從大眾、福特跟特斯拉的差距看智能電氣架構(gòu)落地的難點與破局點

如果說車輛智能化是未來，那么智能電氣架構(gòu)一定是其基礎(chǔ)。

上篇文章我們也講過，特斯拉的三個分布式區(qū)域控制器已基本實現(xiàn)了智能電氣架構(gòu)，但是你搞清楚了特斯拉怎么實現(xiàn)智能電氣架構(gòu)，就能指導(dǎo)大眾和福特實現(xiàn)智能電氣架構(gòu)嗎？答案顯然是否定的。就像張笑宇老師說的，雞蛋變成雞的學(xué)問可以指導(dǎo)雞，但是怎么能夠幫助到鴨呢？

本文將從特斯拉、大眾與福特3款新型SUV的電氣架構(gòu)對比開始分析，看特斯拉為何能領(lǐng)先業(yè)界6年實現(xiàn)智能電氣架構(gòu)，而傳統(tǒng)車企的歷史包袱是如何阻礙其新技術(shù)落地的，從車輛的系統(tǒng)設(shè)計，到對成本模式認知及技術(shù)模式的認知，最后到落地時要面臨哪些技術(shù)難點，詳細分析如何實現(xiàn)智能電氣架構(gòu)的落地。

本文對乘用車及商用車應(yīng)用均有涉及，文中也將普及一些基礎(chǔ)的車輛電氣原理、傳統(tǒng)方案器件成本、半導(dǎo)體方案及成本、線束基礎(chǔ)知識、負載基礎(chǔ)特性、HSD芯片基礎(chǔ)、MOSFET基礎(chǔ)、電流與成本的關(guān)系、相關(guān)的電子電氣設(shè)計難點、芯片參數(shù)選型等，算是拋磚引玉，希望能和行業(yè)小伙伴們一起共同推動智能電氣架構(gòu)的落地。

如今的汽車行業(yè)正在經(jīng)歷劇烈的電氣化及智能化變革，這種變革必然導(dǎo)致車輛ECU數(shù)量增多及電氣架構(gòu)復(fù)雜度增加，傳統(tǒng)車企在架構(gòu)升級過程中會怎么做？有哪些考量？

剛好，有國外網(wǎng)站3IS基于特斯拉Model Y，對比了大眾ID.4與福特Mach E的電子電氣架構(gòu)，這三款車均為純電動SUV，量產(chǎn)時間相近；并且，大眾與福特作為傳統(tǒng)老牌大型車企，和特斯拉對比就非常具有代表性。

從下圖的ECU及網(wǎng)絡(luò)類型節(jié)點對比表我們可以看出，Model Y、ID.4、Mach E的ECU數(shù)量分別為26、52、51，特斯拉的集成度明顯要高很多，這主要是因為特斯拉將眾多小型ECU的功能全部集成到區(qū)域控制器中。前文我們講過，比如特斯拉的 Model 3的FBCM，既負責(zé)配電，還負責(zé)一些左前燈控制、空調(diào)控制、熱管理等功能，橫跨了傳統(tǒng)的車身、座艙、底盤及動力域。

之前我們就講過，傳統(tǒng)OEM是有很大歷史包袱的，按以往的經(jīng)驗，基于現(xiàn)有成熟模塊進行復(fù)用可以顯著縮短車輛開發(fā)周期及降低開發(fā)成本，并保證車輛的可靠性。但如果步子邁得太大，一上來就搞大規(guī)模集成，就會牽一發(fā)而動全身。

所以，對傳統(tǒng)車企來講，任何的更改都需要很謹慎，因為制約因素很多，改起來就很困難，周期很長，涉及面很廣，風(fēng)險很大，成本也很高。

大家應(yīng)該還都記得，ID.3在剛上市時，出現(xiàn)了眾多軟件bug，上萬輛車停在大眾工廠等待升級。大眾尚且如此，其他家可想而知。所以我們可以看到，福特和大眾盡管宣稱是全新純電架構(gòu)，但是仍然復(fù)用了很多小型ECU。

但有一點不可否認的是，大眾在電子電氣架構(gòu)的升級過程中已經(jīng)做了很大的更新，大家有興趣的話可以去看一下奧迪e-tron與ID.4的電子電氣架構(gòu)的對比，可以看出巨大的變化。

三款車模塊數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對比（來源：3IS）

從上圖Lin總線數(shù)量也能看出，ID.4和Mach E的數(shù)量幾乎是特斯拉的2倍，這也從側(cè)面就說明他們復(fù)用了很多基于Lin通信的小型ECU，這是都是很典型的傳統(tǒng)設(shè)計方式。

在上兩篇文章中我們已經(jīng)詳細分析了特斯拉Model 3 的智能配電方案及電氣架構(gòu)，有興趣的小伙伴們可以再去看一下“特斯拉為什么要“干掉”保險絲和繼電器？”和“自動駕駛商用車需要什么樣的電氣架構(gòu)？”。從下表我們剛好可以從另一個側(cè)面了解一下智能電氣架構(gòu)對車輛帶來的影響。

我們可以看到，ID.4和Mach E在這方面仍然是傳統(tǒng)設(shè)計，有3個配電盒，前艙1個，駕駛艙2個，并且有大量的繼電器和保險絲，而Model Y則沿用了Model 3的設(shè)計，全部采用半導(dǎo)體方案進行替代，傳統(tǒng)繼電器和保險絲的數(shù)量為0。

三款車配電模塊、保險絲及繼電器數(shù)量對比（來源：3IS）

這種設(shè)計差異就導(dǎo)致大眾和福特雖然也都采用了域控架構(gòu)理念，但是三者的電子電氣架構(gòu)還是有較大差異的。

特斯拉的架構(gòu)更接近于區(qū)控制架構(gòu)，這個可以從Model S內(nèi)部線束長度長達3 km，到Model 3只有 1.5 km的進步得到印證，因為區(qū)域架構(gòu)對線束的節(jié)省具有明顯價值。Aptiv也曾測算過使用區(qū)域架構(gòu)后可以降低25%線束成本，而Visteon則認為區(qū)架構(gòu)可以節(jié)省50%或更多的線束長度。

區(qū)控制器對線束的節(jié)省（來源：Visteon）

另外Visteon還專門闡述了區(qū)域智能配電的價值，包括：

1. 雙電源分級供電；

2. 推動配電技術(shù)電子化，取消傳統(tǒng)保險絲；

3. 中央配電盒虛擬化，保護特性優(yōu)化；

4. 智能電源管理，基于電流及電壓診斷的故障預(yù)測；

5. 保險絲及負載優(yōu)化帶來的其它價值。

區(qū)域智能配電的價值（來源：Visteon）

其實這些東西我們在上兩篇文章都已進行過多角度的深入分析，你總不能說大眾和福特不了解區(qū)域架構(gòu)，或者沒有分析過區(qū)域智能配電帶來的價值吧？Model 3是2017年9月下線的，大眾和福特是2020和2021年量產(chǎn)的，中間有三四年的時間，但特斯拉至今仍是全球唯一采用區(qū)域智能配電的OEM，這足以說明問題。

