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【原創】JFD:揭開Tesla Model S 動力電池系統背后的數字奧秘
文章來源自:高工鋰電網
2014-05-19 17:03:35 閱讀:51404
摘要Model S 是目前Tesla最暢銷的車型,表1展示了Tesla Model S動力系統最基本的性能數據。筆者這里將以85kWh這款主流的Model S為例,通過一些簡單的數學計算,深入淺出地向讀者揭示其動力電池系統的奧秘。
  【《高工鋰電》5月刊 特約撰稿 JFD】在電動汽車產業全球炙手可熱的今天,Tesla無疑是那顆最耀眼璀璨的新星,電動汽車界當之無愧的“蘋果”,執行業發展之牛耳。諸多電動汽車業內人士預言,特斯拉指引了未來電動汽車發展的方向。越來越多的有識之士呼吁,我們一定要打造中國自己的特斯拉。
 
  特斯拉電動汽車的心臟,無疑是它獨特的動力電池系統,這也是Tesla核心技術之所在。了解Tesla動力電池系統基本的設計理念和技術狀況,對發展我國自主知識產權的電動汽車無疑具有積極的借鑒意義。
 
  Model S 是目前Tesla最暢銷的車型,表1展示了Tesla Model S動力系統最基本的性能數據。筆者這里將以85kWh這款主流的Model S為例,通過一些簡單的數學計算,深入淺出地向讀者揭示其動力電池系統的奧秘。
 
 
  1. Model S動力電池模塊的成本構成
 
  對于純電動汽車而言,動力電池模塊(Cell +Pack + BMS)的成本占據了整車成本相當的比例??梢院敛豢鋸埖卣f,Tesla電動汽車動力電池模塊的成本構成,是解開Tesla秘密的一把鑰匙,而電池成本也是制約Tesla發展的最核心要素之一。這里,筆者將根據公開報道的資料以及自己所了解到的一些信息,來剖析Tesla Model S動力電池模塊的成本構成。
 
  Tesla Model S 采用的是松下電池公司的18650標準尺寸圓柱電芯。早期的Tesla 型號使用LCO為正極的18650電芯,Model S改用NCA作為正級材料,電芯容量也從最初的2.9Ah提升到3.1Ah (見表2)。
 
 
  M o d e l S 使用了多少顆1 8 6 5 0 電芯?85000Wh ÷ 11.2 Wh = 7589,為了保持每個brick電芯數目的一致,Model S 實際上一共使用了11 × 9 × 77 = 7623顆松下18650型 3.1Ah高容量NCA電芯,之前媒體廣泛報道的8142顆其實是采用2.9Ah電芯的Model S的早期型號。到目前為止,Tesla與松下簽訂過兩份電池供應合同。第一份合同是在2011年簽訂的,據報道松下一共向Tesla供應了大約2億顆18650電芯。第二份合同是在2013年10月30號簽訂的,根據合同松下將在2014年到2017年這四年時間里向Tesla供應2 0億顆電芯。筆者了解到的情況是,在與Tesla的這兩次供貨合同里,松下給出了絕然不同的報價。
 
  2013年早些時候,筆者通過渠道了解到松下供應給Tesla 的3.1Ah 18650電芯的售價稍微高于$2 ,Model S的Pack + BMS成本超過$20000,對于這兩個數值,筆者當時的感覺是“震驚”!只要稍微了解18650電芯的成本構成的同仁,應該知道$2這個價位意味著什么。
 
  沒錯,1 8 6 5 0電芯原材料(N CA、人造石墨、膈膜、電解液、銅箔鋁箔、殼體等,優級品)成本價已經比較接近$2了,成品電芯的成本接近$3,也就是說松下是在賠本賺吆喝。跟很多讀者一樣,筆者當時對這個價格很是質疑,但是后來筆者注意到有媒體報道Tesla的CTO Jeffrey Straubel在2013年 8 月份接受 MIT Technology Review采訪時無意中透露了一個信息,當記者問起 ModelS 的電池成本時,Jeffrey說“They’re alwayless than half, actually,less than a quarter inmost cases.” 這是Tesla高層首次就其電池成本問題有據可查的公開表態。
 
  85kWh基本款的售價是$79900,按照Tesla 2013 年年報的毛利潤率 22.5% 計算,其大概成本為 $79900 × (1 - 22.5%)= $61923。25%的電池成本是$61923 × 25% = $15480 。如果按照每顆電芯$2的成本計算,Model S的電池成本是7623 × $2 = $15246。沒錯,這個數值跟Jeffrey Straubel無意中泄露的信息完全一致,松下的確是以賠本價格在給Tesla供貨!
 
