鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1089次 | 2018年09月11日
能量/安全/成本 中汽協(xié)看衰特斯拉鋰電池技術(shù)
近日常聽人說特斯拉在中國比在美國受寵,在網(wǎng)上一番搜索果不其然:有“T粉”因特斯拉沒有兌現(xiàn)承諾,使其惋失“特斯拉首批車主”面子,在提到車的第一時(shí)間竟然當(dāng)場砸碎車的風(fēng)擋玻璃以示憤怒;一位廣州車主提車后為從北京開回廣州,沿路捐建20個(gè)充電樁;也大有知名、專業(yè)人士為特斯拉義務(wù)做“廣告”;一些地方政府為爭取特斯拉投資使出種種招數(shù);有媒體更是一波波熱炒,股市也順勢跟風(fēng),特斯拉CEO馬斯克當(dāng)初考慮進(jìn)入中國時(shí)決沒預(yù)料到會被如此熱捧。
歸納一下“T粉”們追捧的理由:技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新、或?qū)㈩嵏矀鹘y(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)、代表世界電動車潮流、科技感強(qiáng)有品位有面子等。
筆者早在2008年開始關(guān)注特斯拉,也試駕過其第一款車型Roadster。不否認(rèn)特斯拉作為非傳統(tǒng)汽車企業(yè)在發(fā)展模式、商業(yè)運(yùn)作等方面有創(chuàng)新點(diǎn),ModelS科技感強(qiáng)吸引眼球是受追捧的主要原因,但世界電動汽車發(fā)展瓶頸是動力電池,比能量、安全性、成本、循環(huán)壽命四大要素是關(guān)鍵,盡管特斯拉和一干專業(yè)“T粉”詳盡解讀ModelS電池系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn),在筆者看來并沒有質(zhì)的突破。
首先是比能量,ModelS使用的電芯是三元材料,而三元材料理論比容量就是140—180mAh/kg,雖然ModelS系統(tǒng)比能量做150Wh/Kg左右,但和目前世界一些在銷的電動汽車主流車型比,比能量只能說不差,無論和汽車界近期追求的250Wh/kg還是遠(yuǎn)期>400Wh/kg目標(biāo)都相距甚遠(yuǎn);
再看安全性,自2010年ModelS投放不久,就不斷傳出停車時(shí)自燃、行車中起火、車輛碰撞后爆炸解體等事故,每每有事故發(fā)生,特斯拉或馬斯克本人就出來解釋或不是動力電池問題、或如果是傳統(tǒng)汽車情況更糟、傳統(tǒng)汽車起火概率是ModelS5倍等,在此且不論特斯拉如此比較是否符合實(shí)際,但作為汽車制造商,出現(xiàn)安全問題用這種轉(zhuǎn)移公眾視線的說詞實(shí)為欠妥,無論怎樣解釋,多起起火事故難以證明ModelS電池系統(tǒng)或ModelS是安全的;
關(guān)于成本,有分析稱ModelS的電池成本占其整車成本超過50%,系統(tǒng)能量成本約為420美元/KWh,和大多電動車電池成本水平相當(dāng),ModelS系統(tǒng)集成技術(shù)并沒有解決成本難題;再有是電池組循環(huán)壽命,雖然至今特斯拉未公布相關(guān)數(shù)據(jù),但因其使用松下NCR18650A標(biāo)準(zhǔn)電芯,電芯循環(huán)壽命大致在1700次左右,電芯成組后循環(huán)壽命只能有所衰減,也決不會超過1700次水平,這也只能說是目前主流電動車普遍達(dá)到的水平。
另外,ModelS整車綜合能效并無過人之處,為追求續(xù)駛里程,其解決方案無外乎是多裝電池,電池系統(tǒng)重量是544kg(電芯+電池包+電池管理系統(tǒng)),占其整車重量的26%(傳統(tǒng)汽車車儲能裝置約占整車重量6—8%),整車能效四分之一被電池本身消耗,85KWh電量標(biāo)定續(xù)駛里程483km,而有車主實(shí)測結(jié)果顯示,在120Km/h的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)速以及一定負(fù)載情況下,ModelS的最大行駛里程不超過350Km,相當(dāng)1KWh電量行駛4.1公里,這個(gè)指標(biāo)低于同級別的電動車水平,有人解釋車比較重(約2100kg),這恰好說明ModelS在輕量化技術(shù)方面并無多少創(chuàng)新。
筆者無意貶低特斯拉,只希望中國“T粉”理智些、專業(yè)些,也希望特斯拉淡定些,不該為暫時(shí)無緣進(jìn)入新能源汽車免購置稅目錄有微詞,該做的試驗(yàn)要做完,該把功夫下在提升售后服務(wù)能力上而不是攻關(guān)。
廉價(jià)鋰電池工廠欠債多特斯拉汽車有銷售壓力
