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导热凝胶大升级,倒逼Tesla FSD转向“螺杆泵”点胶机

时间:2025-03-11 09:08:38 浏览次数:151 编辑:管理员

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核心提示

2018年前后,Tesla车机使用的热界面材料全面升级—— 一款导热率高达9.0+W/m·K的全新热凝胶出现在了FSD HW3.0的智驾芯片上;然而伴随这个变化,产线上的“活塞泵”点胶设备竟然集体下线,取而代之Tesla全面换装“螺杆泵”点胶机!

那么这两件事情之间究竟有何关联?让我们把视角拉回当年一探究竟!

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转投“螺杆泵”的Tesla FSD‍‍‍‍‍‍

   2月25日,Tesla官宣自家的“完全自动驾驶”系统FSD正式入华,不出所料这个消息一放出来就立刻冲上了当日各大媒体平台的热搜!

因为如今的国产智驾虽说已经是一个比一个能打了,但是要论江湖地位,Tesla的FSD依然是众多厂商紧盯的标杆——

毕竟早在疫情前的2019年Tesla的智驾系统就已经迭代到了FSD HW3.0版本,凭借大幅升级的神经网络和视觉技术,首次将自动驾驶的场景从平直的高速公路扩展到了复杂的城市街道,可说是凭一己之力成功开启了“自动驾驶”的新纪元!

然而大多数人并不知道的是,正是这个牛X的FSD HW3.0,当年在量产初期竟还遭遇过一次颇为严重的产能地狱而“罪魁祸首”,竟然就是产线上再常见不过的点胶机……

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事情还要从FSD HW3.0的热管理说起。我们知道智驾芯片一般都发热量巨大,为了控制它的温升汽车电子厂商往往都会借助点胶机在其表面涂上一层导热凝胶

但是谁都没想到,那些在Tesla产线上工作了数年一直稳定发挥的“活塞泵点胶机,在FSD HW3.0试生产开始没多久就状况频出。

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一开始是泵体的接头位置出现“漏油”,检查后发现原来是胶体里面的硅油渗出来了。

而随着大规模量产阶段的到来,这个问题非但没能缓解反而变得日趋严重,最后搞得凝胶的动力粘度也跟着大幅上升,连带着点胶机的出胶速度也出现了断崖式下跌!

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不仅如此,随着时间的推移新的问题接踵而至——那些之前“漏油”的点胶机竟然又开始“漏胶”!

拆开一看才发现,原来是凝胶里面坚硬的导热填料大量沉积在了密封件的周围,随着活塞的往复运动泵体的密封系统硬生生被它们给“磨漏”了!

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就这样,多年来一直都稳定运行的“活塞泵点胶机忽然就变成了影响产能的“牛夫人”,逼得Tesla的工程师们不得不开始满世界寻找下一个“小甜甜”。

最后,一套形态上完全不同于“活塞泵”的点胶设备脱颖而出,凭借更稳定的运行和更流畅的点胶节奏拯救FSD HW3.0产线于水火,而这套设备就是传说中的——螺杆泵”点胶机!

其实“螺杆泵”也早就不是什么新面孔了,它甚至能和“活塞泵”一起并称点胶泵领域的两大巨头。

只不过在多年来形成的认知惯性的影响下,当需要装配双组分导热凝胶这类对混合精度有着一定要求的胶体时人们往往更愿意选择“活塞泵”。

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既然如此,这次轮到给FSD HW3.0点胶时“活塞泵”又经历了何种遭遇,反倒让“螺杆泵”成功扳回一局呢

原来FSD HW3.0采用的导热凝胶已经在暗中完成了一次重大升级,但是在导热率实现了大跃进的同时,它的动力粘度也跟着创了新高……

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“大升级”的导热凝胶

其实只要和Tesla上一代的智驾系统HW2.0/2.5一对比就能看出来,FSD HW3.0芯片的各项参数都实现了一次质的飞跃——除了算力飙升之外,它的TDP热流密度也跟着来到了一个全新的高度!

而与之呼应的,就是导热凝胶的“大升级”。

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具体来说,上一代的的HW2.0/2.5智驾系统主芯片算力只有30TOP/s,这种水平用来做“辅助驾驶”问题不大,但是要想让驾驶者很放心地把手从方向盘上挪开还远远不够。

不过这样的算力也将芯片的TDP控制在了15W以内,结合芯片的面积来看其热流密度应该在比较可控的20W/cm²上下。

于是我们就看到Tesla只给这个“辅助驾驶”系统搭配了一款导热率在3.0~4.0W/m·K区间的中低导热凝胶。

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但是到了FSD HW3.0就完全不一样了——

系统主芯片的算力和TDP分别飙升至144TOP/s36W,随之热流密度也上探40~50W/cm²区间!

此时系统的发热量已经不可同日而语,于是Tesla就给这一代智驾系统重新挑选了一款导热率高达9.0+W/m·K的全新凝胶!

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唯一的问题是,伴随着导热率的飙涨这款新凝胶的动力粘度也大幅超过了上一代凝胶!

据业内专家评估,新凝胶的真实粘度恐怕已经突破了700Pa.s的极高值,如此粘稠的胶体与其说它是流体倒不如说它其实就是一坨干泥巴更为贴切了。图片

到了这一步,“压力”终于传导到了点胶机

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因为宾汉流体的相关公式告诉我们,在不考虑其它因素的情况下,流体的流速将随着粘度的上升而等比例下降。👇

也就是说,FSD HW3.0的凝胶粘度涨到了原来的350%,那么点胶机的出胶速度将下降到原来的30%还不到,毫无疑问这就是妥妥的产能地狱”啊!

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不过好在宾汉流体公式还告诉我们,要想保持住出胶速度也不是没有办法,只要把点胶机的“泵送压力”也随着粘度的涨幅等比例提高就行了——

比如,提高到略微恐怖的20~30Bar……

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当然,作为多年后的局外人我们无从得知当时Tesla的工程师们究竟把压力提高到了何种水平。

不过从那之后产线“活塞泵点胶机爆发出的问题来看,如果试图一味提高点胶压力来提高出胶速度显然会衍生出其他更严重的问题。
最显而易见的就是油粉纷离”。
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“点胶压力”与“油粉分离”

虽然引发“油粉分离”的因素很多,但是较高的点胶压力绝对是最直接的一个。

具体来说就是当点胶机的压力过大之时,原本存在于凝胶内部负责润滑的硅油分子容易大量逸出,最后以“硅油”的形态从“活塞泵”附近的接头处渗漏出来。

一旦硅油的“滋润”减少了,胶体就会变得更加粘稠,同时导热填料也更容易沉积在管路内部对设备造成磨蚀

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之所以会出现这个问题,主要是因为包括导热凝胶在内的诸多热界面材料基本都是导热填料硅油分子的混合物。

从微观层面来看,每个导热填料颗粒上都吸附着大量硅油分子,而让它们能够吸附上去的就是分子间的“范德华力”。

不过范德华力颇为弱小,靠着它维系起来的结构是比较脆弱的。

特别是当导热凝胶被打进了点胶机的泵体之时,活塞给出来的点胶压力最后都分散作用在了每一个硅油分子上。
当作用在硅油分子上的点胶压力大过了范德华力,就能将硅油分子从填料颗粒上“拽”下来。

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不过由于导热填料比重大,彼此之间还存在摩擦阻力,没办法像硅油分子那样丝滑移动,所以最后它们也只能眼睁睁看着硅油分子被压力裹挟而去!

如果这个情况持续一段时间,就会有大量硅油分子汇集成肉眼可见的硅油渗出到凝胶表面;而失去了硅油“滋润”的凝胶则必然会变得更加粘稠

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如此一来事情就彻底陷入了恶性循环——

一开始是凝胶的高粘度影响了点胶速度,于是为了保证点胶速度才提高压力;结果没想到先是导热凝胶发生油粉分离,之后胶体又变得粘度更高……
到头来不仅点胶速度没提上去,反而有大量粉体沉积下来对设备造成了严重的堵塞磨蚀

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如此看来问题的症结就出在了点胶压力这个环节,想必当时Tesla的工程师们肯定也是意识到了这一点,于是才有了之后Tesla产线全面转向“螺杆泵”的故事。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

那么“螺杆泵”又是什么工作原理,凭什么它就能比“活塞泵”更加胜任这份工作呢?
要想讲清个中原委,我们就要从这两种“点胶泵”各自的工作原理说起了。
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何以胜出“螺杆泵”?