  筆者這里要提醒讀者的是,Jeffrey Straubel的訪談是在2013年8月份,他不可能知道三個月以后松下給出的最終報價,因為當時新供貨合同還處在談判階段。他當時想當然地認為松下還會維持原來的供貨價位,否則他絕無可能泄露如此重要的商業機密。
 
  那么松下為什么會以低于成本價向Tesla供貨?筆者個人認為,放長線釣大魚,這恰恰反映了日本人做生意的精明之處。像松下這樣的跨國公司,在與Tesla合作之前也面臨著18650電芯產能過剩的問題,而不得不尋找新興應用領域。這時候賠本賺吆喝都是可以的,因為松下知道,當新興領域發育起來以后它仍然有機會賺取足夠的利潤。
 
  果不其然,機會終于來了。2013年10月30號簽訂的合同,媒體廣泛報道其成交價值高達70億美元,也就是說18650NCA電芯的價格上漲到了$3.5,漲幅高達75%,松下在這個deal里面純賺了$1 billion!但筆者對這個報道價位持保留意見,因為松下給Tesla供貨的電芯數量也許不是秘密,但合同價值絕對是商業機密,松下和Tesla雙方都沒有理由讓外界獲悉這個至關重要的商業信息。
 
  筆者調研發現, 所有媒體對此事的報道都是援引自美國彭博社( B l o o m b e r g ) , 而Bloomberg在2013年10月31日的原文是這樣敘述的“Panasonic Corp. won a contract to supplycells to Tesla Motor Inc. TESLA’s electricvehicle in a deal that may generate $7 billion inrevenue.”
 
  很顯然,Bloomberg的報道只是估計合同價值達到70億美金,但是其它媒體在轉載的時候就變成了言之鑿鑿了。以彭博社一向嚴謹的報道風格,筆者不認為$3.5會很離譜,但是筆者個人更傾向于認為松下18650電芯的合同價位介于$3.0-3.5 之間,但為了分析問題方便,筆者在本文里還是援引Bloomberg的價格數據。但無論如何,這個價位跟之前的松下供貨價格已經大幅上漲了。那這個報價是不是Musk期待的?
 
  筆者相信,Tesla和松下無疑是進行了異常艱苦的談判,但松下顯然是抓住了Musk的阿基里斯之踵:我松下是你Tesla唯一的電池供應商,我離開你Tesla照樣活得很好,但你Tesla沒有我松下卻活不成,這個問題你Musk沒有跟我討價還價的資本。毫無疑問,$3.5絕對不是Musk想要的報價,但Musk除了接受松下的報價,還有其它選擇嗎?這個問題,筆者在后面還要詳細探討。
 
  2013年,Model S的動力電池系統(Cell +Pack + BMS)的成本是$ 15246 + $ 20000 =$ 35246。筆者當初同樣對此感到難以置信,但是到了2013年下半年,筆者注意到在Tesla官網的Model S論壇上,有位車主給出了Tesla為其更換全新電池系統的報價:$46000。如果我們去掉Tesla 22.5%的毛利潤率,那么Model S的動力電系系統成本就是$ 46000 × (1-22.5%)= $35650,這個數值跟筆者之前獲得的Model S動力電池系統成本數據幾乎完全一致。
 
  到了2014,松下供貨的18650NCA電芯已經漲價到了$3.5,也就是說2014年Model S電池組的成本為7623 × $3.5 = $26680,整整上漲了$26680 - $15246 = $11434,漲幅高達75%。
 
  但是筆者注意到,Tesla到目前為止并沒有宣布Model S漲價,那么筆者有理由相信,電芯價格上漲被內部消化了。那么是什么部件消化了電芯成本上升呢?在筆者看來,在Tesla沒有大規模量產之前(目前的產量其實是很小的),其它零件成本下行的空間并不會很大,而只有Pack + BMS才可能消化大部分漲幅。也就是說,Pack + BMS 在2014年的成本下調了$11434,其成本是 $20000- $11434 = $8566。這么大的降幅有可能嗎?筆者在后面將會做進一步分析。
 
