特斯拉是電動汽車領(lǐng)域的首創(chuàng)者。特斯拉成立之初，就走純電動技術(shù)路線，即使其產(chǎn)品價格昂貴，因物有所值，也能被人們接受。特斯拉商務上的戰(zhàn)略是：

第一階段，向超級富豪推出高價、小批量汽車，定價10 萬美元左右，對標法拉利；

第二階段，以中高端價位向更多相對富裕的消費者，推出中等價位、中等批量生產(chǎn)的電動汽車，定價7.5萬美元左右，對標奔馳或寶馬；

第三階段，向普通大眾推出低價、量產(chǎn)的汽車Model 3 車型，見圖1，定價3.5 萬美元左右。

特斯拉的市場目標是全世界，先后推出了三步走的商務計劃。客觀地評價，特斯拉是成功的。中國人可以研究其商務模式，即高端車、中端車、普及車。其依據(jù)是什么？

特斯拉成功的基本理論是，汽車市場的經(jīng)驗法則：

汽車價格每下降 5000 美元，能夠買得起汽車的買家數(shù)量就會大約增加 1 倍。如果特斯拉普及車為3.5 萬美元左右，買家數(shù)量會比第二階段翻 7 番，也就是第一階段的 128 倍。這個發(fā)展模式，中國企業(yè)學不了。為什么？比較籠統(tǒng)的解釋是：美國和中國的國情不同。

但是對標特斯拉電動汽車的主要關(guān)鍵技術(shù)，對中國純電動汽車的進步還是很有幫助的，下面是對標特斯拉電動汽車的主要關(guān)鍵技術(shù)分析，便于研究、消化和吸收。

1.斯拉電動汽車的電池技術(shù)

1）電芯選擇路線

特斯拉電動汽車的電池，采用的是 18650 型三元鋰離子電池，見圖2。目前是世界上唯一一家采用這種電池的電動汽車公司。其他公司多數(shù)采用了三元鋰離子電池，不是方形，就是軟包。特斯拉采用的18650 型三元鋰離子電池的理由是：

①18650 型電池技術(shù)較為成熟、生產(chǎn)自動化程度高，電芯質(zhì)量有保障；

②全球每年生產(chǎn)數(shù) 10 億個 18650 型電池，出貨量大，價格較低；

③單體電池尺寸小，電池成組時，便于布置，可控性好；

④電池組單體電池較多，即使某個單元發(fā)生故障，對電池整體性能影響不大；

⑤ 18650 型三元鋰離子電池能量密度，高于同時期其它類鋰電池 50% 以上。

18650 型鋰電池也有一些短板，如對溫度相對敏感，較多單體的組成電池包后，會導致一致性差等問題。而特斯拉采用了有效措施，較好地彌補18650 型電池短板：

①采用活性的電化學材料；

②改進的電芯結(jié)構(gòu)設計；

③優(yōu)化模組設計；

④采用先進的故障保護機制、電池充放電控制；

⑤采用領(lǐng)先的熱管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)。

（1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

①原有的生產(chǎn)工藝，提高質(zhì)量標準。中國整車企業(yè)對動力電池標準提升，研究比較少；

②中國整車企業(yè)看到了三元電池比能量高于磷酸鐵鋰電池，乘用電動車就普遍采用了，來提高續(xù)航能力；

③中國整車企業(yè)看到了18650 型電池短板，但是沒有補短板的能力。

（2）研究后的反思：

①中國整車企業(yè)只看到了18650 型電池短板，但是沒有看到方形、軟包電池生產(chǎn)工藝積累的不足，對整車產(chǎn)品品質(zhì)的影響，這是要認真反思的；

②方形、軟包三元電池如何有效降低成本，如何有效提高質(zhì)量品質(zhì)，這是中國正在思考的問題；

③方形、軟包三元電池尺寸上標準化與客戶的個性化要求，平衡點在哪里？

2）電池包成組技術(shù)

①特斯拉采用多電芯并聯(lián)成組方式，保障電池包瞬間放電能力；

②特斯拉采用底盤布置，見圖3，更多的電池、采用電池包的多模組串聯(lián)、平板設計，提高了單次充電的續(xù)航里程；

③特斯拉采用高精度的 SOC 和 SOH 算法，實施全溫度區(qū)間電池充放電的控制技術(shù)。

④特斯拉采用長方形鋁制冷卻管路的設計、液冷技術(shù)，電芯覆蓋面的絕緣等，確保電池工作在最優(yōu)化、最一致的溫度區(qū)間，確保在低溫低電量時的電芯均衡一致性。

（1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

①中國整車企業(yè)少有把電池包成組和電池管理技術(shù)視為核心技術(shù)的；

②電池包成組和電池管理技術(shù)的研發(fā)，投入大，成本高，中國整車企業(yè)把他外包給零部件企業(yè)；

③中國企業(yè)對電池包成組技術(shù)的研究不深入，卻在搞所謂的換電模式。用所謂的商務模式替代技術(shù)上的不足。

（2）研究后的反思：

①中國整車企業(yè)思維上，將整車傳統(tǒng)4大工藝視為核心技術(shù)，面對新的時代，如何轉(zhuǎn)型？

②中國企業(yè)對研發(fā)，熱衷于拿來主義，浮在面上，這個現(xiàn)狀如何改變？

③不是用先進的技術(shù)降動力電池的成本，而是用商務模式來分攤動力電池成本。這條路能走多長？

3）電池管理系統(tǒng)的技術(shù)

