在電動汽車產(chǎn)業(yè)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(dāng)之無愧的“蘋果”，執(zhí)行業(yè)發(fā)展之牛耳。諸多電動汽車業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，特斯拉指引了未來電動汽車發(fā)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(tǒng)，這也是 Tesla 核心技術(shù)之所在。了解 Tesla 動力電池系統(tǒng)基本的設(shè)計理念和技術(shù)狀況，對發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)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(tǒng)最基本的性能數(shù)據(jù)。筆者這里將以 85kWh 這款主流的 Model S 為例，通過一些簡單的數(shù)學(xué)計算，深入淺出地向讀者揭示其動力電池系統(tǒng)的奧秘。
1. Model S 動力電池模塊的成本構(gòu)成
對于純電動汽車而言，動力電池模塊（Cell + Pack + BMS）的成本占據(jù)了整車成本相當(dāng)?shù)谋壤?。可以毫不夸張地說，Tesla 電動汽車動力電池模塊的成本構(gòu)成，是解開 Tesla 秘密的一把鑰匙，而電池成本也是制約 Tesla 發(fā)展的最核心要素之一。這里，筆者將根據(jù)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(gòu)成。
Tesla Model S 采用的是松下電池公司的 18650 標(biāo)準(zhǔn)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）。
Model S 使用了多少顆 18650 電芯？85000Wh ÷ 11.2 Wh = 7589，為了保持每個 brick 電芯數(shù)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(yīng)合同。第一份合同是在 2011 年簽訂的，據(jù)報道松下一共向 Tesla 供應(yīng)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(jù)合同松下將在 2014 年到 2017 年這四年時間里向 Tesla 供應(yīng) 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(yīng)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(shù)值，筆者當(dāng)時的感覺是“震驚”！只要稍微了解 18650 電芯的成本構(gòu)成的同仁，應(yīng)該知道 $2 這個價位意味著什么。
沒錯，18650 電芯原材料（NCA、人造石墨、膈膜、電解液、銅箔鋁箔、殼體等，優(yōu)級品）成本價已經(jīng)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(dāng)時對這個價格很是質(zhì)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(dāng)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(jù)可查的公開表態(tài)。
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(shù)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(dāng)時新供貨合同還處在談判階段。他當(dāng)時想當(dāng)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(yè)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(chǎn)能過剩的問題，而不得不尋找新興應(yīng)用領(lǐng)域。這時候賠本賺吆喝都是可以的，因為松下知道，當(dāng)新興領(lǐng)域發(fā)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(shù)量也許不是秘密，但合同價值絕對是商業(yè)機密，松下和 Tesla 雙方都沒有理由讓外界獲悉這個至關(guān)重要的商業(yè)信息。
筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)， 所有媒體對此事的報道都是援引自美國彭博社（Bloomberg）， 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(zhuǎn)載的時候就變成了言之鑿鑿了。以彭博社一向嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱蟮里L(fēng)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(shù)據(jù)。但無論如何，這個價位跟之前的松下供貨價格已經(jīng)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(yīng)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(tǒng)（Cell + Pack + BMS）的成本是 $15246 + $20000 =$35246。筆者當(dāng)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(wǎng)的 Model S 論壇上，有位車主給出了 Tesla 為其更換全新電池系統(tǒng)的報價：$46000。如果我們?nèi)サ?Tesla 22.5% 的毛利潤率，那么 Model S 的動力電系系統(tǒng)成本就是 $46000 × (1 – 22.5%) = $35650，這個數(shù)值跟筆者之前獲得的 Model S 動力電池系統(tǒng)成本數(shù)據(jù)幾乎完全一致。
到了 2014，松下供貨的 18650NCA 電芯已經(jīng)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(nèi)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(guī)模量產(chǎn)之前（目前的產(chǎn)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(diào)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(chǎn)時被激怒，很不禮貌地中止了同美國知名財經(jīng)雜志 Barron 的電話采訪。這個報道也成了很多國內(nèi)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(jù)。