特斯拉公司大力宣傳的“千兆工廠”將落戶內(nèi)華達(dá)州。公司在本月初宣布了這一消息,這是一場對于今后幾年電動汽車需求將快速增長的賭博。事實(shí)上,為了完全還清建廠債務(wù),使電池價(jià)格更為低廉,特斯拉公司每年的汽車銷量必須達(dá)到目前銷量的10倍以上。
一旦達(dá)到這個(gè)目標(biāo),特斯拉工廠的鋰離子電池產(chǎn)量將高于現(xiàn)有全球鋰離子電池工廠的產(chǎn)量總和——每年足以為50萬輛汽車提供動力。而且還可以在本地生產(chǎn)零部件,而無需從別處進(jìn)口。
特斯拉相信,這種規(guī)模經(jīng)濟(jì)和運(yùn)輸成本的降低會降低電池成本,這是實(shí)現(xiàn)銷售價(jià)格在3萬至3.5萬美元之間、里程為200英里的電動汽車這一目標(biāo)的關(guān)鍵一步。ModelS價(jià)格在7萬美元至11.5萬美元之間,一次充電后可行駛265英里?,F(xiàn)有的大多數(shù)電動汽車一次充電后的行駛里程約為100英里。
特斯拉總裁ElonMusk因此確信他們所生產(chǎn)的汽車是目前最受歡迎的電動汽車。一家工業(yè)分析機(jī)構(gòu)LuxResearch認(rèn)為事情并不樂觀,這家機(jī)構(gòu)預(yù)測特斯拉到2020年將售出24萬輛汽車,那時(shí)千兆工廠將會關(guān)閉,或者生產(chǎn)的電池產(chǎn)量還不到設(shè)計(jì)產(chǎn)量的一半。
為了尋求政府為建設(shè)這個(gè)超級工廠提供鼓勵(lì)政策,特斯拉也曾考慮在其他幾個(gè)州選擇建立它的千兆工廠,其中包括加州和德克薩斯州。為使工廠落戶本地,內(nèi)華達(dá)州同意在隨后的幾十年里為特斯拉提供巨大的經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)。
特斯拉表示,工廠將會是“零能源”建筑,雖然我們還不清楚它是如何做到這一點(diǎn)的;通常這種建筑的能源消耗可以達(dá)到自給自足。
電池成本通常占ModelS成本的四分之一以下,這意味著特斯拉即使將電池生產(chǎn)成本降低30%,還需想辦法降低其他元件的成本,才能使人們買得起里程200英里的電動汽車。
解讀特斯拉技術(shù)與價(jià)值:鋰電池篇
作者將從大家都關(guān)心的電動車的歷史、特斯拉的故事、特斯拉的估值、鋰電池和充電基礎(chǔ)設(shè)施問題、環(huán)境和未來等幾個(gè)角度詳實(shí)地解讀特斯拉的技術(shù)和商業(yè)價(jià)值。篇幅稍長,按章節(jié)摘成上下兩篇。
引言
這是一家業(yè)務(wù)獨(dú)一無二的公司,這又是一家生產(chǎn)最廣泛用途產(chǎn)品的公司。這家公司誕生10年,燒掉超過10億美金,歷史上一直在大幅虧損,直至最近一個(gè)季度才開始微幅盈利,但這家公司的市值已經(jīng)超過100億美金。這并不是一家互聯(lián)網(wǎng)公司,它就是以生產(chǎn)電動車為主營業(yè)務(wù)的特斯拉汽車公司。
電動車的歷史
鮮為人知的是,電動車并非是一個(gè)新鮮事物,準(zhǔn)確地說電動車誕生得甚至比內(nèi)燃車還要早的多,歷史上公認(rèn)的第一臺內(nèi)燃車由德國工程師卡爾·奔馳1885年在曼海姆發(fā)明。而電動車誕生在1832年到1839年之間,當(dāng)時(shí)由蘇格蘭人羅伯特·安德森發(fā)明了使用一次性電池的汽車。在1888年兩者幾乎同時(shí)進(jìn)入商業(yè)化的進(jìn)程,第一次電動和內(nèi)燃汽車的戰(zhàn)爭開始了。
19世紀(jì)90年代后期和20世紀(jì)初的這段時(shí)間里,盡管最高速度慢一些,但電動車由于具有無需換檔,直接啟動等很多先天性的優(yōu)勢,發(fā)展居于優(yōu)勢地位。1911年的紐約時(shí)報(bào)這樣寫道:“與燃油的內(nèi)燃車相比,電動車無疑是更理想的交通工具,它既清潔又安靜,關(guān)鍵的是還可以省不少錢?!?br/>
在1912年,電動車賣$1750(大致相當(dāng)于現(xiàn)在的42,000美元),而內(nèi)燃車只需要不到一半650美元(今天大約$15000),但是當(dāng)時(shí)汽油相當(dāng)昂貴,總體擁有成本相差并不大。所以盡管電動車的價(jià)格較貴,電動汽車的銷量還是在1912年達(dá)到頂峰,當(dāng)年美國和歐洲電動車的保有量大約5萬輛,占了整個(gè)汽車數(shù)量的40%,而內(nèi)燃車只有不到22%左右的市場份額。(剩下的是蒸汽驅(qū)動的車輛)。到了20世紀(jì)20年代,隨著遍布全球的石油大發(fā)現(xiàn),汽油的價(jià)格很快降到大眾可以負(fù)擔(dān)得起的水平,新的道路,加油站等基礎(chǔ)設(shè)施如雨后春筍般涌現(xiàn)。內(nèi)燃車可以跑得更快更遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)吸引了大眾的注意,火花塞、消音器的發(fā)明也讓內(nèi)燃車駕乘變得更為簡單舒適。電動車的全盛時(shí)期過去了,又過了十年,全世界的電動車產(chǎn)業(yè)事實(shí)上已經(jīng)完全消失了。
