本文是對第三代特斯拉家用充電樁（L2級）的拆解分析報(bào)告。深入探究該充電樁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、性能參數(shù)等內(nèi)容。

設(shè)備為第三代特斯拉家用充電樁，屬于Level 2充電器，是特斯拉推出的家用充電設(shè)備系列中的一款。

用戶體驗(yàn)（Antonio的使用感受）方面，使用便捷性高，安裝在家中十分方便。帶有燈光條，可顯示充電容量。電纜可打開汽車車門和充電口，側(cè)面有便捷的連接器，方便整理線纜，且設(shè)備形狀設(shè)計(jì)便于纏繞線纜。

與第二代特斯拉家用充電樁相比，第三代在電流支持上有所變化，第二代最高可支持80安培充電電流，而第三代因車輛側(cè)對可接受電流進(jìn)行了調(diào)整，目前降為48安培。此外，第三代取消了側(cè)面的手動(dòng)復(fù)位按鈕，若發(fā)生過壓事件，內(nèi)部電路會(huì)自動(dòng)處理，無需手動(dòng)復(fù)位。

L1（一級充電）

• 充電接口：可接入標(biāo)準(zhǔn)插座或220伏的烘干機(jī)插座。

• 充電功率：約1千瓦/小時(shí)。

• 充電速度：每小時(shí)可增加約2-5英里的續(xù)航里程。在寒冷天氣下，最多能為電池保溫，若充電8小時(shí)，大約可增加40英里的續(xù)航里程，適合長時(shí)間停放時(shí)緩慢充電。

L2（二級充電）

• 以本次拆解的特斯拉充電樁為例，其為240伏、48安培。

• 功率：11.5千瓦。

• 充電速度：特斯拉宣傳每小時(shí)可增加約44英里的續(xù)航里程，遠(yuǎn)快于一級充電。

L3（三級充電）

• 即超級充電，功率范圍較廣，從80千瓦到350千瓦、400千瓦不等，甚至半掛卡車的兆瓦級充電器可視為四級充電。

• 充電速度：能在約30分鐘內(nèi)將電池從20%充至80%，是目前公共場合較易獲取的快速充電方式。

L1、L2 與 L3 電動(dòng)汽車充電：哪種更合適？這個(gè)問題其實(shí)并沒有絕對的答案，因?yàn)閷?shí)際上這幾種充電器都只是工具而已。如果日常通勤距離較短，每天行駛里程很少超過 50 英里，那么使用標(biāo)準(zhǔn)的L1充電器就足夠滿足需求了。但如果您是重度用車用戶，就可以考慮在家中安裝專業(yè)的L2充電器。

外觀設(shè)計(jì)：外觀時(shí)尚簡潔，帶有玻璃面板，面板通過一系列卡扣和鎖扣固定，僅背面有兩個(gè)緊固件。配備注塑聚碳酸酯背板，基礎(chǔ)款為白色，可從特斯拉官網(wǎng)購買紅色、藍(lán)色、灰色等其他顏色的版本，價(jià)格約75美元，滿足用戶的審美升級需求。從精益設(shè)計(jì)原則來看，該設(shè)計(jì)值得推崇，通過注塑成型或部件自身結(jié)構(gòu)來約束一端，減少了緊固件的使用數(shù)量，便于安裝。

防護(hù)設(shè)計(jì)：移除玻璃面板后，可見一個(gè)透明的聚碳酸酯蓋子緊固在所有電子元件上方，起到保護(hù)作用。內(nèi)部電子元件通過閉孔聚氨酯膠條進(jìn)行密封，可防止 moisture 和環(huán)境因素的影響，這種設(shè)計(jì)與4680電池組的密封原理相似，無需單獨(dú)的注塑溝槽和橡膠密封圈，安裝簡便。

