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揭开特斯拉动力电池系统背后的数字奥秘

来源:高工锂电作者:综合
浏览:2014-5-17 11:02:17
[标签]:特斯拉电池,特斯拉数字奥秘
[提要] 在电动汽车产业全球炙手可热的今天,Tesla无疑是那颗最耀眼璀璨的新星,电动汽车界当之无愧的“苹果”,特斯拉电动汽车的心脏,无疑是它独特的动力电池系统,这也是Tesla核心技术之所在。
  
  笔者这里着重分析一下18650NCA电芯成本问题,这个问题是如此之重要,以至于Tesla Gen3的命运很大程度上决于此。笔者前面提到了,松下以$2向Tesla销售其NCA电芯是赔本赚吆喝,目的在于吸引Tesla上钩将其捆绑在自己的战车上。这一招的确凑效了,于是我们看到松下与Tesla的第二份供货合同中终于暴露出其本来面目,全世界再一次领教了日本商人的“精明”。​

  Musk当时恐怕是气疯了,但是松下是Tesla唯一的电芯供应商,你Musk又能有什么办法?只有打掉牙往肚子里咽, 寻求机会摆脱松下突围。T e s l a与松下签订新电池供货合同5个月之后,也就是2 0 1 4年2月2 6号,T e s l a在官网上发布消息,宣称要建成“全球最大”的锂电工厂(Gigafactory),并且Tesla直截了当地宣称,建立Gigafactory工厂的根本目的就是要大幅度降低电芯成本,并且扩大产能。工厂将于2017年建成,正好在Tesla与松下合同结束的时候。这难道仅仅是巧合吗?笔者个人认为,这是Musk精心策划的战略布局,目的就是要彻底解决“松下困局”。​ ​  
  笔者注意到,在2013年年底也就是Tesla刚刚与松下签订合同之后,媒体就报道了Tesla和韩国Samsung SDI、LG接触洽谈合作的消息。但是,Tesla宣布要建成Gigafactor的消息发布后,松下却对是否参与Gigafactor的投资和建设一直没有表态。直到最近,松下电器集团总裁津贺一宏才表示,公司目前尚未决定是否与Tesla达成合作伙伴关系为Gigafactory工厂提供电池技术和资金,理由是此举或可能增加松下的投资风险。津贺一宏的表态不禁让人疑惑重重,因为这明显是有悖商业规律。​ ​  
  一个最直接的例子就是,为了进入i P h o n e和iPad电池供应链,国内厂家是拼得头破血流,Apple坐收渔翁之利。这只能说明,签订了“世纪大单”之后,Tesla和松下的关系已经变得非常微妙了。反倒是Tesla早早放出口风,未来Tesla仍将与松下保持密切合作,但同时也欢迎其它电池厂商参与Gigafactor工厂的投资和建设。笔者对此完全赞同,因为没有哪家汽车制造商会听任上游供应商的摆布,所以Tesla目前非常有必要再引入更多的电池供应商。​ ​  
  那么笔者关心的问题是,Gigafactor工厂在技术层面上到底有没实现降低成本的可能(商业层面上的影响因素过于复杂,笔者不予置评)?要回答这么问题,我们首先需要估算一下,Tesla Gen 3的18650电芯价位底线在哪里。笔者猜测Musk对Gigafactor 工厂1 8 6 5 0 电芯的成本目标可能设定在$2.5这个价位之下。那么,4098 颗3.4Ah新型18650电芯的成本就是4098×$2.5=$10245。如果 Pack+BMS成本还是维持在目前的$8000水平的话,那么TeslaGen 3 的动力电池系统总成本是$10245 + $8000 = 18245,这个价位比Model S的$35246下降了48%!​ ​   
  动力电池系统是电动汽车里面所占成本份额最大的部件,动力电池系统成本的下降将对Tesla电动车的整车价格具有决定性意义,其它部件成本也会因为规模化生产而下降。如果我们将Gen 3的其它部件也按照相同的下降比例计算,那么Gen 3的整车售价可以达到 $79900 × 52% = $41548,这个数值已经很接近Musk的$35000 销售价格目标。也就是说,如果降低毛利润率的话,Gen 3在成本上是有可能实现的,但其前提条件是Gigafactor自产的18650电芯成本下降到$2.5以下,以及Pack +BMS能否控制到低于$8000的水平。​ ​  
  那么Gigafactor工厂能否把18650电芯的成本下降到$2.5呢?Tesla宣称Gigafactor工厂的投资将达到50亿美金,这个资金投入足以建成至少5个松下电池厂的规模,未来Gigafactor工厂将是当之无愧的“全球最大”的锂电工厂。笔者并不怀疑Gigafactor工厂的电芯产能能否满足50万辆电动车的需求,笔者更关心的是它能否把18650NCA电芯的成本降下来,因为成本才是决定Tesla Gen 3最重要因素。电芯的成本取决于原材料、生产工艺、人力成本、生产管理以及生产规模等诸多因素。​

