特斯拉电动汽车动力总成技术对标研究

特斯拉是电动汽车的先驱。成立之初，特斯拉就走的是纯电动技术路线。即使它的产品价格不菲，但也能因为物有所值而被人们所接受。特斯拉的商业战略是：

在第一阶段特斯拉电动汽车价格表，它将向超级富豪推出高价、小批量的汽车，售价在10万美元左右，对标法拉利；

第二阶段，以中高端价位，面向较为富裕的消费者，推出中价位、中量产电动车，售价7.约5万美元，相比奔驰-奔驰或宝马；

没有。第三阶段特斯拉电动汽车价格表，将向大众推出低成本、量产的Model 3车型，如图1所示，售价3.约5万美元。

特斯拉的市场目标是全球，推出了三步走的商业计划。客观地判断，特斯拉是成功的。中国人可以研究他们的商业模式，即高档车、中档车、大众车。它的依据是什么？

特斯拉成功背后的基本理论是汽车市场的经验法则：

汽车价格每下降 5,000 美元，买得起汽车的买家数量就会增加约 1 倍。如果特斯拉的爆款车在3.$50,000 左右，购买人数将是第二阶段的 7 倍，是第一阶段的 128 倍。中国企业无法学习这种发展模式。为什么？更笼统的解释是：美国和中国的国情不同。

不过，对标特斯拉电动汽车的主要关键技术，对中国纯电动汽车的进步还是很有帮助的。以下是对特斯拉电动汽车主要关键技术的分析，便于研究消化吸收。

1.特斯拉电动车电池技术

1）小区选择路线

特斯拉电动车电池，采用18650三元锂离子电池，如图2所示，是目前全球唯一一家使用该类型电池的电动车公司。大多数其他公司使用三元锂离子电池，方形或软包。特斯拉使用18650三元锂离子电池的原因有：

①18650电池技术比较成熟，生产自动化程度高，电芯质量有保障；

②全球每年生产数十亿颗18650型电池，出货量大，价格低；布置方便，可控性好；

④电池组中单体电池多，即使一个单元发生故障，对电池整体性能影响不大；

⑤18650三元锂离子电池的能量密度比同期其他锂离子电池高50%以上。

18650型锂电池也有一些缺点，比如对温度比较敏感，由多个电芯组成的电池组会导致一致性差等问题。特斯拉采取了有效措施，更好地弥补18650电池的短板：

①使用活性电化学材料；

②改进的细胞结构设计；

③优化模块设计；

④采用先进的故障保护机制，电池充放电控制；

⑤采用领先的热管理系统和电池管理系统。

(1）中国企业与特斯拉的差距：

①原有的生产工艺，提高质量标准。中国车企提高动力电池标准，研究相对较少；

②中国主机厂看到三元电池的比能量高于磷酸铁锂电池，普遍用于乘用电动车以提高电池寿命；

③中国主机厂看到了18650电池的短板，却没有能力弥补。

(2）研究后的反思：

①中国主机厂车企只看到了18650型电池的短板，却没有看到方形和软包电池生产工艺的积累，以及对整车产品质量的影响，应该认真反映；

②方形、如何有效降低成本，提高软包三元电池的质量，是中国正在思考的问题；平衡点在哪里？

2）电池组分组技术

①特斯拉采用多节电芯并联分组方式，保证电池组的瞬时放电容量；

②特斯拉采用底盘布局，如图3，更多电池，多模组串联电池组，平板设计，提高单次充电续航里程；

③特斯拉采用高精度SOC和SOH算法，实现电池全温度范围充放电控制技术。

④特斯拉采用长方形铝制冷却管道设计、液冷技术、电芯覆盖层的绝缘，确保电池工作在最佳和最一致的温度范围内，保证电芯在温度范围内的平衡和一致性。低温低功耗。

(1）中国企业与特斯拉的差距：

①很少有中国主机厂将电池组和电池管理技术作为核心技术；

②电池组分组和电池管理技术的研发，投资大，成本高。中国 OEM 将其外包给零部件公司；研究并不深入，而是从事所谓的电力交换模式。所谓的商业模式就是用来代替技术上的缺陷的。

