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正视差距是追赶的第一步||特斯拉Model 3 拆解报告
2019-03-24 15:19:50· 来源：中汽创新创业中心
六年前，王传福说如果家庭消费启动，比亚迪能分分钟造出特斯拉，小君君那时毕竟图样，信以为真。实际情况是，新势力特斯拉目前已经取得了新能源汽车市场相当的优
六年前，王传福说如果家庭消费启动，比亚迪能分分钟造出特斯拉，小君君那时毕竟图样，信以为真。实际情况是，“新势力”特斯拉目前已经取得了新能源汽车市场相当的优势，产品已经非常成熟。
反观中国市场，未来的汽车工业史会记住这样的年份，市面上尽是鼓足干劲力争上游的喧嚣，而现实是，新势力难以为继，传统巨头战战兢兢，说是至暗时刻，并不为过。昨天，长安、东风、一汽、阿里、腾讯、苏宁97.6亿合伙干新能源共享出行——有道是，好事儿谁不偷着自己干，高手从来只单挑。大佬们纷纷选边站队，各种战略合作，说白了，创新乏力挥之不去，焦虑恐惧也常有之，大家心里都没底，只能壮着胆子打群架。如果你也像特斯拉一样有几十万辆订单在手，谁找你合伙干出行，你一定觉得他脑路清奇。
2018年初，汽创君做了个内部报告，预测2018年特斯拉销量18万辆，还觉得有点激进，如下图。
而实际的情况如下图，这个表现已经比当年的T型车还要好了。比我自己一年前的预测多了整整六万辆，响亮的打脸。我们呼吁产业政策、我们重视战略合作，甚至我们天天鼓励创新。而实际上，我们打心底里，还是不够相信创新的力量。
2018年，12个高级车品牌（梅赛德斯奔驰、宝马、雷克萨斯等）的全球销量增长2%达948万辆，创历史新高。其中增长率最高的是特斯拉，同比增长1.4倍，达24.5万辆。12个品牌合计增长22万辆，其中14万辆来自特斯拉。特斯拉销量在全球高级车销量排名中超过捷豹，上升至第9名。本报告将介绍Munro公司在特斯拉的主力车型Model 3的拆解调研中了解到的电动组件的特点。
特斯拉的主力车型—经济型紧凑级三厢EV Model 3在2016年发布，获得超过30万辆的订单，但到了2018年才开始大批量交车。Model 3的5,000辆周产量目标在2018年6月底达成，同年第3季度开始实现稳定量产，该车型的销量也从2017年的1,770辆扩大至2018年的145,610辆。
1 电机
Model 3的电机从原先的感应电机变为嵌入式永磁同步电机，冷却方式也从水冷变为油冷，以缩小尺寸、提高效率。逆变器通过采用SiC（碳化硅）的新电源模块实现小型化。技术方面的特点包括电池采用新型电芯，采用独特连接方式，还扩大了容量、提高了可靠度。
特斯拉Model 3的动力总成结构为在减速器的一侧安装电机、另一侧安装逆变器，大致上保持Model S的结构不变，但电机的内部完全不同。值得注意的是，Model 3采用了“嵌入式永磁同步电机 (IPMSM=interior permanent magnet synchronous motor)”和“油冷”。
1.1 嵌入式永磁同步电机
特斯拉的Roadster、Model S、Model X都采用感应电机*，但Model 3首次采用嵌入式永磁同步电机*。永磁同步电机的尺寸更有优势，永磁同步电机侧重于小型、低中速领域效率，感应电机则侧重于高速领域效率和大扭矩。Model 3定位为量产型乘用车，因此相比大扭矩产生的加速性能，更侧重于效率（即续航里程），因此采用了嵌入式永磁同步电机。
*感应电机与永磁同步电机
感应电机与永磁同步电机的定子基本一致，但转子不同。
感应电机的转子利用定子的磁场，使电流流向转子，从而产生扭矩。不具备磁铁，电流流向转子本身的线圈，再产生扭矩，降低了效率，但通过大电流可获得大扭矩。
而永磁同步电机的转子采用磁铁，定子磁场与转子磁铁的磁通量相互作用产生扭矩。转子始终存在由磁铁产生的磁通量，而电流流向定子后就会产生扭矩，效率较高，但转数变高时就无法驱动。因此，要驱动产生高转速，就要利用逆变器减少发电量（称之为磁场削弱控制）来驱动。因此，可驱动产生高转速，但高速范围的效率较低。
1.2 油冷的采用
转子
转子的铁芯中央部分与左侧1/4和右侧1/4的旋转方向有若干差异，这是为了消除旋转时扭矩不均匀的现象，称之为skew（斜槽度）。
转子内部是磁铁以V字形排列的六极电机。磁铁插入了电磁钢叠片铁芯。
转子轴有多个油管道的中空部分和开孔，通过旋转使冷却油飞溅，同时冷却转子铁芯和定子。
转子铁芯的内径为70mm，外径在150mm左右，使用厚度0.25mm的电磁钢片。
定子
定子值得注意的是油冷的采用。Model S为水冷，但Model 3的定子壳体未采用水冷水套，电机内部完全为油冷。
