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干货:揭秘特斯拉最新电池轻量化技能!

近期,特斯拉的100kWh车型,已经通过了欧盟认证机构RDW的评估。这意味,ModelSX100D车型即将问世!其续航里程理论值将达到613km(基

近期,特斯拉的100kWh车型,现现已过了欧盟认证组织RDW的评价。这意味,Model S/X 100D车型行将面世!其续航路程理论值将到达613km(依据NEDC规范)。

  依照欧盟规则,在欧盟成员国上市出售的车型,都必须经过其授权组织的认证方可。RDW是特斯拉托付的一家荷兰的公司,经其认证后即可取得在欧盟出售的答应。本文 ,咱们来探求下,这个100kWh是怎样做到的?

  Elon Musk从前说过,特斯拉的续航(电量)要以每年5%的速度添加。从当时电池组的迭代状况来看,这个方针根本完结。除作为入门级装备的60kWh外,70kWh、85kWh均已别离晋级为75kWh和90kWh。

  不久之后,100kWh和120kWh的电池组也将进入选配清单。现在,60kWh依然作为一个乞丐版装备存在,以促进特斯拉的销量。真实有故事的,是70kWh和85kWh,是怎样各添加5kWh电量的。

  有一点能够必定,那便是电池组电量添加过程中,其电池组的结构是没有改动的。内部电池包(Battery Module)的数量也并未产生改动。咱们先来简略了解下特斯拉电池组的内部结构。

  60kWh内部有14个电池包,每个电池包内含384个电芯,合计有5376个电芯组成;85kWh由16各电池包组成,每个电池包内含444个电芯,合计7102个电芯组成。

  后来参加的70kWh,实际上是一个75kWh电池组,经过软件约束而来的。剩余的5kWh,开端被作为一个价值3000美元的选装包供给给车主。只需经过OTA软件更新,70D就能够变为75D。

  那么问题来了,75kWh电池组是怎样来的?关于这个问题,特斯拉官方并没有做出技能解说。依据作者的判别,75kWh其实是85kWh电池组,削减2个电池包而来的。在85kWh电池中,每个电池包的容量是5.3kWh,14个这样的电池包便是74.2kWh。

  这便是70kWh、75kWh,以及85kWh之间的联系。至于60kWh,这仅仅一个为了下降准入门槛而设置的装备罢了。那么,90kWh又是怎样来的呢?

  从85kWh到90kWh,多了5kWh。是多加了一个电池包吗?在85kWh的电池组结构中,现已无法再叠加电池包。仅有的或许性便是更换了新的电芯。当然,其选用的依然是18650类型的电芯,只不过化学资料有所调整,添加了能量密度。

  在这道工序中,特斯拉将电芯的石墨阳极中,添加了少数的硅,然后进步了电芯的能量密度。在阳极中参加硅,已是电池范畴公认的能够进步能量密度的方法。为防止不断叠加电池包,而构成的电池组质量过大,特斯拉接下来只能把要点放在研制高能量密度的电芯上。可是,关于三元锂离子电池来说,要想经过硅来添加能量密度,远没有那么简略。

  其根本原理是:在石墨阳极中参加硅后,因为硅原子的结构比较石墨能够包容更多的锂离子,导致阳极对锂离子的吸纳才干增强。单次充放电循环中,阳极锂离子越多,能量密度也就越大。

  可是,硅在充沛吸纳锂离子后,其体积会胀大300%,比石墨吸纳锂离子后的胀大率7%要大许多。这种重复的体积改动,会构成固态电极变得“松软”,简单崩离。以此,电池的循环寿数就会下降。

  别的一层要素,是硅阳极因为充放电时的胀大/弹性特性,会损坏锂电池电解质SEI膜的构成。这个膜是在锂电池初度循环时所构成的,关于阳极资料有维护效果,能够防止资料结构坍塌。

  依据上述原因,选用硅资料做阳极,尽管能量密度能够明显进步,但也伴跟着副效果,终究会导致电池寿数缩短。所以,特斯拉采纳的计划是,逐步在石墨阳极中添加少数的硅,在能量密度和循环寿数中寻觅平衡点。

