Why does Tesla "kill" fuses and relays?

Foreword:

Adopting new technology is not an end, but an outcome. There are many roads to the end, but the shortest road is often the narrow one.

This article will take the evolution of Tesla's electrical architecture as an entry point to provide an in-depth analysis of how technical needs drive the development of the lowest level electrical architecture of vehicles, as well as the possible impact of electrical architecture based on semiconductor devices on the automotive industry. This article focuses on the difference between traditional power distribution boxes and electronic smart power distribution boxes. It does not mean that "electronic power distribution boxes must be safer", but that "the upper limit of safety can be higher."

In order to facilitate everyone's better understanding, this article will popularize some basic vehicle electrical principles, including fuse, relay principles, semiconductor device principles, vehicle wiring harness, etc.

The author believes that the first to implement high-level autonomous driving technology must be commercial vehicles, not passenger cars . Therefore, this article will analyze the impact of commercial vehicle electrical architecture and semiconductor devices on it.

In the article "Get rid of fuses and relays to make autonomous driving safer" published on February 19 , we mentioned that Tesla Model 3, as the world's first mass-produced model to introduce a regional architecture, has completely canceled the in-car Low-voltage fuses and relays have been used for hundreds of years. This is an extremely bold innovative design.

As mentioned earlier, the author believes that Tesla's elimination of low-voltage fuses and relays is a natural result of its vehicle electronic and electrical architecture design. It is a result rather than a purpose. Today we will analyze this further.

one. The evolution of Tesla’s electronic and electrical architecture

The evolution and trends of vehicle electronic and electrical architecture have been discussed more now, so we will not go into details. Tesla's architectural evolution has basically followed this direction, except that Tesla's mass production is faster.

In June 2012, the first Model S rolled off the production line. There was already a relatively clear domain division, including the power domain, chassis domain, and body domain. The ADAS module spanned the power and chassis domains, and the Center Display served as the central computing platform of the vehicle. In September 2015, the first Model

In September 2017, the first Model 3 rolled off the production line. This electronic and electrical architecture is completely different from the traditional separated network architecture. It no longer distinguishes between domains, but integrates across domains and network segments, and uses a central computer for centralized control. It has basically reached the zone structure that Bosch believes. The Nihon Keizai Shimbun believes that this has been " leading the industry for 6 years."

Although Tesla's radical innovation in electronic and electrical architecture is Tesla's consistent style, the most fundamental reason is that the traditional domain architecture can no longer meet the development of autonomous driving technology and the future needs of "SDV software-defined cars " , all of which require software and hardware decoupling and powerful hardware as a foundation, otherwise SDV will be impossible to talk about.

• The main modules are all autonomous. Without Tier 1, Tesla can carry out substantial design and innovation from the vehicle electronic and electrical system architecture level.

• There are no independent modules, and many are jointly developed. For example , with ibooster, Tesla can improve braking distance directly through OTA without going through Bosch. This is extremely difficult for traditional OEMs to do because the risks are high.

• Leading the "hardware pre-embedded + software payment" model. The hardware functions are extremely powerful, laying a solid foundation for the decoupling of software and hardware that "SDV Software Defined Cars " aims to achieve.

• Hardware abstraction, functions are "extracted" from independent controllers and centralized into Center Display. From a functional perspective, software and hardware are separated. This "virtual hardware" can be redefined by software as requirements change without modifying the hardware itself .

• The zone architecture realizes cross-domain and cross-network segments, completely breaking the traditional vehicle design concept. It has higher flexibility, stronger definability, lower system cost and faster iteration speed. For example, the FBCM of Tesla's Model 3 is responsible for not only power distribution, but also some left headlight control, air conditioning control, thermal management and other functions, spanning the traditional body, cockpit, chassis and power domains.

With the blessing of a new architecture and based on Tesla's unparalleled OTA technology, Tesla's car becomes a "living car". After each OTA, it is a new car, which can bring new things to users. The stimulation is so exciting that it can be used frequently and always new.

Back to the topic, why did Tesla kill the fuses and relays? What does this have to do with the evolution of Tesla’s electronic and electrical architecture? Don't worry, I believe you will have your own answers after reading the entire article.

In view of the fact that many friends who are engaged in autonomous driving may not know much about vehicle electrical systems, in order to help everyone better understand what we are going to talk about next, let us first briefly introduce the basic principles of vehicle electrical systems. This part is a bit boring. , but it will help everyone understand the analysis in the subsequent parts.

two. Basic principles of automotive electrical

1. The source of vehicle power: In the starting state, the generator (new energy vehicles are DC-DC, and the high-voltage battery switches to low voltage 12V/24V) and the battery are connected in parallel to supply power. In the non-starting state, the battery supplies power alone. In fact, after the vehicle is started, even if you remove the battery, the vehicle functions are basically unaffected. This can be understood as, when the battery is out of power, after it is started by powering up (the professional term is jump start), Your car will also work fine.