指示燈：充電狀態(tài)指示燈的光線來自透明聚碳酸酯防護(hù)罩下方的印刷電路板組件（PCBA）。

電路：輸入與 breaker 匹配，手冊顯示該充電樁輸入為60安培，但實(shí)際為48安培充電器。這是因?yàn)楦鶕?jù)電氣規(guī)范，48安培的設(shè)備不能使用50安培的斷路器，需遵循80%規(guī)則，60安培的80%為48安培，所以若要實(shí)現(xiàn)滿功率充電，需使用60安培的斷路器。

通信芯片：柔性電纜的連接器連接著一個(gè)近場通信（NFC）設(shè)備，經(jīng)確認(rèn)是NFC而非射頻識(shí)別（RFID）。該芯片可能用于與手機(jī)或卡片通信，但目前多數(shù)家用充電樁此功能未激活，可能在某些商用充電樁或墻壁連接器上啟用。

主電路板（PCBA）：包含匯流排上的各種電流傳感器，有L1、L2和地線。家用供電系統(tǒng)的240伏交流電輸入后，通過繼電器和位于電路板左上方的變壓器等組件工作，與直流快充不同，該充電樁均為交流電。變壓器用于為電路板上的所有控制電路提供電壓調(diào)節(jié)，僅為電路板上的集成電路等組件供電，不參與充電電流的傳輸。

Wi-Fi天線：用于無線連接，可與應(yīng)用程序集成或直接向車輛提供診斷信息，安裝方式簡單，僅用膠帶固定在注塑外殼的一部分上，旁邊還標(biāo)注有部件信息。

未使用端子：在電路板背面有兩個(gè)未安裝的端子，類似揚(yáng)聲器背面的接線端子，但在相關(guān)文檔中未找到其用途說明，功能尚不明確。

溫度傳感器：有一個(gè)小型傳感器穿過孔洞，正對L1和L2之間的間隙，可能是紅外傳感器或熱釋電傳感器（因無標(biāo)簽無法確定具體類型）。其作用是測量溫度并根據(jù)溫度產(chǎn)生電流，可檢測兩條線路之間的溫差，若出現(xiàn)短路或某條線路電流過大等情況，會(huì)觸發(fā)內(nèi)部安全跳閘，作為內(nèi)置安全組件，體積小，不占用過多電路板空間。

接地端子：接地端子的匯流排單獨(dú)安裝，與L1和L2一同從背面伸出。

安裝設(shè)計(jì)：充電樁面向墻壁的底部是安裝位置，家用斷路器的電纜從頂部接入。設(shè)備上有諸多輔助安裝的導(dǎo)向設(shè)計(jì)，如印刷標(biāo)注了接地、L2、中性線和L1的位置，標(biāo)注了端子的扭矩要求（50磅英寸或5.6牛米），頂部注塑部分有用于剝線和裁剪至合適長度的壓印特征，這些嵌入式的裝配輔助設(shè)計(jì)非常實(shí)用。匯流排頂部有一個(gè)額外的注塑件，緊固件用于將電線鎖定并固定在端子中，整體結(jié)構(gòu)簡單。

安裝孔導(dǎo)向：設(shè)備本身有安裝孔的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，與注塑外殼內(nèi)部的標(biāo)記對齊，便于安裝固定。

該設(shè)備由幾塊承載系統(tǒng)的印刷電路板（PCB）組成，主PCB包含電源和通信電子元件，而較小的柔性核心 PCB 則以幾個(gè) LED 和 NFC 閱讀器電路的形式承載著簡約的人機(jī)界面。

主PCB上，約一半的面積被功率電子元件占據(jù)，小電流電子元件集中在照片左側(cè)。最受關(guān)注的是，STM32 微控制器位于圖的左上角，通信模塊位于左中部。外部連接器的數(shù)量保持在最低限度，中間的J3提供充電電纜中非電源信號(hào)的連接。

主PCB上這些芯片值得關(guān)注：

三相多功能電能計(jì)量IC：ADI的ADE7854AACPZ。

MCU：ST的STM32L431RCT6，帶FPU的超低功耗Arm Cortex-M4 MCU 80 MHz，具有256KB閃存。

I2C安全元件：NXP的7102 3105

WLAN模塊：AzureWave的AW-CU300。

串行閃存：兆易創(chuàng)新的25Q128E，128MB。

板的背面有多個(gè)未安裝的焊盤。其中，J1連接到STM32微控制器，并具有標(biāo)準(zhǔn)的ARM JTAG/SWD 10引腳連接器引腳分布。J7則復(fù)雜得多，可以合理假設(shè)其引腳分布與其相似，甚至相同。

STM32固件的提取過程沒有太多障礙。由于J1連接器的引腳分布已知，只需連接一個(gè) ST-Link V2加密狗，就足以dump出片上閃存的全部內(nèi)容。STM32閃存圖像明顯分為兩部分，引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序，后者從偏移量0x5000開始。發(fā)現(xiàn)提取的STM32固件完全沒有任何有用的 ASCII 字符串?？梢哉f的是，該微控制器似乎不負(fù)責(zé)處理任何面向互聯(lián)網(wǎng)的通信。但它似乎使用了某種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，因?yàn)樵趫D像中為數(shù)不多的字符串中，出現(xiàn)了類似線程名稱的內(nèi)容：wifirx、wifitx、wifireltx、cantx、canrx、metertrx、leds 和 IDLE。基于此，得出結(jié)論，微控制器主要處理CAN、計(jì)量和LED相關(guān)事務(wù)，而通信模塊則處理其余的通信工作。

提取通信模塊的固件卻更具挑戰(zhàn)性。在嘗試了多種方法后，無法通過J7連接器與接口進(jìn)行交互以獲得任何有意義的結(jié)果；僅在一次使用對應(yīng)ARM 10引腳連接器的引腳分布時(shí)，設(shè)備在JTAG模式下返回了全零的 IDCODE。JTAG不可用似乎與MW320系統(tǒng)級芯片處于安全模式時(shí)的文檔描述一致：在這種情況下，JTAG接口默認(rèn)是禁用的，并且不會(huì)由引導(dǎo)ROM啟用。通信模塊的固件更為復(fù)雜，因?yàn)樗С植⑹褂么a簽名。在十六進(jìn)制編輯器中檢查該圖像，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)容未加密。mcufw圖像似乎包含完整的STM32圖像；通信模塊可能可以直接對STM32微控制器進(jìn)行重新編程。

線纜方面，包含24英尺長的線纜，與其他一些充電器相比，線徑較細(xì)，有單相線和連接至北美充電標(biāo)準(zhǔn)（或特斯拉連接器）的數(shù)據(jù)電纜。

外殼方面，大量采用聚碳酸酯材料，注塑外殼帶有嵌件，使用聚氨酯膠條密封，這些材料成本通常較低，在保證質(zhì)量的前提下有助于控制成本。

重量方面，線纜重量至少3.1千克；電子元件重量0.89千克；外殼重量4千克?？傊亓考s8千克（17-18磅）。后續(xù)將以該充電樁為基準(zhǔn)，通過對比其他約10款充電器的線纜、內(nèi)部電子元件、外殼等重量指標(biāo)進(jìn)行基準(zhǔn)測試，以獲取更多信息。

從裝配角度看，該充電樁結(jié)構(gòu)簡單，所需組裝的獨(dú)立部件數(shù)量少，緊固件僅在必要位置使用且數(shù)量合理。利用注塑成型的特征和支柱來定位和固定印刷電路板組件，符合精益設(shè)計(jì)原則，值得肯定。整體組裝極為簡便，整個(gè)過程不到5分鐘，對生產(chǎn)人員非常友好。

本次對第三代特斯拉家用充電樁的拆解，詳細(xì)了解了其外觀設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料選擇、重量參數(shù)等方面。該充電樁在設(shè)計(jì)上遵循精益原則，注重用戶體驗(yàn)和安裝便捷性，采用成本較低的材料且保證了一定的質(zhì)量。

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