電池控制系統(tǒng)是特斯拉汽車的技術(shù)核心。電池管理系統(tǒng)基于汽車級的硬件軟件，采取多重安全設計，協(xié)同電芯、模組、電池包的安全裝置，確保電池包安全可靠。控制策略保證了電池的監(jiān)控管理精度最優(yōu)化；

①在每個電池單元兩端均設置有保險絲，對電池組的每一個層次進行嚴密的監(jiān)控，規(guī)避因某個電池出現(xiàn)異常情況（過熱或電流過大）時，影響到整個電池包的危險出現(xiàn)；

②在每個電池模組上，均設置有電池監(jiān)控板（Battery Monitor Board，BMB），用以監(jiān)控每個電池塊的電壓、溫度以及整個電池模組的輸出電壓；

③在整個電池包上，設置有電池系統(tǒng)控制器以及智能保險，用以監(jiān)控整個電池包的工作環(huán)境，包括電池包的電流、電壓、溫度、濕度等；

④在系統(tǒng)層面，設置有系統(tǒng)安全控制器，用以監(jiān)控電池系統(tǒng)控制器。

⑤在電池的外部結(jié)構(gòu)上，進行了車輛發(fā)生碰撞時，可以保護電芯免受沖擊并自動切斷電源的設計。

（1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

①中國整車企業(yè)缺少對電芯原理、工藝、對電池包技術(shù)和工藝的研究；

②中國整車企業(yè)缺少BMS研究的高級人才，高精測試設備；

③中國整車企業(yè)，基本上沒有電池專業(yè)工程技術(shù)人員，而是電器工程師在與BMS廠家銷售人員對接。

（2）研究后的反思：

①中國整車企業(yè)對電池管理系統(tǒng)的技術(shù)，基本浮在監(jiān)控層面。BMS企業(yè)基本不懂電池包成組技術(shù)，電池包成組基本不懂BMS技術(shù)，這個現(xiàn)狀如何解決？

②中國整車企業(yè)如何整車設計上，確保在發(fā)生碰撞時，動力電池包是安全的？如何把功能安全落地實處？

2.特斯拉電動汽車的電機技術(shù)

①特斯拉在后輪驅(qū)動的基礎上，在前軸加裝了一臺電機，使之成為雙電機全輪驅(qū)動的動力系統(tǒng)，見圖4。

②特斯拉采用三相四極交流感應電動機，銅轉(zhuǎn)子，具有變頻驅(qū)動功能的驅(qū)動逆變器與動能再生制動系統(tǒng)，見圖5。

③對兩臺電機分別進行數(shù)字化管理，獨立控制前、后輪扭矩，雙電機數(shù)字化扭矩控制與低重心設計相結(jié)合。

④特斯拉采用的是感應電機。用比較穩(wěn)妥的方案，是特斯拉堅持不變的原則。

1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

①中國整車企業(yè)采用的是，一臺發(fā)動機和變速箱分配能量、在犧牲效率來換取牽引力；

②中國變速箱廠家采用辦法是，在減少變速箱的擋位數(shù)上做文章；

③中國企業(yè)有的采用兩個電機，卻是在一個傳動軸上布置的模式。

2）研究后的反思：

中國企業(yè)在車輛控制技術(shù)上，有待加強，要加強這些方面的基礎理論研究。目前有一個不好現(xiàn)象，車輛工程專業(yè)的老師，不是在研究車輛控制技術(shù)，而是跨專業(yè)研究其他的東西。中國企業(yè)比特斯拉更創(chuàng)新，已經(jīng)采用了輪邊電機或者是輪轂電機了。但是沒有理解對電機數(shù)字化扭矩控制技術(shù)的關(guān)鍵性作用。

3.斯拉電動汽車車身技術(shù)

電動汽車因電池很笨重，必須通過降低車身的重量，來彌補笨重電池的不足。于是有輕量化提法。特斯拉求助了 Space X，并使用了它的先進火箭技術(shù)，是唯一使用全鋁車身的汽車。全鋁車身的Model S 主要采用的是美國鋁業(yè)公司（Alcoa）生產(chǎn)的鋁材來制造底盤和車身板件。

輕質(zhì)金屬車身板件，必須精密沖壓。特斯拉工廠配備大約相當于 7 層樓高，其延伸到地下的部分有 3 層樓高的液壓機，將總共 5 臺液壓機連成 1 排，用于模鑄造型復雜的部件，如前機蓋或車身兩側(cè)的板件。但是關(guān)鍵部位還是采用的高強度鋼材。

