从大众、福特跟特斯拉的差距看智能电气架构落地的难点与破局点

02技术模式认知

之前我们也讲过，汽车产业作为一个拥有上百年历史的产业，其很多设计是有传承的，传承的意思就是有延续性、变动较少。传统保险丝继电器技术悠久，可靠性够用，使用成本低，综合考虑下来，目前是可靠性和成本后均衡后的最佳方案。

笔者在和众多OEM进行过技术交流后，大家首先的反应就是，你这不使用保险丝的技术方案可靠吗？不会保护不了把线烧了吧？你的方案装过车吗？验证过吗？谁家用过？

汽车行业的技术人员在面对新技术时，首先考虑的是你这种设计可靠不可靠，有没有人这么干过？传统技术，保险丝烧了换一个就好了，而半导体技术坏了必须换掉整个模块，成本太高，不可靠根本不行。

关于新的电气架构，大家的认知不足主要体现在以下几个方面：

（1）可靠性

我们用一句话来概括，那就是：传统电气架构的可靠性下限比较高，但上限很低，而基于半导体方案的智能电气架构，可靠性下限比较低，但是上限非常高！

关于可靠性这方面，我们在“干掉保险丝和继电器，自动驾驶才能更安全”这篇文章已中有详细分析，欢迎大家去看一下。

所以，我们不能根据经验说传统的方案就已经很可靠了，那是因为你还没有更高的可靠性需求。半导体方案不成熟，一开始可能会不可靠，但我们要相信，它可以非常可靠。就像有句话说的，鹰有时会飞得比鸡低，但鸡永远飞不了鹰那么高。

最后放个可靠性参数表格对比一下：

（2）冲击电流

OEM做电气的对这个都比较关心，一是普遍认为半导体器件可能太灵敏了，负载启动瞬间的冲击电流会导致意外保护，另外是认为半导体器件无法承受负载的冲击电流，可能会导致损坏。之前几篇文章中，我们没有对负载冲击电流特性进行详细分析，在此就顺便讲一下：

车辆不同负载类型的冲击电流特性（来源：左成钢）

我们再放几张冲击电流波形图：

典型的24V/70W灯泡启动冲击电流波形（来源：左成钢）

典型的12V/150W直流电机启动冲击电流波形（来源：左成钢）

从上图可以看出来，容性负载冲击电流在10倍左右，感性负载在3～5倍之间，我们再来看一下半导体器件的耐冲击电流能力：

可驱动2*70W/24V灯泡的HSD芯片参数（来源：英飞凌BTT6010-1ERA）

从上表可以看到，HSD芯片的耐冲击电流能力（即限制电流limitation current）是额定电流的10倍，这足以应对所有类型的容性负载（纯电容除外，大电容必须采用预充），同时，HSD芯片仅仅限制输出电流到一个值，而并不是发生保护，把负载关掉，这是在芯片设计时，芯片设计人员已经考虑到的一个应用场景。

至于针对3～5倍冲击电流的感性负载，那就更没有问题了。

下面我们再来看一下MOS管的耐冲击电流能力，我们就以特斯拉使用的一颗功率MOS来进行参数分析：

特斯拉区域控制器采用的MOSFET参数（来源：onsemi NVMFS5C426N-D）

这是一颗40V的NMOS，可用于12V系统，参数为1.3mΩ，235A，意思就是你要是给足了散热，它能给你干到235A的电流，但实际上没人敢这么用，你总不能给它上液氮冷却吧，我们要考虑工程实现。根据笔者经验，1.3mΩ的MOS给予一定散热设计，全温度范围（-40度～85度）干到40A以上应该问题不大，参数表里是按100度，给到了29A，比较保守。

但是我们再看脉冲，100度是166A，注意前面的参数是RJC，表示这是一个较长的瞬态电流，类似于感性负载冲击，这个参数也是额定电流的5倍以上了，应对感性负载3～5倍冲击完全没有问题，而且，我们再看备注3,1秒的脉冲都是没问题的。

可能有的小伙伴又要问了，为什么我分析HSD讲容性负载，分析MOS讲感性负载？那是因为小电流容性负载用HSD就可以搞定了，同时因为这些负载一般都较小，即使10倍的冲击，也都没问题。而大电流应用，没有相应的HSD芯片，只能用MOS，且大电流负载一般都是感性特性，冲击时间长，但倍数较小。这就像传统保险丝的应用一样，小电流用片式快熔，抗高倍数短脉冲，要的是快速保护；大电流用板式慢熔，抗大电流长时间冲击，要的是皮实可靠，这样看来，虽然是两种技术路线，但却有异曲同工之妙啊。

（3）额定电流

这个问题我们在上篇文章有详细分析，在这边只放一下结论：智能电气架构下，配电模块的带载能力可以按照负载的额定电流进行匹配。

OEM的电气设计以往对电流匹配的认知全部基于保险丝，自然就会拿传统保险丝的额定电流和芯片做对比，比如原来是用20A的保险丝，他会要求你芯片也采用20A的，这种认知就是不对的，这时候就需要抛弃保险丝思维，关注真实的负载情况了。下面这张图比较简单明了，我再放一下：

芯片带载能力对比（来源：左成钢）

一般情况下，对比原有保险丝设计，芯片设计的额定电流都可以更小一点，甚至可以是原来的一半，相应的，线径设计也就降下来了。

所以，基于未来智能架构的芯片设计，大家一定要转变认知。当有人说电流是20A的时候，你得问他是以前保险配了20A，还是负载额定电流是20A。否则大家的认识不在一个频道上，沟通就会出问题，并且电流等级还是和成本直接相关的，10A和20A芯片那成本差的可不是一倍的关系。另外就是因此带来的线束成本降低，电气设计简化等价值，之前都已经详细讨论过了。

