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Tesla 与松下:相去日已远

【编者按:原文刊登于《高工锂电》5 月刊,作者 JFD,标题《揭开 Tesla Model S 动力电池系统背后的数字奥秘》。】

Tesla 与松下:相去日已远

在电动汽车产业全球炙手可热的今天,Tesla 无疑是那颗最耀眼璀璨的新星,电动汽车界当之无愧的“苹果”,执行业发展之牛耳。诸多电动汽车业内人士预言,特斯拉指引了未来电动汽车发展的方向。越来越多的有识之士呼吁,我们一定要打造中国自己的特斯拉。

特斯拉电动汽车的心脏,无疑是它独特的动力电池系统,这也是 Tesla 核心技术之所在。了解 Tesla 动力电池系统基本的设计理念和技术状况,对发展我国自主知识产权的电动汽车无疑具有积极的借鉴意义。

Model S 是目前 Tesla 最畅销的车型,表 1 展示了 Tesla Model S 动力系统最基本的性能数据。笔者这里将以 85kWh 这款主流的 Model S 为例,通过一些简单的数学计算,深入浅出地向读者揭示其动力电池系统的奥秘。

Tesla 与松下:相去日已远

1. Model S 动力电池模块的成本构成

对于纯电动汽车而言,动力电池模块(Cell + Pack + BMS)的成本占据了整车成本相当的比例。可以毫不夸张地说,Tesla 电动汽车动力电池模块的成本构成,是解开 Tesla 秘密的一把钥匙,而电池成本也是制约 Tesla 发展的最核心要素之一。这里,笔者将根据公开报道的资料以及自己所了解到的一些信息,来剖析 Tesla Model S 动力电池模块的成本构成。

Tesla Model S 采用的是松下电池公司的 18650 标准尺寸圆柱电芯。早期的 Tesla 型号使用 LCO 为正极的 18650 电芯,Model S 改用 NCA 作为正级材料,电芯容量也从最初的 2.9Ah 提升到 3.1Ah(见表 2)

Tesla 与松下:相去日已远

Model S 使用了多少颗 18650 电芯?85000Wh ÷ 11.2 Wh = 7589,为了保持每个 brick 电芯数目的一致,Model S 实际上一共使用了 11 × 9 × 77  = 7623 颗松下 18650 型 3.1Ah 高容量 NCA 电芯,之前媒体广泛报道的 8142 颗其实是采用 2.9Ah 电芯的 Model S 的早期型号。到目前为止,Tesla 与松下签订过两份电池供应合同。第一份合同是在 2011 年签订的,据报道松下一共向 Tesla 供应了大约 2 亿颗 18650 电芯。第二份合同是在 2013 年 10 月 30 号签订的,根据合同松下将在 2014 年到 2017 年这四年时间里向 Tesla 供应 2 0 亿颗电芯。笔者了解到的情况是,在与 Tesla 的这两次供货合同里,松下给出了绝然不同的报价。

2013 年早些时候,笔者通过渠道了解到松下供应给 Tesla 的 3.1Ah 18650 电芯的售价稍微高于 $2 ,Model S 的 Pack + BMS 成本超过 $20000,对于这两个数值,笔者当时的感觉是“震惊”!只要稍微了解 18650 电芯的成本构成的同仁,应该知道 $2 这个价位意味着什么。

没错,18650 电芯原材料(NCA、人造石墨、膈膜、电解液、铜箔铝箔、壳体等,优级品)成本价已经比较接近 $2 了,成品电芯的成本接近 $3,也就是说松下是在赔本赚吆喝。跟很多读者一样,笔者当时对这个价格很是质疑,但是后来笔者注意到有媒体报道 Tesla 的 CTO Jeffrey Straubel 在 2013 年 8 月份接受 MIT Technology Review 采访时无意中透露了一个信息。当记者问起 ModelS 的电池成本时,Jeffrey 说“They’re alwayless than half, actually,less than a quarter inmost cases.” 这是 Tesla 高层首次就其电池成本问题有据可查的公开表态。

85kWh 基本款的售价是 $79900,按照 Tesla 2013 年年报的毛利润率 22.5% 计算,其大概成本为 $79900 × (1 – 22.5%)= $61923。25% 的电池成本是 $61923 × 25% = $15480 。如果按照每颗电芯 $2 的成本计算,Model S 的电池成本是 7623 × $2 = $15246。没错,这个数值跟 Jeffrey Straubel 无意中泄露的信息完全一致,松下的确是以赔本价格在给 Tesla 供货!

