特斯拉汽车 传(中篇) | 特斯拉到底有何特别之处?!

接续上文之前,


咱先说说特斯拉这两天“减配门”的新闻,交付车辆实际配置与相关清单不符,并未且告知消费者,或以涉嫌欺诈。



就在这315消费者权益保护日即将来临之时,特斯拉给自己“搞事情”。有新购国产Model 3车主发现,行车电脑本应搭载最新的3.0版本芯片硬件,可自己的车装配的却是2.5版本的芯片硬件,而3.0版本芯片的图像处理速度是2.5版本的21倍。实际中这些芯片被用于支持特斯拉司机辅助驾驶系统Autopilot,低版本的硬件会直接影响未来的功能升级和车辆驾驶感受。



减配情况曝光以后,特斯拉发布了如上图的声明,在里面有一句“特斯拉上海超级工厂于2月10日开始复工复产。期间基于供应链状况,……”很多网友质疑,为什么要强调2月10日复工?这是要将责任甩锅近期的“疫情”?


随后,有进口版Model 3车主也发现了自己的车有该项减配问题。


对于此次事件,有律师表示,“如果特斯拉上述行为被认定符合《消费者权益保护法》第五十五条规定之‘欺诈行为’,则消费者要求‘退一赔三’的主张将会得到支持。”

 


接下来,咱接着上篇《特斯拉汽车 传(上篇) | 这个磨人的小妖精是如何长成的?》继续讲,特斯拉按照马斯克规划的路线图“Master Plan”,即“三步走”战略,一步一步发展壮大。

 

一、打造一台昂贵、小众的跑车(Roadster);

二、用挣到的钱,打造一台更便宜、销量中等的车(Model S/X);

三、用挣到的钱,打造一台更具经济性的畅销车型(Model 3);

四、在做到上述各项的同时,还提供零排放发电选项。

 

在践行这个计划的过程中,特斯拉经历了怎样的困难和挑战?做了哪些特别的事儿?

 


产能问题始终是困扰

特斯拉不断打造超级工厂


对于任何一个造车新势力来说,产能都是个棘手的问题,成规模的将数万个零件组装成一辆能在路面上飞驰的车,这并不是一件容易的事儿!

 

特斯拉这个外国造车新势力,也不例外的面临这个问题。前文我们就提到,特斯拉的第一辆车Roadster,就由于前任CEO艾伯哈德过于注重技术研发和性能提升,忽视了生产安排和产品管控,大大拖延了交付时间,1000名预定用户中有30多名因为交付延期而取消订单。本来卖的不多,又不能如期交货,这让特斯拉陷入了尴尬。



而后来Model S、Model X和已经红的发紫的Model3,特斯拉的每一款车产能都从未跟上过,采用订单制生产的特斯拉几乎很少有库存,这让它的新用户始终都得为交付延期做好心理准备。

 

至于交付延期的原因,无论是早期Model S的内部返修率过高,还是高度自动化的生产线调试不当等原因,无疑就是生产体系不成熟和生产线不够。面对日益火爆的需求,特斯拉也在不断进行产能爬坡,同时加开更多生产线已满足需求。



目前,特斯拉在全球共有5家工厂开工和1家在建。每一家工厂都具备高度自动化的生产能力,在不断的磨合中,特斯拉也逐步的让生产线上的机器人更加有效的工作。

 

Fremont工厂是特斯拉在2010改造的,也就是上篇中提到的NUMMI工厂,在收购之前它属于丰田汽车。2012 年6 月,特斯拉制造的第一台Model S就在此下线。这座超级工厂拥有全美规模最大Schuler SMG 液压机、专为特斯拉打造的焊接机械臂以及接近500台Kuka生产线机器人。尽管拥有自动化极高的生产线,在这座2016年扩建后总面积达93 万平方米工厂里,还是有超过1万名工人在此工作。工厂同时生产Model S、Model X 、Model 3的成品整车。

