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特斯拉“model 3”電池的技術方向

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年07月22日  

汽車電動化和智能化已是不可阻擋的潮流,特斯拉集這兩大方向于一身,它所采用的零部件和技術,如高能量密度的三元材料鋰離子電池、智能駕駛技術、OTA空中升級系統,在未來的五到十年當中,將在全球掀起汽車電動化、智能化的顛覆性革命。


特斯拉表示,Model3于九月份達到“規模性量產”的級別,預計第三季度將交付1500輛,直至十二月份時的每月20000輛,最終目標是到2018年能穩定每周生產10000輛。


Model3這款車型具有標桿性意義,不僅僅在于特斯拉由于規?;a從而降低成本,來實現盈利,更是因為其大眾化路線,平易近人的價格使得特斯拉進入尋常百姓家成為可能,它所擁有的高新科技和極致體驗,大量圈粉,引領一股特斯拉粉絲經濟新風潮。


Model3之于特斯拉就像IPhone4之于蘋果。2010年,IPhone4的公布帶來了手機走向智能時代的行業巨變,促使蘋果成為產業龍頭;2017年,Model3走向市場也有望復制IPhone4那樣巨大的成功。因為,特斯拉與蘋果有諸多相似的基因,如領先的技術、絕佳的用戶體驗和顛覆性的商業模式等,這些將使得特斯拉產業鏈有望復制蘋果產業鏈般的輝煌。


現在,汽車智能化和電動化已是不可阻擋的潮流,特斯拉集這兩大方向于一身,它所采用的零部件和技術,如高能量密度的三元材料鋰離子電池、智能駕駛技術、OTA空中升級系統,甚至其獨特的商業模式,預示了新能源汽車未來發展的新方向。在未來的五到十年當中,這個潮流將在全球掀起汽車電動化、智能化的顛覆性革命。


追求更高能量密度:三元電池是趨勢


特斯拉Model3目前采用的是松下產的高性能鋰離子電池,它在三個方面引領了電池材料技術方向:高能量密度三元材料、硅碳負極、濕法隔膜。


其中,三元材料是正極材料明確的發展方向,而高鎳低鈷化又是三元中的細分趨勢;負極材料短時間內仍將由石墨主導,但Model3電池采用硅碳負極可能加速該技術的成熟;六氟磷酸鋰作為主流電解液溶質的技術路線難改變,技術發展側重于添加劑的研制;三元材料電池的比例提升將引領隔膜技術方向由干法轉向安全性更高的濕法制備。


目前,國內新能源汽車動力鋰電池的正極材料多數采用的是磷酸鐵鋰,國外全部為三元材料,大部分為NCM。高鎳三元材料是未來主流需求方向。關于NCM三元材料,目前使用較廣泛的是532、111型材料。為了順應材料高能量密度、低成本的要求,“高鎳低鈷化”趨勢明顯,811型等高鎳三元材料成為未來主流需求方向,進一步拉動NCA三元材料需求。


特斯拉采用的正是NCA(鎳鈷鋁體系)三元正極材料電池,這是目前性能最好、能量密度最高的鋰離子電池。隨著新能源汽車的逐步發展,人們關于乘用車的續航里程、能量密度要求也隨之提高,所以生產搭載高能量密度、高容量電池且價格能為大眾所接受的新能源汽車已是大勢所趨。由于磷酸鐵鋰離子電池能量密度較低,普通三元電池(NCM523、622)勉強達到要求,特斯拉具有前瞻性的從2013年起,在其modelS車型上開始使用高鎳三元NCA18650電池。并且特斯拉之后不斷提升其能量密度和性能,全力打造高能量密度電池,為新能源汽車供應更高容量、更久續航。


為了解決小車身的電池續航難題,Model3使用了松下供應的NCA(鎳鈷鋁體系)21700電池,這是目前市面上能量密度最高的圓柱形電池。傳統的18650圓柱形電池,單節電池直徑18mm,長度65mm,單顆電池容量為3.1Ah;21700電池的直徑提高到21mm,長度提高到70mm,整體體積新增了46.58%。在現有條件下,21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右,相較18650電池250Wh/kg提高約20%。


根據松下的動力鋰離子電池單體測試數據,21700電池的單體容量可以達到3-4.8Ah,提升幅度達35%,成組后容量提升幅度為20%。由于21700電池單體容量的提升,相同能量密度下電池組所需單體數也會相應減少,從而帶動成本下降。在單體能量密度提升35%的情況下,若要實現相同的系統能量密度,所需的電池數量可減少約1/3,相應的電芯成本也可以減少1/3。


智能駕駛技術:顛覆汽車產業的偉大變革


特斯拉不僅是新能源汽車的杰出代表,其智能化也代表了未來汽車產業的發展方向。


未來,隨著Model3車型逐步被更多人擁有和體驗,消費者對智能駕駛系統的認知會逐步提升,會對智能駕駛功能出現更多的需求。這一車型帶來的示范效應,將對傳統汽車行業加快智能駕駛布局出現較大推動用途。


