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

第一階段，向超級(jí)富豪推出高價(jià)、小批量汽車，定價(jià)10 萬(wàn)美元左右，對(duì)標(biāo)法拉利；

第二階段，以中高端價(jià)位向更多相對(duì)富裕的消費(fèi)者，推出中等價(jià)位、中等批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車，定價(jià)7.5萬(wàn)美元左右，對(duì)標(biāo)奔馳或寶馬；

第三階段，向普通大眾推出低價(jià)、量產(chǎn)的汽車Model 3 車型，見(jiàn)圖1，定價(jià)3.5 萬(wàn)美元左右。

特斯拉的市場(chǎng)目標(biāo)是全世界，先后推出了三步走的商務(wù)計(jì)劃?？陀^地評(píng)價(jià)，特斯拉是成功的。中國(guó)人可以研究其商務(wù)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(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)法則：

汽車價(jià)格每下降 5000 美元，能夠買得起汽車的買家數(shù)量就會(huì)大約增加 1 倍。如果特斯拉普及車為3.5 萬(wàn)美元左右，買家數(shù)量會(huì)比第二階段翻 7 番，也就是第一階段的 128 倍。這個(gè)發(fā)展模式，中國(guó)企業(yè)學(xué)不了。為什么？比較籠統(tǒng)的解釋是：美國(guó)和中國(guó)的國(guó)情不同。

但是對(duì)標(biāo)特斯拉電動(dòng)汽車的主要關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)中國(guó)純電動(dòng)汽車的進(jìn)步還是很有幫助的，下面是對(duì)標(biāo)特斯拉電動(dòng)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(dòng)汽車的電池技術(shù)

1）電芯選擇路線

特斯拉電動(dòng)汽車的電池，采用的是 18650 型三元鋰離子電池，見(jiàn)圖2。目前是世界上唯一一家采用這種電池的電動(dòng)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(dòng)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(gè) 18650 型電池，出貨量大，價(jià)格較低；

③單體電池尺寸小，電池成組時(shí)，便于布置，可控性好；

④電池組單體電池較多，即使某個(gè)單元發(fā)生故障，對(duì)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(shí)期其它類鋰電池 50% 以上。

18650 型鋰電池也有一些短板，如對(duì)溫度相對(duì)敏感，較多單體的組成電池包后，會(huì)導(dǎo)致一致性差等問(wèn)題。而特斯拉采用了有效措施，較好地彌補(bǔ)18650 型電池短板：

①采用活性的電化學(xué)材料；

②改進(jìn)的電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

③優(yōu)化模組設(shè)計(jì)；

④采用先進(jìn)的故障保護(hù)機(jī)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)整車企業(yè)對(duì)動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)提升，研究比較少；

②中國(guó)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(dòng)車就普遍采用了，來(lái)提高續(xù)航能力；

③中國(guó)整車企業(yè)看到了18650 型電池短板，但是沒(méi)有補(bǔ)短板的能力。

（2）研究后的反思：

①中國(guó)整車企業(yè)只看到了18650 型電池短板，但是沒(méi)有看到方形、軟包電池生產(chǎn)工藝積累的不足，對(duì)整車產(chǎn)品品質(zhì)的影響，這是要認(rèn)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(guó)正在思考的問(wèn)題；

③方形、軟包三元電池尺寸上標(biāo)準(zhǔn)化與客戶的個(gè)性化要求，平衡點(diǎn)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(jiàn)圖3，更多的電池、采用電池包的多模組串聯(lián)、平板設(shè)計(jì)，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(shí)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(zhǎng)方形鋁制冷卻管路的設(shè)計(jì)、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(shí)的電芯均衡一致性。

（1）中國(guó)企業(yè)與特斯拉的差距：

①中國(guó)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(guó)整車企業(yè)把他外包給零部件企業(yè)；

③中國(guó)企業(yè)對(duì)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(wù)模式替代技術(shù)上的不足。

（2）研究后的反思：

①中國(guó)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(duì)新的時(shí)代，如何轉(zhuǎn)型？

②中國(guó)企業(yè)對(duì)研發(fā)，熱衷于拿來(lái)主義，浮在面上，這個(gè)現(xiàn)狀如何改變？

③不是用先進(jìn)的技術(shù)降動(dòng)力電池的成本，而是用商務(wù)模式來(lái)分?jǐn)倓?dòng)力電池成本。這條路能走多長(zhǎng)？

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(jí)的硬件軟件，采取多重安全設(shè)計(jì)，協(xié)同電芯、模組、電池包的安全裝置，確保電池包安全可靠?？刂撇呗员ＷC了電池的監(jiān)控管理精度最優(yōu)化；

①在每個(gè)電池單元兩端均設(shè)置有保險(xiǎn)絲，對(duì)電池組的每一個(gè)層次進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，規(guī)避因某個(gè)電池出現(xiàn)異常情況（過(guò)熱或電流過(guò)大）時(shí)，影響到整個(gè)電池包的危險(xiǎn)出現(xiàn)；

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

③在整個(gè)電池包上，設(shè)置有電池系統(tǒng)控制器以及智能保險(xiǎn)，用以監(jiān)控整個(gè)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(shè)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(jìn)行了車輛發(fā)生碰撞時(shí)，可以保護(hù)電芯免受沖擊并自動(dòng)切斷電源的設(shè)計(jì)。

（1）中國(guó)企業(yè)與特斯拉的差距：

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

②中國(guó)整車企業(yè)缺少BMS研究的高級(jí)人才，高精測(cè)試設(shè)備；

③中國(guó)整車企業(yè)，基本上沒(méi)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(duì)接。

（2）研究后的反思：

①中國(guó)整車企業(yè)對(duì)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(gè)現(xiàn)狀如何解決？

