来源 | 大隈讲堂

特斯拉（Tesla）向外免费公开了多项专利，其中包括了技术路线、技术优势和专利放开等方面，本文全方位分析了特斯拉纯电动汽车技术。

特斯拉的技术路线 战略三步三产品

第一款产品，面向超级富豪推出高价、小批量汽车。确保汽车的高档品位并物有所值，足以媲美顶级性能车，这样可以吸引第一批目标顾客成为电动汽车粉丝，向公众证明电动汽车可以达到甚至超越传统燃油汽车的技术水平。

车型：Roadster，价位约 10 万美元。

第二款产品，面向更多相对富裕阶层推出中等价位、中等批量生产的电动汽车。这款车依然比较贵，但其竞争对象更像是奔驰或宝马，而不再是法拉利。

车型：Model X 和 S，价位约7.5万美元。

第三款产品，面向更多中产阶级和普通大众推出低价汽车，开发更经济、大规模量产的大众化电动汽车，其价格和保养相对便宜。这款产品主要是为了促使更多传统汽车厂商在电动汽车项目上进行投资，刺激竞争，推动整个行业朝着可持续交通的方向转变。

车型：Model 3，价位约3.5万美元。

在汽车行业有这样一个经验法则：汽车价格每下降 5000 美元，能够买得起汽车的买家数量就会大约增加 1 倍。

这样推论，特斯拉 Model 3 的买家数量会较之前翻 128 倍，如果选择购买 Model 3 的人很多，也将促使其他汽车公司在电动汽车项目上进行大量投资，从而间接地通过刺激竞争，推动整个行业朝着电动汽车的方向实现多个数量级的跃进，而特斯拉在其中就将发挥重要的催化剂作用。

这，就是特斯拉之所以能存在的意义。

目前看，特斯拉已经成功走过了前面两个阶段两类款产品。2018年，特斯拉 Model 3 车型如果顺利量产面世，这将是一款彻底颠覆整个汽车行业、改变世界交通状况的里程牌式拐点产品。

特斯拉的技术优势：电池、电机、车身及安全性

一、电池

特斯拉是最先采用 18650 型三元锂离子电池的电动汽车公司。这种类型电池曾一直用于笔记本电脑、数码相机、手机等电子消费产品中。电动汽车的应用环境不同于一般电子产品，其技术标准也要高。

例如特斯拉使用的 18650 型电池能量密度高于同时期其它类锂电池 50% 以上，其旗下量产车型 Model S使用的是松下定制的三元材料电池（镍钴铝三元正极材料的锂电池）。

虽然 18650 型电池是全球顶尖电池，但其又有自身特性的一些相对弱点，例如对温度相对敏感、一致性差等等。而电动汽车对电池的要求很高：单次充电续航里程长、性能稳定可靠、安全性高、可循环充电次数多等等。

特斯拉解决 18650 型传统电池短板的办法包括：

1、活性的电化学材料和改进的电芯结构设计，带来单位体积/重量内能量存储更高，提高充电电压的同时，电芯稳定性更好。

2、优化模组设计，采用多电芯并联成组方式，提高电池包瞬间放电能力；电池包的多模组串联及其平板设计，更利于底盘布置更多的电池，提高单次充电的续航里程。

3、先进的故障保护机制和电池充放电控制，核心的故障处理机制，全温度区间电池充放电的控制，以及高精度的 SOC 和 SOH 算法，对于单次循环超过 400 km 续航里程而言，假使 600 次日常充放电循环，同样可以满足 240000 km整车寿命。

4、业内领先的热管理系统，热管理系统不仅仅指液冷，还有围绕电芯覆盖面的绝缘、导热创新材料的应用，以及长方形铝制冷却管路的设计，确保电池工作在最优化、最一致的温度区间，从而获得即使在低温低电量时的电芯均衡一致性，并延长电池循环寿命，满足汽车级要求。

5、优秀的电池管理系统，是指基于汽车的硬件软件，特别是多重安全设计，协同电芯、模组、电池包的安全装置，确保电池包安全可靠。同时该系统创新的控制策略保证了电池的监控管理精度最优化。研究人员对电池组的每一个层次都进行了严密的监控，在每个电池单元两端均设置有保险丝，一旦电池过热或者电流过大则立刻融断，断开输出，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。在每个电池模组上，均设置有电池监控板（Battery Monitor Board，BMB），用以监控每个电池块的电压、温度以及整个电池模组的输出电压。在整个电池包上，设置有电池系统控制器以及智能保险，用以监控整个电池包的工作环境，包括电池包的电流、电压、温度、湿度等。在系统层面，设置有系统安全控制器，用以监控电池系统控制器。在车辆发生碰撞时，电池的外部结构可以保护电芯免受冲击并自动切断电源，这样一套电池控制系统已经成为特斯拉汽车电池的技术核心。