 

Fremont工厂(美国·加州)


到2020年,特斯拉要年产500,000 辆车的宏大计划,让特斯拉自身的电池需求量就已经达到全球的锂离子电池供应量,届时预计需要35GWh动力电池年产能。

 

而Gigafactory 1 工厂正是为了大规模的电池和动力系统制造而诞生。工厂制造动力电池、Model3电机、电驱动桥等汽车部件,未来可能还会建立汽车生产线等。


Gigafactory 1(美国·内达华州)


Gigafactory 1工厂于2014年7月开工建设,是特斯拉和松联手之作。整个工厂一分为二,一半是松下用于生产电池,另一半是特斯拉建立电池模组和电池包生产线,两者完美的结合让电池组的生产成本直接下降了30%。Gigafactory 1已经开始批量生产锂离子电池,截至2018年底,特斯拉电池包产能以达到24GWh/年,目前世界上一些大型电池工厂每年仅生产大约4GWh锂离子电池。而该工厂目前只完工了30%,建成后可能成为世界上占地面积最大的建筑。

 

“加速世界向可持续能源的转变”是特斯拉愿景,上文中我们也有介绍马斯克为特斯拉发展制定的路线图“Master Plan”,最后一项就是提供零排放发电选项。而Gigafactory 2工厂正是为此计划服务的。

 

Gigafactory 2(美国·纽约州)


Gigafactory 2工厂同样也是特斯拉和松下携手运作,主要用于联合生产Solar Roof的太阳能电池板和储电电池。


Gigafactory 3(中国·上海)


特拉斯中国超级工厂的落成是在2019年,而后的德国超级工厂也在前不久才开始动工,所以,并不属于特斯拉第一个十年计划中的安排,详细的介绍我们放到下一篇讲,在这里提出来是让大家对特斯拉整体生产规模有一个完整的认识。

 

Tilburg组装工厂(荷兰)


Tilburg组装工厂是特斯拉在欧洲的首家工厂。该工厂于2013年8月投产,并在2015年10月完成扩建并开工。特斯拉将Model S和Model X车型散件运到荷兰,在此完成总装并针对欧洲进行销售。该工厂将仅限于整车总装业务,而不会涉及零部件或系统制造。

 

随着特斯拉生产线的不断完善,它也在一步步实现产能爬升,正朝着一个全球化车企的方向走去。

 


特别之处一

用笔记本电脑电池做动力单元?


电池系统占据了一辆电动车成本的30%-40%,是重中之重。那特斯拉是如何打造这“能量之源”的?


外媒拆解的特斯拉Model S 电池系统


特斯拉动力电池系统包括电池单体、电池管理系统(BMS)、热量管理系统、冷却管理等,其中电池单体占动力电池系统成本70%以上。

 

咱先说占据动力电池系统最大的份额的电池单体。特斯拉前后应用过18650和2170两款圆柱封装电池,目前最新款2170圆柱电池采用镍钴铝NCA配备硅碳负极,单体电池容量在3~4.8Ah之间,单体能量密度可达300Wh/kg,性能较上一代18650电池能量密度250Wh/kg提高约20%。


18650圆柱封装电池单体(直径1.8cm,高6.5cm,0代表圆柱)


2013年,大部分电动汽车主机厂还停留在磷酸铁锂电池与NCM111时,特斯拉已经开始在Model S上使用高能量密度的NCA三元锂电池;当市面大多厂家2017年开始由低镍材料过渡到NCM622/NCM811高镍正极材料时,特斯拉已经探索更高能量密度的硅碳负极应用,特斯拉电池技术和整车续航里程方面始终领先行业。

 

2170圆柱封装电池单体(即为21700电池,直径2.1cm,高70cm,0代表圆柱)