  众所周知,特斯拉选用的18650电池是由松下出产的。跟着两边协作加深,特斯拉也在研制新的圆柱形电池。在Model 3正式投产后,新式21700电池将替代18650,成为新的电芯。

  21700电池依然是三元锂电池,阴极资料是镍钴铝酸锂(NCA)。这种圆柱形三元电池,是现在能量密度最高的动力电池解决计划。比较方块形电池,此类电池尽管能量密度高,但安稳性较差,需求有较为超卓的BMS(电池办理体系)支撑。

  特斯拉最早的Roadster选用的是松下的NCR18650A型电池,额外电压3.6V,容量3.1Ah。之前的85kWh电池组选用的是NCR18650B型电池,额外电压3.6V,容量3.1Ah。

  90kWh的电池类型不得而知,但应该不是直接由松下供给制品,而是特斯拉与松下一起研制,专供特斯拉车型的定制化电芯。现在,松下出产的18650电池中,NCR18650G型是容量最高的类型,到达了3.6Ah。假如依照这个核算的话,85kWh电池组中的7102颗电芯,替换为G型电池,正好是90kWh。

  所以,有一种或许性便是90kWh电池组中,电芯是NCR18650G型;而85kWh电池组中,电芯是NCR18650B型。总归,在电芯数量不变(电池组结构不变)的状况下,只要把单个电芯的容量进步至3.6Ah,才干保证90kWh的电量。

  而要完结100kWh,有2个计划:一是再叠加2个电池包,依照每个电池包5.3kWh的容量,正好能够得到100kWh;二是替换能量密度更高的电芯。作者以为,后者是最佳,也是最有或许的一个计划。

  因为90kWh是依据85kWh的电池组结构而来的。这个结构在18650电池规范下,现已定型,更改其规划结构的本钱是很高的。事实上,电池组中现已没有空间再叠加更多的电池包了。

  假如添加电池包,不光电池组质量会添加,电池组的冷却循环体系都要改动。所以,进步电芯容量,才是最经济可行的计划。

  试想,在100kWh的电池组中,不改动电池组结构的状况下,单个电芯的容量要进步至3.9Ah,才有或许完结100kWh的容量。所以,作者猜测特斯拉现已与松下研制出了3.9Ah的18650电芯。这一劳绩只能归功于阳极中的硅。

  未来十年的轿车“智能”浪潮值得等待,轿车将由电控机械技能主导转向电子、通讯、软件、资料、机械技能的深度交融,成为跨职业立异技能前沿。

  “小型、轻量、智能、电动、同享”将成为未来十年轿车业的中心要害词。随同顾客逐步老练理性,以及动力、交通、安全等问题日益明显,轿车终究将回归才智运送的实质:“更简便、更智能、更安全”将是未来开展方向。轿车工业,将逐步由关闭走向敞开,由机械电控技能主导转向电子、通讯、软件、资料、机械技能的深度交融。轿车业将成为跨职业、多学科的立异技能前沿,亦将因而激起更多商业形式立异。

  咱们估计,到2030年智能电动车商场份额有望超50%。其间,新式轿车公司或占半壁河山;未捉住革新时机的传统车企或许沦为代工厂乃至退出商场。未来5年,ADAS及智能驾驭、车联网、车用芯片、账号及操作体系等技能值得注重。我国车企和创业型公司获益于本钱力气和工程师盈利,有望在智能化进程中承受更多全球分工。

  电动:下降造车门槛,敞开轿车智能革新的前奏。电动车大幅精简轿车结构和零件数量,中心动力总成(如电机、电池、乃至电控)均能够向第三方收买,因而不坚定传统车企的体系优势和比赛力。新式科技型车企快速呈现,并高举“智能化”卖点。到2018年前后,以电动车为载体的智能轿车或许再次改动顾客对轿车的认知。电池仍占当时电动车本钱50%,未来,有助于进步电池功用和电动车功率的技能值得注重,如:三元正极资料、湿法隔阂、石墨烯导电溶剂、轻量化等。

