成功靠營銷 電池是命門汽車工程師眼中的特斯拉

◎張巖 （美國克萊斯勒汽車公司工程師）

最近，美國特斯拉電動汽車進軍中國市場的新聞屢屢登上媒體頭條。那么，特斯拉有何過人之處？它是否符合汽車發展的潮流？其安全系數如何？作為先后混跡于美國三大汽車公司（福特、通用、克萊斯勒）的工程師，筆者也想談談自己對特斯拉的看法。

電動車和汽油車能量傳遞路線對比示意圖

在討論特斯拉之前，先簡單介紹一下電動汽車相關的背景知識。這篇文章中所說的電動汽車，單指自帶驅動電源的純電動車，不包括混合動力汽車和有外接電源的車輛（如有軌電車）。

如果拿人走路打比方的話，發動機和電池相當于輸出能量的心臟，中間的傳遞系統相當于傳遞能量的骨骼和肌肉，最后帶動雙腳——車輪前進。如上圖所示，電動車和汽油車都有“心臟、骨骼、肌肉、雙腳”，但兩者的能量傳遞路線是不一樣的。

電動車不產生尾氣

電動車的優點不少：

第一是節能。眾所周知，傳統汽車的能量來源是石油。相對于其他主要能源形式，石油儲量少且不可再生。盡管近幾十年來，圍繞“剩余石油還夠開采多少年”這個問題，專家們展開了多次爭論，但是原油儲量不斷減少，并且產量已經達到峰值卻是不爭的事實。相信車主們面對不斷攀高的油價，一定會認同這一點。

同時，由于主要石油產地（中東地區、俄羅斯、中亞國家）和主要石油消費地（美國、西歐、東亞）的不一致，圍繞著石油的控制權，數十年來各相關國家展開了激烈的政治、經濟甚至軍事博弈。這個問題對我國來說也至關重要。2013年，中國超過美國，成為世界最大的石油進口國，石油對外依存度逼近60%。因此，發展電動汽車，降低石油對外依存度，對中國的經濟安全、地緣政治安全有重大意義。

比起傳統燃油汽車，特斯拉的底盤結構相當簡單，節省了很多空間。

電動車用的是二次能源——電能。電能的來源十分廣泛，除了儲量比石油豐富很多的煤以外，還有可再生的水能、風能、太陽能，以及潛力巨大的核能。因此，如果電動車能廣泛普及，不僅會對人們的生活方式產生重大改變，對全球地緣政治格局也會有所改變。

電動車的第二個優勢是幫助對付霧霾。汽車尾氣是城市霧霾的重要來源。目前，各國對汽車尾氣排放的標準越來越嚴。而電動車在運行時自身不排放尾氣，在城市的空氣污染治理方面優勢明顯。就總的污染量來說，雖然燃煤發電也會有污染物，但是用大型發電廠和分散的內燃機汽車相比，能源利用效率更高，發電廠對于廢氣的集中處理也能讓廢氣排放量降低。

第三點是傳動和控制的優勢，這一點涉及電動車傳動的一些特點。舉例來說，汽油發動機運行在上千攝氏度、幾十個大氣壓的惡劣工況下，需要精密的制造技術、控制技術，和復雜的潤滑系統、散熱系統（散熱系統還不停地把寶貴的汽油燃燒的熱量白白散發到大氣中）。發動機需要定期保養，換機油。而且發動機需要通過復雜的變速箱、傳動軸、減速器，才能把能量傳遞給車輪。大部分傳遞過程都是通過金屬的齒輪和軸承的“硬連接”。所有的部件都需要復雜的制造工藝并且容易損壞（想想各大車廠因為自動變速箱出問題搞了多少次召回）……

所有這一切的麻煩，在電動車這里都不是問題。電動車的電池、電動機會發熱，但是比起內燃機的散熱要容易處理得多。電動車的能量傳遞也不需要復雜易損的“硬連接”，“軟”的導線就好了。由于電系統的控制技術相對更為成熟，電動車的控制相對來說容易很多。

比如，很多人都知道，電動車加速性能比汽油車要好。這是因為電動機調節功率比內燃機容易。再舉個例子，電動車可以比較容易實現在每個輪子上都單獨裝一個電動機，分別控制每個輪子的轉速。這樣車的轉向性能會產生飛躍。而由于傳動問題，這在傳統汽油車上幾乎無法實現。

