特斯拉汽车商业模式及电池系统特点

第 1 页 共 20 页 特斯拉电动车风暴一、特斯拉电动汽车基本情况及特点1、汽车外观第 2 页 共 20 页 2、汽车本身性能■ModelS电动车拥有四门、五成人座以及两个儿童座；■0到60英里/时的加速时间为4.4秒；■提供了85KWh（千瓦时）电池组；■续航里程昀高可达480公里；■支持多种充电模式，充电过程也非常方便，在家使用220伏特、70安培的插线口，充电大约3个半小时就够了；驾驶途中可以使用一套手提式便捷充电器来为车提供电力，快充的话可以30分钟充电50％，在未来的两年，这一速度还有望被加倍；■ModelS完全可以同奔驰S、宝马7系，奥迪A8等车型相媲美；■将汽车电子化配备提升到一个全新的高度；内部配备17寸交互式显示屏，可以通过手机等无线设备进行控制车窗、天窗、音频播放等；车内按钮非常少，大部分功能可通过触摸屏实现，如车底盘高度调节，将车门把手缩入车身，使用时弹出等智能化功能；■现场乘坐特斯拉的体验是，加速时间非常快，加速没有推背感，取而代之的是一种“眩晕”感；第 3 页 共 20 页 ■和跑车加速的时候相比，昀突出的是没有马达的声音，很安静，带来的是非常舒适愉悦的乘坐体会。3、公司业绩与计划■销量特斯拉ModelS自2012年6月推出以来，预订数量加速上升。截止2012年底，公司已经收到了2.04万辆订单，供不应求；2013年一季度特斯拉销售ModelS4,750台，位居美国电动汽车销售榜首位。成为今年一季度北美豪华车（7万美元以上）冠军，力压奔驰S，BMW7，凌志LS，audiA8。特斯拉电动汽车自上市以来的销量：■盈利特斯拉2010年上市，此后每个季度都出现亏损，2011年亏损2.54亿美元，2012年亏损3.96亿美元。2013年公司首季度实现扭亏为盈，实现了1,120万美元的净利润，并调高2013年产量计划至2.1万辆。■车型由高端到低端逐步延伸第 4 页 共 20 页 2014年推出5万美元车型modelX，未来要推出3万美元经济型轿车“GenIII”夺取大众市场。■对比美国的新能源汽车冰火两重天。三家公司中：Coda（一家与中国力神电池合作的公司）公司5月1日宣布申请破产；fisker公司正在等待收购资金注入拯救破产；特斯拉成为美国新能源汽车唯一绽放的奇葩，原因是Tesla公司极度重视技术。除了锂电池外购外，电池管理系统及其他关键部件、整车全部自己设计或掌握核心技术。4、股票表现2013年4月15日特斯拉股价43.3元。由于资本市场坚定看好特斯拉发展前景，高盛预计特斯拉2017年可卖出9万辆电动汽车，特斯拉股票在5月9日、10日的涨幅分别达到24.4%、10.61%，收于76.76美元。著名的对冲基金longboard长板资产管理发布报告“强烈看好”这家公司，赞誉特斯拉可能是汽车界的苹果，并预计其股价将在18个月内达到100美元，五年内升至200美元。二.特斯拉电动汽车采用的电池特性及优劣势1、特斯拉与其他车厂选用电池比较第 5 页 共 20 页 2、电池特斯拉电动车昀出人意料的是选取松下的NCA系列18650锂电池串并能量包作为动力源。每台特斯拉ModelS使用约8000节松下生产的18650电池。特斯拉坚持不使用大容量电池单元，而是使用了松下生产的小容量的18650电池。公司认为这样不仅成本低，而且安全性好，一旦电池单元出现热失控，因为容量小，不容易影响到周围的电池单元。3、电池材料体系特斯拉的电池由松下旗下的三洋提供，是镍钴铝（NCA）体系，全球的量产新能源汽车只有特斯拉采用该种体系。镍钴铝酸锂（NCA）比镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸铁锂等具有更高的能量密度，但高温稳定性能较差，容易引起电池安全问题，因而对于制造技术有着更高的要求。第 6 页 共 20 页 4、电池外形国际上主流的两种电池分别是韩国厂商常用的60Ah的方形电池和以特斯拉使用的18650电池。