笔者这里要提醒读者的是,Jeffrey Straubel 的访谈是在 2013 年 8 月份,他不可能知道三个月以后松下给出的最终报价,因为当时新供货合同还处在谈判阶段。他当时想当然地认为松下还会维持原来的供货价位,否则他绝无可能泄 露如此重要的商业机密。

那么松下为什么会以低于成本价向 Tesla 供货?笔者个人认为,放长线钓大鱼,这恰恰反映了日本人做生意的精明之处。像松下这样的跨国公司,在与 Tesla 合作之前也面临着 18650 电芯产能过剩的问题,而不得不寻找新兴应用领域。这时候赔本赚吆喝都是可以的,因为松下知道,当新兴领域发育起来以后它仍然有机会赚取足够的利润。

果不其然,机会终于来了。2013 年 10 月 30 号签订的合同,媒体广泛报道其成交价值高达 70 亿美元,也就是说 18650NCA 电芯的价格上涨到了 $3.5,涨幅高达 75%,松下在这个 deal 里面纯赚了 $1 billion!但笔者对这个报道价位持保留意见,因为松下给 Tesla 供货的电芯数量也许不是秘密,但合同价值绝对是商业机密,松下和 Tesla 双方都没有理由让外界获悉这个至关重要的商业信息。

笔者调研发现, 所有媒体对此事的报道都是援引自美国彭博社(Bloomberg), 而 Bloomberg 在 2013 年 10 月 31 日的原文是这样叙述的“Panasonic Corp. won a contract to supplycells to Tesla Motor Inc. TESLA’s electricvehicle in a deal that may generate $7 billion inrevenue.”

很显然,Bloomberg 的报道只是估计合同价值达到 70 亿美金,但是其它媒体在转载的时候就变成了言之凿凿了。以彭博社一向严谨的报道风格,笔者不认为 $3.5 会很离谱,但是笔者个人更倾向于认为松下 18650 电芯的合同价位介于 $3.0-3.5 之间,但为了分析问题方便,笔者在本文里还是援引 Bloomberg 的价格数据。但无论如何,这个价位跟之前的松下供货价格已经大幅上涨了。那这个报价是不是 Musk 期待的?

笔者相信,Tesla 和松下无疑是进行了异常艰苦的谈判,但松下显然是抓住了 Musk 的阿基里斯之踵:我松下是你 Tesla 唯一的电池供应商,我离开你 Tesla 照样活得很好,但你 Tesla 没有我松下却活不成,这个问题你 Musk 没有跟我讨价还价的资本。毫无疑问,$3.5 绝对不是 Musk 想要的报价,但 Musk 除了接受松下的报价,还有其它选择吗?这个问题,笔者在后面还要详细探讨。

2013 年,Model S 的动力电池系统(Cell + Pack + BMS)的成本是 $15246 + $20000 =$35246。笔者当初同样对此感到难以置信,但是到了 2013 年下半年,笔者注意到在 Tesla 官网的 Model S 论坛上,有位车主给出了 Tesla 为其更换全新电池系统的报价:$46000。如果我们去掉 Tesla 22.5% 的毛利润率,那么 Model S 的动力电系系统成本就是 $46000 × (1 – 22.5%) = $35650,这个数值跟笔者之前获得的 Model S 动力电池系统成本数据几乎完全一致。

到了 2014,松下供货的 18650NCA 电芯已经涨价到了 $3.5,也就是说 2014 年 Model S 电池组的成本为 7623 × $3.5 = $26680,整整上涨了 $26680 – $15246 = $11434,涨幅高达 75%。

但是笔者注意到,Tesla 到目前为止并没有宣布 Model S 涨价,那么笔者有理由相信,电芯价格上涨被内部消化了。那么是什么部件消化了电芯成本上升呢?在笔者看来,在 Tesla 没有大规模量产之前(目前的产量其实是很小的),其它零件成本下行的空间并不会很大,而只有 Pack + BMS 才可能消化大部分涨幅。也就是说,Pack + BMS 在 2014 年的成本下调了 $11434,其成本是 $20000 – $11434 = $8566。这么大的降幅有可能吗?笔者在后面将会做进一步分析。