2. 车上的电气根据使用要求,定义了不同的电源接通状态，一般是按点火开关档位划分(OFF、ACC、ON、START）——现在车的点火钥匙基本都没有ACC档，但ACC电还是存在的。就比如你钥匙没打到ON档时，车窗是不能调节的，这是功能限制；但你关了钥匙，只要不拔出来，音乐还可以播放，这是人性化设置；你启动的瞬间，车窗升降会停一下，雨刮如果在刮，也会停一下，这是节省蓄电池电力给起动机使用。

3. 不同的电源属性是通过配电盒里面的继电器来控制的，这种逻辑在设计之初就是确定了的，很多是硬线控制的，通过软件是无法更改的，就像你把钥匙从ON档打到OFF档后，很多功能就不能用了，因为没电了。除非改线，否则逻辑是不能改的，也就是说，这部分功能是不支持OTA的。

4. 保险丝的作用是保护电线，说白了就是防止电线短路时烧起来，最后把车给烧了。有些小伙伴可能认为保险丝是保护用电设备的，实际上这种认识是不对的。就像你家电饭煲坏了导致跳闸，你以为是为了保护你的电饭煲吗？不是，电饭煲烧坏买新的就是了，如果墙里的电线烧了，你就要砸墙了，你觉着哪个划算？

5. 保险丝和电线是要匹配的，是要做校核的，多大的保险丝就配多粗的电线。搞过房子装修的人应该都知道，空调线是要粗一些的，插座比普通的要大。如果你线走得细了，最后烧线了，可能是要砸墙的，不过放心，你的空调肯定不会坏。

6. 每条线路中都有保险丝，但并不是每条线路都能独立受控。一般保险丝数量是继电器的2倍以上，也就是说，保险盒至少有一半的线路是不受控的，记住这一点，后面要考的。

7. 继电器的作用就是我们初中物理学的，弱电控制强电，当然，这里的强电不是电压高，而是电流大。车上的ECU受驱动能力限制，一般不能直接驱动大功率负载，它只输出控制信号，通过配电盒中的继电器来控制负载工作。有些ECU自带了PCB继电器，可以直接驱动负载，但一般不带保护，保护还是要通过配电盒里的保险丝，这就要额外的电线，这点后面会详细讲。

8. 保险丝和继电器都是被动元件，是没有状态监控及故障诊断的，保险供电和继电器控制也都是开环的。就像你的植物神经系统，脑神经系统是无法对它进行监控和控制的，你无法让自己不呼吸，你也不知道你的消化状态和血压。所以，想象一下如果你能控制自己的呼吸、心跳、血压、和消化，你是不是就变成超人了。同理，你的车呢？

9. 车上还有一种电源，我们称之为常电，即KL30，直接通过保险丝接蓄电池，不受任何控制，永远有电，除非拆掉蓄电池。一直搞乘用车的小伙伴们可能不知道，商用车的常电分两种，一种和乘用车一样，直接接蓄电池；还有一种是总闸常电，即使在OFF档，打开总闸就有电。当然停车后是要关掉总闸的，否则可能下次就打不着火了。

10. 蓄电池电量总是有限的，所以需要对非启动状态进行严格的用电管理，防止蓄电池电量过快消耗。

11. 接常电的用电器，在车辆停车落锁后，都必须进入休眠模式，此时整车耗电（静态电流）需要控制在极低的水平，以满足长时间停车后还能启动的要求。一般乘用车OEM要求整车15mA～20mA以下，正常放2～3个月后是能够启动的，所以不用担心你的车放了一个月会不会启动不了，这个OEM已经帮你想好了。

12. 即便是新能源车，有容量庞大的高压电池，但停车下高压后，整车用电就来自于蓄电池了，如果车辆停放一段时间后蓄电池亏电，车辆也是无法启动的，所以新能源车一般也有严格的休眠电流要求。

也许你要问了，那为什么新能源车不能在蓄电池没电时自动启动高压电池，给蓄电池充电呢？这个主意非常好，恭喜你，你和拥有“第一性原理”的马斯克想到一块儿去了，但似乎除了特斯拉，还真没人这样做，这个我们先略过不谈，随后再详细分析。

三．两种不同的电气架构

（ 一 ） 传统车辆 的 电气架构

我们先来看一下传统乘用车的电气架构。

传统车辆一般有 2～3个配电盒，其构造极其简单，属于传统的电气件，没有一点电子的东西，看起来傻、大、黑、 粗，里面就是连接器 +铜片+保险丝+继电器，一点都不高科技，只要你初中物理没还给数学老师，我保证电气原理图你肯定可以看懂，否则修车店也不好给你维护不是嘛。