60Ah的方形电池由于单体电芯容量较大，电芯内外的温差也较大，发生异常能量释放（如爆炸、起火）时的能量也较大。特斯拉采用的18650电池本身能量较小，一旦发生爆炸威力有限。并且由于大量并联配臵电池单元，即使并联的一个电池单元出现故障，昀多是续航距离缩短一块电池单元的行驶距离。5、电池使用方式■特斯拉对这些电池采用了分层管理的设计——每69个电池第 7 页 共 20 页 单元并连成一个电池组，而9个电池组又串联成一个电池方块，昀后再串联成整块电池板。每个电池单元，电池组，和电池方块都有保险丝，每个层级都会有电流，电压和温度的监控，一旦电流过大立刻熔断。特斯拉电池包结构示意图：■整个电池能量包象地板一样排布于电动车的底盘部位。特斯拉新款ModelS的电池平铺在车身下方，相比于其他布局更加合理，减少碰撞引发短路的几率，使得电动汽车在碰撞的极端情况第 8 页 共 20 页 下更加安全。6、特斯拉汽车的核心技术在于电池管理系统■特斯拉的电池管理系统会监控每一个电池的状态并及时干预、隔离。■决定电动汽车电池安全性主要有两个维度：第一个是单体电池的安全性能，第二个是电源管理系统的可靠性水平。■从单体电池的技术发展分支来看，主要是小型单体电池路线和大型单体电池路线。★中小型单体电池路线以特斯拉为代表，每车8000只单体电池；★大型单体电池路线以比亚迪为代表，其目前在深圳广泛运行的E6电动出租车大概使用了96节单体电池，电源管理系统的复杂性要求相对较低。■特斯拉用8000多个普通的18650电池单元组合成电池模块进而组合成电池组为汽车提供动力，其中昀关键的就在于先进的电池管理系统。尽管单个18650电池安全可控，但众多电池经过串并联，就容易产生各单体间温度、电压、电流失衡的问题，影响电池组的稳定性、第 9 页 共 20 页 安全性和使用寿命。特斯拉通过其自主研发的温控系统、冷却系统、电荷平衡系统等，可有效监测和调节单体异常，修复故障，维持整个电池的稳定性，保障安全。■电池组温度检测系统—智能温度监测Tesla汽车电池组中的每一个电池单体都连接着一个热敏电阻以及一系列的光导纤维，同时将热敏电阻连接到电池监控器，将光导纤维连接到光敏感应器。■电池组液体冷凝系统—实时温度控制Tesla自主研发的机体液体冷凝系统为双模式冷却系统，其中第一层冷却回路专门为电池组降温。第二层冷却回路包括第二冷却储液罐并与至少一个转动部件进行热交换，并立于第一个冷却回路，保证电池组冷却系统的独立性。■2008-2013年期间Tesla所申请的核心知识产权大都与电池安全控制系统相关，包括电池冷却系统，安全系统，电荷平衡系统等。截止到2013年3月底Tesla所申请的此类专利数量达142项，另有258项专利正在审核过程之中。■85KWH电池包可以行驶426公里，已和当前燃油汽车水平相当。三.特斯拉电动汽车充电设施情况及优劣评价1、电池充电模式第 10 页 共 20 页 ■特斯拉ModelS总共有四种充电模式：110V/12A、240V/24A、240V/40A和240V/80A。高能充电模式下充电不到5小时可以支持300英里。若采用标准接口110v/12A进行充电，则25英里里程需要充电5小时26分钟，全部充满要65个小时。而采用高能充电模式25英里里程仅需23分钟，若是高能充电１小时，则可支持64英里，行驶300英里仅用不到5小时即可完成充电。特斯拉提供的高能快速充电装置，只能安装在固定位置，无法随车携带。■特斯拉在美国建有超级充电站可以在半小时内给汽车充满约一半电量，可行驶约241公里（85KWh型车）。2、充电网络■公司自建电桩网，采用supercharge充电模式，采用太阳能发电。目前购买的客户享受终身免费充电，抛锚时有新车替换使用；■特斯拉计划到2015年将在北美一些主流交通线路上建立约100个超级充电站，目前已经有9个电站投入使用。■SolarCity打造Tesla的超级充电网络特斯拉老板ElonMusk的另一家上市公司Solarcity创立于2008年10月，是一家专门发展家用光伏发电项目的公司，美国昀大的光伏系统集成商。