特斯拉——概念兴起

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1、这是一家业务独一无二的公司,这又是一家生产最广泛用途产品的公司。这家公司诞生 10 年,烧掉超过10 亿美金,历史上一直在大幅亏损,直至最近一个季度才开始微幅盈利,但 这家公司的市值已经超过100 亿美金。这并不是一家互联网公司,它就是以生产电动车为主 营业务的特斯拉汽车公司。电动车的历史鲜为人知的是,电动车并非是一个新鲜事物,准确地说电动车诞生得甚至比内燃车还要早的多,历史上公认的第一台内燃车由德国工程师卡尔奔驰1885年在曼海姆发明。而电动车 诞生在1832年到1839年之间,当时由苏格兰人罗伯特安德森发明了使用一次性电池的 汽车。在1888年两者几乎同时进入商业化的进程,第一次电动和内燃

2、汽车的战争开始了。19 世纪90 年代后期和20世纪初的这段时间里,尽管最高速度慢一些,但电动车由于具有 无需换档,直接启动等很多先天性的优势,发展居于优势地位。 1911 年的纽约时报这样写 道:“与燃油的内燃车相比,电动车无疑是更理想的交通工具,它既清洁又安静,关键的是 还可以省不少钱。”在 1912 年,电动车卖$1750(大致相当于现在的 42,000 美元),而内燃车只需要不到一半650 美元(今天大约$15000),但是当时汽油相当昂贵,总体拥有成本相差并不大。所以尽 管电动车的价格较贵,电动汽车的销量还是在1912年达到顶峰,当年美国和欧洲电动车的 保有量大约 5 万辆,占了整个

3、汽车数量的 40%,而内燃车只有不到 22%左右的市场份额。(剩 下的是蒸汽驱动的车辆)。到了 20世纪20 年代,随着遍布全球的石油大发现,汽油的价格 很快降到大众可以负担得起的水平,新的道路,加油站等基础设施如雨后春笋般涌现。内燃 车可以跑得更快更远的优点吸引了大众的注意,火花塞、消音器的发明也让内燃车驾乘变得 更为简单舒适。电动车的全盛时期过去了,又过了十年,全世界的电动车产业事实上已经完 全消失了。之后将近一个世纪的漫长岁月里,由于石油危机和污染问题,催生了一些电动车需求,但新 的实用电动车产品依然是寥若晨星。值得一提的产品只有登月用到的月球车,剩下的商业化 电动车对于续航能力不足和价

4、格昂贵这两大痼疾也无计可施,没有一款有能力向内燃车的地 位发起挑战。这一状况一直持续到20 世纪 90 年代。经过一个世纪的发展,电动机相对于内燃发动机而言拥有了更大的比较优势,采用电动机驱 动的汽车在同等功率下动力输出更加强劲,能源效率更高,可以说非常适合如今城市驾驶频 繁起停的工况。另外电动车的结构简单,无需传统意义上的变速箱、传动系统、离合器,也 不用机油,从而故障率低也大大降低了保养维修的成本。但是1990 至今的复兴进程,虽然 几乎每个汽车厂商都推出了一些电动车型号,可是从通用的EV1到日产的Leaf,至今没有一 款车获得主流大众市场的认可,究其原因,是有两个因素拖了电动车发展的后腿

5、:电池和充 电基础设施。电池和充电基础设施的问题1912 年流行的使用铅酸电池的电动车仅能行驶30-50 公里,续航能力不足的缺陷现在有一 个非常形象的专有名词叫做里程焦虑,事实上,内燃车也不可能完全避免里程焦虑,当你车 里的油灯亮起,附近60 公里又找不到加油站的情况下就可以体会到这种心理状态。但毕竟 经历上百年的发展,加油的基础设施在多数地区已经相当完善了。电动车如何克服里程焦虑这个问题的答案其实是显而易见的:首先提升单次充电下汽车的续 航能力,内燃车加满油箱可达里程通常在400-600公里之间,而现在销量最好的日产Leaf 只有不到200公里的续航,超过300公里续航能力电动车凤毛麟角;