1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

中國企業(yè)在擠壓件、沖壓件和鑄件的專業(yè)組合技術(shù)上，與特斯拉比較，差距較遠。要說的地方太多了。

2）研究后的反思：

①輕量化是一個系統(tǒng)化的工作。確保車輛的剛度和強度，是輕量化的前提條件。電動汽車的發(fā)展，把車輛輕量化工作提高到了一個新的高度；

②用鋁材替代鋼材是一個比較可行的路線，由于鋁質(zhì)車身重量很輕，所以即使搭載 85 kW?h 電池組，車輛的續(xù)航里程仍能達到 500 km 以上；

③中國多數(shù)純電動汽車搭載 85 kW?h 電池組，其續(xù)航里程僅在 320 km 左右?？茖W的輕量化，對提高續(xù)航里程，是有明顯的效果。

④輕量化對目前的工藝改進很大，要大量的資金投入，這個決策如何下達？

4.斯拉電動汽車安全性技術(shù)

1）電池安全

①特斯拉 Model S 全車搭載了700多塊動力單體。而特斯拉核心技術(shù)是高效的電池控制管理系統(tǒng)，其引入了分層管理的方法，優(yōu)勢在于能夠準確估測電池單體的荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）。

②特斯拉電池組中的每一個電池單體都連接著一個熱敏電阻以及一系列的光導纖維，同時將熱敏電阻連接到電池監(jiān)控器，將光導纖維連接到光敏感應器。特斯拉電池模組采用水冷散熱，使得電池保持在恒定溫度區(qū)間以避免電芯過熱。

（1）與特斯拉的差距：

①中國整車企業(yè)目前已經(jīng)在一步一步比較先進的技術(shù)，但是水平與特斯拉比較，距離比較大。

②中國的大專院校在動力電池安全機理上的研究已經(jīng)比較深入，但是整車企業(yè)力量的研究能力，明顯不足。

③中國市場上電動汽車車輛，動力電池包還是外掛的比較多。乘用車的動力電池包外掛在底盤下面，商用車動力電池包外掛兩側(cè)。

（2）研究后的反思：

①中國整車企業(yè)一直在研發(fā)整車控制器技術(shù)，下一步應該將動力電池安全性研究，放在十分重要位置上來？

②中國整車企業(yè)生產(chǎn)動力電池不現(xiàn)實，但是研究車用動力電池成組技術(shù)，應該是份內(nèi)的工作。

2）車身安全技術(shù)

①特斯拉車身（見圖6）和底盤（見圖7）主要采用鋁合金材料，車身框架用高強度材料加固，撞擊時能夠有效吸收能量；

②電池組位于底盤正下方，沉重的電池組所帶來的低重心，車輛不會發(fā)生側(cè)翻；

③采用“前備箱”的設計，充當著碰撞前緩沖區(qū)的角色，在車輛發(fā)生正面碰撞時能最大程度地吸收撞擊能量，有效保護駕駛艙人員的安全；

④前保險杠內(nèi)的傳感器檢測到與行人發(fā)生碰撞時，前備箱蓋后部，會自動升起約 80 mm 高度，在鋁制前備箱蓋與其下面的較硬組件之間形成空間，可以最大程度減少對行人和騎車人的頭部傷害；

⑤系統(tǒng)會始終監(jiān)控停車標志、車輛和行人，以及無意識變道，也就是說，特斯拉隨時、隨地為車主規(guī)避風險，防止事故發(fā)生的提醒服務。

（1）中國企業(yè)與特斯拉的差距：

中國整車企業(yè)對電動汽車目前還缺少正向開發(fā)例子，基本上還是傳統(tǒng)車的改造而已。還沒有對傳統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)有較大的突破能力。

（2）反思：

電動汽車研發(fā)，必須要進行正向開發(fā)，特斯拉已經(jīng)為我們做出榜樣。如何結(jié)合中國的國情，有待進一步思考。

5.總結(jié)

①特斯拉是非傳統(tǒng)汽車廠商，取得如此成功，說明其實力；

②特斯拉直接走純電動汽車路線，對中國汽車要彎道超車，提供了成功的案例；

③特斯拉重視成熟工藝，比選購先進的技術(shù)更為重要；

④把動力電池成組技術(shù)和電池管理技術(shù)，視為電動汽車的核心技術(shù)，是中國整車企業(yè)要認真研究的課題；

⑤特斯拉的雙電機技術(shù)，有效規(guī)避了變速箱技術(shù)屏障，將電動汽車技術(shù)提高了高度。

特斯拉成功地告訴，中國整車企業(yè)：

A)一臺電機可以規(guī)避發(fā)動機技術(shù)障礙；

B)兩臺電機可以規(guī)避變速箱的屏障；

C)鋁合金材料的輕量化技術(shù)，可以將續(xù)航里程提高500公里以上；

D)動力電池成組技術(shù)和電池管理技術(shù)，可以極大提高動力電池安全性和電動汽車整體壽命。

注：本文作者雷洪鈞博士為揚子江汽車公司高級工程師，中科智能網(wǎng)聯(lián)汽車科學院院長，中國新能源企業(yè)家俱樂部專家委員會主任（為12月份的“2018中國新能源企業(yè)家俱樂部（SNEC）年會”提供支持）。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >