特斯拉各項技術(shù)的深入解析（附2020年6月最新的特斯拉電動化技術(shù)源分析57頁文檔）

技術(shù)鄰公告

2020年7月30日 15:14

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可以說特斯拉的電動汽車技術(shù)代表了世界的最高水平，在地球環(huán)境危機日益加重的背景下，世界上不缺少新的消耗著汽油、排放著污染物尾氣、有著復(fù)雜傳動裝置的汽車，特斯拉決定站在科技、汽車、能源的交叉口，進(jìn)行顛覆性的思考和研發(fā)。

01 特斯拉的技術(shù)路線及選擇原因

特斯拉的首要任務(wù)不是要成為全球最大的汽車公司，而是要彌補電動汽車長期存在的若干缺陷，并通過驚艷的產(chǎn)品顛覆人們對電動汽車的看法，然后通過競爭使全球汽車巨頭不得不去開發(fā)自己的電動汽車，其終極目標(biāo)及公司的宗旨是“盡快在市場上推出大眾市場接受的電動汽車，加速實現(xiàn)可持續(xù)交通”。特斯拉制訂了“三步走”的商業(yè)計劃：

第一階段：向超級富豪推出高價、小批量汽車。推出第一款產(chǎn)品時價格很高，但確保汽車的高檔品位，使其物有所值，即生產(chǎn)出的汽車足以媲美頂級性能車，那么定價為10 萬美元也就不存在問題。

第二階段：以中高端價位向更多相對富裕的消費者推出中等價位、中等批量生產(chǎn)的電動汽車。借助第一階段獲得的利潤，開發(fā)第二階段的汽車。第二階段的汽車依然比較貴，但其競爭對象更像是7.5萬美元價位的奔馳或?qū)汃R，而不再是法拉利。

第三階段：向普通大眾推出低價、量產(chǎn)的汽車（圖3）。通過第二階段獲取的利潤和積累的經(jīng)驗，開發(fā)更經(jīng)濟、更大規(guī)模量產(chǎn)的大眾化電動汽車，其相對便宜的價格和保養(yǎng)的節(jié)省，使中產(chǎn)階級完全可以負(fù)擔(dān)得起。

02 特斯拉目前的技術(shù)優(yōu)勢

2.1 電池

特斯拉是唯一一家采用18650 型三元鋰離子電池的電動汽車公司。這種類型電池曾一直用于筆記本電腦、數(shù)碼相機、手機等電子消費產(chǎn)品中。針對電動汽車的應(yīng)用環(huán)境，特斯拉使用的18650 型電池又不同于筆記本等數(shù)碼設(shè)備所使用的18650型電池，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也要高于后者，例如在設(shè)計上特斯拉使用的18650型電池能量密度高于同時期其他類鋰電池50%以上（圖4）。

特斯拉選擇松下18650 型電池的原因主要有：能量密度大，穩(wěn)定性、一致性更高；技術(shù)較為成熟、出貨量大、生產(chǎn)自動化程度高，可以有效降低電池系統(tǒng)成本；全球每年生產(chǎn)數(shù)10億個18650型電池，安全級別不斷提高；單體電池尺寸小但可控性高，可降低單個電池發(fā)生故障帶來的影響，即使電池組的某個單元發(fā)生故障，也不會對電池整體性能產(chǎn)生影響，但車輛會顯示出錯誤信息，對用戶進(jìn)行警示，這也是配備較多單體電池的好處。

特斯拉旗下量產(chǎn)車型Model S（圖5）使用的是松下定制的三元材料電池，即鎳鈷鋁三元正極材料的鋰電池。

雖然18650型電池是全球頂尖電池，但傳統(tǒng)18650型鋰電池也有其自身特性所無法忽略的一些相對弱點，例如對溫度相對敏感、一致性差等。電動汽車對電池的要求是單次充電續(xù)航里程大、性能穩(wěn)定可靠、安全系數(shù)高且可循環(huán)充電次數(shù)多。

特斯拉解決18650 型傳統(tǒng)電池短板的辦法包括：活性的電化學(xué)材料、改進(jìn)的電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化模組設(shè)計、先進(jìn)的故障保護(hù)機制和電池充放電控制，以及其業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的熱管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)。活性材料和改進(jìn)的電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，帶來單位體積/重量內(nèi)能量存儲更高，提高充電電壓的同時，電芯穩(wěn)定性更好。

2.2 電機

與常規(guī)的全輪驅(qū)動車輛只用一臺發(fā)動機和變速箱分配能量、犧牲效率來換取牽引力不同，特斯拉的工程師們在后輪驅(qū)動Model S的基礎(chǔ)上，在前軸加裝了一臺電機，使之成為雙電機全輪驅(qū)動的Model S（圖6）。

特斯拉采用三相四極交流感應(yīng)電動機，銅轉(zhuǎn)子，具有變頻驅(qū)動功能的驅(qū)動逆變器與動能再生制動系統(tǒng)。不僅體積小，重量輕，而且可以瞬時輸出到最大扭矩，并在全壽命內(nèi)基本無需保養(yǎng)。特斯拉Model S 電動機還獲得2014年度國際最佳發(fā)動機大獎。

2.3 鋁制車身

特斯拉營銷經(jīng)理、鐵桿車迷泰德·米倫蒂諾說過，在北美打造一輛最安全的汽車首先就是從金屬材料的選擇開始。特斯拉的電池很笨重，必須通過降低車身的重量來彌補笨重電池的不足。因此，特斯拉求助了Space X，并使用了它的先進(jìn)火箭技術(shù)，結(jié)果特斯拉汽車成為北美唯一使用全鋁車身的汽車（圖7）。

2.4 安全性

車身安全：特斯拉Model S的車身和底盤主要采用鋁合金材料打造，相比傳統(tǒng)鋼材，鋁材料本身就具有更好的金屬延展性，因此可以更有效地吸收沖擊力。同時車身框架用高強度材料加固，撞擊時能夠有效吸收能量，但駕駛艙卻不易變形。從實際高速駕駛強烈碰撞的結(jié)果來看，Model S也證明了鋁材料所具備的優(yōu)勢。

由于全車最重的部件——電池組位于底盤正下方，這為車身安全帶來兩方面助益：第一，沉重的電池組所帶來的低重心讓特斯拉幾乎不會發(fā)生側(cè)翻；第二特斯拉電池組本身就設(shè)計非常堅固，這無形中又為車輛乘員艙增加了一層保護(hù)。除此之外，得益于純電動汽車技術(shù)優(yōu)勢，特斯拉Model S擁有了“前備箱”的設(shè)計（圖8），這不僅為車主騰出了一個巨大的儲物空間，無形中還充當(dāng)著碰撞前緩沖區(qū)的角色。

電池安全：特斯拉Model S全車搭載了幾千塊特別訂制的高級車用鋰離子電池，擁有非常高的能量密度，其循環(huán)性相當(dāng)驚人，容量和直流內(nèi)阻在上千次充放電后都保持著相對穩(wěn)定的水平，充電倍率和溫度對電池的影響都不大，這些都是普通電池?zé)o法比擬的。

信息安全：有別于傳統(tǒng)汽車，除“雙閃”燈和副駕駛位置的儲物箱按鈕外，特斯拉Model S電動汽車內(nèi)其他所有的按鍵都集合于一塊17英寸的中控觸屏（圖9）。最重要的是，控觸屏的背后是一個可以隨時自動更新的系統(tǒng)，這就是特斯拉人性化的“空中升級”服務(wù)。

在未帶鑰匙的情況下，特斯拉手機App可以直接操控汽車，但是每次都需要賬戶信息的輸入，每次解鎖都有一個尋找密鑰的過程。特斯拉車上有很多安全模塊和跟鑰匙交互關(guān)系的控制器，這不是一個簡單的設(shè)計，有時即使有鑰匙，也不見得能夠打開，它隨時處于檢測狀態(tài)，每隔幾秒進(jìn)行一個循環(huán)、配比，只有在安全、配比成功的條件下才能解鎖、開動。

2.5 智能化

空中升級：空中升級是大多數(shù)特斯拉車主最傾心的智能化服務(wù)，它好比目前的智能手機，車主可以在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下隨時隨地更新車輛的最新功能。這是非常智能的集成應(yīng)用，顛覆了人為更新的傳統(tǒng)方式。目前，特斯拉自2014年至今在中國已經(jīng)進(jìn)行了4次更新，依次實現(xiàn)了導(dǎo)航服務(wù)、語音導(dǎo)航、巡航控制、防撞輔助、倒車輔助增強、車速輔助、智能溫度預(yù)設(shè)、自動緊急制動、盲點警報、代客模式以及3D導(dǎo)航等功能的更新。