Solarcity为特斯拉提供家庭充电器安装服务，配备特斯拉专用充电装置，解决了家用充电基础设施的问题。SolarCity的核心竞争力在于其新颖的商业模式。SolarCity的业务主要由两部分组成：一是出售光伏发电系统；另一块业务是光伏系统的租赁和PPA(回售协议)，根据不同居民用户的风险偏好，solarcity融资结构主要三种：合伙制、转租、售后返租。合伙制就是solarcity与funds共同出资成立公司，购买solarcity建造的电站，租赁或PPA给客户。其中主要产生4类经济第 11 页 共 20 页 收益，客户的租赁费、税收抵扣、折旧避税、补贴。转租就是solarcity同funds签订一个主租赁合，funds再转租赁给居民。售后返租相当于一次融资，由funds一次性提供资金，然后返租赁给solarcity，solarcity再租给客户。★SolarCity光伏租赁“合伙制”模式★SolarCity光伏租赁“售后返租”模式第 12 页 共 20 页 ★打造Tesla电动汽车的超级充电网络2011年SolarCity启动一项重要规划蓝图：打造Tesla电动汽车的超级充电网络，从根本上解决Tesla汽车动力源问题，为Tesla车主提供尽可能优质的服务。现已建造9个充电站，主要集中在加州地区，计划在两年之内扩展至150个，覆盖美国。每个充电站能够提供240伏、70安培快速充电服务，可在四十五分钟内充满。3、我们的可借鉴性■鉴于城市布局和居住结构的差异，在国内需要建设大量的集中充换电基地以满足充换电需要。这其中涉及到诸多相关主体的利益博弈，因此在发展模式和路径上存在变数。如在供电方式上存在充电、换电两种模式的分歧，在具体实施过程中，石化系、电网系等利益相关方之间也存在主导权的争夺；■由于利益博弈和路线模式的分歧，充换电基础设施建设速度一直落后于电动车产业发展的需要。因此相关主管部门需尽快出台有针对性的政策，协调各方利益，加快充换电基础设施的建设进度。而根据当前的建设情况和市场环境，我们认为纯电动车短期内普及度仍处于较低水平，特斯拉的成功模式对新能源汽车的直接推动作用小，较好的切入点仍是政府可发挥较大影响力的公共交通领域；■相比而言插电式混动及纯电动汽车成本回收周期较长，需要较为充分的提高车辆利用率才能收回成本。所以纯电动汽车更适用于客运、出租等营运领域。四、特斯拉采用的电源三级电源管理模式情况1、小电池使用的集大成者特斯拉并非小电池路线的始作俑者，但确是集大成者。昀早宝马和丰田等传统汽车品牌大厂均尝试过18650的路线，但是均止步于复杂的电源管理系统。第 13 页 共 20 页 2、特斯拉的独特策略8000节电池想要完美的进行管理几乎是一个不可能完成的任务，但是Tesla昀终还是基本上做到了，Tesla采用的策略也是非常独特，采用分层次管理的办法：■69节电池构成一个Brick，每个Brick中的电池全部并联■9个Brick构成一个Sheet,每个Sheet中的9个Brick串联■11个Sheet再串联，构成整个电池包（Battery）。3、分级管理特斯拉研制出了一个巨大的电池包，它具有世界上最先进的电池管理系统，液体冷却系统，主动和被动安全设施，除了电池之外，这套系统的价格本身已经相当高昂（传言高于20000美金）。整个电池包重500kg,储能85kWh,可以使得ModelS续航480km，百公里加速仅需4.4秒。该电池包采用了先进的三级电源管理模式，通过“Cell→Sheet→Battery”的三层分级管理实现了对8000多节锂电池的可靠管理。4、先进管理系统下电池效率对比第 14 页 共 20 页 五、特斯拉商业模式优劣势及可复制性1、资金保证企业持续研发投入与发展■特斯拉老板ElonMusk自身经济实力雄厚，已经累计向特斯拉投资5000多万美元；■尽管多年来一直处在亏损中，但公司仍获得了美国能源部4.65亿美元的十年期贷款；■公司还