常规全轮驱动车辆，一般只用一台发动机和变速箱来分配能量、牺牲效率，以换取牵引力。但特斯拉是在后轮驱动基础上，又在前轴加装了一台电机，使之成为双电机全轮驱动。

特斯拉采用三相四极交流感应电动机，铜转子，具有变频驱动功能的驱动逆变器与动能再生制动系统。

它不仅体积小，重量轻，而且可以瞬时输出到最大扭矩，并在全寿命内基本无需保养。获得过 2014 年度国际最佳发动机大奖。

两台电机对前后轮扭矩分别进行数字化独立控制，实现了车辆卓越的牵引控制，提升了性能表现的精准度。

专注汽车创新领域的专家 Steven L 在其文章中曾解析特斯拉利用双电机提升车辆性能的秘密——「两个电机，我们把前轮的电机称为辅电机，后轮的电机称为主电机。两个电机可以根据各自特性，在不同工况下发挥各自优势，在任何一个转速区间内，电机组合都能为系统提供充足的扭矩支持与功率输出，从而优化驱动系统的效率。」

特斯拉的电池很笨重，必须通过降低车身的重量来弥补笨重电池的不足。

全铝车身的特斯拉电动汽车，主要采用的是美国铝业公司（Alcoa）生产的铝材来制造底盘和车身板件。这种轻质金属必须精密冲压，为此，特斯拉工厂配备了北美最大规模的液压机，大约相当于 7 层楼高，其延伸到地下的部分有 3 层楼高。实际上这是将总共 5 台液压机连成 1 排，用于模铸造型复杂的部件，如前机盖或车身两侧的板件。

这是一种慢速冲压，目的是尽量减少热量和翘曲。

完成冲压后还要用激光切割机进行更精密的加工。成型的部件被送往车间，装载在「智能运输车」上的车身可以沿着地面铺设的磁轨导航行驶。由于缺少合格的供应商，所以特斯拉使用的零件目前大部分为自产。

挤压件、冲压件和铸件的专业组合实现了需要的刚度和强度。高刚度、高强度结构不仅能保护车内乘员，还能提供更好的整体操控性。

这种铝增强材料可以吸收冲击力，例如在 NHTSA 测试中，当一根撞杆高速撞击车辆的侧面时，撞杆在撞到车内乘客之前就已经断裂或致使汽车停下。车尾的双保险杠可以保护坐在「第三排」座位上的乘客。「第三排」实际上是位于后备箱位置的儿童尺寸背向可折叠座位。Model S 在 NHTSA 测试中撞坏了一个独立的车顶冲撞机，而它的车顶却没有塌陷，这也同样得益于用航空航天级螺钉固定的铝增强材料。

但全铝车身的成本要昂贵得多，所以特斯拉绞尽脑汁控制 Model 3 的成本，选择了钢铝混合车身结构。维修指南显示，Model 3 白车身主要由四种材料组成：铝材（灰）、低碳钢（蓝）、高强度钢（黄）、超高强度钢（红）。

特斯拉 Model S 是 2014 年唯一一款同时获得欧洲 Euro NCAP 和美国高速公路安全管理局（NHTSA）5 星最高评分的车型。事实上，能够获得「双 5 星」殊荣的汽车非常稀少，而特斯拉却能在包括正面碰撞、侧面碰撞、翻滚测试、儿童保护测试、行人保护测试、鞭打测试等诸多评比项目中脱颖而出。

特斯拉专利开放

2014 年 6 月 12 日，马斯克宣布：“特斯拉公司将自己所有的 200 余项有关电动汽车电池、电子装置和控制软件方面的相关专利免费对外开放，不会对任何怀有善意使用我们技术的企业发起专利诉讼，目的是鼓励其他汽车厂商利用这些技术，开发长距离续航的电动汽车。

在特斯拉开放的专利中，104 项与电池以及电池安全控制系统有关，28 项涉及充电技术，这两类专利占到了专利总数的 53%，也是特斯拉最主要的优势技术。现有的电池安全控制系统专利，主要用于协调运行车上 7000 多节锂电池组成的电池组，这套技术目前已经成熟，特斯拉决定开放专利，同时研究更具潜力的大电池。

创立公司时，马斯克说「世界上不需要另外一家汽车公司，需要的是能够引入最高科技电动汽车技术的汽车公司，同时还需要一家提供环保技术，能够为全球的化石燃料使用的降低做出贡献的电动汽车公司。」

对特斯拉来说，开放专利并非要避免别的公司模仿技术，因为这没有意义。特斯拉的初衷是推动全球共同发展电动汽车的技术，希望能够帮助到其他的电动汽车公司。

同时，也促进其他公司借助特斯拉开放的专利，开发自己的技术，发展得更快一些。特斯拉尖端技术开放专利供其他生产商参考使用，并且不断完善全球充电网络、向社会开放充电设施，特斯拉的种种举措与当时创立公司的初衷是一致的，希望携手其他生产商一起为推动全球的电动汽车技术的可持续发展作出贡献，生产出更多的电动汽车。

特斯拉专利清单

特斯拉的专利，涉及到电动汽车综合控制；电机控制制造及优化；电池单体技术、成组技术、均衡优化及寿命管理；整车系统控制；热失控探测报警；多种电源配合应用技术；防止过充过放和其他电池滥用技术；高压电气连接及高压安全技术等等，几乎我们遇到的，实际上特斯拉在专利中都有所阐述。特斯拉公开的专利，包含不同专利类型，至今一共387项。专利名称和专利号，详见下表。