遠(yuǎn)程診斷：這項功能可以讓車主在遇到問題時，能夠直接聯(lián)絡(luò)特斯拉技術(shù)支持售后，特斯拉工程師可直接通過后臺查看車輛出現(xiàn)的問題，不用到店檢查，節(jié)省了車主時間、提高了診斷效率。這一切都是以聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，正是所謂的“車聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)。

17 英寸中控屏≠iPad：特斯拉Model S的所有操作都是通過一個酷似iPad 的17英寸中控臺實現(xiàn)，它并非僅僅是一個iPad那么簡單。值得一提的是，目前智能規(guī)劃已經(jīng)在美國實現(xiàn)，通過中控臺可實現(xiàn)最優(yōu)路線指引、電量預(yù)估、目的地充電提示、車速規(guī)劃等智能規(guī)劃。未來智能規(guī)劃還會將交通信息、路況信息以及天氣信息實現(xiàn)交互和傳遞，屆時將可以給車主帶來極大的駕駛便利。

自動求助：智能汽車不僅要智能、環(huán)保還要更安全。特斯拉目前不僅可以通過輔助駕駛、自助駕駛等功能保護(hù)車輛出行安全，自動求助功能也是一大亮點。例如特斯拉Model S 發(fā)生了碰撞的緊急情況，該車將立即自動發(fā)送后臺相關(guān)參數(shù)，客服人員會在必要情況下，及時聯(lián)絡(luò)車主幫助處理后續(xù)事宜。此外，后臺工作人員也可通過車號自動得知該車輛是否需要更換相關(guān)部件，輔助車主進(jìn)行升級或替換部件。

交互關(guān)系：智能汽車十分重要的一項功能就是實現(xiàn)交互關(guān)系，車輛要與交通中心交互，車與車交互，車與信號燈、行人等交互。特斯拉目前配有官方移動客戶端軟件，車主可通過App操作實時操控車輛。車主忘記帶鑰匙，手機便可開啟車門；車輛丟失，遠(yuǎn)程應(yīng)用即可查看車輛位置并協(xié)助找回車輛。

2.6 充電

第一種家用充電樁（圖11）是特斯拉車主最主要的充電方式，特斯拉擁有業(yè)界第一的95%超高家充安裝率，幫助車主足不出戶解決99%的充電需求。日常生活中，特斯拉車主99%的出行需求是在城市半徑不超過100 km的范圍內(nèi)使用，便利的家用充電方式完全可以滿足，而且特斯拉純電動4門豪華轎跑車Model S P85D的續(xù)航里程已經(jīng)達(dá)到了480 km（NEDC），短途出行完全不成問題

超級充電樁20min即可為Model S充滿50%電量。

目的地充電樁（圖13），是特斯拉分布最廣的一種充電樁，遍布全國各地的大型商場、寫字樓、酒店、銀行營業(yè)廳、地下停車場以及一些熱門景區(qū)內(nèi)，方便車主在途中休息時，及時充電，滿足Model S 車主多樣的出行充電需要。截至目前，特斯拉已經(jīng)在中國建成超過1400個目的地充電樁。

03 特斯拉專利開放及目的

對特斯拉來說，開放專利并非要避免別的公司模仿技術(shù)，因為這沒有意義。特斯拉的初衷是推動全球共同發(fā)展電動汽車的技術(shù)，希望能夠幫助到其他的電動汽車公司。同時，也促進(jìn)其他公司借助特斯拉開放的專利，開發(fā)自己的技術(shù)，發(fā)展得更快一些。特斯拉尖端技術(shù)開放專利供其他生產(chǎn)商參考使用，并且不斷完善全球充電網(wǎng)絡(luò)、向社會開放充電設(shè)施，特斯拉的種種舉措與當(dāng)時創(chuàng)立公司的初衷是一致的，希望攜手其他生產(chǎn)商一起為推動全球的電動汽車技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，生產(chǎn)出更多的電動汽車。

參考文獻(xiàn)：

郭曉際. 特斯拉純電動汽車技術(shù)分析[J]. 科技導(dǎo)報, 2016, 34(6): 98-104; doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2016.06.011