(2）研究后的反思：

①在中国主机厂的思维中，主机厂传统的4大技术被视为核心技术。新时代如何转型？

②中国企业热衷于研发，这是肤浅的。如何改变这种现状？

③我们不是用先进的技术来降低动力电池的成本，而是用一种商业模式来分摊动力电池的成本。这条路能走多久？

3）电池管理系统技术

电池控制系统是特斯拉汽车的核心技术。该系统以车规级软硬件为基础，采用多重安全设计，与电芯、模组、电池包的安全装置配合，确保电池包的安全可靠。控制策略保证电池监控管理精度的优化；在异常情况（过热或过流）的情况下，会出现影响整个电池组的危险；

②在每个电池模块上设置一个电池监控板（BMB），用于监控每个电池块的电压和温度以及整个电池模块的输出电压；

③在整个电池组上提供电池系统控制器和智能保险，监控整个电池组的工作环境，包括电池组的电流、电压、温度、湿度等；

④在系统层面，设置系统安全控制器对电池系统控制器进行监控。

⑤在电池的外部结构中，当车辆发生碰撞时，可以保护电芯免受冲击并自动切断电源。

(1）中国企业与特斯拉的差距：

①中国主机厂缺乏电芯原理、工艺、电池组技术和工艺研究；

②中国主机厂缺乏BMS研究和高精度检测设备的高级人才；

③中国主机厂基本上没有电池专业的工程技术人员，而是电器工程师与BMS厂商的销售人员对接。

(2）研究后的反思：

①中国主机厂的电池管理系统技术基本漂浮在监控层面。 BMS企业基本不了解电池组技术，电池组集团基本不了解BMS技术。这种情况如何解决？

②中国主机厂如何设计他们的整车，以确保在发生碰撞时动力电池组是否安全？如何安全实现功能？

2.特斯拉电动汽车电机技术

①特斯拉在后轮驱动的基础上，在前桥上增加了一个电机，使其成为双电机全轮驱动动力系统，如图4所示。

②特斯拉采用三相四极交流感应电机，铜转子，驱动具有变频驱动功能的逆变器和动能再生制动系统，如图5所示。

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③两台电机分别数字化管理，前后轮扭矩独立控制。两台电机的数字扭矩控制与低重心设计相结合。

④特斯拉使用感应电机。使用更安全的方案是特斯拉坚持的原则。

1）中国企业与特斯拉的差距：

①中国整车企业采用的是发动机和变速箱分配能量，牺牲效率换取牵引力；

②中国变速箱厂家采用的方法是在减少变速箱档位上做文章；

③一些中国公司使用两台电机，但它们布置在一根驱动轴上。

2）研究后的反思：

中国企业需要加强车辆控制技术，加强这些领域的基础理论研究。目前，有一个不好的现象。车辆工程的教师不是研究车辆控制技术，而是跨专业研究其他事物。中国企业比特斯拉更具创新性，已经采用轮毂电机或轮毂电机。但是，他们并不了解电机数字扭矩控制技术的关键作用。

3.Sla 电动汽车车身技术

电动汽车必须减轻车身重量，以弥补电池重的不足，因为电池很重。所以有一个轻量级的建议。特斯拉转向 Space X 并使用其先进的火箭技术，是唯一一款采用全铝车身的汽车。全铝车身 Model S 主要使用美国铝业公司的铝制造底盘和车身面板。

必须经过精密冲压的轻质金属车身面板。特斯拉工厂配备了大约相当于7层楼的建筑，延伸到地下的部分有3层的液压机，一排共连接5台液压机，用于压铸车头等复杂零件车身两侧的顶篷或面板。不过关键部位还是高强钢。