另外，3IS最后給的結(jié)論也很有意思——3IS說：“很難簡單地說誰的架構(gòu)是最好的，這取決于目的和約束條件。傳統(tǒng)OEM使用沿用技術(shù)可以降低研發(fā)成本，雖然這并不是最好的。特斯拉別無選擇地必須從零開始，所以可以走一條完全不同的路，它沒有任何約束。”

架構(gòu)對比結(jié)論（來源：3IS）

實際上，特斯拉針對舊車型，也是有約束的。針對2012年推出的Model S和2015年推出的Model X，特斯拉直到2022年才能在所有新車上采用這種技術(shù)，從model 3開始第一次用智能配電方案算起，這中間已相隔5年時間，所以針對舊車型的升級改造難度可見一斑，這還是在特斯拉擁有成熟的區(qū)域智能配電架構(gòu)的基礎(chǔ)上。

特斯拉將在2022年全線切換電子保險絲（來源：teslatap）

另外，通過對特斯拉老款車型Model X (2015-2020)及Model s (2016-2020)的分析我們也能看出來，即使傳統(tǒng)配電盒方案，特斯拉的設(shè)計也異于傳統(tǒng)OEM。

特斯拉Model S/X前艙配電盒（來源：teslatap）

 

特斯拉Model S/X座艙配電盒（來源：網(wǎng)絡(luò)）

從上圖我們可以看出，特斯拉整車使用的Plug-in繼電器數(shù)量極少，僅有5個（傳統(tǒng)車接近20個），座艙配電盒上僅有保險絲，沒有繼電器，這為特斯拉在model 3上采用區(qū)域智能配電的創(chuàng)新架構(gòu)埋下了伏筆；相比之下，5年后量產(chǎn)的ID.4和Mach E分別為7和22。

那么，大眾、福特跟特斯拉在電氣架構(gòu)上的差距為何如此之大呢？接下來，我們將從系統(tǒng)角度、成本角度、認知角度、技術(shù)角度對智能電氣架構(gòu)落地中的難點進行詳細的分析。

一. 整車系統(tǒng)角度

上一章我們也講過，汽車上很多設(shè)計其實是牽一發(fā)而動全身的，因為汽車是一個很復(fù)雜的集成系統(tǒng)，一臺車有上萬個零部件，很多系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。比如我們就拿特斯拉的“高壓不下電”策略來說，這一點牽涉到了非常多的具體設(shè)計：

1. 特斯拉Model 3停車后高壓動力電池會一直保持連接，高壓電池以約每天1%的放電速度放電；

2. Model 3的“靜態(tài)”工作電流為2.6A，而傳統(tǒng)高壓下電的車輛靜態(tài)電流在15mA～20mA左右，以保證蓄電池不虧電，下次能正常啟動（低壓沒電是上不了高壓的，因為BMS、VCU都是用的12V蓄電池的電）；

3. 如此大的電流會導(dǎo)致鉛酸蓄電池很快耗光，據(jù)估計是一天時間，所以特斯拉又首創(chuàng)了BMS集成小型DC-DC的設(shè)計，在停車后為整車提供12V電源，防止蓄電池虧電；

4. 這個設(shè)計的初衷是為了支持所有的Online服務(wù)，比如哨兵模式；

5. 這種設(shè)計進而推動特斯拉直接取消了高壓預(yù)充電路，這估計也是全球首創(chuàng)的了；

6.特斯拉采用了大家聞所未聞的低壓蓄電池DC-DC逆變進行高壓預(yù)充，這種設(shè)計也不支持頻繁的高壓上下電，所以相對應(yīng)的設(shè)計就是特斯拉的高壓在首次上電后，一般就不下電了。

說起來比較繞，我做了一個腦圖，大家看一下：

特斯拉高壓不下電設(shè)計（來源：左成鋼）

從這里就能看出來，一項功能的實現(xiàn)需要整個系統(tǒng)設(shè)計進行配合。這里還僅僅是高壓部分的，就涉及到了預(yù)充方案、BMS、DC-DC等模塊及策略的全新設(shè)計；實際上，低壓電源分配及控制方面特斯拉也有相應(yīng)的設(shè)計來支撐。

所以說，如果不站在整車系統(tǒng)角度對一個功能的實現(xiàn)進行深入分析，步子邁得太大，一上來就搞很多新功能，做很多集成設(shè)計，就會牽一發(fā)而動全身，改了A就會導(dǎo)致B有問題，動了B才發(fā)現(xiàn)C又不行了。制約因素很多，改起來就很困難，周期很長，涉及面很廣，風(fēng)險就會很大，成本也很高。

上萬輛ID.3停在大眾工廠等待升級的畫面還歷歷在目，甚至連特斯拉也要花好幾年來升級老款車型，因此，傳統(tǒng)OEM不得不謹慎，沿用設(shè)計就成了不得不用的“最好選擇”。

二. 成本角度

從傳統(tǒng)車輛設(shè)計角度來看，成本是第一位的，智能電氣架構(gòu)大家都知道很好，但是OEM一看成本，項目肯定就黃了，連和你往下討論的沖動都沒有了。

筆者曾針對商用車電氣架構(gòu)和幾大OEM進行過成本分析，整車電氣零部件部分（不包含線束），升級到智能電氣架構(gòu)后，成本至少翻一番，即使對成本沒那么敏感的商用車，這也是絕對不可接受的，對成本極敏感的乘用車，就更不用說了。

下面這張圖片我們在前面的文章中分享過，我再貼出來大家看下，對于12V系統(tǒng)，半導(dǎo)體方案是比目前的30A繼電器要貴的，更不用說在配電盒中占比最大的保險絲，整車全部采用半導(dǎo)體方案后，成本增加是非常大的，特別是大電流回路。

下面我們大概列了一下各種方案的成本對比，大家可以感受一下。

HSD/繼電器電流-成本與替代速度（來源：英飛凌）

12V系統(tǒng)方案成本對比（來源：左成鋼）

 

車輛保險絲及繼電器數(shù)量對比（來源：左成鋼）

舉例來講，對于一個10A回路，采用保險絲是一毛錢，芯片就要七八塊錢。但是芯片成本隨電流等級增加并不是線性的，比如30A的保險絲還是一毛錢，芯片就得二十幾塊錢了。電流再大，就沒有HSD了，只能用MOS方案。整車那么多保險絲，尤其對于一級配電盒，大電流特別多，智能配電盒成本對比簡直就不忍直視，你要是Tier 1都不好意思和OEM提成本。

那怎么辦？

智能電氣架構(gòu)作為一種顛覆式的技術(shù)創(chuàng)新，在其帶來創(chuàng)新價值的同時，也帶來了成本的大幅增加，技術(shù)要落地，要應(yīng)用，就需要有人為創(chuàng)新的成本買單，但OEM又不想直接大幅增加成本，這會直接影響利潤，對靠賣車賺錢的傳統(tǒng)OEM來說，這是不能接受的。

