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特斯拉“毛豆3”電池的技術(shù)方向

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1929次  |  2021年12月02日  

汽車電動(dòng)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(shù),如高能量密度的三元材料鋰離子電池、智能駕駛技術(shù)、OTA空中升級(jí)系統(tǒng),在未來(lái)的五到十年當(dāng)中,將在全球掀起汽車電動(dòng)化、智能化的顛覆性革命。


特斯拉表示,Model3于九月份達(dá)到“規(guī)模性量產(chǎn)”的級(jí)別,預(yù)計(jì)第三季度將交付1500輛,直至十二月份時(shí)的每月20000輛,最終目標(biāo)是到2018年能穩(wěn)定每周生產(chǎn)10000輛。


Model3這款車型具有標(biāo)桿性意義,不僅僅在于特斯拉由于規(guī)?;a(chǎn)從而降低成本,來(lái)實(shí)現(xiàn)盈利,更是因?yàn)槠浯蟊娀肪€,平易近人的價(jià)格使得特斯拉進(jìn)入尋常百姓家成為可能,它所擁有的高新科技和極致體驗(yàn),大量圈粉,引領(lǐng)一股特斯拉粉絲經(jīng)濟(jì)新風(fēng)潮。


Model3之于特斯拉就像IPhone4之于蘋果。2010年,IPhone4的公布帶來(lái)了手機(jī)走向智能時(shí)代的行業(yè)巨變,促使蘋果成為產(chǎn)業(yè)龍頭;2017年,Model3走向市場(chǎng)也有望復(fù)制IPhone4那樣巨大的成功。因?yàn)?,特斯拉與蘋果有諸多相似的基因,如領(lǐng)先的技術(shù)、絕佳的用戶體驗(yàn)和顛覆性的商業(yè)模式等,這些將使得特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈有望復(fù)制蘋果產(chǎn)業(yè)鏈般的輝煌。


現(xiàn)在,汽車智能化和電動(dòng)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(shù),如高能量密度的三元材料鋰離子電池、智能駕駛技術(shù)、OTA空中升級(jí)系統(tǒng),甚至其獨(dú)特的商業(yè)模式,預(yù)示了新能源汽車未來(lái)發(fā)展的新方向。在未來(lái)的五到十年當(dāng)中,這個(gè)潮流將在全球掀起汽車電動(dòng)化、智能化的顛覆性革命。

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追求更高能量密度:三元電池是趨勢(shì)


特斯拉Model3目前采用的是松下產(chǎn)的高性能鋰離子電池,它在三個(gè)方面引領(lǐng)了電池材料技術(shù)方向:高能量密度三元材料、硅碳負(fù)極、濕法隔膜。


其中,三元材料是正極材料明確的發(fā)展方向,而高鎳低鈷化又是三元中的細(xì)分趨勢(shì);負(fù)極材料短時(shí)間內(nèi)仍將由石墨主導(dǎo),但Model3電池采用硅碳負(fù)極可能加速該技術(shù)的成熟;六氟磷酸鋰作為主流電解液溶質(zhì)的技術(shù)路線難改變,技術(shù)發(fā)展側(cè)重于添加劑的研制;三元材料電池的比例提升將引領(lǐng)隔膜技術(shù)方向由干法轉(zhuǎn)向安全性更高的濕法制備。


目前,國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池的正極材料多數(shù)采用的是磷酸鐵鋰,國(guó)外全部為三元材料,大部分為NCM。高鎳三元材料是未來(lái)主流需求方向。有關(guān)NCM三元材料,目前使用較廣泛的是532、111型材料。為了順應(yīng)材料高能量密度、低成本的要求,“高鎳低鈷化”趨勢(shì)明顯,811型等高鎳三元材料成為未來(lái)主流需求方向,進(jìn)一步拉動(dòng)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(fā)展,人們有關(guān)乘用車的續(xù)航里程、能量密度要求也隨之提高,所以生產(chǎn)搭載高能量密度、高容量電池且價(jià)格能為大眾所接受的新能源汽車已是大勢(shì)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(qiáng)達(dá)到要求,特斯拉具有前瞻性的從2013年起,在其modelS車型上開(kāi)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(yīng)更高容量、更久續(xù)航。

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應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

