鉅大LARGE | 點擊量:1087次 | 2018年09月11日
能量/安全/成本 中汽協看衰特斯拉鋰電池技術
近日常聽人說特斯拉在中國比在美國受寵,在網上一番搜索果不其然:有“T粉”因特斯拉沒有兌現承諾,使其惋失“特斯拉首批車主”面子,在提到車的第一時間竟然當場砸碎車的風擋玻璃以示憤怒;一位廣州車主提車后為從北京開回廣州,沿路捐建20個充電樁;也大有知名、專業人士為特斯拉義務做“廣告”;一些地方政府為爭取特斯拉投資使出種種招數;有媒體更是一波波熱炒,股市也順勢跟風,特斯拉CEO馬斯克當初考慮進入中國時決沒預料到會被如此熱捧。
歸納一下“T粉”們追捧的理由:技術創新和商業模式創新、或將顛覆傳統汽車產業、代表世界電動車潮流、科技感強有品位有面子等。
筆者早在2008年開始關注特斯拉,也試駕過其第一款車型Roadster。不否認特斯拉作為非傳統汽車企業在發展模式、商業運作等方面有創新點,ModelS科技感強吸引眼球是受追捧的主要原因,但世界電動汽車發展瓶頸是動力電池,比能量、安全性、成本、循環壽命四大要素是關鍵,盡管特斯拉和一干專業“T粉”詳盡解讀ModelS電池系統創新點,在筆者看來并沒有質的突破。
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還是遠期>400Wh/kg目標都相距甚遠;
再看安全性,自2010年ModelS投放不久,就不斷傳出停車時自燃、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、或如果是傳統汽車情況更糟、傳統汽車起火概率是ModelS5倍等,在此且不論特斯拉如此比較是否符合實際,但作為汽車制造商,出現安全問題用這種轉移公眾視線的說詞實為欠妥,無論怎樣解釋,多起起火事故難以證明ModelS電池系統或ModelS是安全的;
關于成本,有分析稱ModelS的電池成本占其整車成本超過50%,系統能量成本約為420美元/KWh,和大多電動車電池成本水平相當,ModelS系統集成技術并沒有解決成本難題;再有是電池組循環壽命,雖然至今特斯拉未公布相關數據,但因其使用松下NCR18650A標準電芯,電芯循環壽命大致在1700次左右,電芯成組后循環壽命只能有所衰減,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到的水平。
另外,ModelS整車綜合能效并無過人之處,為追求續駛里程,其解決方案無外乎是多裝電池,電池系統重量是544kg(電芯+電池包+電池管理系統),占其整車重量的26%(傳統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電量標定續駛里程483km,而有車主實測結果顯示,在120Km/h的標準時速以及一定負載情況下,ModelS的最大行駛里程不超過350Km,相當1KWh電量行駛4.1公里,這個指標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在輕量化技術方面并無多少創新。
筆者無意貶低特斯拉,只希望中國“T粉”理智些、專業些,也希望特斯拉淡定些,不該為暫時無緣進入新能源汽車免購置稅目錄有微詞,該做的試驗要做完,該把功夫下在提升售后服務能力上而不是攻關。
廉價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”將落戶內華達州。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。事實上,為了完全還清建廠債務,使電池價格更為低廉,特斯拉公司每年的汽車銷量必須達到目前銷量的10倍以上。
一旦達到這個目標,特斯拉工廠的鋰離子電池產量將高于現有全球鋰離子電池工廠的產量總和——每年足以為50萬輛汽車提供動力。而且還可以在本地生產零部件,而無需從別處進口。
特斯拉相信,這種規模經濟和運輸成本的降低會降低電池成本,這是實現銷售價格在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的關鍵一步。ModelS價格在7萬美元至11.5萬美元之間,一次充電后可行駛265英里。現有的大多數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的汽車是目前最受歡迎的電動汽車。一家工業分析機構LuxResearch認為事情并不樂觀,這家機構預測特斯拉到2020年將售出24萬輛汽車,那時千兆工廠將會關閉,或者生產的電池產量還不到設計產量的一半。
為了尋求政府為建設這個超級工廠提供鼓勵政策,特斯拉也曾考慮在其他幾個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,內華達州同意在隨后的幾十年里為特斯拉提供巨大的經濟鼓勵。
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的;通常這種建筑的能源消耗可以達到自給自足。
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。
解讀特斯拉技術與價值:鋰電池篇