如果用一个词概括“活塞泵”的风格,应该就是“一鼓作气”了。‍‍
因为这种泵对凝胶的“吸入”和“排出”全靠活塞在缸体内的往复运动,所以活塞的一次冲程就能将泵内所有的凝胶全部推送出去。这种工作方式简单又直接,主打一个大力出奇迹。

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反观螺杆泵的工作方式则更像“蚂蚁搬家”——

人家“活塞泵”一口气就能泵出去的凝胶,到了“螺杆泵”这里却要先通过螺杆旋转的剪切作用将其分割成若干小份,然后再借助转子的旋转将每份凝胶沿着螺旋槽向前推送,整个过程可谓均匀连贯

这两种迥异的风格直接产生了天差地别的效果,最为明显的就是泵体内部的压降

因为胶体在向前流动中会遇到各种阻力,所以压力在出胶口位置会低于入胶口,而这部分降低的压力就是“压降”。

所以我们可以简单粗暴地认为,压降越大,就代表入胶口压力也越大!

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那么再结合宾汉流体的压降公式能发现,假如在流速不变的情况下,泵的腔体越长,压降(泵送压力)就越大

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而相较于活塞泵的腔体是一通到底的“长走廊”,螺杆泵输送凝胶的空间则是被切分成了若干紧凑短小的“小房间”。

所以结合宾汉流体的公式,哪怕只是定性地判断也能看出导热凝胶在“螺杆泵”内受到的压力要远远小于“活塞泵”了!
当然,以上都是我们从理论层面进行的推理和脑补,至于实际情况又会如何呢?

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有研究人员专门做过量化的评估,他们使用CFD软件对活塞泵螺杆泵腔体内部的压力分布进行了仿真。‍‍‍‍

果然,活塞泵腔体内的压降巨大,入胶口压力要比出胶口高出了数倍——
这表明凝胶刚一进入活塞泵就迎来了压力的当头一棒,而此处也就成了发生“油粉分离”概率最大的危险区域!👇

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反观螺杆泵就好多了,它的压力分布以螺杆的“节”为单位不断循环。虽然每个“节”内的压力分布也有高有低,但是好在每个“节”都是短小紧凑,即便存在压降也都比较温和

最后的效果就是,在这样的泵体内极端高压出现的概率比较低,而导热凝胶自然也就没那么容易发生“油粉分离”了!👇

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讲到此处我们再看回Tesla产线遇到的问题一切就变得很明了了——

HW2.0/2.5上使用的导热凝胶粘度不高,即便较低压力也能保持较高流速,因此这么多年下来大家一直相安无事。‍‍‍
但是FSD HW3.0到来,更高导热率的凝胶带来了更高粘度,为了保持出胶速度点胶压力就要随之相应提高,最终导热凝胶发生“油粉分离”并引发一系列严重的问题。
而换成螺杆泵之后,泵体内的压降较小压力分布相对均匀,在这样的环境中凝胶也就保持住了相对稳定的形貌,点胶进程自然就轻松愉快很多了!
不过说到此处新的疑问又产生了,既然“螺杆泵”这么好,当初特斯拉为什么选择了“活塞泵”点胶机呢?
这其中很重要的一个原因就是行业惯性使然——

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虽迟但到“螺杆泵”

因为受限于电机控制技术和加工工艺,早期螺杆泵”的泵送精度不太行,所以当时的人们都倾向于将它应用在流体输送之类非常追求“流量”的领域。

反观“活塞泵”天生就对出胶量有着比较精准的控制,于是顺理成章就成了各种点胶设备的首选方案

然而随着技术的变革,电机技术也从70年代的步进电机发展到了世纪之交的数字伺服电机 ,这就让螺杆泵的精度也实现了大幅提升!
在这样的背景之下,以韩国太河液控(TAEHA)为代表的海外“螺杆泵”点胶设备厂商异军突起。

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