  這里,筆者還想澄清另外一件事情。很多“T粉”們津津樂道,Musk因為被問及電池價格是還有可能降低以保證下一代廉價版Tesla量產時被激怒,很不禮貌地中止了同美國知名財經雜志Barron 的電話采訪。這個報道也成了很多國內同仁堅信Tesla動力電池價格較低并且還有降低的空間的一個主要證據。
 
  筆者這里提醒讀者,這個事件最早在美國媒體披露是在2013年6月10日,距離之后松下與Tesla簽訂新供貨合同足足有5個月之久!也就是說,跟Jeffrey Straubel一樣,Musk當時同樣想當然地以為松下還會以$2 的低價位繼續為Tesla供貨,這才是Musk敢摔Barron 電話的底氣之所在。由于中美“時差”的原因,這個報道在國內被披露出來并引起廣泛關注已經是2014年春節以后的事情了?,F在看來,該報道嚴重誤導大家對Tesla動力電池成本問題的判斷。
 
  有讀者可能會問,松下的18650NCA電芯有這么貴嗎,Samsung SDI不是把18650價格降到了1美金了嗎? 筆者這里要指出的是,SamsungS D I 和松下采取了完全不同的經營和技術路線。松下一向堅持技術領先而占據高端市場,而Samsung SDI 采取的是技術和成本并重,以市場為主的發展模式。
 
  Samsung SDI 的1美元18650電池是2.2Ah以下的低檔電芯,這個容量級別的電芯是不可能用在EV上的。如果我們仔細分析Samsung SDI這個檔次電芯的成本構成,就會發現其實SamsungSDI也是在虧本賺吆喝,目的是用低價將國內圓柱廠家打垮,進而霸占中國市場。一旦市場蠶食完成,那么漲價回本在所難免,這就驗證了一句老話,“天下沒有免費的午餐”。松下供應Tesla的高容量18650電芯,無論是從原材料選擇、電芯工藝,還是產品品質都是超一流水準,這是其成本較高的主要原因。
 
  2. Model S動力電池系統基本數據
 
   Mo d e l S 的工作電壓是多少伏?Model S 的電池組P a c k 一共有1 1 個modules,每個modules有9 個b r i c k , 每個b r i c k里面有7 7 個電池。那么Model S的實際平均工作電壓為 3.6 V × 9 × 11= 356.4V,而不是有些媒體報道的375 V。
 
   Model S電池組的能量密度有多高?3.1 Ah18650電芯的能量密度達到了252 Wh/Kg ,這是一個很高的指標。Model S的電池總重是 44.5 g× 7623 = 339 Kg,電池組Cell + Pack + BMS總重是544 Kg, 那么我們可以計算出其電池組的能量密度為 85 KWh ÷ 544 Kg = 156 Wh/Kg。這個能量密度比國內廣泛使用的磷酸鐵鋰電池組的能量密度( 80-100 Wh/Kg)高出約60%,比目前三元材料電池組的能量密度(130-150 Wh/Kg)還要高。但是,Model S動力電池組的整體能量密度跟單體電池相比下降了45%,這主要是因為Model S的電池組位于車底,需要防彈保護盾保證電芯安全,正是這個部件貢獻了相當的重量。
 
   Model S的行駛里程到底有多遠?根據Tesla官網介紹,Model S在理想工況下的預期行駛距離是480Km(根據數學建模模擬得到),目前關于Model S行駛里程實測數據已經在網上可以查到了。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,Model S的最大行駛里程不超過350Km。
 
   Model S動力電池系統占整車成本的比例有多高?85kWh基本款的售價是$79900,按照Tesla 2013 年年報的毛利潤率 22.5% 計算,其大概成本為 $79900 × (1 - 22.5%) = $61923,那么我們可以計算出Model S的動力電池系統成本所占比例為 $35246 ÷ $61923 × 100% = 56.9%,已經接近整車成本的60%了。
 
   Model S的能量成本在什么水平?如果按照動力電池系統的成本計算,其能量成本是$35246÷ 85KWh = 414 $/KWh。Model S在電芯水平的能量成本是$ 26680 ÷ 85KWh = 313 $/KWh,以上是按照松下與Tesla新供貨合同計算的結果。如果我們用2011年松下的供貨價格,那么Model S的電芯能量成本是$15246 ÷ 85KWh =179 $/KWh。筆者這里要強調的是,之前Tesla在一些報告中也探討過能量成本,但是這些數據都是基于早期的電芯價格,也就是說這些早期的數據跟目前的實際情況并不一致。
 
   Model S動力電池系統的重量占整車的比例如何?Model S的整車重量為2109 Kg,那么電池的重量比例為339 Kg ÷ 2109 Kg = 16 %。而整個動力電池系統占整車的比例為544 Kg ÷ 2109Kg = 26 %。讀者可能對26% 這個數字沒有什么感覺,但是如果跟一輛普通轎車的發動機占整車的大概比例(一般15%左右)比較一下,那么讀者就明白Model S的動力電池系統有多“重”了。
 
  Model S 的電池壽命有多長?關于Telsa電池組的循環壽命,到目前為止沒有任何公開的數據報道,屬于Tesla商業機密范疇。筆者曾經實測過單個松下NCR18650A電芯的循環性,如果以80%容量保持率為標準,在室溫下0.5C 100% DOD的測試條件下可以達到1700次的循環,容量型電芯能夠達到這個循環壽命已經是相當不錯的了。由于每個電芯在內阻和容量上的差異,成組以后循環性相對于單體電芯會有所降低。但是由于松下18650電芯的一致性非常好,而且Tesla采用了非常獨特的BMS設計原理,我們有理由相信Model S的電池組循環性跟單電池相比沒有較大幅度的下降。
 
  3. Model S動力電池評論
 
  我們首先談談Model S的電池,在筆者看來,Musk選擇松下的18650電池實際上是基于現實的考量,而并非是動力電池技術上的革新。不管是早期的LCO電池,還是后來的NCA電池,都是容量型而非功率型的標準尺寸電池。目前動力電池圓柱、方形和軟包這三種規格當中,圓柱尤其是18650的綜合制造成本是最低的,這主要得益于其自動化和大規模的生產。同樣也得益于標準化自動化,18650電池的一致性可靠性也是最好的??梢哉f,成本、一致性和能量密度的綜合考量,是Musk選擇松下18650電芯的根本原因。
 
  關于電動汽車動力電池的尺寸路線,一直存在著小型(以Tesla為代表)和大型電池(20-40Ah,Toyota和BMW為代表)的爭論,這兩種技術路線各有利弊,筆者這里不予置評。
 
  筆者曾經測試過松下NCR18650電芯,松下電芯的高品質給筆者留下深刻印象。NCA正極材料的實際應用是有相當技術含量的,而這正是松下的核心技術之一。之前,Samsung SDI以年薪60萬美金從松下挖到一位NCA電芯專家,足以說明NCA電池生產技術的含金量。
 
  松下使用的NAC正極材料是由日本住友金屬礦山(SMM)生產的,SMM是目前全球最大的NCA正極材料生產商,而松下是其唯一客戶。當然我們也要清醒地認識到,由于NCA的安全性以及長期循環性問題,單獨使用NCA制作大容量動力電池是不適合的, LMO少量地混合NCA是一個切實可行的動力電池解決方案。
 
  很多讀者對于Model S 483Km最大理論行駛感到興奮鼓舞,認為電動汽車在行駛里程上終于可以跟普通轎車匹敵了,但筆者個人認為,對這個問題我們要冷靜分析。7623顆松下3.1Ah18650電芯的重量占到了整車凈重的16%,這個數值比普通轎車發動機的重量比例還高,而且Pack + BMS額外還要額外消耗10%的重量。那么我們就可以很清楚地看到,Model S的實際上通過犧牲有效載荷為代價,來提高續航里程的。根據BMW的計算,消費者對純電動汽車可接受的最低實際行駛里程是300Km,如果在保持動力電池組的重量跟現有汽車的發動機+油箱差不多的情況下,動力電池系統的能量密度就要達到250Wh/Kg 的水平。事實上, Tesla的實際數據和BMW的計算結果非常接近。Model S在實際工況下350Km左右的續航里程僅僅是剛剛滿足消費者最低需求而已,并且這還是在較大幅度犧牲有效載荷的前提條件下實現的。當然了,Tesla 定位是高級跑車,有效載荷低并不是大問題,但對于定位為家庭轎車的普通電動汽車而言,這就成了一個很大的缺點了。
 
  那么Model S的續航里程還有沒有進一步提升的空間?由于續航里程跟電池組能夠提供的能量成正比,所以要么保持電池數目不變而提高18650電芯的能量密度,要么增加電池的數量。如果簡單增加電池數量,那么必然導致整車重量有較大增加而進一步壓縮目前本來就不高的有效載荷量,所以筆者個人認為這個方向行不通。那么,唯一可行的就只有進一步提升單體電芯的能量密度這一條路了。
 
  我們從表2可以看到,2012年下半年松下已經量產了3.4Ah18650電芯,能量密度較3.1Ah有5%的提升。如果采用新型3.4Ah電芯,相應的續航里程可以增加5%,但是這點提高在筆者看來基本上沒有什么實質性的意義。
 
  當然有讀者可能會說,Tesla將來可能會選用松下在2013年下半年才小批量試生產的4.0Ah超高容量18650電芯。筆者個人認為這個可能性很小,因為其能量密度只有252 Wh/Kg,比3.4Ah電芯的265 Wh/Kg反而降低了5%。為什么4.0Ah電芯容量比3.4Ah電芯增加了18%,而能量密度卻反而降低了呢?這是因為4.0Ah高容量電芯采用Si/C復合負極導致平均工作電壓降低了0.2V,并且電芯重量較大幅度增加,這兩個因素抵消了容量增加對能量密度提升的貢獻。另外,根據筆者測試經驗,基于Si/C復合負極的容量型電芯,目前而言循環性很難超過500次,這顯然是無法滿足EV使用要求的。
 
  從上面的分析我們可以看到,Tesla 的續航里程實際上已經達到了一個瓶頸,這個瓶頸的本質就是目前鋰離子電池的實際能量密度水平已經接近極限,再進一步提升的空間非常有限。如果從電化學原理的角度思考,這個問題并不難理解,化學電源的能量密度增加并不遵循摩爾定律。所以,筆者不認為Tesla未來會在續航里程這個最關鍵技術指標上取得突破性進展,除非采用能量密度比鋰電更高的新一代電化學儲能體系。新一代電化學儲能體系會是什么?鋰硫和鋰空是否有可能?目前看來可能性很小。理論上,只有燃料電池(FC)可以讓EV行駛里程接近目前普通轎車的水平,但燃料電池跟鋰電在原理和工作方式上有本質的不同。
 
  Model S電池組目前是8年質保期,如果按照1700次循環,計算下來每年可以循環200次多一點。那么對應每個循環的使用時間就是365天÷200周=1.82天/周,也就是說Model S每天可以駕駛的理論最大里程為480Km÷1.82day=263Km/day。那么,263Km對于美國人而言是否夠用呢?根據一項調查結果顯示, 中國人每天坐公交或者開車來回上下班可以接受的平均距離是30Km,這個距離意味著每天來回至少有2 小時消耗在路上,而極限距離是5 0 K m , 相當于每天耗費3小時在路上,這個距離或者時間身體會明顯感覺疲憊。
 
  而對于美國人而言,由于人口密度小以及美國的汽車文化,使得美國人的居住到工作距離大大延長,這兩個距離就相應地擴大到80Km和120Km了。我們可以看到,一天240Km的行程, ModelS是完全可以勝任的。也就是說,Model S 8年的電池質保是通過計算制定出來的,絕對不是Musk拍腦袋瓜子想當然的結果。當然,8年的電池質保,跟我們一般設想的電動車電池10年的基本使用要求還有一定距離。
 
  4. 新一代Tesla 是否可行?
 
  Musk 已經數次公開表示,希望在2017年推出Tesla Gen 3,也就是大多數人買得起的第三代Tesla,價格在$35000左右,續航數達到300Km(200mils)。但是Musk并沒有透露Tesla Gen3任何技術細節,因為這屬于Tesla的核心商業機密。很多人會問,就這個價格和續航里程目標,Tesla Gen 3能否在2017年實現量產?我們不防做些簡單的數學計算來分析一下。
 