一般來說，如果技術(shù)帶來的成本增加在20%～30%之間，這個技術(shù)就比較容易落地，而對于智能電氣架構(gòu)，就需要從系統(tǒng)層面來考慮線束的成本降低、研發(fā)的成本降低等，但整個系統(tǒng)成本很難估算，你告訴OEM是降低的，即使OEM認可，具體也不好算，這就導(dǎo)致成本這一關(guān)很難過，OEM的領(lǐng)導(dǎo)很難拍板說上這個技術(shù)。

半導(dǎo)體方案的系統(tǒng)成本是降低的（來源：Philippe Dupuy）

NXP的Philippe Dupuy認為OEM是了解半導(dǎo)體解決方案的價值的，同時也是車輛電氣化的主要推動者，并且經(jīng)過計算，系統(tǒng)級及整車級的成本是節(jié)省的。但同時他也承認，時至今日，半導(dǎo)體解決方案并未獲得顯著進展。

何帆老師說過，你不可能在同一時間，同一場合，解決所以的問題，你要改變約束條件，換一種思路去解決。這就是我們經(jīng)常說的，不能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，而是說，治頭痛最好的辦法，很可能是打一盆熱水來泡腳。對智能電氣架構(gòu)而言，成本的增加帶來的問題是一樣的，我們需要去找到破局點。

“硬件預(yù)埋+軟件付費”這種創(chuàng)新模式便是智能電氣架構(gòu)落地的一個破局點。前文我們分析過特斯拉引領(lǐng)了“硬件預(yù)埋+軟件付費”的創(chuàng)新模式，把硬件成本作為價值預(yù)埋的一部分，硬件的成本后期可以通過軟件付費模式進行回收了。

傳統(tǒng)的車輛設(shè)計，需求在一開始就是被明確定義了的，整車在生命周期內(nèi)是不更新的，所以可以采用高度定制化的低成本硬件，夠用就行，不需要強大。但如果硬件不夠強大，軟硬件就很難解耦，軟硬件無法分離，就無法應(yīng)對新的需求的變化，硬件無法被軟件重新定義，因而也很難實現(xiàn)“硬件預(yù)埋+軟件付費”。

如果沒有軟件付費這種模式，OEM靠賣車是不可能有這種硬件預(yù)埋的創(chuàng)新做法的，甚至連想法都不會有。因為雖然創(chuàng)新產(chǎn)生了新的價值，但是這種價值當(dāng)前并未體現(xiàn)在消費端，或者體現(xiàn)得不直接，那么就沒有人愿意為創(chuàng)新的成本買單，創(chuàng)新的步伐就會被拉慢下來。

在上一篇文章中我們也講過，智能電氣架構(gòu)的建設(shè)，可以與目前OEM軟件能力建設(shè)的內(nèi)在需求相呼應(yīng)，同時還可以提升OEM的品牌溢價，延伸價值鏈條，也為OEM從車輛生產(chǎn)商到服務(wù)商的轉(zhuǎn)變提供了可能。

在這里想到何帆老師舉的另外一個例子，比如非洲國家債務(wù)問題，西方國家的思路是，降低利率，或者減免一部分。而中國人可能會說，咱們討論一下修路的問題吧。我們從小就知道，要想富，先修路。修了路，經(jīng)濟增長了，債務(wù)問題不就解決了嗎。西方人考慮的是如何直接解決問題，而中國人考慮的是迂回解決，因為直接根本就解決不了嘛！

所以，基于目前階段，針對智能電氣架構(gòu)的成本問題，我們惟一的辦法可能只有迂回，而在未來，智能電氣架構(gòu)將作為區(qū)域架構(gòu)的一部分，是支撐未來新能源卡車及高階無人駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施。

三. 認知角度

除了成本，另一個阻礙新技術(shù)或新事物發(fā)展的，應(yīng)該就是人們的認知了吧。就像最初手機集成了分辨率只有30萬像素的拍照功能時，誰也不認為這玩意兒有啥真正的價值，拍照時該用相機還是用相機。后來的事情大家都知道了，手機拍照的價值慢慢得到了認可，消費者也愿意為一億像素的鏡頭付費了，甚至生產(chǎn)商還能以此為賣點進行宣傳了，這個放到過去你敢信？

01成本模式認知

對現(xiàn)在以賣車為老本行的OEM來說，車輛售價必須按配置進行區(qū)分，因為材料成本就不一樣。消費者想要更多的功能，買車時就得把錢給到位，如果買車的時候沒有錢，這個配置沒有買，后來想加裝，基本上加不上的。

比如動力底盤部分，你買了1.5T的，買完了覺著動力不行，你和4S店說想換2.0T的，這就離譜了，你不可能換個發(fā)動機啊，但電動車就可以在硬件有裕量的基礎(chǔ)上，通過軟件來實現(xiàn)部分的動力提升。

另外就是對產(chǎn)量和成本的認知，在特斯拉最初研究電動汽車時，電池成本大概600美元每千瓦時，而馬斯克通過第一性原理分析后認為未來可以降到80美元，后來的趨勢大家也都看到了，電池成本隨著電動車產(chǎn)量的上升，的確是不斷降低的，據(jù)估計到2029年，鋰離子電池的價格可以降到每千瓦時60美元左右。

到這里就不得不提一個在汽車領(lǐng)域里預(yù)測價格走勢非常準確的定律——萊特定律，即產(chǎn)量每累計增加一倍，成本價格就會下降15％，而且會持續(xù)降低，你再翻一倍又降15%。汽車行業(yè)從1900年就遵循這一規(guī)律。

基于萊特定律進行分析，一種新產(chǎn)品或技術(shù)，在產(chǎn)量翻四番后，成本即可下降到原來的一半。但如果不具備這一認知，就會面對高成本的時候“知難而退”。

 

基于萊特定律的成本走勢（來源：左成鋼）

前文我們專門分析過智能電氣架構(gòu)對成本的影響，包括線束設(shè)計、電氣設(shè)計、EMC、車輛運營維護。

舉個例子，比如利用能量管理算法就可以實現(xiàn)智能節(jié)能節(jié)油，博世研究表明，發(fā)電機輸出100W電功率，相當(dāng)于100km油耗0.17L，在24V系統(tǒng)也就3.7A電流，比一個70W大燈燈泡多一點。所以電能管理策略是可以提高整車電氣系統(tǒng)的經(jīng)濟性的。

來源：BOSCH汽車電氣與電子第338頁

然而，很多決策者都過于關(guān)注直接成本，卻對間接成本關(guān)注不多。所以，對成本模式的認知，也會阻礙很多技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

02技術(shù)模式認知

之前我們也講過，汽車產(chǎn)業(yè)作為一個擁有上百年歷史的產(chǎn)業(yè)，其很多設(shè)計是有傳承的，傳承的意思就是有延續(xù)性、變動較少。傳統(tǒng)保險絲繼電器技術(shù)悠久，可靠性夠用，使用成本低，綜合考慮下來，目前是可靠性和成本后均衡后的最佳方案。

筆者在和眾多OEM進行過技術(shù)交流后，大家首先的反應(yīng)就是，你這不使用保險絲的技術(shù)方案可靠嗎？不會保護不了把線燒了吧？你的方案裝過車嗎？驗證過嗎？誰家用過？