  智能:未来轿车业主战场从ADAS到无人驾驭。ADAS是智能轿车的重要落地,外资巨子如博世、大陆等占主导位置,中资公司间隔相对较大。咱们估计,到2020年我国ADAS商场规划可达2000亿。随同商场规划快速生长,中资公司或许在后装ADAS和预警类ADAS范畴寻求打破。关于上市公司和中资创业公司而言,或许存在的时机在于:1)轿车芯片、2)电子制动组织、3)激光雷达和毫米波雷达硬件和算法、4)依据摄像头和多传感器交融的算法等。

  车联网:智能的延伸和拓宽,后装车联网快速开展倒逼前装。前装车联网现在掩盖的事务范围相对有限,常见于导航和根本服务等,如通用安吉星等。未来,前装车联网或许进一步延伸至V2V、V2X范畴,成为ADAS体系在特别场景下的感知组织的延伸。LET-V等规范值得注重。后装车联网快速生长,工业链继续延伸,逐步构成依据导航、文娱的金融保险(UBI等)、二手车服务形式,亦使用于轿车贷款、轿车同享等范畴。未来,后装车联网依据“人”的生活服务,有或许逐步演变为以车载操作体系和O2O为载体的前装事务。

  同享:树立在轿车智能基础上的商业形式立异。车联网是轿车同享的安全柱石,未来无人驾驭或许完全改动轿车同享业态。出行同享(有司机)快速开展,车辆盯梢和派单算法影响客户体会,本钱力气对商业形式和工业格式影响较大。车辆同享(无司机)树立在车联网定位/追寻技能基础上, C2C形式(如凹凸租车、PP租车等)初露端倪。

  本钱将发挥巨大效果。一级商场由此摆开又一轮科技出资热潮;二级商场优势公司有望凭仗融资才干和上市公司位置整合工业链,乃至形阶段性闭环生态。但也需求留意的是,未来轿车革新之路以10年为单位计,必定随同本钱商场的周期不坚定和预期改动。Gartner曲线亦提示本钱预期与工业前进速度差异或许导致的估值不坚定。关于布局智能轿车等先进技能的企业而言,融资才干、现金流办理亦成为技能实力之外的重要比赛要素。

  “智能”轿车范畴值得长时刻出资布局。未来十年的轿车“智能”浪潮值得等待,轿车将由电控机械技能主导转向电子、通讯、软件、资料、机械技能的深度交融,成为跨职业、多学科的立异技能前沿,亦将因而激起更多商业形式立异。

  1、电动:下降造车门槛,敞开轿车智能革新的前奏

  电动车下降造车门槛,推翻传统车企在“动力总成”范畴的中心比赛力。电动车大幅精简轿车结构和零件数量,中心动力总成(如电机、电池、乃至电控)均能够向第三方收买,因而不坚定传统车企的体系优势和比赛力。到2018年前后,以电动车为载体的智能轿车或许再次改动顾客对轿车的认知。

  电动化是未来开展方向。关于个人顾客而言,高端电动车能够供给微弱的动力性和推背感,低端电动车能够节约汽油开支、下降用车本钱。关于国家而言,电动车便于排放会集处理,进步功率。

  能够协助进步电池和电动车功用的技能值得要点注重。电池仍占当时电动车本钱50%,面对问题包含:1)能量密度进步和本钱下降,2)充电速度进步。值得注重的技能方向包含:1)三元正极资料;2)湿法隔阂;3)石墨烯导电溶剂。此外,小型化+轻量化亦是电动化的要害支撑,碳纤维、铝镁合金值得注重。

  新动力摆开智能前奏

  电动车年代,整车企业原有的中心比赛力遭到了撼动,智能将成中心比赛力。传统车企在“动力总成”范畴的中心比赛力遭到了应战,新进入者打出“智能”牌,炫酷的屏幕和新技能对顾客构成较强招引力。

  特斯拉摆开了轿车智能大战的前奏。开端承受预定以来,Model 3已累积接纳近40万张订单,全球顾客关于智能和炫酷黑科技充溢等待。

  电动化是未来开展趋势

  电动轿车带来驾驭趣味的体会。电动轿车的加快功用秒杀传统燃油轿车。ModelS P90D可完结百公里加快2.8秒,创下世界纪录;比亚迪“唐”和“秦”也可轻松赢过燃油超跑。这是由电动机的作业特性决议的。

