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聚焦汽车科技，剖析产业趋势和变革浪潮
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今天继续聊聊特斯拉投资日上的另一个的信息：特斯拉计划全面转向48V低压电架构。今年下半年开始，特斯拉在新发布的Cybertruck上，以及以后的车型中，将全部采用48V低压电。
电动车上的电源来自400V或者更高电压的电池，高压电通过逆变器会转化为一部分成为12V的低压电，给小功率的零部件供电。12V作为汽车上的标准低电压，已经用了很久了，特斯拉怎么突然要跟它过不去呢。
特斯拉的目的很明确，从大了来说，是紧紧围绕“降本”两个字；具体来讲，是对整车电缆进行简化，用尽可能少的电线连接全部低压电器件——从特斯拉展示的车身线束对比图来看，采用了48V电压架构的Cybertruck，车身线束革命性简化，这对将来车型有巨大的影响。
Part 1
汽车低压系统的发展历史
我们首先回顾一下汽车低压系统的发展历史。
在内燃机车刚出现的时候，并不需要电气系统——车窗是用摇柄解决，喇叭用铃铛解决，大灯则由内燃机直接供电。
1918年开始，内燃机车上开始使用6V电池，逐步催生了车载电灯和车载启动机的应用。到了1950年代，美国动辄6-8L排量的美式大V8发动机让6V电压系统没办法使用，汽车企业开始串联两个6V，这是我们当今还在用的12V电池的由来——这套12V系统用到现在已经70多年了，所以特斯拉现在想要对它下手，实属意料之外，情理之中。
在这70多年中，传统车企也不是没有想过变革这套系统。1988年，美国汽车工程师学会（SAE，Society ofAutomotive Engineers）倡议将乘用车的标准电气电压提到42V，但为什么最后没有实施呢，主要的原因是当时汽车产业链已经 比较成熟了，零部件替换的费用高昂，伤筋动骨的改革，并没有企业积极响应。
2010年，欧洲企业开始在燃油汽车上推动48V系统作为低压系统的主要的动力来源。有两个原因：
◎ 第一：欧洲2020年设定了车企碳排放达到95g/km排放法规要求，48v的弱混系统是可以降低排放；
◎ 第二：当时出现的发动机怠速启停技术，将12V系统承载能力推到极限。
当时，48V系统的主要推动者是德国车企，还制定了相关标准LV148。之后，48V系统在不断完善，但一直是作为12v系统的补充。体现在两点：
◎ 通过DC/DC转换器，将48V系统集成在原有12V系统上，避免了伤筋动骨的变更；
◎ 同时，积累了48V/12V双总成的电压技术。也就是说，现在车上的低压电器有12V和48V两种类型。
其实我们从前面的工程变更历史来看，就能发现汽车产业链里面，因为零部件和车企绑定的关系，要做大的变革，很难。但特斯拉不用顾及供应商的感受，反正它不是一家纯粹的汽车公司，着眼点也和大部分车企不一样——围绕长期考虑问题，短期内不以成本为导向。
Part 2
特斯拉的设计
●特斯拉为什么选择48V
在特斯拉之前，车用电器的不断集成已经在推动48V系统发展。因为12V系统所能提供的功率极限在3kW-4kW；所以，目前汽车企业是通过不断降低电气装备的功率需求，可以满足一定量的新电器装备集成，腾笼换鸟。但是对于特斯拉来说，12V系统承载能力达到极限，需要构建新电气平台。比如：
◎ 自动辅助驾驶Autopilot 感知系统和计算系统需要功率，4G/5G传输也需要可靠的功率
◎ 自动辅助驾驶执行部件，线控转向和线控刹车需要冗余的功率来保证
◎ 娱乐系统（大屏幕+音响+GPU）需要考虑功率
◎ 新车型cybetruck皮卡上有各种其他的需求，通用需要足够的低压功率支撑整个需求
所以特斯拉果断开始了这个转变过程，实际上Elon Musk在很早之前的采访中表示Plaid上的12V电池采用锂电，正是这个转变的第一阶段；而全面采用48V则是第二阶段。
● 特斯拉48V 系统的设计
目前其他车企的低压系统，利用DC/DC转换装置，将来自动力电池的高压电转化12V和48V的两种电压，分别驱动不同的元件。为了适应这种双电压架构，一般的车上有两块电池给系统供电，分别为12V和48V。
特斯拉认为，作为一台电动车驱动低压器件不需要这么"辗转反侧"，直接取消已经不够用的12V电池；保留48V电池给各个配电单元供电——这方法的本质是提高工作电压以降低电流。就跟我们国家电网传输都用特高压网络传输。
在电气系统改变某些元器件12v的元器件怎么办呢，特斯拉的方法是，在ECU里面设计一个变电模块，自己搞定所需要的电压，理论上你想要12v还是5v，都可以实现用电自由。
当然设计事情远没有这么简单，因为要用电的器件主要是ECU，又叫控制器；这个诞生于上个世纪70年代的元器件，是操控汽⻋的重要装置。一台车上大约有30-50个ECU，现在的都是12V供电。
所以要取消12v电池，特斯拉就要自己设计车内控制器。对于马上要发布的Cybertruck，特斯拉已经设计了车内85%的控制器。在下一代平台中，特斯拉正在设计全部控制器。未来所有汽车将转向48伏电力系统。
在特斯拉的蓝图里面，所有的高功率的负载放在48V的母线网络里面。然后靠集中式的DCDC，分解到各个ECU里面，这样就能把12V的电池彻底取消。
Part 3
特斯拉的长期目标
取消12v，目前从用户的角度感受不那么明显；但对工程师来说，好处显而易见：电子架构会变得很简洁。这很符合特斯拉一贯的设计追求，长痛不如短痛，当断即断，绝不怕麻烦。
Model S车身内包含了长达3公里的线束，Elon Musk在接受采访时表示，在使用新的模块化线束专利后，线束长度将缩减至100米。现在当然没有这么短，估计还是到1000米以上。但是100米的目标反映的是特斯拉希望通过简洁的设计，把复杂线束进行改变。
特斯拉还把传统保险丝盒改换到E-fuse的设计。但传统物理熔断器在过流状态下会实际切断供电线路，以起到保护作用，但一旦熔断就需要更换。特斯拉使用了HSD高边开关，再配合采样逻辑完成电源的保护：当电流过大时，MOSFET的导通会被快速抑制，从而快速限流；如果大电流超过一定时间，MOSFET会关闭。半导体器件有精确的电流检测性能，搭配特斯拉自研的控制器，进一步的简化了线束。
最后，从消费者感知层面，特斯拉取消12V电源，目前对用户来说影响不明显。也正因如此，众多车企并没有动力去改进电源系统。但特斯拉并不仅仅是一家车企，改进后的48V电源，也会协同用在机器人上——机器人的大脑和智能车的大脑用同一块芯片，机器人的电源也跟车用同一款电源。从这个意义上来说，特斯拉是一家挺“务实”的公司。