汽車行業(yè)的技術(shù)人員在面對新技術(shù)時，首先考慮的是你這種設(shè)計可靠不可靠，有沒有人這么干過？傳統(tǒng)技術(shù)，保險絲燒了換一個就好了，而半導(dǎo)體技術(shù)壞了必須換掉整個模塊，成本太高，不可靠根本不行。

關(guān)于新的電氣架構(gòu)，大家的認知不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）可靠性

我們用一句話來概括，那就是：傳統(tǒng)電氣架構(gòu)的可靠性下限比較高，但上限很低，而基于半導(dǎo)體方案的智能電氣架構(gòu)，可靠性下限比較低，但是上限非常高！

關(guān)于可靠性這方面，我們在“干掉保險絲和繼電器，自動駕駛才能更安全”這篇文章已中有詳細分析，歡迎大家去看一下。

所以，我們不能根據(jù)經(jīng)驗說傳統(tǒng)的方案就已經(jīng)很可靠了，那是因為你還沒有更高的可靠性需求。半導(dǎo)體方案不成熟，一開始可能會不可靠，但我們要相信，它可以非?？煽?。就像有句話說的，鷹有時會飛得比雞低，但雞永遠飛不了鷹那么高。

最后放個可靠性參數(shù)表格對比一下：

（2）沖擊電流

OEM做電氣的對這個都比較關(guān)心，一是普遍認為半導(dǎo)體器件可能太靈敏了，負載啟動瞬間的沖擊電流會導(dǎo)致意外保護，另外是認為半導(dǎo)體器件無法承受負載的沖擊電流，可能會導(dǎo)致?lián)p壞。之前幾篇文章中，我們沒有對負載沖擊電流特性進行詳細分析，在此就順便講一下：

 

車輛不同負載類型的沖擊電流特性（來源：左成鋼）

我們再放幾張沖擊電流波形圖：

典型的24V/70W燈泡啟動沖擊電流波形（來源：左成鋼）

 

典型的12V/150W直流電機啟動沖擊電流波形（來源：左成鋼）

從上圖可以看出來，容性負載沖擊電流在10倍左右，感性負載在3～5倍之間，我們再來看一下半導(dǎo)體器件的耐沖擊電流能力：

可驅(qū)動2*70W/24V燈泡的HSD芯片參數(shù)（來源：英飛凌BTT6010-1ERA）

從上表可以看到，HSD芯片的耐沖擊電流能力（即限制電流limitation current）是額定電流的10倍，這足以應(yīng)對所有類型的容性負載（純電容除外，大電容必須采用預(yù)充），同時，HSD芯片僅僅限制輸出電流到一個值，而并不是發(fā)生保護，把負載關(guān)掉，這是在芯片設(shè)計時，芯片設(shè)計人員已經(jīng)考慮到的一個應(yīng)用場景。

至于針對3～5倍沖擊電流的感性負載，那就更沒有問題了。

下面我們再來看一下MOS管的耐沖擊電流能力，我們就以特斯拉使用的一顆功率MOS來進行參數(shù)分析：

特斯拉區(qū)域控制器采用的MOSFET參數(shù)（來源：Onsemi NVMFS5C426N-D）

這是一顆40V的NMOS，可用于12V系統(tǒng)，參數(shù)為1.3mΩ，235A，意思就是你要是給足了散熱，它能給你干到235A的電流，但實際上沒人敢這么用，你總不能給它上液氮冷卻吧，我們要考慮工程實現(xiàn)。根據(jù)筆者經(jīng)驗，1.3mΩ的MOS給予一定散熱設(shè)計，全溫度范圍（-40度～85度）干到40A以上應(yīng)該問題不大，參數(shù)表里是按100度，給到了29A，比較保守。

但是我們再看脈沖，100度是166A，注意前面的參數(shù)是RJC，表示這是一個較長的瞬態(tài)電流，類似于感性負載沖擊，這個參數(shù)也是額定電流的5倍以上了，應(yīng)對感性負載3～5倍沖擊完全沒有問題，而且，我們再看備注3,1秒的脈沖都是沒問題的。

可能有的小伙伴又要問了，為什么我分析HSD講容性負載，分析MOS講感性負載？那是因為小電流容性負載用HSD就可以搞定了，同時因為這些負載一般都較小，即使10倍的沖擊，也都沒問題。而大電流應(yīng)用，沒有相應(yīng)的HSD芯片，只能用MOS，且大電流負載一般都是感性特性，沖擊時間長，但倍數(shù)較小。這就像傳統(tǒng)保險絲的應(yīng)用一樣，小電流用片式快熔，抗高倍數(shù)短脈沖，要的是快速保護；大電流用板式慢熔，抗大電流長時間沖擊，要的是皮實可靠，這樣看來，雖然是兩種技術(shù)路線，但卻有異曲同工之妙啊。

（3）額定電流

這個問題我們在上篇文章有詳細分析，在這邊只放一下結(jié)論：智能電氣架構(gòu)下，配電模塊的帶載能力可以按照負載的額定電流進行匹配。

OEM的電氣設(shè)計以往對電流匹配的認知全部基于保險絲，自然就會拿傳統(tǒng)保險絲的額定電流和芯片做對比，比如原來是用20A的保險絲，他會要求你芯片也采用20A的，這種認知就是不對的，這時候就需要拋棄保險絲思維，關(guān)注真實的負載情況了。下面這張圖比較簡單明了，我再放一下：

芯片帶載能力對比（來源：左成鋼）

一般情況下，對比原有保險絲設(shè)計，芯片設(shè)計的額定電流都可以更小一點，甚至可以是原來的一半，相應(yīng)的，線徑設(shè)計也就降下來了。

所以，基于未來智能架構(gòu)的芯片設(shè)計，大家一定要轉(zhuǎn)變認知。當(dāng)有人說電流是20A的時候，你得問他是以前保險配了20A，還是負載額定電流是20A。否則大家的認識不在一個頻道上，溝通就會出問題，并且電流等級還是和成本直接相關(guān)的，10A和20A芯片那成本差的可不是一倍的關(guān)系。另外就是因此帶來的線束成本降低，電氣設(shè)計簡化等價值，之前都已經(jīng)詳細討論過了。

（4）電源屬性

電源屬性這個概念在汽車行業(yè)無人不知，畢竟已經(jīng)用了這么久了，連大家熟知的KL15/KL30這種叫法，也是博世在1984年就提出來的，可見其歷史之悠久。過去定義供電屬性的原因就是為了便于進行能量管理，但是切換到智能電氣架構(gòu)后，你會突然發(fā)現(xiàn)，電源可以沒有屬性之分了，所有的線路都可以被定義為任意供電屬性，固定的電源屬性自然就不再需要了。

任意電源屬性帶來的價值包括但不限于：支持更自由更復(fù)雜的能量管理策略、整車電氣架構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、線束系統(tǒng)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計優(yōu)化等。

（5）每路單獨可控

在傳統(tǒng)架構(gòu)下，絕大多數(shù)的回路都是不可控的，比如常電回路，整車一上電，這些回路就有電了，你想關(guān)是關(guān)不掉的，乘用車沒有總閘，就必須有靜態(tài)功耗管理，卡車就靠總閘來管著了。