  假設Tesla Gen 3的凈重跟Model S差不多的話,那么根據能量守恒定律,我們可以估算出它的功率為 85KWh ×(200mils/300mils)=57KWh。但是考慮到這個功率下電芯的數量將有大幅下降而帶動整車重量也有較大下降, 所以筆者認為50KWh的能量足夠了。5 0 K W h 對應著 50000Wh÷12.2 Wh=4098顆3.4Ah新型18650電芯。4 0 9 8 顆電芯的重量為 4100×46g=188.5Kg,比Model S的338Kg降低了45%!那么,相應的電池Pack重量也有45%的下降,也就是說50KWh的能量足夠300Km的續航里程。
 
  筆者這里著重分析一下18650NCA電芯成本問題,這個問題是如此之重要,以至于Tesla Gen3的命運很大程度上決于此。筆者前面提到了,松下以$2向Tesla銷售其NCA電芯是賠本賺吆喝,目的在于吸引Tesla上鉤將其捆綁在自己的戰車上。這一招的確湊效了,于是我們看到松下與Tesla的第二份供貨合同中終于暴露出其本來面目,全世界再一次領教了日本商人的“精明”。
 
  Musk當時恐怕是氣瘋了,但是松下是Tesla唯一的電芯供應商,你Musk又能有什么辦法?只有打掉牙往肚子里咽, 尋求機會擺脫松下突圍。T e s l a與松下簽訂新電池供貨合同5個月之后,也就是2 0 1 4年2月2 6號,T e s l a在官網上發布消息,宣稱要建成“全球最大”的鋰電工廠(Gigafactory),并且Tesla直截了當地宣稱,建立Gigafactory工廠的根本目的就是要大幅度降低電芯成本,并且擴大產能。工廠將于2017年建成,正好在Tesla與松下合同結束的時候。這難道僅僅是巧合嗎?筆者個人認為,這是Musk精心策劃的戰略布局,目的就是要徹底解決“松下困局”。
 
  筆者注意到,在2013年年底也就是Tesla剛剛與松下簽訂合同之后,媒體就報道了Tesla和韓國Samsung SDI、LG接觸洽談合作的消息。但是,Tesla宣布要建成Gigafactor的消息發布后,松下卻對是否參與Gigafactor的投資和建設一直沒有表態。直到最近,松下電器集團總裁津賀一宏才表示,公司目前尚未決定是否與Tesla達成合作伙伴關系為Gigafactory工廠提供電池技術和資金,理由是此舉或可能增加松下的投資風險。津賀一宏的表態不禁讓人疑惑重重,因為這明顯是有悖商業規律。
 
  一個最直接的例子就是,為了進入i P h o n e和iPad電池供應鏈,國內廠家是拼得頭破血流,Apple坐收漁翁之利。這只能說明,簽訂了“世紀大單”之后,Tesla和松下的關系已經變得非常微妙了。反倒是Tesla早早放出口風,未來Tesla仍將與松下保持密切合作,但同時也歡迎其它電池廠商參與Gigafactor工廠的投資和建設。筆者對此完全贊同,因為沒有哪家汽車制造商會聽任上游供應商的擺布,所以Tesla目前非常有必要再引入更多的電池供應商。
 
  那么筆者關心的問題是,Gigafactor工廠在技術層面上到底有沒實現降低成本的可能(商業層面上的影響因素過于復雜,筆者不予置評)?要回答這么問題,我們首先需要估算一
下,Tesla Gen 3的18650電芯價位底線在哪里。筆者猜測Musk對Gigafactor 工廠1 8 6 5 0 電芯的成本目標可能設定在$2.5這個價位之下。那么,4098 顆3.4Ah新型18650電芯的成本就是4098×$2.5=$10245。如果 Pack+BMS成本還是維持在目前的$8000水平的話,那么Tesla Gen 3 的動力電池系統總成本是$10245 + $8000 = 18245,這個價位比Model S的$35246下降了48%!
 