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(dāng)時同樣想當(dāng)然地以為松下還會以 $2 的低價位繼續(xù)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(nèi)被披露出來并引起廣泛關(guān)注已經(jīng)是 2014 年春節(jié)以后的事情了。現(xiàn)在看來，該報道嚴(yán)重誤導(dǎo)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 18650 NCA 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，Samsung SDI 和松下采取了完全不同的經(jīng)營和技術(shù)路線。松下一向堅持技術(shù)領(lǐng)先而占據(jù)高端市場，而 Samsung SDI 采取的是技術(shù)和成本并重，以市場為主的發(fā)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(gòu)成，就會發(fā)現(xiàn)其實 Samsung SDI 也是在虧本賺吆喝，目的是用低價將國內(nèi)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(yīng) Tesla 的高容量 18650 電芯，無論是從原材料選擇、電芯工藝，還是產(chǎn)品品質(zhì)都是超一流水準(zhǔn)，這是其成本較高的主要原因。
2. Model S 動力電池系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)
Model S 的工作電壓是多少伏？Model S 的電池組 Pack 一共有 11 個 modules，每個 modules 有 9 個 brick ， 每個 brick 里面有 77 個電池。那么 Model S 的實際平均工作電壓為 3.6V × 9 × 11 = 356.4V，而不是有些媒體報道的 375V。
Model S 電池組的能量密度有多高？3.1 Ah 18650 電芯的能量密度達到了 252Wh/Kg ，這是一個很高的指標(biāo)。Model S 的電池總重是 44.5g × 7623 = 339Kg，電池組 Cell + Pack + BMS 總重是 544Kg， 那么我們可以計算出其電池組的能量密度為 85KWh ÷ 544Kg = 156Wh/Kg。這個能量密度比國內(nèi)廣泛使用的磷酸鐵鋰電池組的能量密度（80-100Wh/Kg）高出約 60%，比目前三元材料電池組的能量密度（130-150Wh/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(dāng)?shù)闹亓俊?/span>
Model S 的行駛里程到底有多遠？根據(jù) Tesla 官網(wǎng)介紹，Model S 在理想工況下的預(yù)期行駛距離是 480Km(根據(jù)數(shù)學(xué)建模模擬得到)，目前關(guān)于 Model S 行駛里程實測數(shù)據(jù)已經(jīng)在網(wǎng)上可以查到了。車主實測結(jié)果顯示，在 120Km/h 的標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(tǒng)成本所占比例為 $35246 ÷ $61923 × 100% ＝ 56.9%，已經(jīng)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(tǒng)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(jié)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(diào)的是，之前 Tesla 在一些報告中也探討過能量成本，但是這些數(shù)據(jù)都是基于早期的電芯價格，也就是說這些早期的數(shù)據(jù)跟目前的實際情況并不一致。
Model S 動力電池系統(tǒng)的重量占整車的比例如何？Model S 的整車重量為 2109Kg，那么電池的重量比例為 339Kg ÷ 2109Kg= 16%。而整個動力電池系統(tǒng)占整車的比例為 544Kg ÷ 2109Kg = 26 %。讀者可能對 26% 這個數(shù)字沒有什么感覺，但是如果跟一輛普通轎車的發(fā)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(tǒng)有多“重”了。
Model S 的電池壽命有多長？關(guān)于 Telsa 電池組的循環(huán)壽命，到目前為止沒有任何公開的數(shù)據(jù)報道，屬于 Tesla 商業(yè)機密范疇。筆者曾經(jīng)實測過單個松下 NCR 18650A 電芯的循環(huán)性，如果以 80% 容量保持率為標(biāo)準(zhǔn)，在室溫下 0.5℃ 100% DOD 的測試條件下可以達到 1700 次的循環(huán)，容量型電芯能夠達到這個循環(huán)壽命已經(jīng)是相當(dāng)不錯的了。由于每個電芯在內(nèi)阻和容量上的差異，成組以后循環(huán)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(shè)計原理，我們有理由相信 Model S 的電池組循環(huán)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?wù)?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(xiàn)實的考量，而并非是動力電池技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)尺寸電池。目前動力電池圓柱、方形和軟包這三種規(guī)格當(dāng)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(guī)模的生產(chǎn)。同樣也得益于標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(shù)路線各有利弊，筆者這里不予置評。