為了解決小車身的電池續(xù)航難題,Model3使用了松下供應(yīng)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(tǒng)的18650圓柱形電池,單節(jié)電池直徑18mm,長(zhǎng)度65mm,單顆電池容量為3.1Ah;21700電池的直徑提高到21mm,長(zhǎng)度提高到70mm,整體體積新增了46.58%。在現(xiàn)有條件下,21700電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右,相較18650電池250Wh/kg提高約20%。


根據(jù)松下的動(dòng)力鋰離子電池單體測(cè)試數(shù)據(jù),21700電池的單體容量可以達(dá)到3-4.8Ah,提升幅度達(dá)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(shù)也會(huì)相應(yīng)減少,從而帶動(dòng)成本下降。在單體能量密度提升35%的情況下,若要實(shí)現(xiàn)相同的系統(tǒng)能量密度,所需的電池?cái)?shù)量可減少約1/3,相應(yīng)的電芯成本也可以減少1/3。


智能駕駛技術(shù):顛覆汽車產(chǎn)業(yè)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(lái)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。


未來(lái),隨著Model3車型逐步被更多人擁有和體驗(yàn),消費(fèi)者對(duì)智能駕駛系統(tǒng)的認(rèn)知會(huì)逐步提升,會(huì)對(duì)智能駕駛功能出現(xiàn)更多的需求。這一車型帶來(lái)的示范效應(yīng),將對(duì)傳統(tǒng)汽車行業(yè)加快智能駕駛布局出現(xiàn)較大推動(dòng)用途。


在智能駕駛方面,Model3保留了Autopilot系統(tǒng),包括輔助駕駛和全自動(dòng)駕駛功能。在自動(dòng)駕駛模式下,Model3能夠?qū)崿F(xiàn)車道線內(nèi)輔助轉(zhuǎn)向,在開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈后自動(dòng)變更車道,以及在主動(dòng)巡航控制時(shí)自動(dòng)調(diào)整車速;通過(guò)對(duì)電機(jī)功率、制動(dòng)系統(tǒng)、以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)字化一體控制,能夠幫助車輛防止來(lái)自前方和側(cè)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(diǎn),當(dāng)探測(cè)到空閑車位后發(fā)出提醒,并根據(jù)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(shí)現(xiàn),要用戶在駕駛汽車一按時(shí)間后才能解鎖。全自動(dòng)駕駛功能尚待完善,特斯拉稱,2018年有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。由于,特斯拉的汽車在出廠時(shí)都已基本配備自動(dòng)駕駛硬件基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)這一功能只需通過(guò)軟件升級(jí)的方式,在美國(guó),輔助駕駛功能要5000美元,全自動(dòng)駕駛功能還需另加3000美元。在我國(guó),據(jù)起點(diǎn)研究向特斯拉營(yíng)銷人員了解,輔助駕駛功能要5萬(wàn),全自動(dòng)駕駛功能要20萬(wàn),不過(guò)目前全自動(dòng)駕駛功能尚未解鎖。


0TA空中升級(jí)與深度學(xué)習(xí)


既然智能駕駛功能要通過(guò)不斷的軟件升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn),那么快捷、簡(jiǎn)便的升級(jí)體驗(yàn)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(jí)技術(shù),這意味著特斯拉汽車可以像IPhone相同來(lái)升級(jí)系統(tǒng),這一技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用尚屬首次。


有關(guān)傳統(tǒng)汽車車主而言,就像是導(dǎo)航地圖更新這樣的基礎(chǔ)功能升級(jí),要廠商向車主寄送USB或者車主自行開(kāi)車去4S店更換升級(jí),并且要花費(fèi)一按時(shí)間和費(fèi)用,這一過(guò)程顯得尤為繁瑣。而有關(guān)特斯拉車主,通過(guò)OTA空中升級(jí)技術(shù)即可完成更新,并享受眾多新的功能,省時(shí)又省力。


