 编造的另一个独到之处。比方特斯拉会用车身电池来使其他紧急左右器告终“永不下电”，进步启动速率，刷新用户体验。充电时，特斯拉接纳的政策也愈加生动，会正在充电刚劈头时将电流进步到极大的水准，急忙擢升电池电量，随后再渐渐减幼充电电流到一个可能永久赓续的程度，比方 model Y 可能正在 40 秒内到达 600A 的超大电流充电（如图中黄绿色线所示）。比拟而言，凡是的车企乃至消费电子厂商时时会用一个可能永久赓续的电流实行恒流充电。切磋到车主有时必要正在几分钟内急忙增补电池电量，特斯拉的这种政策无疑是更有上风的，这也再现出特斯拉比守旧车企思绪再生动，更能出现革新。

　　而全体奈何告终如许良好的 BMS 性能？前文所说的各类 BMS 束缚政策依赖于软件，软件的基本正在于特斯拉的 BMS硬件打算。特斯拉 model 3 的硬件打算征求了中央主控板、采样板、能量转换编造（PCS，由 OBC 和 DCDC 两个人构成）以及位于充电口的充电左右单位。BMS 个人一共电道均笼盖有透后三防漆以保卫电道，导致电道元件表观润滑且反光。

　　主控板担负束缚一共 BMS 闭连芯片，共扶植 7 组对表接口，包括了对充电左右器（CP）硬件、能量转换编造（PCS）的左右信号，以及到采样板（BMB）的信号，此表还包括特意的电流电压搜罗信号。电道板上包括高压分开电源、采样电道等电道模块。元器件方面，有Freescale 和 TI 的单片机，以及运放、参考电压源、分开器、数据采样芯片等。

　　正在 BMS 的左右下，全体对电池组实行监测的是 BMB 电道板，关于特斯拉 model 3而言，共有 4 个电池组，每一组装备一个 BMB 电道板，而且 4 个电道板的电道构造各不类似，互相之间可能很容易地应用电道板上的编号实行区别，而且遵循规律用菊花链毗邻正在一块，正在 1 号板和 4 号板引出菊花链毗邻到主控板的 P5 和 P6 接口。咱们本次拆解的model 3 单电机圭臬续航版电池组较短，沿着每个电池组都陈设了一条 FPC（柔性电道板），而且正在其沿线扶植了对电池实行采样的采样点，每个采样点都用蓝色聚氨酯实行笼盖保卫，末了正在 FPC 上方笼盖淡黄色胶带实行保卫。必要贯注的是，圭臬续航版假使每个电池组仍有两条淡黄色胶带，但只要此中一条下面有 FPC，另一条仅起到对下方电池触点的保卫效力。而关于长续航版本，因为电池较多，每个电池组都必要分成两条 FPC 实行采样。

　　全体到 BMB 电道方面，圭臬续航版和长续航版也有所区别，咱们以元器件较多的 4号采样板为例实行申明。起初，正在采样点数目方面就有所区别，圭臬续航版共扶植 24 个采样点，因而 FPC 上有 24 个触点与 BMB 实行对应。长续航版的电池组顶格扶植，4 个电池组当中，中心两组较长，安排各扶植 25 个采样点，共 50 个，双方的电池组略短少许，共扶植 47 个采样点，一侧 24 个，另一侧 23 个，因而长续航版的 BMB 必要正在两侧都扶植触点。

　　其次，电道陈设和元器件数目也有较大区别。始末触点传来的信号必要由 AFE（模仿前端）芯片实行执掌，这是统统 BMB 电道的中央。圭臬续航版每个 BMB 有两颗定造的AFE 芯片，其修设有些似乎 Linear Technology（ADI）的 LTC6813 芯片但不所有类似，同时修设了 3 颗 XFMRS 的 BMS LAN 芯片用于与其他电道板的信号传输。长续航版 BMB因为两侧均有触点，信号数目较多，因而为每个 AFE 此表修设了两颗简化版的 AFE 芯片（图中橙色长方形），用来辅帮信号执掌。同时 BMS LAN 芯片的数目也增长了 1 颗。

　　BMS 编造的另一个紧急构成个人是充电左右，特斯拉为此开采了充电左右器，位于左后翼子板充电口左近。该左右器有三个对表接口，担负左右充电口盖、充电枪毗邻形态与锁定、充电信号灯、疾慢充左右及过热检测等。电道方面则征求了 Freescale 的 MCU 和ST 的 HSD 芯片等。

　　BMS 又有一个紧急性能便是电能转换，征求将高压直流电转化成低压直流电来需要车内配置，或者将高压换取电转化为高压直流电用于充电等，这一个人是通过能量转换编造（PCS，也称高压配电盒）结束的。PCS 征求两个重要个人，分歧是将换取电转化成直流电的 OBC（车载充电器硬件，On Board Charger）和实行直流电压变换的 DCDC。这个人电道中重倘若种种大电容和大电感，也包括了整车中极端罕见的保障丝。

　　从元器件层面来看BMS编造，最中央的重要便是AFE芯片和各式功率器件/被动元件。此中 AFE 芯片范围，国内最主流的是三家美国公司产物，Linear Technology（被 ADI 收购）、Maxim（被 ADI 收购）、TI，以是原本照旧归结于环球最大的两家模仿芯片公司。其余 NXP/Freescale、Intersil 等大型厂商也有必然份额。跟着国内财产发扬，国产 AFE 芯片通道数和产物不乱性渐渐进步，也希望得回发扬空间。功率器件方面，我国财产一经有必然墟市身分，正在汽车范围仍可能进一步打破。

　　从电道和编造层面来看，依照汽车电子工程师朱玉龙的说法，BMS 真正的中央价钱，原本是正在电池的测试，评议，修模和后续的算法。统统 EE 的软硬件架构，一经根本是红海，来日财产不必要大宗的 BMS 公司，持久来看照旧电池厂商和车厂也许正在 BMS 范围得回较高的身分。跟着汽车财产振兴，来日我国电动汽车厂商正在 BMS 范围也希望得回更深挚的积蓄。特斯拉model3的硬件拆解