这里,笔者还想澄清另外一件事情。很多“T 粉”们津津乐道,Musk 因为被问及电池价格是还有可能降低以保证下一代廉价版 Tesla 量产时被激怒,很不礼貌地中止了同美国知名财经杂志 Barron 的电话采访。这个报道也成了很多国内同仁坚信 Tesla 动力电池价格较低并且还有降低的空间的一个主要证据。

笔者这里提醒读者,这个事件最早在美国媒体披露是在 2013 年 6 月 10 日,距离之后松下与 Tesla 签订新供货合同足足有 5 个月之久!也就是说,跟 Jeffrey Straubel 一样,Musk 当时同样想当然地以为松下还会以 $2 的低价位继续为 Tesla 供货,这才是 Musk 敢摔 Barron 电话的底气之所在。由于中美“时差”的原因,这个报道在国内被披露出来并引起广泛关注已经是 2014 年春节以后的事情了。现在看来,该报道严重误导大家对 Tesla 动力电池成本问题的判断。

有读者可能会问,松下的 18650 NCA 电芯有这么贵吗,Samsung SDI 不是把 18650 价格降到了 1 美金了吗? 笔者这里要指出的是,Samsung SDI 和松下采取了完全不同的经营和技术路线。松下一向坚持技术领先而占据高端市场,而 Samsung SDI 采取的是技术和成本并重,以市场为主的发展模式。

Samsung SDI 的 1 美元 18650 电池是 2.2Ah 以下的低档电芯,这个容量级别的电芯是不可能用在 EV 上的。如果我们仔细分析 Samsung SDI 这个档次电芯的成本构成,就会发现其实 Samsung SDI 也是在亏本赚吆喝,目的是用低价将国内圆柱厂家打垮,进而霸占中国市场。一旦市场蚕食完成,那么涨价回本在所难免,这就验证了一句老话,“天下没有免费的 午餐”。松下供应 Tesla 的高容量 18650 电芯,无论是从原材料选择、电芯工艺,还是产品品质都是超一流水准,这是其成本较高的主要原因。

2. Model S 动力电池系统基本数据

Model S 的工作电压是多少伏?Model S 的电池组 Pack 一共有 11 个 modules,每个 modules 有 9 个 brick , 每个 brick 里面有 77 个电池。那么 Model S 的实际平均工作电压为 3.6V × 9 × 11 = 356.4V,而不是有些媒体报道的 375V。

Model S 电池组的能量密度有多高?3.1 Ah 18650 电芯的能量密度达到了 252Wh/Kg ,这是一个很高的指标。Model S 的电池总重是 44.5g × 7623 = 339Kg,电池组 Cell + Pack + BMS 总重是 544Kg, 那么我们可以计算出其电池组的能量密度为 85KWh ÷ 544Kg = 156Wh/Kg。这个能量密度比国内广泛使用的磷酸铁锂电池组的能量密度(80-100Wh/Kg)高出约 60%,比目前三元材料电池组的能量密度(130-150Wh/Kg)还要高。但是,Model S 动力电池组的整体能量密度跟单体电池相比下降了 45%,这主要是因为 Model S 的电池组位于车底,需要防弹保护盾保证电芯安全,正是这个部件贡献了相当的重量。

Model S 的行驶里程到底有多远?根据 Tesla 官网介绍,Model S 在理想工况下的预期行驶距离是 480Km(根据数学建模模拟得到),目前关于 Model S 行驶里程实测数据已经在网上可以查到了。车主实测结果显示,在 120Km/h 的标准时速以及一定负载情况下,Model S 的最大行驶里程不超过 350Km。

Model S 动力电池系统占整车成本的比例有多高?85kWh 基本款的售价是 $79900,按照 Tesla 2013 年年报的毛利润率 22.5% 计算,其大概成本为 $79900 × (1 – 22.5%) = $61923,那么我们可以计算出 Model S 的动力电池系统成本所占比例为 $35246 ÷ $61923 × 100% = 56.9%,已经接近整车成本的 60% 了。

Model S 的能量成本在什么水平?如果按照动力电池系统的成本计算,其能量成本是 $35246 ÷ 85KWh = 414$/KWh。Model S 在电芯水平的能量成本是 $26680 ÷ 85KWh = 313$/KWh,以上是按照松下与 Tesla 新供货合同计算的结果。如果我们用 2011 年松下的供货价格,那么 Model S 的电芯能量成本是 $15246 ÷ 85KWh = 179$/KWh。笔者这里要强调的是,之前 Tesla 在一些报告中也探讨过能量成本,但是这些数据都是基于早期的电芯价格,也就是说这些早期的数据跟目前的实际情况并不一致。

Model S 动力电池系统的重量占整车的比例如何?Model S 的整车重量为 2109Kg,那么电池的重量比例为 339Kg ÷ 2109Kg= 16%。而整个动力电池系统占整车的比例为 544Kg ÷ 2109Kg = 26 %。读者可能对 26% 这个数字没有什么感觉,但是如果跟一辆普通轿车的发动机占整车的大概比例 (一般 15% 左右) 比较一下,那么读者就明白 Model S 的动力电池系统有多“重”了。

Model S 的电池寿命有多长?关于 Telsa 电池组的循环寿命,到目前为止没有任何公开的数据报道,属于 Tesla 商业机密范畴。笔者曾经实测过单个松下 NCR 18650A 电芯的循环性,如果以 80% 容量保持率为标准,在室温下 0.5℃ 100% DOD 的测试条件下可以达到 1700 次的循环,容量型电芯能够达到这个循环寿命已经是相当不错的了。由于每个电芯在内阻和容量上的差异,成组以后循环性相对于单体电芯会有所降低。但是由于松 下 18650 电芯的一致性非常好,而且 Tesla 采用了非常独特的 BMS 设计原理,我们有理由相信 Model S 的电池组循环性跟单电池相比没有较大幅度的下降。

3. Model S 动力电池评论

我们首先谈谈 Model S 的电池,在笔者看来,Musk 选择松下的 18650 电池实际上是基于现实的考量,而并非是动力电池技术上的革新。不管是早期的 LCO 电池,还是后来的 NCA 电池,都是容量型而非功率型的标准尺寸电池。目前动力电池圆柱、方形和软包这三种规格当中,圆柱尤其是 18650 的综合制造成本是最低的,这主要得益于其自动化和大规模的生产。同样也得益于标准化自动化,18650 电池的一致性可靠性也是最好的。可以说,成本、一致性和能量密度的综合考量,是 Musk 选择松下 18650 电芯的根本原因。

关于电动汽车动力电池的尺寸路线,一直存在着小型(以 Tesla 为代表)和大型电池(20-40Ah,Toyota 和 BMW 为代表)的争论,这两种技术路线各有利弊,笔者这里不予置评。

笔者曾经测试过松下 NCR18650 电芯,松下电芯的高品质给笔者留下深刻印象。NCA 正极材料的实际应用是有相当技术含量的,而这正是松下的核心技术之一。之前,Samsung SDI 以年薪 60 万美金从松下挖到一位 NCA 电芯专家,足以说明 NCA 电池生产技术的含金量。

松下使用的 NAC 正极材料是由日本住友金属矿山(SMM)生产的,SMM 是目前全球最大的 NCA 正极材料生产商,而松下是其唯一客户。当然我们也要清醒地认识到,由于 NCA 的安全性以及长期循环性问题,单独使用 NCA 制作大容量动力电池是不适合的, LMO 少量地混合 NCA 是一个切实可行的动力电池解决方案。

很多读者对于 Model S 483Km 最大理论行驶感到兴奋鼓舞,认为电动汽车在行驶里程上终于可以跟普通轿车匹敌了,但笔者个人认为,对这个问题我们要冷静分析。7623 颗松下 3.1Ah 18650 电芯的重量占到了整车净重的 16%,这个数值比普通轿车发动机的重量比例还高,而且 Pack + BMS 额外还要额外消耗 10% 的重量。那么我们就可以很清楚地看到,Model S 的实际上通过牺牲有效载荷为代价,来提高续航里程的。根据 BMW 的计算,消费者对纯电动汽车可接受的最低实际行驶里程是 300Km,如果在保持动力电池组的重量跟现有汽车的发动机 + 油箱差不多的情况下,动力电池系统的能量密度就要达到 250Wh/Kg 的水平。事实上, Tesla 的实际数据和 BMW 的计算结果非常接近。Model S 在实际工况下 350Km 左右的续航里程仅仅是刚刚满足消费者最低需求而已,并且这还是在较大幅度牺牲有效载荷的前提条件下实现的。当然了,Tesla 定位是高级跑车,有效载荷低并不是大问题,但对于定位为家庭轿车的普通电动汽车而言,这就成了一个很大的缺点了。

那么 Model S 的续航里程还有没有进一步提升的空间?由于续航里程跟电池组能够提供的能量成正比,所以要么保持电池数目不变而提高 18650 电芯的能量密度,要么增加电池的数量。如果简单增加电池数量,那么必然导致整车重量有较大增加而进一步压缩目前本来就不高的有效载荷量,所以笔者个人认为这个方向行不通。那么,唯一可行的就只有进一步提升单体电芯的能量密度这一条路了。

我们从表 2 可以看到,2012 年下半年松下已经量产了 3.4Ah 18650 电芯,能量密度较 3.1Ah 有 5% 的提升。如果采用新型 3.4Ah 电芯,相应的续航里程可以增加 5%,但是这点提高在笔者看来基本上没有什么实质性的意义。

当然有读者可能会说,Tesla 将来可能会选用松下在 2013 年下半年才小批量试生产的 4.0Ah 超高容量 18650 电芯。笔者个人认为这个可能性很小,因为其能量密度只有 252Wh/Kg,比 3.4Ah 电芯的 265Wh/Kg 反而降低了 5%。为什么 4.0Ah 电芯容量比 3.4Ah 电芯增加了 18%,而能量密度却反而降低了呢?这是因为 4.0Ah 高容量电芯采用 Si/C 复合负极导致平均工作电压降低了 0.2V,并且电芯重量较大幅度增加,这两个因素抵消了容量增加对能量密度提升的贡献。另外,根据笔者测试经验,基于 Si/C 复合负极的容量型电芯,目前而言循环性很难超过 500 次,这显然是无法满足 EV 使用要求的。

从上面的分析我们可以看到,Tesla 的续航里程实际上已经达到了一个瓶颈,这个瓶颈的本质就是目前锂离子电池的实际能量密度水平已经接近极限,再进一步提升的空间非常有限。如果从电化学原理的角度思考,这个问题并不难理解,化学电源的能量密度增加并不遵循摩尔定律。所以,笔者不认为 Tesla 未来会在续航里程这个最关键技术指标上取得突破性进展,除非采用能量密度比锂电更高的新一代电化学储能体系。新一代电化学储能体系会是什么?锂硫和锂空是 否有可能?目前看来可能性很小。理论上,只有燃料电池(FC)可以让 EV 行驶里程接近目前普通轿车的水平,但燃料电池跟锂电在原理和工作方式上有本质的不同。

Model S 电池组目前是 8 年质保期,如果按照 1700 次循环,计算下来每年可以循环 200 次多一点。那么对应每个循环的使用时间就是 365 天 ÷ 200 周 = 1.82 天 / 周,也就是说 Model S 每天可以驾驶的理论最大里程为 480Km ÷ 1.82day = 263Km/day。那么,263Km 对于美国人而言是否够用呢?根据一项调查结果显示, 中国人每天坐公交或者开车来回上下班可以接受的平均距离是 30Km,这个距离意味着每天来回至少有 2 小时消耗在路上,而极限距离是 50Km , 相当于每天耗费 3 小时在路上,这个距离或者时间身体会明显感觉疲惫。

而对于美国人而言,由于人口密度小以及美国的汽车文化,使得美国人的居住到工作距离大大延长,这两个距离就相应地扩大到 80Km 和 120Km 了。我们可以看到,一天 240Km 的行程, ModelS 是完全可以胜任的。也就是说,Model S 8 年的电池质保是通过计算制定出来的,绝对不是 Musk 拍脑袋瓜子想当然的结果。当然,8 年的电池质保,跟我们一般设想的电动车电池 10 年的基本使用要求还有一定距离。

4. 新一代 Tesla 是否可行?

Musk 已经数次公开表示,希望在 2017 年推出 Tesla Gen 3,也就是大多数人买得起的第三代 Tesla,价格在 $35000 左右,续航数达到 300Km (200mils)。但是 Musk 并没有透露 Tesla Gen3 任何技术细节,因为这属于 Tesla 的核心商业机密。很多人会问,就这个价格和续航里程目标,Tesla Gen 3 能否在 2017 年实现量产?我们不防做些简单的数学计算来分析一下。

假设 Tesla Gen 3 的净重跟 Model S 差不多的话,那么根据能量守恒定律,我们可以估算出它的功率为 85KWh × (200mils/300mils) = 57KWh。但是考虑到这个功率下电芯的数量将有大幅下降而带动整车重量也有较大下降, 所以笔者认为 50 KWh 的能量足够了。50KWh 对应着 50000Wh ÷ 12.2Wh = 4098 颗 3.4Ah 新型 18650 电芯。4098 颗电芯的重量为 4100 × 46g = 188.5Kg,比 Model S 的 338Kg 降低了 45%!那么,相应的电池 Pack 重量也有 45% 的下降,也就是说 50KWh 的能量足够 300 Km 的续航里程。

笔者这里着重分析一下 18650NCA 电芯成本问题,这个问题是如此之重要,以至于 Tesla Gen3 的命运很大程度上决于此。笔者前面提到了,松下以 $2 向 Tesla 销售其 NCA 电芯是赔本赚吆喝,目的在于吸引 Tesla 上钩将其捆绑在自己的战车上。这一招的确凑效了,于是我们看到松下与 Tesla 的第二份供货合同中终于暴露出其本来面目,全世界再一次领教了日本商人的“精明”。

Musk 当时恐怕是气疯了,但是松下是 Tesla 唯一的电芯供应商,你 Musk 又能有什么办法?只有打掉牙往肚子里咽, 寻求机会摆脱松下突围。Tesla 与松下签订新电池供货合同 5 个月之后,也就是 2014 年 2 月 26 号,Tesla 在官网上发布消息,宣称要建成“全球最大”的锂电工厂(Gigafactory),并且 Tesla 直截了当地宣称,建立 Gigafactory 工厂的根本目的就是要大幅度降低电芯成本,并且扩大产能。工厂将于 2017 年建成,正好在 Tesla 与松下合同结束的时候。这难道仅仅是巧合吗?笔者个人认为,这是 Musk 精心策划的战略布局,目的就是要彻底解决“松下困局”。

笔者注意到,在 2013 年年底也就是 Tesla 刚刚与松下签订合同之后,媒体就报道了 Tesla 和韩国 Samsung SDI、LG 接触洽谈合作的消息。但是,Tesla 宣布要建成 Gigafactory 的消息发布后,松下却对是否参与 Gigafactory 的投资和建设一直没有表态。直到最近,松下电器集团总裁津贺一宏才表示,公司目前尚未决定是否与 Tesla 达成合作伙伴关系为 Gigafactory 工厂提供电池技术和资金,理由是此举或可能增加松下的投资风险。津贺一宏的表态不禁让人疑惑重重,因为这明显是有悖商业规律。

一个最直接的例子就是,为了进入 iPhone 和 iPad 电池供应链,国内厂家是拼得头破血流,Apple 坐收渔翁之利。这只能说明,签订了“世纪大单”之后,Tesla 和松下的关系已经变得非常微妙了。反倒是 Tesla 早早放出口风,未来 Tesla 仍将与松下保持密切合作,但同时也欢迎其它电池厂商参与 Gigafactor 工厂的投资和建设。笔者对此完全赞同,因为没有哪家汽车制造商会听任上游供应商的摆布,所以 Tesla 目前非常有必要再引入更多的电池供应商。

那么笔者关心的问题是,Gigafactory 工厂在技术层面上到底有没实现降低成本的可能 (商业层面上的影响因素过于复杂,笔者不予置评)?要回答这么问题,我们首先需要估算一下,Tesla Gen 3 的 18650 电芯价位底线在哪里。笔者猜测 Musk 对 Gigafactory 工厂 18650 电芯的成本目标可能设定在 $2.5 这个价位之下。那么,4098 颗 3.4Ah 新型 18650 电芯的成本就是 4098 × $2.5 = $10245。如果 Pack + BMS 成本还是维持在目前的 $8000 水平的话,那么 Tesla Gen 3 的动力电池系统总成本是 $10245 + $8000 = 18245,这个价位比 Model S 的 $35246 下降了 48%!

动力电池系统是电动汽车里面所占成本份额最大的部件,动力电池系统成本的下降将对 Tesla 电动车的整车价格具有决定性意义,其它部件成本也会因为规模化生产而下降。如果我们将 Gen 3 的其它部件也按照相同的下降比例计算,那么 Gen 3 的整车售价可以达到 $79900 × 52% = $41548,这个数值已经很接近 Musk 的 $35000 销售价格目标。也就是说,如果降低毛利润率的话,Gen 3 在成本上是有可能实现的,但其前提条件是 Gigafactor 自产的 18650 电芯成本下降到 $2.5 以下,以及 Pack +BMS 能否控制到低于 $8000 的水平。