特斯拉目前使用的这些电池单体,都是由松下生产供应的,这些松下电池并不神秘,市场上很多笔记本电脑的锂电池组,封装的就是这种电池,生产工艺非常成熟。


传统笔记本电池拆解


一台笔记本电脑的锂电池组大概也就封装6或8节18650圆柱电池;而以一台特斯拉Model S 85为例,则需要7000余节同样的电池。


这些电池被分组打包,通过串联与并联的方式,最终被整体集合打包在一起。同时,由于锂电池的非线性放电特点,会导致如个别电芯的过度充放电将引起永久性的电池损伤,造成整个电池系统电压、温度不稳定,严重的将导致热失控事件。


按照“单体电池-brick-sheet-pack”顺序进行分层管理


特斯拉采用的电池管理系统具精确度远高于同行业水平,根据外媒对Model 3的拆解,Model 3的BMS可以将23-25个独立电池组的电压差控制在2-3mV,远低于其他普通电动车的水平。同时,该套电池管理系统高集成度,特斯拉BMS模块集成了高压控制器、直流转换器和多个传感器,由此可以减少内部通信所需的高压线束,最终减轻总重量并降低成本。


特斯拉Model S 电池拆解

 

不过,说到这你是不是有疑惑了,笔记本电脑的电池是不是用着用着就会发热,有的笔记本甚至会在长时间使用后,产生电池发烫现象,那么这7000余节电池岂不是个巨大的热源?怪不得会@#¥自#%&¥*燃@¥... …但冬天时,气温过低也会大幅影响电池工作效率!这个,咱们就要说说他的电池热管理系统。



电池热管理方面,特斯拉采取50%水和50%乙二醇为冷却液的液冷方案,由四通阀实现的电机和电池冷却循环串并联结构。由系统芯片算法控制,当电池温度超过设定目标值时,电池循环与电机循环相互独立,采用并联,为电池降温;电池温度低于设定目标值时,电池循环与电机循环采取串联,利用电机余热为电池和座舱加热,而多余热量将由进气口的热量交换器排放出去。

 

此方案充分利用车内所有部件热量,使热量有效循环游走,极大提高电池单体散热性和电池单体间温度一致性。因此,无论冬季还是夏季所对应的极端气候,特斯拉车辆温差控制保持在2℃内,体现强大的温度管控能力。


后来,特斯拉升级了电池,可燃点从18650电池的约175℃降低为2170电池的约65-82℃,对电池冷却系统提出更高要求。对比旧版Model S 85、新版Model S P100与Model 3可以发现,电池冷却系统阶段性升级,从早期的单条冷却带到如今的每层独立冷却带,为新版2170电池提供更好的温度管控,极大提高电池冷却运行效率。

 


特别之处二

采用小众电机


与目前乘用电动汽车市场中主流车型采用的永磁同步电机不同,特斯拉选择了使用制造成本较高的感应电机。如果简单的对比,可以理解成永磁电机效率更高,感应电机性能更强。


特斯拉电机工程师


除了有更强大的电池支持,让特斯拉可以牺牲一部分电机效率选择性能外,特斯拉选择感应电机和它最初的技术是有很大关系的。在前文创始人的故事中,我们提到了最早给艾伯哈德和塔本宁技术帮助以及合作的AC Propulsion公司,而这家公司在感应电机方面拥有着领先的技术实力;再加上感应电机退磁风险小,技艺成熟;并且,永磁同步电机要用到比较多的稀土原料,而全球稀土资本基本集中在东亚,尤其是中国和日本,这会带来采购障碍因素综合考虑,特斯拉选择了搭载感应电机。


Tesla Model3双电机四驱版本

 

当然,特斯拉在后期也对感应电机技术进行了一系列的提升,包括设计对应冲片、提高扭矩、冷却系统等手段,其中,最为创新的是感应电机铜芯转子专利技术。

 