在智能電氣架構(gòu)中，每路單獨可控，但做傳統(tǒng)電氣設(shè)計的人很難具備這一認知，在傳統(tǒng)經(jīng)驗看來，怎么可能那么多回路全部是獨立可控的？因而，他們也就無法意識到這種獨立可控帶來的價值。

智能電氣架構(gòu)帶來的其他價值比如：可取消電源總開關(guān)，可進行功耗控制及能量管理、線束優(yōu)化、可配置、可編程、可升級、可迭代等，這些我們上兩篇文章都有詳細分析，想看的小伙伴們可以去找來看一下。

（6）每路獨立保護

傳統(tǒng)架構(gòu)下，電源分配必然是分級的，類似于瀑布架構(gòu)，所有的二級回路都是經(jīng)過了一級大保險絲，再分配到多路二級小保險絲，然后到用電設(shè)備的。如果一級出了問題，很多個二級就會受到影響。

還有，在傳統(tǒng)設(shè)計中，保險絲負責(zé)保護，繼電器負責(zé)控制，保護和控制自然是分開的，如果保護共用，控制分開，一路負載出了問題，所有負載就會全部斷電。

而智能電氣架構(gòu)中，因為可靠性提高，加上沒有電源屬性之分，二級配電的供電電源要少得多，所以，可以認為所有的二級終端用電設(shè)備和一級是并聯(lián)的，而非串聯(lián)的，相當(dāng)于二級的保護其實是獨立的。

所以采用智能電氣架構(gòu)帶來的天然優(yōu)勢就是，線路保護和控制融合了，所有的回路保護自然都是獨立的，不受其他回路故障的影響。

（7）保護及診斷功能

這一點我們之前的文章已經(jīng)講得比較細了，在此我就大概列幾點基礎(chǔ)的：

保護后可恢復(fù)，恢復(fù)條件可軟件定義，比如靠ON檔、開關(guān)信號或上下電。

可自定義的過載保護功能，傳統(tǒng)保險絲是不支持的。

電流檢測功能

開路檢測功能（ON/OFF狀態(tài)）

電壓檢測功能（過壓/欠壓）

有特斯拉愛好者在2022款Model s上測試了一下eFuse的自恢復(fù)保護功能，發(fā)現(xiàn)的確可以在故障解除后自動恢復(fù)，比如12V輔助電源插座（12v accessory power socket）。有的就不好說，比如驅(qū)動控制按鈕（drive control button），測試者從400mA的帶載，拉到了1.5A，就發(fā)現(xiàn)輸出立即保護了，同時也喜提中控屏故障報警，信息精確到了哪個功能出現(xiàn)了故障，以及怎么去查看。測試者說這個故障并沒有自動恢復(fù)，而是等到整車軟件升級后才恢復(fù)的，所以說，具體的恢復(fù)條件取決于軟件策略。

特斯拉2022款Model S的eFuse保護功能（來源：teslatap）

因為傳統(tǒng)架構(gòu)根本就沒有診斷功能，所以大家對這一塊兒可以說基本上是沒有認知的，是空白的，就像你用功能手機的時候，是無法想象智能手機帶來的影響的，包括移動支付、掃碼等應(yīng)用，都是在智能機逐漸普及后才衍生出來的新應(yīng)用?；谥悄茈姎饧軜?gòu)的保護和診斷功能，同樣可以衍生出各種新的應(yīng)用，產(chǎn)生新的價值，并對車輛的智能化產(chǎn)生巨大的影響。

拋開前面講的系統(tǒng)維度和成本因素，改變?nèi)藗儗σ环N新事物的認知，從某種意義上講，可能比其他所有努力都要重要。智能電氣架構(gòu)作為一種顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，它所能帶來的價值其實遠超我們的想象，所以只有先改變我們對它的認知，打破傳統(tǒng)思維的局限，才能進而發(fā)掘其潛在的價值，并評估其對汽車產(chǎn)業(yè)帶來的影響，進而共同推動其盡快落地。

四. 技術(shù)角度

前面我們從系統(tǒng)、成本及認知角度分析了智能電氣架構(gòu)面臨的問題，這一章，我們再從技術(shù)落地的角度來談一下，如果要上智能電氣架構(gòu)，會遇到哪些技術(shù)問題。

01技術(shù)范疇

談這個問題之前，先講一個我的經(jīng)歷。打車時如果遇到純電動的，我一般會和師傅多聊兩句，問一下續(xù)航、百公里電費成本、駕駛體驗、和燃油車的差別等等。我發(fā)現(xiàn)師傅們普遍反饋一個問題就是，純電車修起來很貴，即便是小問題，師傅也不敢自己動，必須開到4s店，普通的路邊店是搞不定的，也不敢搞，為什么呢？大家思考一下。

燃油車的問題大都是機械問題，是肉眼可見的問題，電動車在電氣化后，機械問題極少，問題變成了電子電氣問題或軟件問題，肉眼不可見了，對故障排查的技術(shù)要求就隨之變高了，加上電動車是新生事物，大家都不懂，自然也不敢動。

 

智能電氣架構(gòu)和傳統(tǒng)架構(gòu)配電盒設(shè)計對比

從傳統(tǒng)架構(gòu)到智能電氣架構(gòu)，也會面臨類似的問題——傳統(tǒng)電氣架構(gòu)全部都是機械和電氣范疇內(nèi)的，在OEM那里是屬于電氣部門的，和電子不搭界，但升級到智能電氣架構(gòu)后，全電子化了。

傳統(tǒng)配電盒屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，拼的是低成本，設(shè)計方面技術(shù)含量不高，但電子化后，原來的傳統(tǒng)配電盒廠家就懵了，根本就不懂，這觸及到了他們的認知盲區(qū)。OEM的電氣部門也不懂，雖然智能配電盒的電氣原理圖看起來更簡單了，但在他們看來就是個黑盒子，因為中間還有軟件邏輯和配置，單看原理圖根本沒用。

除了認知層面和技術(shù)能力層面，這里還涉及到了一些以前不太重視的技術(shù)問題。

比如負載特性，在傳統(tǒng)電氣架構(gòu)下做電氣設(shè)計時大差不差就行，因為保險本來就是分檔的，你只能10A、15A地來選擇，線徑裕量一般也足夠，你不需要很詳細地了解負載特性，按經(jīng)驗來問題就不大，不行就保險絲就升一檔，問題就解決了。但在智能電氣架構(gòu)下做電子設(shè)計時，不了解負載特性就完全不行，這個我們隨后再詳細分析。

這里我們簡單普及一個車用電線小知識，汽車電線的過電流能力其實是遠超大家想象的，極端一點，我們就拿發(fā)煙時間來講——就是你給一根導(dǎo)線通多大的電流，多長時間能冒煙（因種類而已，有的電線是不冒煙的），車用電線可以在5倍額定電流5s內(nèi)不冒煙，而保險絲，即使慢熔保險，5倍電流在1s之內(nèi)就燒掉了。