  节能减排是全球的开展主题。归纳考虑从燃料开采到轿车驱动Well-to-Wheel全工业链功率,纯电动轿车与燃油车适当,但依然具有低于汽油车的能耗和排放。

  我国石油对外依存度高,电动化是必定选择。据我国石油集团经济技能研究院计算,我国现在石油对外依存度超越60%,而且每年新增石油消费量70%以上为轿车。长时刻来看,燃油轿车的开展将会加重我国石油危机,电动轿车成为必定选择。

  方针法规加快我国新动力轿车工业开展。2012年,国务院印发《节能与新动力轿车工业开展规划(2012—2020年)》,提出2015年乘用车均匀燃料消耗量降至6.9升/百公里,到2020年降至5.0升/百公里。《我国制作2025》进一步提出,2025年乘用车油耗方针降至4.0升/百公里。法规规范倒逼乘用车企业开展电动轿车。

  我国新动力轿车工业在方针扶持下快速起飞。据计算,2015年我国新动力轿车销量达37.9万辆,同比增加4倍。咱们以为,我国新动力轿车工业现已在方针扶持下走向技能前进。2016年我国新动力轿车销量有望到达60万辆,浸透率2%;至2030年,新动力销量可达2500万辆,浸透率50%。

未来技能前进方向:动力电池技能进步

  新动力轿车带动相关工业链,2020年商场规划有望挨近万亿,动力电池商场有望到达千亿等级。

  动力电池是新动力轿车要害环节。新动力轿车现在职业浸透率仍低于3%,电池本钱居高不下是首要遍及缓慢的首要原因之一。纯电动轿车电池本钱约占整车本钱近50%。电池能量密度进步、本钱下降、充电速度进步是新动力轿车进一步遍及的重要驱动力。

 

  三元正极资料电池能量密度较磷酸铁锂电池进步15%-30%,将成为乘用车动力电池干流技能道路。正极资料本钱占锂电池份额挨近40%,是决议电池功用的要害要素。咱们估计,2020年三元正极资料商场规划有望超300亿。咱们估计,2016年新动力轿车销量可达60万辆,带来三元资料电池10GWh需求。

  隔阂是锂离子电池的要害组件,湿法隔阂技能将进一步遍及。获益于三元及高端磷酸铁锂电池浸透率进步,估计其2020年需求有望超18亿平方米,且获益于国产供需继续存在缺口,产品价格及利润率安稳。估计2020年湿法隔阂商场规划超50亿。

  石墨烯或将用于锂离子电池:导电剂、电极资料。石墨烯导电功用、力学功用优异。现在尚处于研制期,估计2020年商场空间可达5亿。

  未来技能前进方向:轻量化开展

  轻量化可明显进步续驶路程,是电动轿车开展的必定选择。电动轿车分量下降10%,对应续航路程可添加5.5%。在动力电池能量密度尚不能完全满足要求的当下,轻量化成为进步续驶路程的重要手法。万钢部长也在2016我国电动轿车百人会论坛上再次着重:“轻量化”是我国电动轿车开展的方向之一。

  轿车轻量化资料繁复:高强度钢、玻璃纤维、铝合金、镁合金、碳纤维等。铝合金被广泛使用,碳纤维是未来方向。铝合金使用于轿车轻量化的技能较为老练,已达量产水平:特斯拉Model S选用了全铝车身;奇瑞捷豹路虎的全铝工厂现已竣工投产;车和家的铝合金工厂也已落户常州。碳纤维资料因为其杰出的减重功用和比强度而遭到广泛注重,但因为其造价昂扬,现在只要极少数量产车型选用:如宝马i3、长城华冠的首款车型K50。