②中國(guó)整車企業(yè)如何整車設(shè)計(jì)上，確保在發(fā)生碰撞時(shí)，動(dòng)力電池包是安全的？如何把功能安全落地實(shí)處？

2.特斯拉電動(dòng)汽車的電機(jī)技術(shù)

①特斯拉在后輪驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，在前軸加裝了一臺(tái)電機(jī)，使之成為雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。

②特斯拉采用三相四極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，銅轉(zhuǎn)子，具有變頻驅(qū)動(dòng)功能的驅(qū)動(dòng)逆變器與動(dòng)能再生制動(dòng)系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。

③對(duì)兩臺(tái)電機(jī)分別進(jìn)行數(shù)字化管理，獨(dú)立控制前、后輪扭矩，雙電機(jī)數(shù)字化扭矩控制與低重心設(shè)計(jì)相結(jié)合。

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

1）中國(guó)企業(yè)與特斯拉的差距：

①中國(guó)整車企業(yè)采用的是，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱分配能量、在犧牲效率來(lái)?yè)Q取牽引力；

②中國(guó)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(guó)企業(yè)有的采用兩個(gè)電機(jī)，卻是在一個(gè)傳動(dòng)軸上布置的模式。

2）研究后的反思：

中國(guó)企業(yè)在車輛控制技術(shù)上，有待加強(qiáng)，要加強(qiáng)這些方面的基礎(chǔ)理論研究。目前有一個(gè)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(guó)企業(yè)比特斯拉更創(chuàng)新，已經(jīng)采用了輪邊電機(jī)或者是輪轂電機(jī)了。但是沒(méi)有理解對(duì)電機(jī)數(shù)字化扭矩控制技術(shù)的關(guān)鍵性作用。

3.斯拉電動(dòng)汽車車身技術(shù)

電動(dòng)汽車因電池很笨重，必須通過(guò)降低車身的重量，來(lái)彌補(bǔ)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(jìn)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(guó)鋁業(yè)公司（Alcoa）生產(chǎn)的鋁材來(lái)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(dāng)于 7 層樓高，其延伸到地下的部分有 3 層樓高的液壓機(jī)，將總共 5 臺(tái)液壓機(jī)連成 1 排，用于模鑄造型復(fù)雜的部件，如前機(jī)蓋或車身兩側(cè)的板件。但是關(guān)鍵部位還是采用的高強(qiáng)度鋼材。

1）中國(guó)企業(yè)與特斯拉的差距：

中國(guó)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(yuǎn)。要說(shuō)的地方太多了。

2）研究后的反思：

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

②用鋁材替代鋼材是一個(gè)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(dá)到 500 km 以上；

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

④輕量化對(duì)目前的工藝改進(jìn)很大，要大量的資金投入，這個(gè)決策如何下達(dá)？

4.斯拉電動(dòng)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(dòng)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(shì)在于能夠準(zhǔn)確估測(cè)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(gè)電池單體都連接著一個(gè)熱敏電阻以及一系列的光導(dǎo)纖維，同時(shí)將熱敏電阻連接到電池監(jiān)控器，將光導(dǎo)纖維連接到光敏感應(yīng)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(guò)熱。

（1）與特斯拉的差距：

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

②中國(guó)的大專院校在動(dòng)力電池安全機(jī)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(guó)市場(chǎng)上電動(dòng)汽車車輛，動(dòng)力電池包還是外掛的比較多。乘用車的動(dòng)力電池包外掛在底盤下面，商用車動(dòng)力電池包外掛兩側(cè)。

（2）研究后的反思：

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

②中國(guó)整車企業(yè)生產(chǎn)動(dòng)力電池不現(xiàn)實(shí)，但是研究車用動(dòng)力電池成組技術(shù)，應(yīng)該是份內(nèi)的工作。

2）車身安全技術(shù)

①特斯拉車身（見(jiàn)圖6）和底盤（見(jiàn)圖7）主要采用鋁合金材料，車身框架用高強(qiáng)度材料加固，撞擊時(shí)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(lái)的低重心，車輛不會(huì)發(fā)生側(cè)翻；

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

④前保險(xiǎn)杠內(nèi)的傳感器檢測(cè)到與行人發(fā)生碰撞時(shí)，前備箱蓋后部，會(huì)自動(dòng)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(duì)行人和騎車人的頭部傷害；

⑤系統(tǒng)會(huì)始終監(jiān)控停車標(biāo)志、車輛和行人，以及無(wú)意識(shí)變道，也就是說(shuō)，特斯拉隨時(shí)、隨地為車主規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，防止事故發(fā)生的提醒服務(wù)。

（1）中國(guó)企業(yè)與特斯拉的差距：

中國(guó)整車企業(yè)對(duì)電動(dòng)汽車目前還缺少正向開(kāi)發(fā)例子，基本上還是傳統(tǒng)車的改造而已。還沒(méi)有對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)有較大的突破能力。

（2）反思：

電動(dòng)汽車研發(fā)，必須要進(jìn)行正向開(kāi)發(fā)，特斯拉已經(jīng)為我們做出榜樣。如何結(jié)合中國(guó)的國(guó)情，有待進(jìn)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(shuō)明其實(shí)力；

②特斯拉直接走純電動(dòng)汽車路線，對(duì)中國(guó)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(gòu)先進(jìn)的技術(shù)更為重要；

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

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

特斯拉成功地告訴，中國(guó)整車企業(yè)：

A)一臺(tái)電機(jī)可以規(guī)避發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)障礙；

B)兩臺(tái)電機(jī)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(dòng)力電池成組技術(shù)和電池管理技術(shù)，可以極大提高動(dòng)力電池安全性和電動(dòng)汽車整體壽命。

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

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