乘用车发动机舱配电盒（来源：网络）

图中我们可以看到，传统配电盒真的就是一个配电盒，名副其实，就是实现整车电源分配功能的一个盒子，纯电气性质的，没有电子元件，不可编程，功能一旦设计完成，就不可更改。

备用保险及保险夹

车辆 OEM很贴心地把保险盒的所有功能都印在了保险盒盖子里面，简洁明了，连位置地图都给你对应好了，即使小白也能一看即懂，边上还有备用保险，甚至还有个取保险的小夹子，就是为了方便当 你的车坏在荒郊野地，在你打电话救援的时候，救援人员让你看看某个保险是不是坏了，取一个备用的换上试试。一开始你肯定焦急万分，无从下手，束手无策，但当你把保险盒盖子翻过来的那一刹那，你一定会如获至宝，感激涕零。瞬间一股对某 OEM的信仰之情从心底冉冉升起:“这车的设计简直太好了，太人性化了，我下次买车还买他家的。”

先别急，你再看看别家的，其实每家保险盒都是这样的。

下面我们再来看它的电气原理，你只要初中物理还没还给老师，应该就能看懂。

乘用车发动机舱配电盒电气原理简图

直接经过保险丝出来的就是常电 KL30，受继电器控制的各有各的逻辑，一般点火锁直接控制OFF、ACC、ON、START，带一键启动功能的就是由PEPS模块来控制，但都是通过继电器，原理不变。

一级配电后面还有二级配电，一般位于驾驶舱，所以也叫驾驶舱配电盒。这个盒子比较小，保险丝多，继电器很少。由于是二级，坏的概率小一点，易接近性设计就不那么好，非专业人士不是那么容易找到。二级配电就像你家里入户门口的配电盒，你家的线路出问题，你家的配电盒会跳闸，但不会影响到小区的配电，也就不会影响别家的用电。

由于配电盒里面全部都是电气件，没有电子部分，没有通信，这就导致无论保险丝还是继电器，全部都是没有故障诊断的，控制也是开环的。配电盒对整车来讲就是一个黑盒子，无法监控，无法诊断，只要你没有发现故障，那就没有故障。

所以如果你在路上发现一辆车的大灯只亮了一个，那真的有可能是驾驶员根本不知道有一个灯坏了。因为无法诊断，仪表就无法提醒他灯坏了一个。但 如果可以诊断联网， APP主动提醒你并且已经帮你预约好了附近的维修点，那感觉是不是立马就不一样了？瞬间你就觉着“这钱花的太值了，软件付费真香，明年接着续费”。

（ 二 ） 特斯拉 Model 3的电气架构

好了，说完了传统架构，我们再来看一下特斯拉的电气架构，看它到底牛在什么地方。

Model 3 电气原理简图

• 双供电电源 +双接线柱输入的高可靠性。两个输入电源从两个独立的接线柱进入FBCM（VCFront），而传统配电盒是单线输入的，特斯拉的方案可靠性明显更高。

• 基于半导体器件的双供电的高可靠性。对于双电源设计（包括双电源输入和双电源输出）的单路开路故障，安全性方面，半导体设计和保险丝是一样的，但对于单路短路故障，半导体器件的保护动作速度远高于保险丝，所以也就更安全，这在上篇文章 “干掉保险丝和继电器，自动驾驶才能更安全”里有详细说明，在此不再赘述。

• 控制和执行的融合。淡化了配电盒的物理概念， FBCM、LBCM和RBCM本身即是一个ECU，同时也是起到了配电盒的作用，这二者功能进行了融合，BCM可以直接控制任意负载了，这个意义极其重大，我们随后还会再详细分析其带来的影响。

• 保护和控制的融合。基于半导体器件的配电带来的另一个优势就是，线路保护和控制融合了，保护即控制，控制即保护，这个意义也极其重大，我们稍后再展开分析。

• 保护和控制的融合带来的另一个优势就是，每条线路都变得可以独立控制了，也就是说，可以针对每条线路单独编程控制了，这个意义也极其重大，记好了后面要考。

• 诊断功能。基于半导体器件的配电带来的另一个优势就是，原来开环的电路，现在可以做到闭环了。每一条线路都是可以监控，可以诊断，且信息可联网。

好了，架构部分大概讲完了，接下来我们详细分析基于半导体器件的配电技术取代了保险丝和继电器后，都带来了哪些改变。但在此之前，为便于大家理解，我们还得先普及一些基本概念，我尽量讲解得通俗易懂，相信大家看了会有所收获。