當(dāng)特斯拉有新的功能更新時(shí),可遠(yuǎn)程推送給特斯拉車主,車主只需在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下免費(fèi)下載安裝新系統(tǒng),即可享受特斯拉的最新功能。這就要特斯拉在設(shè)計(jì)制造時(shí)硬件上已經(jīng)具備實(shí)現(xiàn)更多新功能的條件,如在硬件上都配備各種超聲波、攝像頭等傳感器。未來(lái),只需通過(guò)軟件升級(jí)來(lái)一步步“解鎖”新功能,如車道偏離預(yù)警、自動(dòng)巡航控制、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)泊車、手機(jī)/鑰匙遙控等。車主甚至可以通過(guò)更新系統(tǒng)來(lái)提升特斯拉的動(dòng)力性能,因?yàn)樘厮估赏ㄟ^(guò)固件升級(jí)優(yōu)化變頻器算法從而提升動(dòng)力性能;當(dāng)特斯拉發(fā)生軟件層面的故障時(shí),僅通過(guò)遠(yuǎn)程更新即可修復(fù)系統(tǒng)漏洞。


所以,OTA技術(shù)是特斯拉至關(guān)重要的性能特點(diǎn)。它使得特斯拉可以通過(guò)不斷解鎖新功能持續(xù)的提升用戶體驗(yàn),并且在不同時(shí)期推出的車型上是無(wú)差別的,大幅提升了產(chǎn)品附加值。OTA升級(jí)連接供需兩端,看似技術(shù)革新,實(shí)則是商業(yè)模式的顛覆。傳統(tǒng)的車企的盈利模式只是賣車,而售后市場(chǎng)則留給經(jīng)銷商。而特斯拉在賣完車后,通過(guò)OTA升級(jí)建立起的車主與車廠之間的聯(lián)系,隨著系統(tǒng)不斷升級(jí),其中的一部分付費(fèi)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(xué)習(xí)功能。特斯拉的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠可低成本地快速獲取大量自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù),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(tǒng)能夠收集車主的駕駛習(xí)慣,了解在不同路況下,如何更好地行駛,隨著時(shí)間的推移,特斯拉的系統(tǒng)會(huì)變得越來(lái)越聰明。具體而言,特斯拉目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛,要駕駛員的主動(dòng)干預(yù),而每次主動(dòng)干預(yù)有關(guān)特斯拉來(lái)說(shuō)都是一次學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),通關(guān)對(duì)“犯過(guò)的錯(cuò)誤”進(jìn)行修正,不斷完善功能。


另一方面,智能駕駛系統(tǒng)還會(huì)把自動(dòng)搜集到的駕駛數(shù)據(jù)上傳到特斯拉的“車隊(duì)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)”,一輛車學(xué)會(huì)一件事情后,所有特斯拉汽車就都學(xué)會(huì)了。這有關(guān)已經(jīng)量產(chǎn)的特斯拉來(lái)說(shuō),優(yōu)勢(shì)非常明顯。據(jù)特斯拉自動(dòng)駕駛項(xiàng)目總監(jiān)SterlingAnderson表示,目前已有7萬(wàn)多量特斯拉汽車配備自動(dòng)駕駛功能,已經(jīng)收集到了約12.5億公里的駕駛數(shù)據(jù),其中自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)就有約1.6億公里。顯然,這樣龐大的道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以幫助特斯拉的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)更加快速地學(xué)習(xí),更快成為“老司機(jī)”。


顛覆性的商業(yè)模式


特斯拉的特別之處還在于,它不但具有顛覆性的技術(shù),還有顛覆性的商業(yè)模式。


例如,其顛覆傳統(tǒng)的營(yíng)銷模式。傳統(tǒng)的汽車營(yíng)銷渠道是通過(guò)4S店,而特斯拉則完全不采用,它只通過(guò)體驗(yàn)店和網(wǎng)絡(luò)直銷來(lái)銷售。這和蘋果相同,任何一款新產(chǎn)品,消費(fèi)者都可以到體驗(yàn)店去看去摸去感知,下單之后,直接從廠家寄過(guò)來(lái)。


售后服務(wù)方面,它采用的方式為云服務(wù),即通過(guò)它的控制中心,通過(guò)控制屏進(jìn)行自診斷。當(dāng)汽車在使用過(guò)程中發(fā)生小問(wèn)題時(shí),放在云空間里服務(wù),可以讓車主通過(guò)自診斷來(lái)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(gòu)買模式更加獨(dú)特,要買特斯拉,先付定金預(yù)訂,在目前產(chǎn)量還不是十分大時(shí)要過(guò)幾年才能收到貨,正是這種饑餓營(yíng)銷反而讓特斯拉的粉絲排起了長(zhǎng)隊(duì)。目前,全球預(yù)訂數(shù)量已超過(guò)50萬(wàn)輛。



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