汽車電線的過流能力（來源：英飛凌）

如上圖，電線的短時過載能力極強，遠超片式保險，電線不當(dāng)使用的最大問題在于長時間過載發(fā)熱導(dǎo)致的絕緣損壞。

 

車載保險絲熔斷時間特性（來源：Littelfuse）

上表可以看出，沒有保險絲能抗住5倍電流達到5s。

所以，傳統(tǒng)配電盒廠家在涉足智能電氣架構(gòu)時面臨的問題包括但不限于：

電子化后的系統(tǒng)認知，包括電子電氣架構(gòu)、控制邏輯、網(wǎng)絡(luò)通信等；

電子產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，包括系統(tǒng)、硬件、軟件設(shè)計；

電子產(chǎn)品測試方法、可靠性設(shè)計等；

汽車電子試驗標準，包括電氣、環(huán)境、耐久、ESD、EMC等；

負載特性與工作模式的深入理解；

設(shè)計方案選擇與成本的均衡。

那你說傳統(tǒng)搞配電盒的廠家搞不定，做電子模塊的廠家呢？他們懂電子設(shè)計啊，沒錯，但你這句話只說對了一小半，他們只是懂專業(yè)內(nèi)的小電流電子設(shè)計，而整車電氣架構(gòu)、大電流設(shè)計卻觸及到了他們的知識盲區(qū)。

傳統(tǒng)電子模塊設(shè)計廠家在涉足智能電氣架構(gòu)時面臨的問題包括但不限于：

電子化后的系統(tǒng)認知，包括整車電子電氣架構(gòu)、電氣原理、電氣設(shè)計；

整車能量管理、上下電策略；

整車負載類型，負載特性；

保護特性和線束匹配（傳統(tǒng)保險絲匹配是有經(jīng)驗及推薦設(shè)計的）；

殼體設(shè)計，包括散熱、防護等級、安裝方式等；

大電流接線方式設(shè)計，包括連接器、螺栓等；

大電流板級設(shè)計，包括器件散熱、PCB載流等；

大電流器件選型，對MOSFET特性參數(shù)的理解等；

大電流產(chǎn)品測試、驗證方法。

對板級大電流設(shè)計方案，傳統(tǒng)電子模塊廠家應(yīng)該是很欠缺相應(yīng)經(jīng)驗的。不說別的，就特斯拉板子上那么大，那么多的busbar載流設(shè)計，一般人都沒見過。因為電子設(shè)計一般情況下電流不會超過10A，大多是mA級別的，靜態(tài)功耗一般是µA級別的，對幾百安的電流大家都是沒有概念的，無法想象；甚至，傳統(tǒng)電子模塊廠家可能連相應(yīng)的直流電源設(shè)備都沒有（常用的直流電源在30A內(nèi)，最大的不超過100A），超過4平方的導(dǎo)線也沒怎么見過（家里入戶電線線徑一般也就4平方）。

筆者認為，傳統(tǒng)配電盒廠家轉(zhuǎn)型難度較大，因為涉及的知識盲區(qū)太多了，從硬件設(shè)計，軟件開發(fā)，到電子產(chǎn)品測試經(jīng)驗，知識架構(gòu)都不一樣，想補起來很難。

傳統(tǒng)電子模塊廠家跨界做電氣設(shè)計，難度也不小。比如對整車電氣原理、電氣設(shè)計的理解，負載特性的深入了解等，還有傳統(tǒng)配電盒的結(jié)構(gòu)、電氣、線束等方面的設(shè)計，知識架構(gòu)也不同。這方面的坑也很多，比如大電流導(dǎo)線配多大的螺栓，裝配時要求扭矩范圍多大，這個傳統(tǒng)電子模塊廠家根本沒有概念。

所以，筆者認為，最有可能實現(xiàn)智能電氣架構(gòu)落地的，是兼具傳統(tǒng)配電盒和電子模塊設(shè)計能力的Tier 1，他們可以集合內(nèi)部這兩個過去完全不搭界的部門，和OEM一起完成智能電氣架構(gòu)的設(shè)計，并逐步落地。

02芯片方案問題

小電流設(shè)計還好，可以用成熟的集成芯片方案（HSD高邊芯片），這個上篇文章已經(jīng)分析過了，乘用車應(yīng)用25A以下都很成熟，商用車10A以下都有。

大電流解決方案，乘用車目前已經(jīng)有量產(chǎn)30A的HSD芯片可供選擇了，未來電流等級會持續(xù)增加。但是商用車方面，據(jù)筆者了解，各大芯片供應(yīng)商暫時沒有新的roadmap。大電流方案只能用驅(qū)動芯片+ MOSFET分立方案，這個方案存在以下問題：

整體方案復(fù)雜，綜合成本較高；

電流檢測復(fù)雜，成本高（shunt+amp運放方案）；

保護功能少，保護速度慢；

保護電路復(fù)雜，保護策略復(fù)雜；

診斷功能少，診斷功能設(shè)計復(fù)雜；

大電流應(yīng)用需要MOSFET并聯(lián)設(shè)計；

此方案需要根據(jù)應(yīng)用需求增加相應(yīng)的分立電路，需要電流檢測就必須增加shunt和amp，包括保護功能和診斷功能，功能越多，電路越復(fù)雜。因為保護功能大多由MCU來實現(xiàn)，速度慢不說，軟件策略也復(fù)雜。

我們先來欣賞下特斯拉的方案，大家有點直觀感受。下圖黑色的小方塊就是功率MOSFET，銀白色的是PCB Busbar，用來做大電流載流，黃銅色的是shunt，用來進行電流檢測，大電流的shunt全球能做得不多，別看就是個銅片，但是對材料的精度和溫度系數(shù)要求極高，算是基礎(chǔ)材料學(xué)科，德國一家做得非常好，當(dāng)然也不便宜。

特斯拉的驅(qū)動芯片+ MOSFET分立方案

 

德國Isabellenhuette的車規(guī)級shunt

另外， MOSFET雖然有其相應(yīng)的額定電流及脈沖電流參數(shù)，但設(shè)計時必須考慮SOA（Safe Operating Area安全工作區(qū)），這個對MOS設(shè)計非常重要。專門的驅(qū)動芯片一般都考慮到了MOS的驅(qū)動電壓、電流、結(jié)電容充放電時間等開關(guān)相關(guān)的參數(shù)設(shè)計，但是自己搭電路的話，要考慮的就比較多。另外即使驅(qū)動芯片有保護功能，一般也僅限于短路保護（基于VDS）和MOS過溫保護，如果芯片不支持shunt電流檢測，其他通過電流檢測衍生的保護功能如過流保護、開路保護、電流限制等，自己搭電路實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，包括硬件電路和軟件策略。

驅(qū)動芯片+ MOSFET分立方案（來源：左成鋼）

還有就是針對更大電流等級所必須采用的MOSFET并聯(lián)設(shè)計問題，這個對MOS器件本身的一致性及產(chǎn)品的硬件設(shè)計要求很高。比如PCB的均流、瞬態(tài)能量、峰值關(guān)斷電壓、寄生震蕩等問題，特別是針對感性負載應(yīng)用時的感性能量釋放問題，處理不好就容易出問題，最脆弱的或者阻抗最小的那個回路就會先炸掉。