四． 保险丝及继电器 的 基本原理

（一） 保险丝 的基本原理

1. 保险的基础特性

车载保险丝规格及其熔断特性（来源：Little，英飞凌）

(1).保险丝分快熔和慢熔，车上用的小片式都是快熔的，电流小；盒式和板式都是慢熔的，电流大。

(2).保险丝是依靠在故障时发热熔断来进行线路保护的，是一次性的，不可自恢复的（自恢复保险成本极高，乘用车极少使用，我们抛开不谈），熔断后需要更换。

(3).保险丝规格是不连续的，如常用的5A，7.5A，10A， 你想要 8.5A，对不起，没有，你只能往上靠， 用 10A的保险； 就像你买三责险， 50 万， 100 万，你想要个 70 万的就没有，只能买 100万的。

(4).保险丝规格决定了保护电流，如安装了5A的保险丝，就绝对不要超5A ，实际用电要比 5A低好多。 就像你买了 50 万保险，就绝对不要去挑战几百万的豪车，毕竟超过 50 万的部分是不赔的，当然你要买了 300万三责险，当我没说。

(5). 保险丝依靠过流发热熔断保护，熔断时间随电流变化极大；以快熔片式保险丝为例， 200%电流最长5s熔断，350%就是0.5s了，快了10倍。

(6).由于保险的保护是靠发热，那保护时间就是随环境温度变化的，外面越热熔断得 也越快，导致保护很不精确；还以快熔片式保险丝为例， 200%额定电流的熔断时间从0.15s到5s不等。

(7).保险只能保护短路，对过流故障几乎不起作用。不知道你发现了没有，所有的保险丝对110%的电流都是不保护的，比如10A的保险丝，你给它11A的电流它就永远不保护。

(8).短路电流无限制，这会导致两个问题：一是电源电压会瞬间被拉低；二是会打火，如果有可燃气体就会有危险。

(9). 按 I ² t寿命一般在10万次左右。

（1）再重申一遍，保险丝是用来保护线束的，而不是保护用电器的。

（2） 保险设计是车辆电气设计的第一步： ①根据负载特性定保险丝；②根据保险丝定线径；③根据线径设计整车线束。就像你装修房子，定了空调放在哪里，装修公司才能给你走线。

（3） 保险的裕量有四部分构成： ①基础降额25%，负载不同可能降得 更多； ②温度范围，发动机舱高温，再降额10%；③计算结果向上靠近，算出来后没有这个值，就只能向上靠；④考虑I ² t，可能再升一档，用更大的保险丝，否则寿命不允许。你让用户6、7 年换次保险问题不大，你要让他 2年就换他肯定会骂你。

（4） 商用车由于车身很长，一根线从前到后可能十几二十米，还需要考虑 “长导线效应”导致的保险失效，避免发生短路电流不足以让保险熔断，导致持续发热，然后线束烧毁的事故。

（5）基于这么不靠谱的保护特性，设计时就要给它留足裕量，裕量留小了容易熔断，用起来就很不可靠。就像我去年买车险，保险公司说现在豪车太多了，一线城市起步都买200万三责了，买少了你上路开着心里也不踏实。保险熔断了换一个就好，不值钱； 撞了豪车，资金链 “熔断了”那可就麻烦大了，所以我就买了200万的。

（6） 保险值选好了，接下来就是匹配线径了，这个和选保险丝一样，也要留足裕量。保险小，线大，出了问题就烧保险；反之保险大了，线小了，那出了问题就是直接烧线，甚至烧车。换你是设计人员，你怎么选，你说那简单啊，我把线设计的足够粗不就没问题了。那你先问问项目经理允许不允许？导线规格大一号，价格可不止翻一倍啊！这可不是 50 万三责到 200万，保费没贵多少。

（7） 好了，问题来了，保险要够大，线又要够粗，你怎么办？还能怎么办，一是靠经验，二是靠计算，三就是靠测试验证了。想想 OEM的电气设计工程师，为此又掉了多少头发？