作者將從大家都關心的電動車的歷史、特斯拉的故事、特斯拉的估值、鋰電池和充電基礎設施問題、環境和未來等幾個角度詳實地解讀特斯拉的技術和商業價值。篇幅稍長,按章節摘成上下兩篇。
引言
這是一家業務獨一無二的公司,這又是一家生產最廣泛用途產品的公司。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,直至最近一個季度才開始微幅盈利,但這家公司的市值已經超過100億美金。這并不是一家互聯網公司,它就是以生產電動車為主營業務的特斯拉汽車公司。
電動車的歷史
鮮為人知的是,電動車并非是一個新鮮事物,準確地說電動車誕生得甚至比內燃車還要早的多,歷史上公認的第一臺內燃車由德國工程師卡爾·奔馳1885年在曼海姆發明。而電動車誕生在1832年到1839年之間,當時由蘇格蘭人羅伯特·安德森發明了使用一次性電池的汽車。在1888年兩者幾乎同時進入商業化的進程,第一次電動和內燃汽車的戰爭開始了。
19世紀90年代后期和20世紀初的這段時間里,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勢,發展居于優勢地位。1911年的紐約時報這樣寫道:“與燃油的內燃車相比,電動車無疑是更理想的交通工具,它既清潔又安靜,關鍵的是還可以省不少錢。”
在1912年,電動車賣$1750(大致相當于現在的42,000美元),而內燃車只需要不到一半650美元(今天大約$15000),但是當時汽油相當昂貴,總體擁有成本相差并不大。所以盡管電動車的價格較貴,電動汽車的銷量還是在1912年達到頂峰,當年美國和歐洲電動車的保有量大約5萬輛,占了整個汽車數量的40%,而內燃車只有不到22%左右的市場份額。(剩下的是蒸汽驅動的車輛)。到了20世紀20年代,隨著遍布全球的石油大發現,汽油的價格很快降到大眾可以負擔得起的水平,新的道路,加油站等基礎設施如雨后春筍般涌現。內燃車可以跑得更快更遠的優點吸引了大眾的注意,火花塞、消音器的發明也讓內燃車駕乘變得更為簡單舒適。電動車的全盛時期過去了,又過了十年,全世界的電動車產業事實上已經完全消失了。
之后將近一個世紀的漫長歲月里,由于石油危機和污染問題,催生了一些電動車需求,但新的實用電動車產品依然是寥若晨星。值得一提的產品只有登月用到的月球車,剩下的商業化電動車對于續航能力不足和價格昂貴這兩大痼疾也無計可施,沒有一款有能力向內燃車的地位發起挑戰。這一狀況一直持續到20世紀90年代。
經過一個世紀的發展,電動機相對于內燃發動機而言擁有了更大的比較優勢,采用電動機驅動的汽車在同等功率下動力輸出更加強勁,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。另外電動車的結構簡單,無需傳統意義上的變速箱、傳動系統、離合器,也不用機油,從而故障率低也大大降低了保養維修的成本。但是1990至今的復興進程,雖然幾乎每個汽車廠商都推出了一些電動車型號,可是從通用的EV1到日產的Leaf,至今沒有一款車獲得主流大眾市場的認可,究其原因,是有兩個因素拖了電動車發展的后腿:電池和充電基礎設施。
電池和充電基礎設施的問題
1912年流行的使用鉛酸電池的電動車僅能行駛30-50公里,續航能力不足的缺陷現在有一個非常形象的專有名詞叫做里程焦慮,事實上,內燃車也不可能完全避免里程焦慮,當你車里的油燈亮起,附近60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。但畢竟經歷上百年的發展,加油的基礎設施在多數地區已經相當完善了。
電動車如何克服里程焦慮這個問題的答案其實是顯而易見的:首先提升單次充電下汽車的續航能力,內燃車加滿油箱可達里程通常在400-600公里之間,而現在銷量最好的日產Leaf只有不到200公里的續航,超過300公里續航能力電動車鳳毛麟角;其次加強充電站充電樁等基礎設施建設,理論上講充電的基礎設施是最多的,但是不改造供電動車直接充電的實用價值并不大;最后縮短單次充電所需時間,內燃車單次加油算上排隊時間一般也在15分鐘以內,而現在電動車的充電進程動輒需要數小時。
解決里程焦慮答案并不難尋找,不過怎樣實現卻是一個困擾了電動車發展一個世紀的難題,解決這個難題的核心毫無疑問在于電池的進步。
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里面的12v蓄電池,從各種智能手機筆記本PAD到衛星國際空間站上的高密度蓄電池,電池的應用已經無處不在。盡管電池的應用已如此的廣泛,但是電池發展的進度和個人電腦,互聯網這些科技革新進化的速度相比卻相形見拙。
用作汽車的動力電池有兩個核心的指標:一個是能量密度,另一個是使用壽命(包括循環和日歷壽命)。如果電池的發展也存在類似芯片業摩爾定律這樣規律的話,那么如鋼鐵俠的戰衣,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實生活中出現,不幸的是電池現在還是人類文明發展的一大制約。我們回顧下電池的歷史就可以發現,從早期的鉛酸電池到現在應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。
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