拆解特斯拉L2家用充电桩:技术细节太多了

本文是对第三代特斯拉家用充电桩（L2级）的拆解分析报告。深入探究该充电桩的内部结构、设计特点、性能参数等内容。

产品概述

设备为第三代特斯拉家用充电桩，属于Level 2充电器，是特斯拉推出的家用充电设备系列中的一款。

用户体验（Antonio的使用感受）方面，使用便捷性高，安装在家中十分方便。带有灯光条，可显示充电容量。电缆可打开汽车车门和充电口，侧面有便捷的连接器，方便整理线缆，且设备形状设计便于缠绕线缆。

与第二代特斯拉家用充电桩相比，第三代在电流支持上有所变化，第二代最高可支持80安培充电电流，而第三代因车辆侧对可接受电流进行了调整，目前降为48安培。此外，第三代取消了侧面的手动复位按钮，若发生过压事件，内部电路会自动处理，无需手动复位。

充电级别说明

本次拆解的是L2充电器。为更好地理解L2是什么，先对三个不同级别的充电方式进行说明：

L1（一级充电）

• 充电接口：可接入标准插座或220伏的烘干机插座。
• 充电功率：约1千瓦/小时。
• 充电速度：每小时可增加约2-5英里的续航里程。在寒冷天气下，最多能为电池保温，若充电8小时，大约可增加40英里的续航里程，适合长时间停放时缓慢充电。

L2（二级充电）

• 以本次拆解的特斯拉充电桩为例，其为240伏、48安培。
• 功率：11.5千瓦。
• 充电速度：特斯拉宣传每小时可增加约44英里的续航里程，远快于一级充电。

L3（三级充电）

• 即超级充电，功率范围较广，从80千瓦到350千瓦、400千瓦不等，甚至半挂卡车的兆瓦级充电器可视为四级充电。
• 充电速度：能在约30分钟内将电池从20%充至80%，是目前公共场合较易获取的快速充电方式。

L1、L2 与 L3 电动汽车充电：哪种更合适？这个问题其实并没有绝对的答案，因为实际上这几种充电器都只是工具而已。如果日常通勤距离较短，每天行驶里程很少超过 50 英里，那么使用标准的L1充电器就足够满足需求了。但如果您是重度用车用户，就可以考虑在家中安装专业的L2充电器。

拆解细节

外观设计：外观时尚简洁，带有玻璃面板，面板通过一系列卡扣和锁扣固定，仅背面有两个紧固件。配备注塑聚碳酸酯背板，基础款为白色，可从特斯拉官网购买红色、蓝色、灰色等其他颜色的版本，价格约75美元，满足用户的审美升级需求。从精益设计原则来看，该设计值得推崇，通过注塑成型或部件自身结构来约束一端，减少了紧固件的使用数量，便于安装。

防护设计：移除玻璃面板后，可见一个透明的聚碳酸酯盖子紧固在所有电子元件上方，起到保护作用。内部电子元件通过闭孔聚氨酯胶条进行密封，可防止 moisture 和环境因素的影响，这种设计与4680电池组的密封原理相似，无需单独的注塑沟槽和橡胶密封圈，安装简便。

指示灯：充电状态指示灯的光线来自透明聚碳酸酯防护罩下方的印刷电路板组件（PCBA）。

电路：输入与 breaker 匹配，手册显示该充电桩输入为60安培，但实际为48安培充电器。这是因为根据电气规范，48安培的设备不能使用50安培的断路器，需遵循80%规则，60安培的80%为48安培，所以若要实现满功率充电，需使用60安培的断路器。

通信芯片：柔性电缆的连接器连接着一个近场通信（NFC）设备，经确认是NFC而非射频识别（RFID）。该芯片可能用于与手机或卡片通信，但目前多数家用充电桩此功能未激活，可能在某些商用充电桩或墙壁连接器上启用。

主电路板（PCBA）：包含汇流排上的各种电流传感器，有L1、L2和地线。家用供电系统的240伏交流电输入后，通过继电器和位于电路板左上方的变压器等组件工作，与直流快充不同，该充电桩均为交流电。变压器用于为电路板上的所有控制电路提供电压调节，仅为电路板上的集成电路等组件供电，不参与充电电流的传输。

Wi-Fi天线：用于无线连接，可与应用程序集成或直接向车辆提供诊断信息，安装方式简单，仅用胶带固定在注塑外壳的一部分上，旁边还标注有部件信息。

未使用端子：在电路板背面有两个未安装的端子，类似扬声器背面的接线端子，但在相关文档中未找到其用途说明，功能尚不明确。

温度传感器：有一个小型传感器穿过孔洞，正对L1和L2之间的间隙，可能是红外传感器或热释电传感器（因无标签无法确定具体类型）。其作用是测量温度并根据温度产生电流，可检测两条线路之间的温差，若出现短路或某条线路电流过大等情况，会触发内部安全跳闸，作为内置安全组件，体积小，不占用过多电路板空间。