市場主流電動車性能比較

特斯拉的電池內觀

2013年11月6日，一輛黑色的特斯拉Model S型車，在美國田納西州納什維爾與一輛牽引車追尾后,因底盤受損導致起火。

再比如，傳統汽油車上，也要安裝一套發電—電池系統，用于車上各種電子控制系統、車載娛樂系統的電源。而電動車就可以合二為一，大大降低成本。

鋰電池并不綠色

前面講了這么多電動車的優點，那么它有沒有缺點或隱憂呢？應該說，問題很大，非常之大。電動車目前所有的問題，都可以歸結到電池上。

首先，由于技術的限制，現在的電池容量有限。也就是說，在一定的重量/體積/成本下，目前的車載電池可以儲存的電能量有限，而這卻與電動車的行駛里程直接相關。根據美國環境保護署（EPA）的測試數據，單次充滿電后，美國特斯拉公司“model S”型車的行駛里程為426公里；日本日產公司的“Leaf”型車是121公里；德國寶馬公司的“Active E”型車為151公里。由此可見，除了特斯拉，其他電動車的行程都比較有限。但是，特斯拉為此是下了血本的。

其次，現在的電池以鋰電池為主。目前鋰電池的生產（包括鋰礦開采）、使用和回收過程對環境的影響有很多爭議。同時，鋰礦在全球的分布極不平均，改為電動車以后，會不會受制于產鋰國，也是很多國家擔心的問題。

電池組保修8年有點懸

前文提到，電池容量是電動車的核心問題。可惜萬人矚目的特斯拉電動車在電池方面并無過人之處。和諸多同行自行研制生產（如比亞迪）或者合資生產電池相比，每輛特斯拉使用了數千顆從日本松下公司購買的18650型鋰離子電池。

特斯拉Model S型車縱切側視圖

要知道，18650電池組應用最多的是筆記本電腦，而筆記本電腦的電池通常也就用個三四年，特斯拉卻為Model S的電池組提供了長達8年的質量保修。姑且不談電池這樣的核心部件受制于供應商的問題，即便是特斯拉的電池管理技術十分出眾，筆者也很擔心，特斯拉這一承諾有點懸，將來可能會為此背上沉重包袱。

在電池管理技術和控制技術方面，電池管理系統（BMS）的主要任務是提高電池的利用率，防止電池出現過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。此外，電池管理系統還要監控電池系統的溫度，控制散熱系統，防止過熱等。

前文表格為筆者整理的、目前市場主流電動車的電池容量、行程和平均每公里的耗電量。從每公里的耗電量這一項，可以大致看出生產廠電池管理和控制技術的水平：特斯拉和其他主流車型相比，并無明顯優勢。

另外值得一提的是，比亞迪雖然在控制技術上和德國、美國、日本的大公司有一定差距，但比亞迪強勢的電池技術彌補了其不足，在中低端電動車市場上，行程有較大優勢的比亞迪會有較強競爭力。

另外，在安全問題上，特斯拉的車一直有較大爭議。在數起碰撞—著火事故發生以后，美國交通部下屬的高速公路交通安全管理局對特斯拉的Model S型車進行了安全調查。

據《紐約時報》報道，在特斯拉表示會為電池增加額外的保護層之后，高速公路交通安全管理局結束了對Model S型車的安全調查。

無人駕駛會成為主流

作為汽車行業工程師，筆者認為在可預見的未來，汽車行業主要會有兩方面的進展。

一是動力方向。廠商會一邊持續改進汽油發動機，以滿足政府在燃油經濟性和尾氣排放方面日益嚴格的要求；一邊繼續投入研發混合動力和電動車（包括鋰電池和燃料電池）。雖然未來的大趨勢是電動，但由于電池性能改進的緩慢和不確定，未來電動車是否能成為主流，形勢并不明朗。

除了動力方向這些“心臟、肌肉、骨骼”方面的改進，汽車行業未來發展的另一個大方向是升級車的“神經系統”。目前，已經實現的內容包括給汽車安裝“眼睛”——攝像頭和“耳朵”——雷達。以后的主要工作是逐步增強汽車“大腦”的功能，使它逐步能識別自己“看到”和“聽到”的事物，并且學會自己安全地“走路”。

從目前已經開始大規模推廣的主動安全（防碰撞、自動泊車）這樣的“賣點”，逐步過渡到自動巡航，最后達到自動/無人駕駛。這些性能的實現主要依賴于軟件的改進，不像電池、汽油發動機的改進受限于材料學、熱力學方面的“硬”條件。從主動安全到無人駕駛，目前已經有比較清晰的路線圖。

個人認為，10至20年內，無人駕駛就會成為主流。