1）中国企业与特斯拉的差距：

在挤压件、冲压件、铸件的专业组合技术上，中国企业与特斯拉相比，差距甚远。有很多话要说。

2）研究后的反思：

①轻量化是一项系统性工作。保证车辆的刚性和强度是轻量化的前提。电动汽车的发展，将汽车的轻量化工作提升到了一个新的高度；

②以铝代钢是比较可行的路线。 •h电池组，车辆续航里程仍能达到500公里以上；

③国内大部分纯电动汽车配备85kW•h电池组，续航里程仅为320公里左右。科学轻量化对提高续航里程有显着效果。

④轻量化对现有流程的改进很大，需要大量的资金投入。如何做出这个决定？

4.特斯拉电动汽车安全技术

1）电池安全

①特斯拉Model S配备了700多个动力单体。特斯拉的核心技术是高效的电池控制管理系统，它引入了分级管理的方法，其优点是可以准确估计电芯的荷电状态（SOC）。

②特斯拉电池组中的每个电芯都连接一个热敏电阻和一系列光纤，而热敏电阻连接电池监视器，光纤连接光传感器。 Tesla 电池模组采用水冷散热，使电池保持在恒温范围内，避免电芯过热。

(1）特斯拉与特斯拉的差距：

①中国整车厂目前正在一步步做更先进的技术，但与特斯拉相比，水平差距还是比较大的。

②我国高校对动力电池的安全机理进行了深入研究，但整车企业的研究能力明显不足。

③中国电动汽车市场上的动力电池组较多。乘用车动力电池组外装在底盘下方，商用车动力电池组外装在两侧。

(2）研究后反思：

①中国主机厂一直在研发整车控制器技术，下一步动力电池安全性研究是否应该放在非常重要的位置？

②中国主机厂生产动力电池是不现实的，但研究车用动力电池成组技术应该是他们的工作。

2）身体安全技术

①特斯拉车身（见图6）和底盘（见图7））主要采用铝合金材质，车身骨架采用高强度材料加固，能有效吸收能量撞击期间；

②电池组位于底盘正下方，沉重的电池组带来的低重心可防止车辆侧翻； “箱体”的设计在碰撞前起到缓冲作用，在车辆发生正面碰撞时能最大程度地吸收冲击能量，有效保护驾驶舱人员的安全；

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④当前保险杠中的传感器检测到与行人发生碰撞时，行李箱盖后部将自动抬起至铝制行李箱盖与其下方较硬部件之间约80毫米的高度。行人和骑车人之间的空间，以尽量减少头部受伤；

⑤系统会时刻监控停车标志、车辆和行人，以及无意变道，即为车主提供特斯拉提醒服务，随时随地规避风险，预防事故。

(1）中国企业与特斯拉的差距：

中国主机厂目前汽车还缺乏积极发展的例子，基本上是对传统汽车的改造。它在传统的电力传输系统上尚未取得重大突破。

(2）反思：

对于电动汽车的研发，必须进行积极的发展。特斯拉为我们树立了榜样。如何结合中国国情需要进一步思考。

5.总结

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①特斯拉是一家非传统汽车制造商，它的成功表明了它的实力；

②特斯拉直接走纯电动路线，弯道超车，提供成功案例；

③特斯拉重视成熟的工艺，而不是购买先进的技术更重要；

④将动力电池组技术和电池管理技术作为电动汽车的核心技术，是中国主机厂要认真研究的课题；

⑤特斯拉双电机技术有效绕过变速箱技术壁垒，提升电动汽车技术水平。

特斯拉成功告知中国 OEM：

A) 一台电机可以避开发动机技术障碍；

B) 两个电机可以避开齿轮箱的障碍；

C) 铝合金材料的轻量化技术，可增加500公里以上的续航里程；

D) 动力电池分组技术和电池管理技术，可以大大提高动力电池的安全性和电动汽车的整体寿命。

注：本文作者雷红军博士为扬子江汽车公司高级工程师、中科智能网联汽车研究院院长、中国新能源企业家俱乐部专家委员会主任（ 12月“2018中国新能源企业家俱乐部（SNEC）年会”）。