Power MOSFET大電流并聯(lián)應(yīng)用（來源：IR/英飛凌）

下面這個是英飛凌對Power MOSFET并聯(lián)應(yīng)用的總結(jié)，第一條和第三條都提到了電流均衡問題，即使MOSFET是正溫度系數(shù)器件，天然能帶來一些自均衡優(yōu)勢，但也有其限制（穩(wěn)態(tài)和開關(guān)態(tài)沒問題，但短路問題就很大，下面沒提）。第二條就是SOA問題，可見其重要性。

Power MOSFET大電流并聯(lián)應(yīng)用（來源：IR/英飛凌）

在這里順便普及下MOSFET的一些基礎(chǔ)知識，MOS的RDSON即導(dǎo)通阻抗，單位是mΩ，值越小電流越大，就越貴。車規(guī)級MOSFET的一致性和穩(wěn)定性本身就是高于消費級及工業(yè)級的，但是即使同批次的MOS也存在巨大的參數(shù)差異，因為它們可能來自不同的wafer。當(dāng)然這些差異并不會超出datasheet規(guī)定的參數(shù)范圍，但這些差異依然會造成并聯(lián)應(yīng)用時的許多問題。

MOSFET批次參數(shù)差異（來源：NXP）

我們直接看結(jié)論，這個應(yīng)用文檔分析了半天最后的結(jié)論是：不建議多個MOS并聯(lián)應(yīng)用（簡直是廢話），認為單個低RDSON的MOS更好，即使并聯(lián)n個，最終肯定達不到n倍的效果（除非你不差錢，第1、2條算是無價值建議，其實這個大家都知道，就是成本不允許）。最后建議如果實在要并聯(lián)，不要超過3個，再多就分組并聯(lián)，特斯拉就是這么玩的。

感興趣的小伙伴可以去看NXP和Infineon的應(yīng)用文檔，在此不再詳述。

功率MOSFET并聯(lián)建議（來源：NXP）

最后我們來看下成本，感受下大家為什么一定要并聯(lián)使用。

NVMFS5C410N-D是特斯拉在用的最大的MOS，0.92mΩ，1.8美金一顆；比它更大一點的，0.63mΩ的就到了5.2美金，價格翻了3倍，電流其實沒大多少；小一倍的2.3mΩ，價格降到了37%，越大越貴，且價格完全不成比例。所以前面圖片你能看到特斯拉全是4個一組并聯(lián)起步。DC-DC輸入直接是2*4并聯(lián)，用法和NXP建議的一樣，進行了分組。但是特斯拉膽大，直接干到了4個一組（就問大眾福特你敢不敢）。

功率MOSFET價格（來源：Onsemi）

03負載特性-可靠性問題

這里說的可靠性不僅包含reliability，更多涉及到robustness魯棒性。

平常我們所說的可靠性一般是指耐久性和失效率，其實就是說可以用很久，但是壞的很少（MTBF及FIT值維度）。而在智能電氣架構(gòu)中，作為實現(xiàn)配電和控制功能的配電盒，功能不失效往往比盒子本身不壞更重要。功能如果失效了，盒子雖然保護了沒壞，這對實際應(yīng)用來說是沒有意義的，從用戶角度來講就是不可靠，老是壞。

所以這里的可靠性更多地需要考慮魯棒性、穩(wěn)健性和健壯性，這個和半導(dǎo)體器件保護的靈敏性和精確性是一對矛盾體，而設(shè)計就是要均衡這個矛盾，做到穩(wěn)定工作，可靠保護，但針對千差萬別的車輛負載特性，這種設(shè)計就很難，比如：

  線路正常時：

1) 對負載沖擊電流不應(yīng)保護；

2) 負載短時過載時不應(yīng)保護；

3) 保護可以重啟，線路故障消除后，線路應(yīng)恢復(fù)正常；

  線路異常時：

1) 硬短路需要快速保護；

2) 軟短路根據(jù)需求進行保護；

3) 保護速度適當(dāng)，保證導(dǎo)線不能發(fā)生損壞；

4) 器件保護后不能發(fā)生損壞或參數(shù)劣化；

上面我們已經(jīng)提了一些負載特性問題，傳統(tǒng)電氣設(shè)計容錯能力較強，因為各方面裕量夠大，設(shè)計約束條件少，比如不同電流等級的保險絲成本差異極小，加上保險絲本就是需要更換維護等，這導(dǎo)致了傳統(tǒng)電氣設(shè)計的粗放。

但是到了電子設(shè)計時代，設(shè)計約束條件就完全變了，比如芯片靈敏度的提升，在帶來精確保護的同時，必須要求設(shè)計前期精確匹配，否則后期就會出問題。比如容易誤動作，或者故障時芯片燒毀；而如果前期增加裕量，則會導(dǎo)致BOM成本過高，因為芯片成本是和電流等級強相關(guān)的。

所以要想實現(xiàn)成本和可靠性的均衡設(shè)計，就必須詳細了解芯片特性及負載特性，比如HSD芯片都有額定電流、限制電流參數(shù)及溫度特性等，保護方面有過流保護特性、短路保護、熱保護特性等，驅(qū)動芯片+MOS方案就復(fù)雜一些，很多保護特性取決于具體的硬件設(shè)計及軟件策略。

負載層面，負載是容性還是感性，沖擊電流波形、峰值及持續(xù)時間都要考慮，電機負載還需要考慮是否需要過載保護及堵轉(zhuǎn)保護等問題。

負載特性我們前面分析過，但實際應(yīng)用中你會發(fā)現(xiàn)，有些用電器是兼具多種負載特征的。比如某些控制器，上電時是容性，因為控制器有輸入電容，工作起來后，如果控制器控制的負載是電機就有感性，負載是加熱裝置就類似阻性。另外不同負載工況也不盡相同，這個還需要了解整車電氣原理及具體功能應(yīng)用。

所以，最終功能的可靠性一定是依賴于前期假定的負載特性及工況，如果負載特性發(fā)生了變化，應(yīng)用就可能會出問題。如果針對不確定的負載特性，保護特性就非常難設(shè)計，嚴一些就可能會和負載特性相沖突，導(dǎo)致誤動作，寬一些就需要增加芯片裕量，導(dǎo)致成本升高，或者該保護時不保護，增加使用風(fēng)險。

一個12V直流電機的特性曲線（來源：英飛凌）

如上圖，這個電機負載有近30ms的5倍額定電流，如果是針對這個負載的保護策略，就需要把這個沖擊電流給過濾掉，保證不會誤動作。再考慮到電機堵轉(zhuǎn)時間的不確定性，需要把時間再拉長。但如果負載變成了阻性，這時候就可能是發(fā)生了線束破皮搭鐵，需要保護了。

負載特性、保護特性與線束特性曲線（來源：ST）

上面這張圖非常完美的闡釋了線束特性、保護特性及負載特性的關(guān)系，圖中黃色為負載電流/時間特性，綠色為器件保護特性，紅色為線束I²t特性。所以對設(shè)計來講就必須同時滿足以下要求：