6、其次加强充电站充电桩 等基础设施建设,理论上讲充电的基础设施是最多的,但是不改造供电动车直接充电的实用 价值并不大;最后缩短单次充电所需时间,内燃车单次加油算上排队时间一般也在15分钟 以内,而现在电动车的充电进程动辄需要数小时。解决里程焦虑答案并不难寻找,不过怎样实现却是一个困扰了电动车发展一个世纪的难题, 解决这个难题的核心毫无疑问在于电池的进步。我们的生活绝对离不开电池,从形形色色的电动玩具工具到汽车里面的12v蓄电池,从各种 智能手机笔记本 PAD 到卫星国际空间站上的高密度蓄电池,电池的应用已经无处不在。尽 管电池的应用已如此的广泛,但是电池发展的进度和个人电脑,互联网这些科技革新进

7、化的 速度相比却相形见拙。用作汽车的动力电池有两个核心的指标:一个是能量密度,另一个是使用寿命(包括循环和 日历寿命)。如果电池的发展也存在类似芯片业摩尔定律这样规律的话,那么如钢铁侠的战 衣,变形金刚的能量块这样许多科幻电影中的场景完全可以在现实生活中出现,不幸的是电 池现在还是人类文明发展的一大制约。我们回顾下电池的历史就可以发现,从早期的铅酸电 池到现在应用最广泛的锂离子电池,能量密度仅仅提高了7 倍多。坏消息是电池的发展是百 年来是如此缓慢,摩尔定律真的不存在。好消息是大部分发展我们是在1990 年以后锂离子 电池工艺突破(索尼公司率先克服枝晶难题)取得的。正如电容触摸屏技术出现后才有

8、可能制造普及的智能手机一样。如果要达到类似内燃车的500公里续航的话,按照每千瓦时行驶5.5公里计算(EPA平均数据),电动车需要存储90 千瓦时(度)的电量才能满足。采用整车2吨作为上限,其能量密度最少要达到200wh/kg 以上的电池才能勉强符合电动车的要求,从上图可以看出,锂离子电池已经在2005年前后 跨越了这一门槛,电动车终于在续航能力方面有了向内燃车正面挑战的资格。当然用作动力电池并非仅仅是能量密度提升这么简单,还涉及到使用寿命、安全性、性能 成本等重要参数。技术出现重要里程碑之后,各大汽车公司均投入了一定精力用于研究可用 作电动车的动力电池。以下是几种常见的用做动力电池的锂化合物

9、材料:锰酸锂(LiMn2O4): 锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点,能量密度尚可,是 比较理想的动力电池正极材料,但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。 不过近年来通过表面包覆和掺杂结合的改性手段来提高锰酸锂的电化学性能,这方面的进步 很快。目前已有雪佛兰Volt,日产Leaf采用这种电池技术路线。磷酸铁锂(LiFePO4):查看原图磷酸铁锂主要的优点在于安全性良好、热稳定性不错、高放电功率、可快速充电且 循环寿命长。不足之处主要是振实密度和比能都低从而体积较大重量偏沉,低温性能也较差, 另外生产工艺也不太容易保持材料的一致性。目前使用这种技术路线

10、有比亚迪的e6和菲斯 克的 Fisker Karma。镍钻铝锂(LiNiCoAIO2):镍钻铝锂也叫NCA,这种材料在能量密度、功率系数和使用寿命上可以说是理想的动力电池, 不太讨人喜欢的主要是安全性和成本,但是用作小电池安全性的提升相当大,成本高主要是 因为生产工艺要求比较高,在主流厂家稳定工艺量产后成本可以得到进一步控制。特斯拉的 Model S 正是通过和松下的合作,深度定制了这种电池。钛酸锂(Li4Ti5O12):钛酸锂是用作负极材料的,其低温性能和使用寿命都极佳,而且可以快速充放电,安全性也非常好。问题就是能量密度实在太低,成本也实在太高,所以比较适合增程式电动车,三菱的i-MiEV

11、就采用了这种技术路线。需要强调的是汽车动力电池的安全性是一个系统工程,任何锂离子电池本身的安全性能只能 提供一定程度保障,百万分之一(ppm )爆喷率都远远不够汽车级的安全要求,因此电动车 设计时就要防止出现热失控、刺穿、短路等意外。整体安全性设计的概念非常重要也并非容 易做到,以上的车型没有出现过着火事故的只有日产的Leaf和特斯拉的Model S,尽管两者 都不是应用了标榜安全的正极材料,但都采用了严格的办法来保证安全性,所以目前验证反 而是最安全的。另外值得一提的是动力电池还有一条技术路线燃料电池,燃料电池虽然不存在能量密度的问 题,但是需要使用贵金属做催化剂使得成本很难控制从而不具经济

12、实用性。另外一方面加氢 这种基础设施建设的成本和难度更甚于一般的充电站或是加油站。按照正常逻辑推算,未来 10-20 年内可能几乎没有什么实用意义。锂离子电池的电化学革新本质上依赖于材料科学的进步,如今能量密度正以每年约5-7%的 速度提升,在硅系负极、固态电解质、锂硫、锂空、锌空等新技术的轮番冲击下,根据预测 能量密度有望在2020年达到400wh/kg的高度,价格可能会下降到每千瓦时200美元左右, 从而使得电动车在和内燃车同等价位下装备足够电量彻底克服里程焦虑。没有什么特别的意外的话,通过对电池的分析可以看到时代正处在电动车即将大发展的十字 路口,为了抢占历史机遇,各国纷纷出台政策鼓励电

13、动车发展,并且争先恐后的制定了充电 基础设施的标准,美国是SAE J1772,日本是CHAdeMo,欧洲还在IEC 62196的框架内努力 寻求统一标准,而中国尚无相应标准。如果当下真的是这样的历史性十字路口,相信一定能够看到里程碑式电动车产品的出现,遍 搜寰宇,目前拥有能接近内燃车的行驶里程480公里续航,最短充电时间半小时充 70%, 小时充满这样的唯款电动车正是来自于特斯拉汽车公司的Model SoTesla的故事特斯拉 2003年成立于美国加利福尼亚州的帕罗阿尔托,位于举世闻名的硅谷所在地,这里 是世界上聪明人最多的聚集地,同时也是这个星球上人力成本最高的地方,通常是互联网和 高科技企

14、业扎堆的位置,但将一家汽车企业放在硅谷却显得有些另类。公司以历史上最伟大的工程师兼极客尼古拉特斯拉的名字命名,这个公司从诞生之日起, 还有另外一个名字和公司的命运紧紧绑在一起埃隆穆斯克。穆斯克也是一个毋庸置疑的天才, 1971 年生于南非, 12 岁就卖掉了写出的一个电脑游戏, 17 岁独身一人来到北美。在斯坦福上学期间穆斯克考虑了三个最想涉足的领域,这三个领 域在他看来都是深刻影响人类未来发展的领域,分别是:互联网,清洁能源和太空。 95 年 和弟弟创立了 Zip2, 99年以3.07亿美元现金和3400万美元股票期权卖给了康柏。随即穆斯 克又创立了贝宝(Paypal),在2002年以15亿

15、美元的价格转让给了 eBay。紧接着穆斯克在 02 年创立了 SpaceX 并在 03 年作为共同创始人加入了特斯拉,后面又发起了一家名为 SolarCity模式独特的太阳能企业。穆斯克改善人类交通的愿望一定很强烈,因为SpaceX和 特斯拉这两家公司的业务都有一个共同点交通工具, SpaceX 的猎鹰 9 火箭是目前运载 能力最强和成本最低的商业火箭,龙飞船是唯一具有和国际空间站对接能力的私人飞船,这 一系列看似毫不相关让人眼花缭乱的成就堪称傲视同侪,也因此被誉为现实中的钢铁侠。穆斯克设想有一天人们可以自由驾驶对环境没有破坏的汽车并使用无处不在免费的太阳补 充能量,这也成为了特斯拉的企业愿景

16、向主流的消费人群普及电动车,通过以下三种方 式实现:1. 迭代生产一代代更经济实用的电动车型:先从高端车入手,然后再进入大众市场,并通 过自己的展示厅和网站卖掉它们。2. 将自己在电动车动力总成方面的专利和经验卖给其他的汽车制造商,从而让其他汽车制 造商能够更快的推出电动车型。3. 作为催化剂和其他汽车制造商积极的榜样,表明电动车能满足高性能,更经济的消费需求。公司历经 5 年的发展后于 2008 年正式推出了公司的第一款跑车车型 Roadster,Roadster 是 和莲花公司合作使用莲花公司生产线生产,合同到期现已停产,共售出约2400 辆。第二款 车是现在在售的唯一车型Models, Models定位于5万美元以上的豪华车市场。公司计划 在2014年下半年量产采用和Mode S同一平台的SUV车型Model X。另外还有一款规划中的 普及车型Gen III,穆斯克透露会在2016年的某

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