筆者曾經(jīng)測試過松下 NCR18650 電芯，松下電芯的高品質(zhì)給筆者留下深刻印象。NCA 正極材料的實際應(yīng)用是有相當(dāng)技術(shù)含量的，而這正是松下的核心技術(shù)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(chǎn)技術(shù)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(chǎn)的，SMM 是目前全球最大的 NCA 正極材料生產(chǎn)商，而松下是其唯一客戶。當(dāng)然我們也要清醒地認識到，由于 NCA 的安全性以及長期循環(huán)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 3.1Ah 18650 電芯的重量占到了整車凈重的 16%，這個數(shù)值比普通轎車發(fā)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(xù)航里程的。根據(jù) 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(xiàn)有汽車的發(fā)動機 + 油箱差不多的情況下，動力電池系統(tǒng)的能量密度就要達到 250Wh/Kg 的水平。事實上， Tesla 的實際數(shù)據(jù)和 BMW 的計算結(jié)果非常接近。Model S 在實際工況下 350Km 左右的續(xù)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(xiàn)的。當(dāng)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(xù)航里程還有沒有進一步提升的空間？由于續(xù)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(shù)目不變而提高 18650 電芯的能量密度，要么增加電池的數(shù)量。如果簡單增加電池數(shù)量，那么必然導(dǎo)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(jīng)量產(chǎn)了 3.4Ah 18650 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(yīng)的續(xù)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(zhì)性的意義。
當(dāng)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(chǎn)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 252Wh/Kg，比 3.4Ah 電芯的 265Wh/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(fù)合負極導(dǎo)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(jù)筆者測試經(jīng)驗，基于 Si/C 復(fù)合負極的容量型電芯，目前而言循環(huán)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(xù)航里程實際上已經(jīng)達到了一個瓶頸，這個瓶頸的本質(zhì)就是目前鋰離子電池的實際能量密度水平已經(jīng)接近極限，再進一步提升的空間非常有限。如果從電化學(xué)原理 的角度思考，這個問題并不難理解，化學(xué)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(xù)航里程這個最關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)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(xué)儲能體系。新一代電化學(xué)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(zhì)的不同。
Model S 電池組目前是 8 年質(zhì)保期，如果按照 1700 次循環(huán)，計算下來每年可以循環(huán) 200 次多一點。那么對應(yīng)每個循環(huán)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(jù)一項調(diào)查結(jié)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 50Km ， 相當(dāng)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(yīng)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(zhì)保是通過計算制定出來的，絕對不是 Musk 拍腦袋瓜子想當(dāng)然的結(jié)果。當(dāng)然，8 年的電池質(zhì)保，跟我們一般設(shè)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(jīng)數(shù)次公開表示，希望在 2017 年推出 Tesla Gen 3，也就是大多數(shù)人買得起的第三代 Tesla，價格在 $35000 左右，續(xù)航數(shù)達到 300Km (200mils)。但是 Musk 并沒有透露 Tesla Gen3 任何技術(shù)細節(jié)，因為這屬于 Tesla 的核心商業(yè)機密。很多人會問，就這個價格和續(xù)航里程目標(biāo)，Tesla Gen 3 能否在 2017 年實現(xiàn)量產(chǎn)？我們不防做些簡單的數(shù)學(xué)計算來分析一下。
假設(shè) Tesla Gen 3 的凈重跟 Model S 差不多的話，那么根據(jù)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(shù)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 50 KWh 的能量足夠了。50KWh 對應(yīng)著 50000Wh ÷ 12.2Wh = 4098 顆 3.4Ah 新型 18650 電芯。4098 顆電芯的重量為 4100 × 46g = 188.5Kg，比 Model S 的 338Kg 降低了 45%！那么，相應(yīng)的電池 Pack 重量也有 45% 的下降，也就是說 50KWh 的能量足夠 300 Km 的續(xù)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(zhàn)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(lǐng)教了日本商人的“精明”。
Musk 當(dāng)時恐怕是氣瘋了，但是松下是 Tesla 唯一的電芯供應(yīng)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。Tesla 與松下簽訂新電池供貨合同 5 個月之后，也就是 2014 年 2 月 26 號，Tesla 在官網(wǎng)上發(fā)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(dāng)?shù)匦Q，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(chǎn)能。工廠將于 2017 年建成，正好在 Tesla 與松下合同結(jié)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(zhàn)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 Gigafactory 的消息發(fā)布后，松下卻對是否參與 Gigafactory 的投資和建設(shè)一直沒有表態(tài)。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(guān)系為 Gigafactory 工廠提供電池技術(shù)和資金，理由是此舉或可能增加松下的投資風(fēng)險。津賀一宏的表態(tài)不禁讓人疑惑重重，因為這明顯是有悖商業(yè)規(guī)律。