那么 Gigafactory 工厂能否把 18650 电芯的成本下降到 $2.5 呢?Tesla 宣称 Gigafactory 工厂的投资将达到 50 亿美金,这个资金投入足以建成至少 5 个松下电池厂的规模,未来 Gigafactory 工厂将是当之无愧的“全球最大”的锂电工厂。笔者并不怀疑 Gigafactory 工厂的电芯产能能否满足 50 万辆电动车的需求,笔者更关心的是它能否把 18650 NCA 电芯的成本降下来,因为成本才是决定 Tesla Gen 3 最重要因素。电芯的成本取决于原材料、生产工艺、人力成本、生产管理以及生产规模等诸多因素。

原材料方面。Tesla 已经放话,Gigafactory 工厂将完全在美国本土采购原材料。但笔者个人认为,这个声明仅仅是 Musk 向美国政府做出的一种姿态而已,目的是争取联邦政府的财政支持。美国本土的锂电产业链非常薄弱,完全使用美国原材料根本不具备可行性。美国本土目前没有一 家规模性的正极材料生产商,3M 没有生产能力,唯一有希望给 Tesla 供货的是 BASF 刚建成的位于俄亥俄州的正极工厂。虽然 BASF 目前只是少量试生产 NMC,但笔者认为单纯从技术角度而言 BASF 是可以为 Tesla 生产 NCA 的。电解液也可以从 BASF 在美国的 Novolyte 电解液工厂供货,虽然 Novolyte 的电解液性价比较低,但质量还是不错的,膈膜有 Celgard。唯一不确定的就是负极,虽然美国有石墨矿,但并没有负极工厂,到时恐怕还是要从中国进口石墨负极材料。

电芯生产技术。Tesla 经过跟松下这几年的合作,已经积累了一些电芯生产方面的技术,如果 Tesla 能够从日本本土特别是原三洋公司挖到一些 NCA 电芯专家,笔者个人认为 Tesla 完全有技术能力在美国自产 18650 电芯。

人力成本。人工是导致松下 18650 电池高成本的一个不可忽视的因素。笔者了解到,Gigafactor 工厂厂址将从内华达州、德克萨斯州、亚利桑那州和新墨西哥州之中选出。除了德州,其它几个州都属于美国工资水平最低的州之列,人力成本应该比大阪府低不少。

综合上面的分析,笔者个人认为,单纯从技术角度而言,Gigafactory 工厂生产 18650 NCA 电芯并不存在大的障碍。但是其电芯成本很大程度上取决原材料的进货渠道和数量,如果能够从中国进口部分原材料 (甚至是大部分原材料),电芯成本有可能控制到 $2.5 以下的水平。

我们再在来分析以下 Pack 和 BMS 的成本问题。虽然这两个部件并没有多少技术含量,但成本水分却非常大,这已是业内公开的秘密。笔者了解到,Tesla 的 Pack 和 BMS 如此之高的成本,与其 BMS 非常独特设计原理和 Pack 制造方式和选材有很大的关联,而 BMS 和 Pack 的设计费用 (知识产权) 是成本构成的大头,电子元器件成本本身是很低的。事实上,我们看到即便松下 18650 电芯大幅度提价之后,2014 年 Model S 并没有涨价,可见 Pack 和 BMS 成本的虚高。到 2017 年设计成本应该已经大幅下降了,那么笔者有理由相信,Tesla 的 Pack + BMS 如果在中国代工生产,其成本可以控制在 $8000-6000 的水平。

Tesla 高昂的售价,除了因为其动力电池系统高成本之外,其独特的全铝车身也是一个比较重要的因素。笔者完全有理由相信,在大规模量产之后全铝车身的成本会有较大幅度的下降。

从上面的分析和计算我们可以看到,如果仅仅从技术和成本控制的角度而言,Musk 的 TeslaGen 3 是有可能在 2017 年实现的。当然了,我们也要认识到,由于在 Gen 3 上采取了严格的成本控制理念,导致其续航里程相对于 Model S 有较大幅度下降。如果在理想工况下续航 300Km,那么实际路况和负载情况下行驶里程是不可能超过 250Km 的。如果我们简单计算一下 Gen 3 每天的行驶里程就会发现,平均每天 158Km 的行使里程 (理想工况下) 对于相当部分美国人是很勉强的。我们再次看到,制约纯电动车续航里程的根本因素还是锂电能量密度这个技术瓶颈问题。

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