保险丝、线径和电流的关系（来源：博世）

（1）技术悠久，可靠性够用；

（2）使用成本低，一个保险片一毛多钱；

（3）使用简单，但是设计复杂，电气设计效率低，设计更改成本高，试验验证周期长；

（4）虽然保护不精确，但是够用，设计好了就没啥问题；

（5） 熔断后需要更换，需要 “易接近性”设计，以方便维护；

（6）保险丝裕量大，线束裕量更大，导致线束成本高；

（7）无法监控，无法诊断，只要不影响使用，保险烧了你可能都不知道；

（8）保险丝和线必须匹配。所以大家的车保险烧了不要乱换，一定要用规格一样的，换小了容易烧保险，换大了烧车！

综合以上分析，大家可以看到，保险虽好，且用且珍惜吧！

（ 二 ） 继电器 的基本原理

1. 继电器的基础特性

继电器本质上就是一个用小电流来间接驱动大电流的机电器件，它历史悠久，使用广泛，简单易用，成本合适。

Tyco一款车载Plug-In继电器（来源：Tyco）

继电器内部温升与线圈电压、带载电流的关系（来源：英飞凌）

继电器的负载降额（来源：NXP）

（1）继电器电气寿命远低于机械寿命，也就是说，继电器坏的时候都还是能动的，但是不通电了。你能听到它啪嗒啪嗒响，但是车却坏了。

（2） 因为有 20万次寿命限制，发动机舱继电器设计的都是可更换的。

（3）继电器的温度取决于三部分：环境温度、触点发热、线包发热。

（4）继电器根据使用环境温度需要降额。

（5）继电器根据负载不同需要进行不同的降额设计。

（6） 需要来自 ECU的控制线，输出线再拉到用电设备，这增加了线束回路，增加了成本。

（7）开环控制，无法监控，无法诊断，坏了你可能都不知道。

（8）商用车由于线束很长，受长导线杂散电感影响，继电器切换会产生一些高压脉冲，会对其他电子设备产生过压危害，影响整车EMC性能。具体我们会在下篇文章《自动驾驶商用车需要什么样的电气架构》里进一步讨论。

（9） 有 “Dry switching”问题，设计不好会影响使用寿命，且前期很难发现这个设计问题。其本质就是继电器的触点在切换时，尤其是释放时，要求有一个最低电流，以保证能够产生一个电弧去清洁触点的接触面。没有拉弧会影响寿命，拉弧太大也会影响寿命。

（10）继电器的设计应用相对简单，一般根据以往经验及继电器供应商推荐使用问题不大。

五． 基于半导体器件的配电技术基础

乘用车配电技术发展趋势（来源： NXP ）

传统保险丝和继电器都属于机电件，属于材料和机械电气结合的领域，而基于半导体技术的 MOSFET 和 HSD芯片则是电子器件，二者是有本质的区别的，其差异比诺基亚的功能机到苹果的智能机还大，类似于植物和动物的区别。

特斯拉的 FBCM 中大量使用低 RDS_ON（即低导通阻抗，大电流）的MOSFET 用于电源分配，总数在 50颗以上，小电流采用了英飞凌的HSD 芯片，而作为二级配电的 LBCM 中则只用了 20 颗左右的 MOSFET 。可见特斯拉是根据情况，大电流采用方案 1，小电流采用方案2.

HSD/继电器电流-成本与替代速度（来源：英飞凌）

未来的方向肯定是基于单芯片方案的智能 HSD ，随着技术的进步及成本的下降，应用范围会逐步扩大到车辆的整个电气系统，但个别极大电流应用仍将采用驱动 +MOSFET 的分立方案，整车电子化的时间据估计在 2025-2030年之间。

讲到这里你有没有发现，全是欧美公司，甚至车载芯片大国日本都没有一家！因为 HSD 的基础是车规级 MOSFET ，而 Infineon和ST有很好的车规级MOSFET 基础， HSD 芯片是一种数字 +模拟的技术，对芯片工艺要求很高，芯片的车载应用场景很恶劣，对可靠性要求很高，所以不像其他类型的芯片，全球能做的厂家很少。

另外，商用车由于量小，不到乘用车的一半，中国在 1/4 左右，所以除了 Infineon、ST和NXP，其他家没有涉足，且这几家最近都没有新产品计划。

六． 基于 半导体器件的配电技术带来的改变

1. 功能 更丰富

HSD芯片=继电器+保险丝

功能对比

强大的保护功能和诊断功能是可靠性和智能化的基础，通过基本功能的对比，小伙伴们有没有发现，基于半导体器件的智能配电盒和传统配电盒根本就不是一个物种？虽然都叫配电盒，但其本质却完全不一样，其差异大概比诺基亚的功能机和苹果的智能机还大。

2. 性能 更强

性能对比

从性能对比我们可以看出来，基于半导体器件的智能配电盒，无论是从寿命、使用难度、温度范围、应用范围、开关速度、保护速度等，其性能均全面碾压传统配电盒。这是电子技术对传统机电技术的碾压，是智能网联时代对工业时代的碾压。

3. E MC 性能

上面的性能对比我们提到了EMC，在这里还是要单独列出来讲一下，估计小伙伴们都比较关注这一点。

对乘用车来讲，目前电动化的势头很猛，搞电动车的小伙伴们都知道，电动化后高压系统会带来很多的整车 EMC 问题，相比之下，配电盒这点 EMC可能就是小问题了，但我们能解决一点就解决一点。