  原材料方面。Tesla已经放话,Gigafactor工厂将完全在美国本土采购原材料。但笔者个人认为,这个声明仅仅是Musk向美国政府做出的一种姿态而已,目的是争取联邦政府的财政支持。美国本土的锂电产业链非常薄弱,完全使用美国原材料根本不具备可行性。美国本土目前没有一家规模性的正极材料生产商,3M没有生产能力,唯一有希望给Tesla供货的是BASF刚建成的位于俄亥俄州的正极工厂。虽然BASF目前只是少量试生产NMC,但笔者认为单纯从技术角度而言BASF是可以为Tesla生产NCA的。电解液也可以从BASF在美国的Novolyte电解液工厂供货,虽然Novolyte的电解液性价比较低,但质量还是不错的,膈膜有Celgard。唯一不确定的就是负极,虽然美国有石墨矿,但并没有负极工厂,到时恐怕还是要从中国进口石墨负极材料。​ ​  
  电芯生产技术。Tesla经过跟松下这几年的合作,已经积累了一些电芯生产方面的技术,如果Tesla能够从日本本土特别是原三洋公司挖到一些NCA电芯专家,笔者个人认为Tesla完全有技术能力在美国自产18650电芯。​ ​  
  人力成本。人工是导致松下1 8 6 5 0 电池高成本的一个不可忽视的因素。笔者了解到,Gigafactor工厂厂址将从内华达州、德克萨斯州、亚利桑那州和新墨西哥州之中选出。除了德州,其它几个州都属于美国工资水平最低的州之列,人力成本应该比大阪府低不少。​ ​  
  综合上面的分析,笔者个人认为,单纯从技术角度而言,Gigafactor工厂生产18650NCA电芯并不存在大的障碍。但是其电芯成本很大程度上取决原材料的进货渠道和数量,如果能够从中国进口部分原材 料(甚至是大部分原材料),电芯成本有可能控制到$2.5以下的水平。​ ​  
  我们再在来分析以下Pack和BMS的成本问题。虽然这两个部件并没有多少技术含量,但成本水分却非常大,这已是业内公开的秘密。笔者了解到,Tesla的Pack和BMS如此之高的成本,与其BMS非常独特设计原理和Pack制造方式和选材有很大的关联,而BMS和Pack的设计费用(知识产权)是成本构成的大头,电子元器件成本本身是很低的。事实上,我们看到即便松下18650电芯大幅度提价之后,2014年Model S并没有涨价,可见Pack和BMS成本的虚高。到2017年设计成本应该已经大幅下降了,那么笔者有理由相信,Tesla的Pack + BMS如果在中国代工生产,其成本可以控制在$8000-6000的水平。​

  Tesla高昂的售价,除了因为其动力电池系统高成本之外,其独特的全铝车身也是一个比较重要的因素。笔者完全有理由相信,在大规模量产之后全铝车身的成本会有较大幅度的下降。​ ​    
  从上面的分析和计算我们可以看到,如果仅仅从技术和成本控制的角度而言,Musk的TeslaGen 3是有可能在2017年实现的。当然了,我们也要认识到,由于在Gen 3上采取了严格的成本控制理念,导致其续航里程相对于Model S有较大幅度下降。如果在理想工况下续航300Km,那么实际路况和负载情况下行驶里程是不可能超过250Km的。如果我们简单计算一下Gen 3每天的行驶里程就会发现,平均每天158Km的行使里程(理想工况下)对于相当部分美国人是很勉强的。我们再次看到,制约纯电动车续航里程的根本因素还是锂电能量密度这个技术瓶颈问题。​

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