  2、智能:未来轿车主战场,从ADAS到无人驾驭

  智能轿车将重塑车企的中心比赛力。在汽油机年代,发动机、变速箱组成的动力总成是传统车企的中心比赛力。关于大型乘用车企业而言,发动机往往选用集团内InHouse的做法;新进入者无法购买适宜的高功用发动机,只能经过自行研制堆集。但一款好的发动机的研制周期往往需求十年以上的时刻;而一旦批产发动机呈现质量问题,又或许对车企的品牌构成巨大损伤。因而,发动机也就成为了传统整车企业最大的壁垒和中心比赛力。

  电动车年代,智能将成车企的中心比赛力。电动车大幅精简轿车结构和零件数量,中心动力总成(如电机、电池、乃至电控)均能够向第三方收买,因而不坚定传统车企的体系优势和比赛力。新进入的造车企业往往以“智能化”为卖点,以炫酷的前沿技能招引更年青的顾客。未来10-20年,轿车产品及其工业链将面对巨大改动和应战。传统车企不得不从头披挂上阵,加快智能使用的开发进度,以应对新进入者的应战。

  未来轿车业主战场从ADAS到无人驾驭。ADAS是智能轿车的重要落地,外资巨子如博世、大陆等占主导位置,中资公司间隔相对较大。咱们估计,到2020年我国ADAS商场规划可达2000亿。随同商场规划快速生长,中资公司或许在后装ADAS和预警类ADAS范畴寻求打破。关于上市公司和中资创业公司而言,或许存在的时机在于:1)轿车芯片、2)电子制动组织、3)激光雷达和毫米波雷达硬件和算法、4)依据摄像头和多传感器交融的算法等。

  ADAS:智能驾驭的落地载体

  咱们当时处于辅佐驾驭前期,间隔完全的无人驾驭还有较长间隔。美国轿车工程学会SAE将自动驾驭分为0到5级。现在L1和L2技能已相对老练,L3和L4技能行将量产(特斯拉现已提早进入了3级自动驾驭阶段)。完全的L5无人驾驭是指全路段、全天候的,无需人工干预的全自动驾驭,轿车可自主完结加快、制动、转向等动作,或许需求至少十年才干到达工业化阶段。

  智能驾驭以技能为中心驱动力,打造感知、决议计划、履行的闭环操控。现在ADAS中心技能首要把握在外资公司手中,包含博世、大陆、德尔福、电装等。我国多年堆集的工程师盈利表现,创业型公司很多呈现,本乡工程师和海归力气一起推进技能前进。但归纳考虑法规、规范、公司规划和抗危险才干等要素,整车厂对大规划收买创业型ADAS产品仍有顾忌。中资公司或许在后装ADAS和预警类ADAS范畴寻求打破。

  智能驾驭亦为三层金字塔供应链格式。1)顶端的OEM和科技型造车企业;2)ADAS供货商;3)底层零部件供货商。

  商场空间:万亿无人驾驭,千亿ADAS,百亿元器件。全球轿车销量增速放缓,可是全体销量仍超越8000万。我国商场2015年职业销量达2460万辆,带动相关工业链超2.5万亿。ADAS体系有望先行遍及,估计2020年浸透率有望超30%,商场规划挨近2000亿。一起工业链上游相关%&&&&&%职业如雷达、摄像头、HUD(昂首显现)等需求均有望快速增加,2020年有望到达百亿等级。

  依据功用不同,ADAS可分为预警类和履行类。在遇到紧急状况时,预警类ADAS只宣布正告信号,由驾驭员决议怎样操作;而履行类ADAS则可自主判别决议计划,操控车辆完结加快、制动、转向等动作,以防止磕碰。

  国外轿车零部件巨子在ADAS范畴坚持优势位置。包含大陆、德尔福、电装、奥托立夫、博世等。

  创业型公司很多呈现,上市公司亦期望借由参股和收买创业公司方法进入ADAS范畴。借由本钱的力气和我国多年堆集的工程师盈利,ADAS范畴里的创业型公司快速呈现。咱们以为,只要真实把握中心技能、具有较强商场拓宽才干(整车厂途径)、具有超卓融资才干、办理团队优异且持衡的本乡创业型才有或许终究胜出。在ADAS创业比赛中取得终究成功决非易事。

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