  動力電池系統是電動汽車里面所占成本份額最大的部件,動力電池系統成本的下降將對Tesla電動車的整車價格具有決定性意義,其它部件成本也會因為規?;a而下降。如果我們將Gen 3的其它部件也按照相同的下降比例計算,那么Gen 3的整車售價可以達到 $79900 × 52% = $41548,這個數值已經很接近Musk的$35000 銷售價格目標。也就是說,如果降低毛利潤率的話,Gen 3在成本上是有可能實現的,但其前提條件是Gigafactor自產的18650電芯成本下降到$2.5以下,以及Pack +BMS能否控制到低于$8000的水平。
 
  那么Gigafactor工廠能否把18650電芯的成本下降到$2.5呢?Tesla宣稱Gigafactor工廠的投資將達到50億美金,這個資金投入足以建成至少5個松下電池廠的規模,未來Gigafactor工廠將是當之無愧的“全球最大”的鋰電工廠。筆者并不懷疑Gigafactor工廠的電芯產能能否滿足50萬輛電動車的需求,筆者更關心的是它能否把18650NCA電芯的成本降下來,因為成本才是決定Tesla Gen 3最重要因素。電芯的成本取決于原材料、生產工藝、人力成本、生產管理以及生產規模等諸多因素。
 
      原材料方面。Tesla已經放話,Gigafactor工廠將完全在美國本土采購原材料。但筆者個人認為,這個聲明僅僅是Musk向美國政府做出的一種姿態而已,目的是爭取聯邦政府的財政支持。美國本土的鋰電產業鏈非常薄弱,完全使用美國原材料根本不具備可行性。美國本土目前沒有一家規模性的正極材料生產商,3M沒有生產能力,唯一有希望給Tesla供貨的是BASF剛建成的位于俄亥俄州的正極工廠。雖然BASF目前只是少量試生產NMC,但筆者認為單純從技術角度而言BASF是可以為Tesla生產NCA的。電解液也可以從BASF在美國的Novolyte電解液工廠供貨,雖然Novolyte的電解液性價比較低,但質量還是不錯的,膈膜有Celgard。唯一不確定的就是負極,雖然美國有石墨礦,但并沒有負極工廠,到時恐怕還是要從中國進口石墨負極材料。
 
  電芯生產技術。Tesla經過跟松下這幾年的合作,已經積累了一些電芯生產方面的技術,如果Tesla能夠從日本本土特別是原三洋公司挖到一些NCA電芯專家,筆者個人認為Tesla完全有技術能力在美國自產18650電芯。
 
  人力成本。人工是導致松下1 8 6 5 0 電池高成本的一個不可忽視的因素。筆者了解到,Gigafactor工廠廠址將從內華達州、德克薩斯州、亞利桑那州和新墨西哥州之中選出。除了德州,其它幾個州都屬于美國工資水平最低的州之列,人力成本應該比大阪府低不少。
 
  綜合上面的分析,筆者個人認為,單純從技術角度而言,Gigafactor工廠生產18650NCA電芯并不存在大的障礙。但是其電芯成本很大程度上取決原材料的進貨渠道和數量,如果能夠從中國進口部分原材料(甚至是大部分原材料),電芯成本有可能控制到$2.5以下的水平。
 
  我們再在來分析以下Pack和BMS的成本問題。雖然這兩個部件并沒有多少技術含量,但成本水分卻非常大,這已是業內公開的秘密。筆者了解到,Tesla的Pack和BMS如此之高的成本,與其BMS非常獨特設計原理和Pack制造方式和選材有很大的關聯,而BMS和Pack的設計費用(知識產權)是成本構成的大頭,電子元器件成本本身是很低的。事實上,我們看到即便松下18650電芯大幅度提價之后,2014年Model S并沒有漲價,可見Pack和BMS成本的虛高。到2017年設計成本應該已經大幅下降了,那么筆者有理由相信,Tesla的Pack + BMS如果在中國代工生產,其成本可以控制在$8000-6000的水平。
 
  Tesla高昂的售價,除了因為其動力電池系統高成本之外,其獨特的全鋁車身也是一個比較重要的因素。筆者完全有理由相信,在大規模量產之后全鋁車身的成本會有較大幅度的下降。
 
      從上面的分析和計算我們可以看到,如果僅僅從技術和成本控制的角度而言,Musk的TeslaGen 3是有可能在2017年實現的。當然了,我們也要認識到,由于在Gen 3上采取了嚴格的成本控制理念,導致其續航里程相對于Model S有較大幅度下降。如果在理想工況下續航300Km,那么實際路況和負載情況下行駛里程是不可能超過250Km的。如果我們簡單計算一下Gen 3每天的行駛里程就會發現,平均每天158Km的行使里程(理想工況下)對于相當部分美國人是很勉強的。我們再次看到,制約純電動車續航里程的根本因素還是鋰電能量密度這個技術瓶頸問題。
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