（4）电源属性

电源属性这个概念在汽车行业无人不知，毕竟已经用了这么久了，连大家熟知的KL15/KL30这种叫法，也是博世在1984年就提出来的，可见其历史之悠久。过去定义供电属性的原因就是为了便于进行能量管理，但是切换到智能电气架构后，你会突然发现，电源可以没有属性之分了，所有的线路都可以被定义为任意供电属性，固定的电源属性自然就不再需要了。

任意电源属性带来的价值包括但不限于：支持更自由更复杂的能量管理策略、整车电气架构设计优化、线束系统优化、网络管理设计优化等。

（5）每路单独可控

在传统架构下，绝大多数的回路都是不可控的，比如常电回路，整车一上电，这些回路就有电了，你想关是关不掉的，乘用车没有总闸，就必须有静态功耗管理，卡车就靠总闸来管着了。

在智能电气架构中，每路单独可控，但做传统电气设计的人很难具备这一认知，在传统经验看来，怎么可能那么多回路全部是独立可控的？因而，他们也就无法意识到这种独立可控带来的价值。

智能电气架构带来的其他价值比如：可取消电源总开关，可进行功耗控制及能量管理、线束优化、可配置、可编程、可升级、可迭代等，这些我们上两篇文章都有详细分析，想看的小伙伴们可以去找来看一下。

（6）每路独立保护

传统架构下，电源分配必然是分级的，类似于瀑布架构，所有的二级回路都是经过了一级大保险丝，再分配到多路二级小保险丝，然后到用电设备的。如果一级出了问题，很多个二级就会受到影响。

还有，在传统设计中，保险丝负责保护，继电器负责控制，保护和控制自然是分开的，如果保护共用，控制分开，一路负载出了问题，所有负载就会全部断电。

而智能电气架构中，因为可靠性提高，加上没有电源属性之分，二级配电的供电电源要少得多，所以，可以认为所有的二级终端用电设备和一级是并联的，而非串联的，相当于二级的保护其实是独立的。

所以采用智能电气架构带来的天然优势就是，线路保护和控制融合了，所有的回路保护自然都是独立的，不受其他回路故障的影响。

（7）保护及诊断功能

这一点我们之前的文章已经讲得比较细了，在此我就大概列几点基础的：

• 保护后可恢复，恢复条件可软件定义，比如靠ON档、开关信号或上下电。

• 可自定义的过载保护功能，传统保险丝是不支持的。

• 电流检测功能

• 开路检测功能（ON/OFF状态）

• 电压检测功能（过压/欠压）

有特斯拉爱好者在2022款Model s上测试了一下eFuse的自恢复保护功能，发现的确可以在故障解除后自动恢复，比如12V辅助电源插座（12v accessory power socket）。有的就不好说，比如驱动控制按钮（drive control button），测试者从400mA的带载，拉到了1.5A，就发现输出立即保护了，同时也喜提中控屏故障报警，信息精确到了哪个功能出现了故障，以及怎么去查看。测试者说这个故障并没有自动恢复，而是等到整车软件升级后才恢复的，所以说，具体的恢复条件取决于软件策略。

特斯拉2022款Model S的eFuse保护功能（来源：teslatap）

因为传统架构根本就没有诊断功能，所以大家对这一块儿可以说基本上是没有认知的，是空白的，就像你用功能手机的时候，是无法想象智能手机带来的影响的，包括移动支付、扫码等应用，都是在智能机逐渐普及后才衍生出来的新应用。基于智能电气架构的保护和诊断功能，同样可以衍生出各种新的应用，产生新的价值，并对车辆的智能化产生巨大的影响。

抛开前面讲的系统维度和成本因素，改变人们对一种新事物的认知，从某种意义上讲，可能比其他所有努力都要重要。智能电气架构作为一种颠覆性的创新技术，它所能带来的价值其实远超我们的想象，所以只有先改变我们对它的认知，打破传统思维的局限，才能进而发掘其潜在的价值，并评估其对汽车产业带来的影响，进而共同推动其尽快落地。

四. 技术角度

前面我们从系统、成本及认知角度分析了智能电气架构面临的问题，这一章，我们再从技术落地的角度来谈一下，如果要上智能电气架构，会遇到哪些技术问题。

01技术范畴

谈这个问题之前，先讲一个我的经历。打车时如果遇到纯电动的，我一般会和师傅多聊两句，问一下续航、百公里电费成本、驾驶体验、和燃油车的差别等等。我发现师傅们普遍反馈一个问题就是，纯电车修起来很贵，即便是小问题，师傅也不敢自己动，必须开到4s店，普通的路边店是搞不定的，也不敢搞，为什么呢？大家思考一下。

燃油车的问题大都是机械问题，是肉眼可见的问题，电动车在电气化后，机械问题极少，问题变成了电子电气问题或软件问题，肉眼不可见了，对故障排查的技术要求就随之变高了，加上电动车是新生事物，大家都不懂，自然也不敢动。

智能电气架构和传统架构配电盒设计对比

从传统架构到智能电气架构，也会面临类似的问题——传统电气架构全部都是机械和电气范畴内的，在OEM那里是属于电气部门的，和电子不搭界，但升级到智能电气架构后，全电子化了。

传统配电盒属于劳动密集型产业，拼的是低成本，设计方面技术含量不高，但电子化后，原来的传统配电盒厂家就懵了，根本就不懂，这触及到了他们的认知盲区。OEM的电气部门也不懂，虽然智能配电盒的电气原理图看起来更简单了，但在他们看来就是个黑盒子，因为中间还有软件逻辑和配置，单看原理图根本没用。