电流中断和电源切换导致的干扰（来源：ISO7637-2）

继电器触点弹跳波形（来源：英飞凌）

由于商用车线束普遍更长，这个影响就更大了，而且商用车还有一些其他问题，我们会在下篇文章 “自动驾驶商用车需要什么样的电气架构？”里面具体讨论。

4. 可靠 程度更高

关于可靠性，参见 “干掉保险丝和继电器，自动驾驶才能更安全”这篇文章，这里不再赘述。

关于双供电的可靠性，包括双电源输入和双电源输出，这一点大家比较关注，我们再多讲一下。

传统配电盒架构

特斯拉Model 3配电盒架构

Model 3全新的电子电气架构中，其电源分配架构及负载控制全部采用半导体器件，电源分配架构充分考虑了目前高度自动驾驶辅助系统供电及控制功能安全所需要的电源冗余要求。例如其12V电池的电源（BATT+）和高压DC/DC模块输出的12V电源（DC/DC IN）组成电源输入冗余，EPS输出也有冗余（EPS1和EPS2） 。

5. 可编程

①配电盒将不再是配电盒，原来大部分的配电功能，现在全部升级成可控功能，那就是说，配电盒可以作为控制器来用了，配电和控制也融合了。

②每路单独可控就表示每条线路都支持单独编程控制了，这个意义极其重大 ，这就是 “软硬件解耦”，加上OTA 就是实现 SDV 的基础啊，而这个基础， Model 3已经打下来了。

6. 长寿命，免维护

基于半导体技术配电盒的免维护特性

加上纯电车相比燃油车无需更换机油机滤等，保养周期本来就更长，这下连保险盒都免维护了，所以特斯拉连 4S店都省了。

免维护带来的另一个好处是配电盒不需要 “易接近设计”了，这对整车设计来讲更友好了，从另一个角度来讲就是，整车设计更简单了，零部件布置更灵活了，效率更高了，速度更快了，成本更低了。

你看，是不是很 “马斯克”？ 处处透露着 “第一性原理”的“效率”和“成本”。没在车厂呆过的小伙伴们可能不了解，作为布置工程师，每天不是正 在和别的部门 “撕”，就是在去“撕”的路上，设计限制少了，他们头发就能少掉几根。

7. 防护等级提高，更安全

上面讲到了免维护，这会带来另一个好处就是：配电盒的设计可以做到全密封设计，防护等级更高。比如原来配电盒就是一个塑料盒，一个塑料盖子盖上，几个卡扣，防护可能只到 IP54 ，现在我就全密封，一下就到 IP67 或 IP69了，这样即使发动机舱进水都没问题，可以保证整车供电安全，对电车来讲这一点尤其重要。对用户来讲就是涉水后配电盒不会坏了，这就降低了维修成本。

8. 节能化、小型化、轻量化

Plug-in继电器与智能开关功耗对比（来源：英飞凌）

我们先看一下器件级的尺寸和重量对比。器件级的小型化及轻量化是配电盒小型化及轻量化的基础，据笔者了解，同等功能下，智能配电盒的体积可以降到传统配电盒的 1/2 左右，重量降到 1/3左右。不知道大家是否感受过传统配电盒的重量，一般都有六七斤，拿起来很重。而数字化后，即便是金属壳体（传统是塑料壳体），也会轻很多。

重量及尺寸对比（来源：右图-英飞凌）

基于欧盟CO ₂ 法规的成本计算（来源：英飞凌）

9. 可诊断，可联网

电气件电子化以后带来的另一个优势就是可监控、可诊断，控制闭环。原来是个黑盒子，现在变透明了，就像你突然能感知自己的心跳和血压了，植物神经接入脑神经了，是不是想想都刺激，那还要智能手表和血压计干嘛。

可诊断的意义可大了去了，整车每一路的电流、电压都能随时监控， HSD 的电流检测精度能做到 5%甚至更高，负载工作状态一目了然，这再加上大数据和AI，是不是想想都让人心潮澎湃？真的是未来无限可能。不管你想做整车能量管理，还是电平衡，还是故障诊断，故障预警，那都是你说了算，你的地盘听你的。

当然了，联网后的信息安全是必须要有的，否则被黑客控制了就麻烦大了，这样想想还是传统技术安全啊！

10. 精确的供电管理

每路单独可控后， 你就可以做精确的供电管理了，这可比传统的配电盒分了几个 ACC 、 IGN1 、 IGN2、START高级多了，你说你想怎么玩儿吧，是电量不足的时候自动给哪些负载断电呢，还是停车后想远程控制哪些功能，这都由你说了算，你的地盘听你的。

当然了，有些功能可能需要付费开通，这就又和特斯拉的 “硬件预埋+软件付费”联系起来了，作为OEM是不是又发现了一点商机呢？

当然， “凡事皆有代价”。说到这里顺便就再提一下特斯拉的特色：停车后要实现一些功能是要付出代价的。

前文我们讲过，传统车是有极其严格的静态电流要求的，整车下电后静态电流在 15mA左右，新能源车停车后高压是下电的（打到OFF档后高压就切断了），但特斯拉就说我偏不，我要不走寻常路，我停车后高压也不下电——特斯拉的BMS 有一个特殊设计，可以从高压电池取电，变成低压 12V供整车使用，这就保证了蓄电池不亏电。