特斯拉使用镀银铜插片填满铜条转子槽间隙,再加固两端,封上禁锢环片的方法,降低铸造难度的同时提升电机运行效率,完成特斯拉特殊动力改造。



在永磁电机上,特斯拉也有过尝试,在之前Model3后驱长续航版车型就采用了永磁开关磁阻电机的单电机配置。特斯拉的永磁电机采用世界上仅少数大厂才拥有的油冷方式,并经过技术提高,转数可达18000转,远超国内市面上12000转的平均水准,即便是有技术相对比较高的厂家,也只能达到15000转。不过在后来,特斯拉基于全球车型布局和销售战略,裁撤了全部两驱车型。

 


特别之处三

把汽车按照电脑造

 

在小编看来,特斯拉在推动先进的纯电造车技术以外,最重要的是它开创了汽车行业的OTA升级服务,可以说是汽车售后服务的一次颠覆。



曾有美国知名汽车媒体指出特斯拉Model 3存在刹车距离过长的问题,引起轩然大波。如果是传统车企,要解决类似状况就需要大规模召回车辆,或是通过4S店对零部件进行更换,两种方案都需要浪费车主漫长的等待时间,车企也要为此付出巨大的经济损失。然而特斯拉的工程师通过OTA(Over-the-Air)的方式对系统进行了升级,在几天之内便解决了这一问题。

 

这就是特斯拉与传统车企最根本的不同——特斯拉可以像智能手机一样进行系统升级(OTA),传统车企的OTA只局限于车载导航功能,完全无法像特斯拉一样对车内温度、刹车、充电等涉及车辆零部件的功能进行远程控制或升级。

 


背后更深层次的原因在于,两者底层的电子电气架构完全不同。传统车企的各部分ECU的开发都是由供应商完成,所以每部分都有着各自的底层代码和权限限制,集合成整车后,庞大冗杂的代码根本无法统一管理,并且供应商也不一定就提供给车企代码权限,就更不用说升级了。这就致使了汽车软件方面的更新几乎与汽车生命周期同步,极大的影响了用户使用感受。

 

与传统造车不同,特斯拉采取了集中式的电子电气架构,即通过自主研发底层操作系统,并使用中央处理器对不同的域处理器和ECU进行统一管理。这种架构与智能手机和PC非常相似。



以特斯拉Model3的电子电气架构为例,分为三部分,CCM(中央计算模块)、BCM LH(左车身控制模块)和BCM RH(右车身控制模块),其中CCM由IVI(信息娱乐系统)、ADAS/Autopilot(辅助驾驶系统)和车内外通信三部分组成,CCM上运行着X86 Linux系统。BCM LH和BCM RH则负责车身与便利系统、底盘与安全系统以及动力系统的功能。

 

如此3C化的模块式开发,为OTA的应用提供了便利,让车辆未来的软件更新和系统迭代变得更为容易,可以持续地提供车辆交付后的运营和服务。传统汽车产品交付就意味着损耗和折旧的开始,但软件OTA赋予汽车更多生命力,带来更好的用户体验。当然,车辆内部电子线束结构的大幅优化,也带来了更加便捷的生产操作,提高了生产效率。



自2012年Model S上市以来,特斯拉软件系统至今一共进行过9次大更新,平均几个月一次小更新,已经累计新增和改进功能超过50项,包括自动辅助驾驶、电池预热、自动泊车等功能。如果说三电系统领域特斯拉还只是与传统车企在同一维度上竞争,那么整车OTA属于特斯拉对传统车企甚至传统汽车一级供应商的一次降维打击。

 

在2018年,大众CEO迪斯明确提出要打造vw.OS操作系统,传统车企也开始认识到了技术的变革趋势,但相比于出身硅谷的特斯拉来说,显然软件开发不是大众的强项,未来表现如何,我们拭目以待。

 


作为第一性原理的忠实信徒,马斯克善于回归事物的本质分析和解决问题,而不是采用类比和改良的方式。特斯拉的确用先进的技术和理念赢得了市场的认可,但它后续将如何发展?下一篇,咱们将会讲到特斯拉的第二个十年计划,下篇见!

 


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