一個最直接的例子就是，為了進入 iPhone 和 iPad 電池供應(yīng)鏈，國內(nèi)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(jì)大單”之后，Tesla 和松下的關(guān)系已經(jīng)變得非常微妙了。反倒是 Tesla 早早放出口風(fēng)，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(shè)。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(yīng)商的擺布，所以 Tesla 目前非常有必要再引入更多的電池供應(yīng)商。
那么筆者關(guān)心的問題是，Gigafactory 工廠在技術(shù)層面上到底有沒實現(xiàn)降低成本的可能 (商業(yè)層面上的影響因素過于復(fù)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 Gigafactory 工廠 18650 電芯的成本目標(biāo)可能設(shè)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(tǒng)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(tǒng)是電動汽車?yán)锩嫠汲杀痉蓊~最大的部件，動力電池系統(tǒng)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(guī)模化生產(chǎn)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(shù)值已經(jīng)很接近 Musk 的 $35000 銷售價格目標(biāo)。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(xiàn)的，但其前提條件是 Gigafactor 自產(chǎn)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 Gigafactory 工廠能否把 18650 電芯的成本下降到 $2.5 呢？Tesla 宣稱 Gigafactory 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(guī)模，未來 Gigafactory 工廠將是當(dāng)之無愧的“全球最大”的鋰電工廠。筆者并不懷疑 Gigafactory 工廠的電芯產(chǎn)能能否滿足 50 萬輛電動車的需求，筆者更關(guān)心的是它能否把 18650 NCA 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(chǎn)工藝、人力成本、生產(chǎn)管理以及生產(chǎn)規(guī)模等諸多因素。
原材料方面。Tesla 已經(jīng)放話，Gigafactory 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(tài)而已，目的是爭取聯(lián)邦政府的財政支持。美國本土的鋰電產(chǎn)業(yè)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(guī)模性的正極材料生產(chǎn)商，3M 沒有生產(chǎn)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(chǎn) NMC，但筆者認為單純從技術(shù)角度而言 BASF 是可以為 Tesla 生產(chǎn) 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(zhì)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(chǎn)技術(shù)。Tesla 經(jīng)過跟松下這幾年的合作，已經(jīng)積累了一些電芯生產(chǎn)方面的技術(shù)，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(shù)能力在美國自產(chǎn) 18650 電芯。
人力成本。人工是導(dǎo)致松下 18650 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(nèi)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(yīng)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(shù)角度而言，Gigafactory 工廠生產(chǎn) 18650 NCA 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(shù)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(shù)含量，但成本水分卻非常大，這已是業(yè)內(nèi)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(shè)計原理和 Pack 制造方式和選材有很大的關(guān)聯(lián)，而 BMS 和 Pack 的設(shè)計費用 (知識產(chǎn)權(quán)) 是成本構(gòu)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(shè)計成本應(yīng)該已經(jīng)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(chǎn)，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(tǒng)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(guī)模量產(chǎn)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(shù)和成本控制的角度而言，Musk 的 TeslaGen 3 是有可能在 2017 年實現(xiàn)的。當(dāng)然了，我們也要認識到，由于在 Gen 3 上采取了嚴(yán)格的成本控制理念，導(dǎo)致其續(xù)航里程相對于 Model S 有較大幅度下降。如果在理想工況下續(xù)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(fā)現(xiàn)，平均每天 158Km 的行使里程 (理想工況下) 對于相當(dāng)部分美國人是很勉強的。我們再次看到，制約純電動車?yán)m(xù)航里程的根本因素還是鋰電能量密度這個技術(shù)瓶頸問題。