特斯拉为此付出的代价就是哪怕车停着不动，高压电池每天电量也需要 掉 1%左右。也许你会问，这不会把高压电耗光吗、，当然啦，特斯拉也做了相应的策略——当电量低于20%时，有些功能就会被禁掉了。所以说， 特斯拉是 “胆大心细”。

11. 供电时序 可控

传统配电盒的供电时序基本上是死的，设计成什么样就是什么样，后期就不好改了；但每路单独可控后， 供电时序和下电时序都可以做到完全可控了，且可编程，可 OTA了。

12. 迭代速度快、更改设计成本低

基于以上分析我们可以发现，传统配电盒功能固定、不可升级，设计时需要对线束裕量进行校核，设计验证复杂、计算多、试验周期长、更新迭代速度慢，为保证不同车型及配置的兼容性，导致需要大量预留（从配电盒图片能看出来有大量空置保险丝及继电器位置预留），以上原因导致了设计复杂度增加，设计成本高，使用灵活性差。

干汽车电子设计的小伙伴们是否也有这种感觉，如今的技术迭代速度太快，手机每年一换，自动驾驶芯片算力突飞猛进，而汽车电子模块的开发速度还是需要一年以上，开发完成就能持续用上七八年，中间基本不带改的。

之前我们就谈过，传统 OEM是有很沉重的历史包袱的，按以往的经验，模块及平台的共用可以显著降低车辆成本，保证了车辆的可靠性，但同时也导致了牵一发而动全身，任何的更改都需要很谨慎，改起来也很困难，周期很长，涉及面很广，成本也很高。

传统配电盒作为一个纯机电件，因为没有软件，基本谈不上迭代，只要需求变化，就需要更改设计，这就导致一方面设计验证需要周期，另一方面就是新增成本； 而配电盒电子化以后，这些问题就都不存在了，强大的硬件作为基础可以实现软硬件解耦，进而通过 OTA 支持 “SDV 软件定义汽车 ”，可以低成本快速迭代。

13. 线束 总尺寸变短、总重量减轻

根据特斯拉对外宣称的信息，Model 3相对Model S实现了线束长度减半——Model S 内部线束长度长达3 km，Model 3 只有 1.5 km。实现如此重大的进步，全新电子电气架构的创新功不可没，其中创新性的区域架构及电子化的电源分配架构在其中也发挥了重大价值。据说Model Y上线束长度要控制在100 m，但目前似乎还没有得到确认。

好，我们来讲一下车辆的线束，估计搞汽车电子和自动驾驶的小伙伴们对线束都不太了解。

随着车辆电动化、智能化及自动驾驶技术的发展，车内的传感器、执行机构、各种 ECU的数量就开始了爆炸式激增，是个东西都需要电，就需要给它分配功率，就像人要吃饭、呼吸一样。电从哪里来，信号怎么传输，这就离不开电线。所以，汽车上线束的长度、重量、成本都在不断增加，线束的复杂度和成本也在增加，进而导致分布式ECU架构无法支撑未来无人驾驶的需求，这又是另外一个话题了。

乘用车线束长度、重量与成本（来源：NXP）

智能配电盒对线束优化的对比

电子化后的智能配电盒，在 设计上做到了极大的优化，配电融合了控制，配电盒变成了 ECU ， ACC、KL15 等信号也可以省掉，负载到蓄电池只经过了一个半导体器件控制，线束回路得到了极大的简化，配电盒继电器控制回路和 ECU继电器的保险丝回路也省掉了。

再来看线束重量，回路优化带来的线束长度节省当然会减轻线束重量，另一方面，智能配电盒带来的导线线径变小也是功不可没。上面讨论保险丝和半导体器件性能时讲过，保险丝因其保护不精确，导致线束裕量很大，而半导体器件因其精确的电流检测性能，可以准确识别线路过载及短路故障，做到可靠保护，进而降低对线径裕量的要求。

14. Cost reduction by 5%-20%

• BOM cost of power distribution box There is no doubt that at present and for a long time in the future, the cost of electronic smart power distribution boxes will be much higher than that of traditional power distribution boxes;

• Wiring harness cost According to the author’s understanding and calculation, the cost of the entire vehicle wiring harness can be reduced by about 20%. Commercial vehicles have larger design margins and more wire harnesses, so the reduction is also greater. We will discuss this in a separate article;

• The cost savings brought about by the improvement of vehicle production and assembly efficiency are difficult to evaluate, but the cost has indeed been reduced;

• System cost: Combining the increase in BOM cost and the reduction in wiring harness cost, the system cost can be saved by about 5% to 20%, depending on the model and architecture.