电机内只有冷却油通道，但与电机一体化的变速器一侧搭载利用冷却水来冷却油的热交换器、电动机油泵、机油滤清器等油冷组件，变速器也负责使油流向电机。
定子铁芯的特点是有56个槽，内径在150mm左右，外径在250mm左右，其形状特殊，用于冷却油流动的开孔较多。此外，在叠片铁芯的中央部位有接油和分配油的通道。
定子线圈与原先一样为分布绕组式线圈，线径为0.8mm。
电机（转子）
角速度传感器
电机与变速器的另一侧搭载用于检测转子旋转位置的角速度传感器，其结构也颇具特点。盖板下为角速度传感器定子、线圈温度传感器和连接器等一体化的传感器单元结构，尚属首例。
此外，原先特斯拉公司的电机曾搭载接地电刷，防止轴承电解腐蚀和无线电干扰，Model 3则不具备，由角速度传感器转子旁边的小径轴承负责接地。
2 逆变器
中间夹着动力总成的变速器，一侧是电机，另一侧搭载着逆变器。
2012年上市的Model S合计安装了96个电源模块，此次拆解的Model 3具有24个电源模块，其逆变器大幅缩小了尺寸。
2.1 逆变器
逆变器的作用是将电池的直流电转换为三相交流电，进行电机的驱动和回收控制，进行控制的电机控制器的主板位于最上方，下方是向各相电源模块发出指令信号的驱动电路。
电机由逆变器产生的三相交流电力驱动，3根输电线的连接端子与连接各电源模块的母线板成一体，贯穿变速器内部，用螺栓固定电机线圈的引线。Munro公司称，拆解时逆变器内部的连接处为激光焊接，仅剥除焊料无法拆解，必须切断才能拆下。
逆变器
电机控制主板
母线板
2.2 电源模块与电容器
逆变器的最下方为电容器和电源模块。电容器在逆变器开启或关闭时，对电池直流电流向逆变器时进行过滤。右图中后方黑色物体即为电容器。
母线板向各相电源模块分配的直流电通过逆变器的PWM (脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation) ，成为交流电，从中央的母线引出，传输至电机。直流电通过电源模块可在5kHz左右的频率下开启和关闭，转换为交流电，但逆变器的主要性能由该电源模块决定。
Model 3使用的电源模块应该是ST Microelectronics为Model 3开发的SiC电源模块（图片最前面并排的多个黑色零部件）。各相的上/下臂各并列连接着4个电源模块，三相合计安装了24个电源模块。
通过采用SiC MOSFET (碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管，Silicon Carbide metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，可减少开启时的损耗和切换损耗，实现小型高效的逆变器。经过铜底板，由下方水冷散热器散热。
电源模块连接处的反面没有片状突起，而是有多根棒状排列的散热器（扰流柱散热器），利用冷却水进行水冷。水通道由稍大的盖板覆盖和密封。
电源模块与电容器
背部壳体
散热器
SiC作为新一代电源组件受到关注，也曾应用于铁路和基建领域，但由于成本高、供应不稳定（只有部分企业能提供晶体缺陷较少的SiC，不能保证供应量），使得各整车厂都不敢采用，而特斯拉是首家在量产车中采用SiC的整车厂。
3 电池
Model 3搭载的电池为2170电池电芯，Munro公司称，比原先尺寸增加20%，容量增加50%。
3.1 电池包
电池包有4个模块，分别搭载印刷电路板。其优点是不像普通的电池包那样连着许多电线，电流的输入输出可通过带状电缆监控。各模块的电池控制器控制充电状态，监控是否处于安全正常的状态。
电池包
电池控制器
3.2 Brick
Model 3搭载了4,416个电池电芯。特斯拉将每46个电芯分为一个“Brick”（砖），一共有96个Brick。
每个Brick中的电芯在集电器上并列连接，整体作为1个电池工作，各个Brick的电压与官方电压一致，为3.6V，但容量却达46倍。如果Brick串联与外部连接，就可获得350V的电压。
Brick
3.3 集电器
集电器上连接的2根细长的电线分别连接电芯。即使因振动和老化使得电线脱落，少了一个电芯，也只不过损失了整体容量的46分之1，不需要舍弃整个电池包。
发生短路时，细电线能作为保险丝，切断与燃烧的系统的连接，几乎不会对车辆的性能产生影响。具有像这样可靠度极高的设计，即使发生一定程度的故障，对驾驶性能的影响也不大。
集电器
3.4 电池电芯
相对于其他整车厂都倾向于采用大容量电芯，特斯拉较为独特，采取多个小容量电芯并列连接的方式。无需考虑修理的问题，所以全部采用粘合剂粘合，与其说是免维护，还不如说是无法维护的结构。Munro公司称，拆解时电池包上的零部件均采用粘合剂粘合，因此不得不用锤子和凿子撬开盖板，让人觉得特斯拉似乎不希望被看到电池包里面的内容。