之后將近一個(gè)世紀(jì)的漫長歲月里,由于石油危機(jī)和污染問題,催生了一些電動車需求,但新的實(shí)用電動車產(chǎn)品依然是寥若晨星。值得一提的產(chǎn)品只有登月用到的月球車,剩下的商業(yè)化電動車對于續(xù)航能力不足和價(jià)格昂貴這兩大痼疾也無計(jì)可施,沒有一款有能力向內(nèi)燃車的地位發(fā)起挑戰(zhàn)。這一狀況一直持續(xù)到20世紀(jì)90年代。
經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,電動機(jī)相對于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)而言擁有了更大的比較優(yōu)勢,采用電動機(jī)驅(qū)動的汽車在同等功率下動力輸出更加強(qiáng)勁,能源效率更高,可以說非常適合如今城市駕駛頻繁起停的工況。另外電動車的結(jié)構(gòu)簡單,無需傳統(tǒng)意義上的變速箱、傳動系統(tǒng)、離合器,也不用機(jī)油,從而故障率低也大大降低了保養(yǎng)維修的成本。但是1990至今的復(fù)興進(jìn)程,雖然幾乎每個(gè)汽車廠商都推出了一些電動車型號,可是從通用的EV1到日產(chǎn)的Leaf,至今沒有一款車獲得主流大眾市場的認(rèn)可,究其原因,是有兩個(gè)因素拖了電動車發(fā)展的后腿:電池和充電基礎(chǔ)設(shè)施。
電池和充電基礎(chǔ)設(shè)施的問題
1912年流行的使用鉛酸電池的電動車僅能行駛30-50公里,續(xù)航能力不足的缺陷現(xiàn)在有一個(gè)非常形象的專有名詞叫做里程焦慮,事實(shí)上,內(nèi)燃車也不可能完全避免里程焦慮,當(dāng)你車?yán)锏挠蜔袅疗?,附?0公里又找不到加油站的情況下就可以體會到這種心理狀態(tài)。但畢竟經(jīng)歷上百年的發(fā)展,加油的基礎(chǔ)設(shè)施在多數(shù)地區(qū)已經(jīng)相當(dāng)完善了。
電動車如何克服里程焦慮這個(gè)問題的答案其實(shí)是顯而易見的:首先提升單次充電下汽車的續(xù)航能力,內(nèi)燃車加滿油箱可達(dá)里程通常在400-600公里之間,而現(xiàn)在銷量最好的日產(chǎn)Leaf只有不到200公里的續(xù)航,超過300公里續(xù)航能力電動車鳳毛麟角;其次加強(qiáng)充電站充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),理論上講充電的基礎(chǔ)設(shè)施是最多的,但是不改造供電動車直接充電的實(shí)用價(jià)值并不大;最后縮短單次充電所需時(shí)間,內(nèi)燃車單次加油算上排隊(duì)時(shí)間一般也在15分鐘以內(nèi),而現(xiàn)在電動車的充電進(jìn)程動輒需要數(shù)小時(shí)。
解決里程焦慮答案并不難尋找,不過怎樣實(shí)現(xiàn)卻是一個(gè)困擾了電動車發(fā)展一個(gè)世紀(jì)的難題,解決這個(gè)難題的核心毫無疑問在于電池的進(jìn)步。
我們的生活絕對離不開電池,從形形色色的電動玩具工具到汽車?yán)锩娴?2v蓄電池,從各種智能手機(jī)筆記本PAD到衛(wèi)星國際空間站上的高密度蓄電池,電池的應(yīng)用已經(jīng)無處不在。盡管電池的應(yīng)用已如此的廣泛,但是電池發(fā)展的進(jìn)度和個(gè)人電腦,互聯(lián)網(wǎng)這些科技革新進(jìn)化的速度相比卻相形見拙。
用作汽車的動力電池有兩個(gè)核心的指標(biāo):一個(gè)是能量密度,另一個(gè)是使用壽命(包括循環(huán)和日歷壽命)。如果電池的發(fā)展也存在類似芯片業(yè)摩爾定律這樣規(guī)律的話,那么如鋼鐵俠的戰(zhàn)衣,變形金剛的能量塊這樣許多科幻電影中的場景完全可以在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn),不幸的是電池現(xiàn)在還是人類文明發(fā)展的一大制約。我們回顧下電池的歷史就可以發(fā)現(xiàn),從早期的鉛酸電池到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的鋰離子電池,能量密度僅僅提高了7倍多。壞消息是電池的發(fā)展是百年來是如此緩慢,摩爾定律真的不存在。好消息是大部分發(fā)展我們是在1990年以后鋰離子電池工藝突破(索尼公司率先克服枝晶難題)取得的。