• Later costs, including workload reduction, cost reduction caused by compatibility and iterability, and after-sales maintenance cost reduction, cannot be effectively quantified, but they are worth considering.

seven. Internet of Vehicles and Big Data Applications

Finally, we will also take a look at the hot topics and talk about what applications and values ​​can be brought by the electronic power distribution architecture. It can be considered as an introduction to the topic, and friends can also come and use their imagination.

1. Digitization of energy management

It turns out that the energy management of the entire vehicle is actually very extensive. Because it cannot be measured, cannot be measured accurately, and is not connected to the Internet, the electricity consumption is estimated. However, after digitization and network connection, we can improve the granularity of the data. degree, data volume and real-time performance, this is where big data and AI come in handy. Just like after smart meters and water meters become popular, the police can use big data analysis to find abnormal electricity and water usage to catch drug dealers; community services can promptly detect the risk of falls for elderly people living alone based on abnormal water usage.

(1) On a day-by-day basis, analyze the vehicle load profile data in each period and analyze the data differences between day and night.

(2) Based on the season, analyze vehicle load profile data in each season, analyze seasonal differences, and obtain relevant data on the impact of ambient temperature on vehicles.

(3) Based on wiper data and light data, distinguish the seasons, analyze the impact of rainy days, superimposed temperature, and night on vehicle load profile data, and obtain the vehicle's maximum load profile data information under extreme circumstances.

(4) Based on the vehicle speed and ON/ACC signal, analyze the data under vehicle operation and non-operation conditions, and guide the selection of generator, DC-DC and battery parameters, as well as the vehicle sleep design.

(5) Comparatively analyze the Load profile data of the same vehicle in different years on a yearly basis to obtain relevant data on the impact of seasons (?) on the vehicle.

(6) Analyze the Load profile data of similar models on a yearly basis, find out the differences, and form a Load profile database, which can detect vehicle abnormalities in advance and reduce maintenance costs. At the same time, it can guide drivers to use cars rationally and reduce usage costs.

(7) Analyze the maximum load profile, and use software strategies or vehicle guidance to reduce the maximum impact current of the vehicle, improve vehicle operation safety, reduce vehicle design margins, reduce vehicle costs, and guide vehicle software strategy design.

2. Maintenance reminder

According to the above analysis, based on big data, a portrait of each load on the vehicle can be established, and historical data and load characteristics can be combined to conduct component life analysis and risk estimation.

For example, general halogen headlights have a bulb life of 500h to 600h . This can remind users to replace the bulb in advance to avoid having to replace the bulb after it breaks. Just like we use iwatch to monitor our daily exercise, sleep, and calorie data, finding abnormalities can promptly remind us to correct our living habits or conduct physical examinations and pay attention to our health.

3. Failure warning

Based on big data analysis of users' car usage habits, abnormal situations can be discovered in a timely manner and fault warning can be carried out. For example, although some circuit currents are within the normal range, but there are abnormalities when combined with big data analysis, the user can be promptly reminded through the instrument or APP to perform inspections to avoid vehicle operation risks.

4. Commercial vehicle operating costs reduced

For commercial vehicles, due to the characteristics of their use, they require more maintenance, and every failure means an increase in operating costs. Therefore, maintenance data can be combined to establish a digital maintenance workshop for each vehicle to provide data support for vehicle maintenance, provide early warning, prevent vehicle failures during operation, and reduce operating costs.

Through the above analysis, have you discovered some "software payment" business opportunities? Do you have a new understanding of Tesla’s “hardware pre-embedded + software payment” model?

For a long time, we have only focused on the hardware BOM cost, and did not consider iteration costs, vehicle manufacturing costs, user maintenance costs, and the "software value of hardware." Has Musk carried out a "dimensionality reduction attack" on us at this point? What's up? Musk's "first principles" are actually thinking about overall problems from a higher dimension and then proposing solutions. This is worth thinking about.

At this point, have you noticed that this is connected to the " scenario -data-algorithm" model of the autonomous driving industry? After the traditional power distribution box was upgraded to a smart power distribution box, it brought digitization and then generated data; but data alone is not enough, nor is the granularity enough, nor is it just a large amount of data without dimensions. Digitalization and sufficient granularity are not enough. After refinement, multi-dimensional data will appear when combined with the usage scenarios; coupled with the fast iteration algorithm, and then back to the usage scenarios, data + algorithm + scenarios will work together, and then value will be generated.

Back to the title, why did Tesla kill fuses and relays? I believe that all of you already have your own answers. Many times what we see is only the result, not the cause, but this result points us to the way forward.

Due to space limitations, we will conduct an in-depth analysis of the electrical architecture of autonomous commercial vehicles in the next article, so stay tuned!