Model 3搭载的锂离子电池电芯与原先相同，为圆筒形锂离子电池电芯，但并非用于Model S等车型的18650，而是2170镍钴铝锂离子电池。日本新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)资料显示，Model 3（2017款）采用的2170电芯容量为4.75Ah，能量密度为260Wh/kg、683Wh/L。据推测，特斯拉与松下位于内华达州的大型合资公司生产的电芯是由特斯拉进行模块组装的。
4 其他拆解报告
Jack Rickard及其团队对Model 3进行了拆解，整个过程持续了1.5个小时。Colin Langan在报告中也表示，被售价4.9万美元的2018款Model 3的动力传动系统吸引，称其为“领先于同行多年的下一代、军用级技术”。
瑞银（UBS）分析师Colin Langan发布报告认为，定价3.5万美元的入门款Model 3不可能赚钱。如果按照特斯拉最初3.5万美元的价格出售入门款车型，那么每辆车要亏损约6000美元。Colin Langan在接受CNBC采访时认为，Model 3的售价需要超过4万美元才能实现盈亏平衡，而售价超过5万美元才能实现25%的利润率目标。根据UBS的成本分析，基本型号Model 3的预期平均售价42,000美元才能为特斯拉带来约620美元的利润——盈亏平衡点大约为41,000美元。
UBS的这一拆解结果与其他Model 3拆解结果完全不同。此前，Munro＆Associates公司表示，特斯拉Model 3每款车型的利润率都超过了30％，而另一个德国团队拆解后表示，Model 3只有28,000美元的潜在材料和生产成本。
但是Colin Langan在研究报告中也表示，研究小组对售价4.9万美元的2018款Model 3进行了检测，被其动力传动系统吸引，称其为“领先于同行多年的下一代、军用级技术”。
此前，由Ingineerix网站发布的另一项拆解分析，探索了Model 3所使用的三个车身控制器之一。它采用相当简单的电路板设计，其中包括许多离散式组件，以及特斯拉的ASIC和意法半导体(STMicroelectronics；ST)的Power Architecture芯片。
Ingineerix认为特斯拉似乎只是分散地建置了所有的组件，“令人赞叹的设计，它完全取代了汽车前端的保险丝盒和配电”。Ingineerix视频中引用特斯拉工程师的说法，拥有专利的车内通风系统使用“两个相交的空气平面”。此外，它还配备了高效率的微粒空气(HEPA)过滤器。在检查了Model 3搭载的80-kWh电池组及其电压后，一位工程师认为设计“搭配绝妙，令人惊叹”。在Model 3备受好评的电池管理系统中，包括内部开发的ASIC和特斯拉设计的其他IP。Jack Rickard和团队对一辆曾出现交通事故的Model 3进行了拆解，然后发现了一个超大和扁平的电池组，几乎覆盖车辆底部的所有部分。Rockard表示这款重达1054磅（478.1Kg）的电池是“一件艺术品”，是“迄今为止最优秀的电池”。
和Model S电池组相比，Model 3最大的变化在于大部分组件都集成至电池中而非放在车架上。这其中包括DC-DC转换器、充电器、电池管理主控、接线盒和所有保护硬件。Rickard认为，除了电池和引擎之外，车内唯一重要的硬件是仪表盘电脑。
根据Ingineerix拆解的电源转换系统，位于后座下方的12V组件用于AC-DC车载充电器和DC转换器。整个组件就安装在一个大型的PC电路板，板上还可能包含Model 3使用的唯一保险丝。
这些电源管理组件有助于特斯拉提供长效电池——实现超过300英哩的续航力，这也是该公司得以将电动车推向主流的关键指标。接下来是Model 3的拆解分析，看看其中所使用的一些关键组件。
Autopilot 2.0硬件架构
如果特斯拉计划中的AI芯片能够实现，Model 3自动驾驶系统可望会有更多的发展空间
电池管理系统(BMS)电路板
BMS电路板安装在Model 3的电池上。市场评论家对于特斯拉的电池技术赞不绝口——该技术可实现300多英哩的长续航能力电源转换系统
Model 3的电源转换系统有助于提高电池充电效率
前车身控制器
Model 3采用的三个车身控制器之一，电路板上搭载着各种离散式ASIC。该装置几乎可媲美战斗机的飞行控制器
HVAC
特斯拉工程师在Model 3中采用了冷暖空调的专利设计，透过“两个相交的空气平面”取代通风口以节省空间，并用于控制AC和暖气。
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