保護特性必須對負載特性實現(xiàn)包絡(luò)，否則就會誤動作；

保護特性必須在線束特性范圍內(nèi)，否則故障時就可能會燒線；

三條曲線必須保證全溫度范圍內(nèi)沒有交叉。

前面我們已經(jīng)詳細分析過了負載特性對保護策略的影響，但是沒有具體數(shù)據(jù)對比，可能大家還沒用直觀感受，我就上一組數(shù)據(jù)對比一下：

負載特性與保護參數(shù)特性（來源：左成鋼）

文中我為什么要一直強調(diào)負載特性呢？就上面這些個負載特性及故障參數(shù)，且不說針對通用性設(shè)計，就是針對特定類型負載，你給我定個保護策略試試？所以說，通用設(shè)計或通用負載類型保護設(shè)計都是很難的。設(shè)計必須針對具體負載，設(shè)計的可靠性和成本才能平衡。從這個角度來講，乘用車設(shè)計難度要遠低于商用車，做商用車的小伙伴們可以小小地傲嬌一下，雖然技術(shù)落后點，但是難度更大。

04靜態(tài)電流問題

前面我們也分析過，傳統(tǒng)保險絲是有很多好處的，包括簡單好用、便宜、皮實，但還有一點是一直被大家忽略掉的，那就是作為被動器件的電流消耗。保險絲只是一段金屬材料，作為完全的無源器件，它不消耗任何額外電流，可以持續(xù)地保護線纜，防止出現(xiàn)任何短路故障，隨時都能起到保護作用。

在車輛運行時，保險絲的這個優(yōu)勢無法體現(xiàn)，但是當(dāng)車輛處于停放狀態(tài)時，整車對靜態(tài)電流的消耗就提出了要求，這時候保險絲的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。它可以靜悄悄地為整車提供保護，同時不增加任何額外的靜態(tài)電流消耗，而半導(dǎo)體芯片則不行。單維持芯片導(dǎo)通還好一點，但至少要幾十µA，如果同時還需要保護功能（廢話，不保護車停那里就有燒掉的風(fēng)險），那電流等級就要到mA級別了。

這里再普及一個小知識，一般高邊驅(qū)動方案，不管是用HSD集成芯片還是驅(qū)動芯片外加MOSFET，一個通道維持導(dǎo)通外加保護功能，一般需要5mA左右，這是OEM打死都不能接受的（一般乘用車OEM要求整車15mA～20mA左右）。

幾款HSD靜態(tài)電流參數(shù)（來源：ST、Infineon、TI）

比如有5個功能需要常電，那就需要額外25mA左右，如果蓄電池容量又不大，那么車放一段時間就沒電了。比如原來能放一個月，現(xiàn)在就只能放半個月了，你出個長差回來，發(fā)現(xiàn)車子啟動不了了，你說你什么感受？

乘用車車輛蓄電池容量、靜態(tài)電流與停放天數(shù)關(guān)系對比如下：

車輛蓄電池容量、靜態(tài)電流和停放天數(shù)關(guān)系（來源：左成鋼）

商用車比如中重卡，蓄電池普遍偏大，動輒100Ah以上，加上有總閘，還有就是卡車是用來賺錢的，使用模式不一樣，一般也不大可能十天半個月停著不動，貸款還得還呢。所以商用車這方面問題要比乘用車好一點。

另外，針對純電動車，現(xiàn)在的趨勢是蓄電池小型化。比如特斯拉就采用了33Ah的小電池，因為不需要承擔(dān)起動機啟動任務(wù)了嘛，同時只要不下電，就有高壓電池在那里撐著，也用不著它。但是一旦高壓下電，低壓靜態(tài)功耗控制不好，導(dǎo)致蓄電池虧電，即使高壓有電，車輛也無法啟動。當(dāng)然了，純電動車因為只要能讓高壓接觸器吸合，車輛就能上高壓并啟動，高壓DC-DC就可以給低壓蓄電池充電了，這個比燃油車的起動機對電池剩余電量的需求要小得多，但相應(yīng)要求是否可以降低一些還有待商榷。

所以針對電子化后靜態(tài)功耗增加這個問題，斯拉別出心裁，高壓根本不下電，這是個系統(tǒng)工程設(shè)計，主要是為了支持所有Online服務(wù)的，也順便解決了采用半導(dǎo)體設(shè)計帶來的靜態(tài)功耗問題，當(dāng)然幾十mA的功耗增加在特斯拉2.6A的靜態(tài)電流面前就是個弟弟。

但這個問題對別的OEM來說，可能就真是個問題，除非純電動車你能照抄特斯拉這個系統(tǒng)設(shè)計，并且你的用戶還能買賬。因為并非所有用戶都能接受停車后高壓電池每天1%掉電的，你沒有額外帶來一些價值就無法說服客戶。同時不同品牌的受眾群體也差異較大，認知不在一個頻道，對有些設(shè)計的接受程度就存在極大差異，比如iPhone用戶對信號差、電池小和沒快充就能接受，換安卓用戶你敢想？

而對燃油車來講，因為只有低壓鉛酸蓄電池，如果要求常電負載較多，靜態(tài)電流就降不下來，這個問題就是無解的，必須要有一款uA級的解決方案才行。

針對這個問題，ST新推出了一款車規(guī)級驅(qū)動芯片，專門用于高邊驅(qū)動外置MOSFET應(yīng)用，耐壓達到60V，可以用于乘用車及商用車領(lǐng)域。ST的這款芯片待機電流低至70µA，在待機時可以進行持續(xù)供電，同時還具有保護功能。

驅(qū)動芯片待機靜態(tài)電流參數(shù)（來源：ST）

最后做一下總結(jié)，本文從系統(tǒng)、成本、認知、技術(shù)等四個維度分析了智能電氣架構(gòu)落地的難點，筆者認為，這四點中，認知可能是最重要一點，也是最難改變的一點。智能電氣架構(gòu)作為一種顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，改變?nèi)藗儗ζ涞恼J知，從某種意義上講，可能比其他所有努力都要重要。

限于篇幅，有些技術(shù)點并沒有涉及到，比如為什么可以考慮MOSFET采用并聯(lián)設(shè)計，而HSD不能直接并聯(lián)呢？為什么高邊供電設(shè)計一定要耗電呢？汽車電子的工程設(shè)計思維和傳統(tǒng)電子設(shè)計有哪些差異呢？歡迎小伙伴們留言，后續(xù)我們可以繼續(xù)分析。

參考文獻：

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2. Zonal_EE_Architecture-Towards a Fully Automotive Ethernet–Based Vehicle，Visteon

3. NXP Philippe Dupuy-Improving the automotive power distribution architecture

4. 特斯拉為什么要干掉保險絲和繼電器？九章智駕

5. 自動駕駛商用車需要什么樣的電氣架構(gòu)？九章智駕

6. 干掉保險絲和繼電器，自動駕駛才能更安全，九章智駕

7. Fuse Function with PROFET application note， Infineon

8. Paralleling Of Power MOSFETs For Higher Power Output，International Rectifier

9. Using power MOSFETs in parallel，NXP