在智能駕駛方面,Model3保留了Autopilot系統,包括輔助駕駛和全自動駕駛功能。在自動駕駛模式下,Model3能夠實現車道線內輔助轉向,在開啟轉向燈后自動變更車道,以及在主動巡航控制時自動調整車速;通過對電機功率、制動系統、以及轉向系統的數字化一體控制,能夠幫助車輛防止來自前方和側方的碰撞,并防止車輛滑出路面;還可以搜尋附近的泊車地點,當探測到空閑車位后發出提醒,并根據駕駛員的指令自行泊入車位。


目前,輔助駕駛功能在特斯拉所有車型上都已實現,要用戶在駕駛汽車一按時間后才能解鎖。全自動駕駛功能尚待完善,特斯拉稱,2018年有望實現自動駕駛。由于,特斯拉的汽車在出廠時都已基本配備自動駕駛硬件基礎,要實現這一功能只需通過軟件升級的方式,在美國,輔助駕駛功能要5000美元,全自動駕駛功能還需另加3000美元。在我國,據起點研究向特斯拉營銷人員了解,輔助駕駛功能要5萬,全自動駕駛功能要20萬,不過目前全自動駕駛功能尚未解鎖。


0TA空中升級與深度學習


既然智能駕駛功能要通過不斷的軟件升級來實現,那么快捷、簡便的升級體驗就顯得尤為重要。特斯拉采用的是和蘋果相同的OTA(overtheair)空中升級技術,這意味著特斯拉汽車可以像IPhone相同來升級系統,這一技術在汽車產業中的應用尚屬首次。


關于傳統汽車車主而言,就像是導航地圖更新這樣的基礎功能升級,要廠商向車主寄送USB或者車主自行開車去4S店更換升級,并且要花費一按時間和費用,這一過程顯得尤為繁瑣。而關于特斯拉車主,通過OTA空中升級技術即可完成更新,并享受眾多新的功能,省時又省力。


當特斯拉有新的功能更新時,可遠程推送給特斯拉車主,車主只需在聯網狀態下免費下載安裝新系統,即可享受特斯拉的最新功能。這就要特斯拉在設計制造時硬件上已經具備實現更多新功能的條件,如在硬件上都配備各種超聲波特種、攝像頭等傳感器。未來,只需通過軟件升級來一步步“解鎖”新功能,如車道偏離預警、自動巡航控制、自動緊急制動、自動泊車、手機/鑰匙遙控等。車主甚至可以通過更新系統來提升特斯拉的動力性能,因為特斯拉可通過固件升級優化變頻器算法從而提升動力性能;當特斯拉發生軟件層面的故障時,僅通過遠程更新即可修復系統漏洞。


所以,OTA技術是特斯拉至關重要的性能特點。它使得特斯拉可以通過不斷解鎖新功能持續的提升用戶體驗,并且在不同時期推出的車型上是無差別的,大幅提升了產品附加值。OTA升級連接供需兩端,看似技術革新,實則是商業模式的顛覆。傳統的車企的盈利模式只是賣車,而售后市場則留給經銷商。而特斯拉在賣完車后,通過OTA升級建立起的車主與車廠之間的聯系,隨著系統不斷升級,其中的一部分付費功能,還可以拓寬公司的盈利空間。


值得一提的還有,特斯拉的深度學習功能。特斯拉的自動駕駛系統能夠可低成本地快速獲取大量自動駕駛數據,并上傳回總部,用以提升性能。


一方面,特斯拉的智能駕駛系統能夠收集車主的駕駛習慣,了解在不同路況下,如何更好地行駛,隨著時間的推移,特斯拉的系統會變得越來越聰明。具體而言,特斯拉目前還無法實現全自動駕駛,要駕駛員的主動干預,而每次主動干預關于特斯拉來說都是一次學習機會,通關對“犯過的錯誤”進行修正,不斷完善功能。


另一方面,智能駕駛系統還會把自動搜集到的駕駛數據上傳到特斯拉的“車隊學習網絡”,一輛車學會一件事情后,所有特斯拉汽車就都學會了。這關于已經量產的特斯拉來說,優勢非常明顯。據特斯拉自動駕駛項目總監SterlingAnderson表示,目前已有7萬多量特斯拉汽車配備自動駕駛功能,已經收集到了約12.5億公里的駕駛數據,其中自動駕駛數據就有約1.6億公里。顯然,這樣龐大的道路實測數據可以幫助特斯拉的自動駕駛系統更加快速地學習,更快成為“老司機”。


顛覆性的商業模式


特斯拉的特別之處還在于,它不但具有顛覆性的技術,還有顛覆性的商業模式。


例如,其顛覆傳統的營銷模式。傳統的汽車營銷渠道是通過4S店,而特斯拉則完全不采用,它只通過體驗店和網絡直銷來銷售。這和蘋果相同,任何一款新產品,消費者都可以到體驗店去看去摸去感知,下單之后,直接從廠家寄過來。


售后服務方面,它采用的方式為云服務,即通過它的控制中心,通過控制屏進行自診斷。當汽車在使用過程中發生小問題時,放在云空間里服務,可以讓車主通過自診斷來解決。


另外,在品牌傳播上,特斯拉依靠的是口碑傳播。它不做任何電視上的廣告,也不做任何平面媒體的廣告。而它的購買模式更加獨特,要買特斯拉,先付定金預訂,在目前產量還不是十分大時要過幾年才能收到貨,正是這種饑餓營銷反而讓特斯拉的粉絲排起了長隊。目前,全球預訂數量已超過50萬輛。


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