接地端子：接地端子的汇流排单独安装，与L1和L2一同从背面伸出。

安装设计：充电桩面向墙壁的底部是安装位置，家用断路器的电缆从顶部接入。设备上有诸多辅助安装的导向设计，如印刷标注了接地、L2、中性线和L1的位置，标注了端子的扭矩要求（50磅英寸或5.6牛米），顶部注塑部分有用于剥线和裁剪至合适长度的压印特征，这些嵌入式的装配辅助设计非常实用。汇流排顶部有一个额外的注塑件，紧固件用于将电线锁定并固定在端子中，整体结构简单。

安装孔导向：设备本身有安装孔的导向标识，与注塑外壳内部的标记对齐，便于安装固定。

芯片分析

该设备由几块承载系统的印刷电路板（PCB）组成，主PCB包含电源和通信电子元件，而较小的柔性核心 PCB 则以几个 LED 和 NFC 阅读器电路的形式承载着简约的人机界面。

主PCB上，约一半的面积被功率电子元件占据，小电流电子元件集中在照片左侧。最受关注的是，STM32 微控制器位于图的左上角，通信模块位于左中部。外部连接器的数量保持在最低限度，中间的J3提供充电电缆中非电源信号的连接。

主PCB上这些芯片值得关注：

三相多功能电能计量IC：ADI的ADE7854AACPZ。

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

I2C安全元件：NXP的7102 3105

WLAN模块：AzureWave的AW-CU300。

串行闪存：兆易创新的25Q128E，128MB。

板的背面有多个未安装的焊盘。其中，J1连接到STM32微控制器，并具有标准的ARM JTAG/SWD 10引脚连接器引脚分布。J7则复杂得多，可以合理假设其引脚分布与其相似，甚至相同。

STM32固件的提取过程没有太多障碍。由于J1连接器的引脚分布已知，只需连接一个 ST-Link V2加密狗，就足以dump出片上闪存的全部内容。STM32闪存图像明显分为两部分，引导程序和应用程序，后者从偏移量0x5000开始。发现提取的STM32固件完全没有任何有用的 ASCII 字符串。可以说的是，该微控制器似乎不负责处理任何面向互联网的通信。但它似乎使用了某种实时操作系统，因为在图像中为数不多的字符串中，出现了类似线程名称的内容：wifirx、wifitx、wifireltx、cantx、canrx、metertrx、leds 和 IDLE。基于此，得出结论，微控制器主要处理CAN、计量和LED相关事务，而通信模块则处理其余的通信工作。

提取通信模块的固件却更具挑战性。在尝试了多种方法后，无法通过J7连接器与接口进行交互以获得任何有意义的结果；仅在一次使用对应ARM 10引脚连接器的引脚分布时，设备在JTAG模式下返回了全零的 IDCODE。JTAG不可用似乎与MW320系统级芯片处于安全模式时的文档描述一致：在这种情况下，JTAG接口默认是禁用的，并且不会由引导ROM启用。通信模块的固件更为复杂，因为它支持并使用代码签名。在十六进制编辑器中检查该图像，发现其内容未加密。mcufw图像似乎包含完整的STM32图像；通信模块可能可以直接对STM32微控制器进行重新编程。

产品分析

线缆方面，包含24英尺长的线缆，与其他一些充电器相比，线径较细，有单相线和连接至北美充电标准（或特斯拉连接器）的数据电缆。

外壳方面，大量采用聚碳酸酯材料，注塑外壳带有嵌件，使用聚氨酯胶条密封，这些材料成本通常较低，在保证质量的前提下有助于控制成本。

重量方面，线缆重量至少3.1千克；电子元件重量0.89千克；外壳重量4千克。总重量约8千克（17-18磅）。后续将以该充电桩为基准，通过对比其他约10款充电器的线缆、内部电子元件、外壳等重量指标进行基准测试，以获取更多信息。

从装配角度看，该充电桩结构简单，所需组装的独立部件数量少，紧固件仅在必要位置使用且数量合理。利用注塑成型的特征和支柱来定位和固定印刷电路板组件，符合精益设计原则，值得肯定。整体组装极为简便，整个过程不到5分钟，对生产人员非常友好。

本次对第三代特斯拉家用充电桩的拆解，详细了解了其外观设计、内部结构、材料选择、重量参数等方面。该充电桩在设计上遵循精益原则，注重用户体验和安装便捷性，采用成本较低的材料且保证了一定的质量。