來源 | 大隈講堂

特斯拉（Tesla）向外免費公開了多項專利，其中包括了技術路線、技術優勢和專利放開等方面，本文全方位分析了特斯拉純電動汽車技術。

特斯拉的技術路線 戰略三步三產品

第一款產品，面向超級富豪推出高價、小批量汽車。確保汽車的高檔品位並物有所值，足以媲美頂級性能車，這樣可以吸引第一批目標顧客成為電動汽車粉絲，向公眾證明電動汽車可以達到甚至超越傳統燃油汽車的技術水平。

車型：Roadster，價位約 10 萬美元。

第二款產品，面向更多相對富裕階層推出中等價位、中等批量生產的電動汽車。這款車依然比較貴，但其競爭對象更像是奔馳或寶馬，而不再是法拉利。

車型：Model X 和 S，價位約7.5萬美元。

第三款產品，面向更多中產階級和普通大眾推出低價汽車，開發更經濟、大規模量產的大眾化電動汽車，其價格和保養相對便宜。這款產品主要是為了促使更多傳統汽車廠商在電動汽車項目上進行投資，刺激競爭，推動整個行業朝著可持續交通的方向轉變。

車型：Model 3，價位約3.5萬美元。

在汽車行業有這樣一個經驗法則：汽車價格每下降 5000 美元，能夠買得起汽車的買家數量就會大約增加 1 倍。

這樣推論，特斯拉 Model 3 的買家數量會較之前翻 128 倍，如果選擇購買 Model 3 的人很多，也將促使其他汽車公司在電動汽車項目上進行大量投資，從而間接地通過刺激競爭，推動整個行業朝著電動汽車的方向實現多個數量級的躍進，而特斯拉在其中就將發揮重要的催化劑作用。

這，就是特斯拉之所以能存在的意義。

目前看，特斯拉已經成功走過了前面兩個階段兩類款產品。2018年，特斯拉 Model 3 車型如果順利量產面世，這將是一款徹底顛覆整個汽車行業、改變世界交通狀況的里程牌式拐點產品。

特斯拉的技術優勢：電池、電機、車身及安全性

一、電池

特斯拉是最先採用 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於筆記本電腦、數碼相機、手機等電子消費產品中。電動汽車的應用環境不同於一般電子產品，其技術標準也要高。

例如特斯拉使用的 18650 型電池能量密度高於同時期其它類鋰電池 50% 以上，其旗下量產車型 Model S使用的是松下定製的三元材料電池（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，但其又有自身特性的一些相對弱點，例如對溫度相對敏感、一致性差等等。而電動汽車對電池的要求很高：單次充電續航里程長、性能穩定可靠、安全性高、可循環充電次數多等等。

特斯拉解決 18650 型傳統電池短板的辦法包括：

1、活性的電化學材料和改進的電芯結構設計，帶來單位體積/重量內能量存儲更高，提高充電電壓的同時，電芯穩定性更好。

2、優化模組設計，採用多電芯並聯成組方式，提高電池包瞬間放電能力；電池包的多模組串聯及其平板設計，更利於底盤佈置更多的電池，提高單次充電的續航里程。

3、先進的故障保護機制和電池充放電控制，核心的故障處理機制，全溫度區間電池充放電的控制，以及高精度的 SOC 和 SOH 算法，對於單次循環超過 400 km 續航里程而言，假使 600 次日常充放電循環，同樣可以滿足 240000 km整車壽命。

4、業內領先的熱管理系統，熱管理系統不僅僅指液冷，還有圍繞電芯覆蓋面的絕緣、導熱創新材料的應用，以及長方形鋁製冷卻管路的設計，確保電池工作在最優化、最一致的溫度區間，從而獲得即使在低溫低電量時的電芯均衡一致性，並延長電池循環壽命，滿足汽車級要求。

5、優秀的電池管理系統，是指基於汽車的硬件軟件，特別是多重安全設計，協同電芯、模組、電池包的安全裝置，確保電池包安全可靠。同時該系統創新的控制策略保證了電池的監控管理精度最優化。研究人員對電池組的每一個層次都進行了嚴密的監控，在每個電池單元兩端均設置有保險絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻融斷，斷開輸出，以此避免因某個電池出現異常情況（過熱或電流過大）時影響到整個電池包。在每個電池模組上，均設置有電池監控板（Battery Monitor Board，BMB），用以監控每個電池塊的電壓、溫度以及整個電池模組的輸出電壓。在整個電池包上，設置有電池系統控制器以及智能保險，用以監控整個電池包的工作環境，包括電池包的電流、電壓、溫度、溼度等。在系統層面，設置有系統安全控制器，用以監控電池系統控制器。在車輛發生碰撞時，電池的外部結構可以保護電芯免受衝擊並自動切斷電源，這樣一套電池控制系統已經成為特斯拉汽車電池的技術核心。

常規全輪驅動車輛，一般只用一臺發動機和變速箱來分配能量、犧牲效率，以換取牽引力。但特斯拉是在後輪驅動基礎上，又在前軸加裝了一臺電機，使之成為雙電機全輪驅動。

特斯拉採用三相四極交流感應電動機，銅轉子，具有變頻驅動功能的驅動逆變器與動能再生制動系統。

它不僅體積小，重量輕，而且可以瞬時輸出到最大扭矩，並在全壽命內基本無需保養。獲得過 2014 年度國際最佳發動機大獎。

兩臺電機對前後輪扭矩分別進行數字化獨立控制，實現了車輛卓越的牽引控制，提升了性能表現的精準度。

專注汽車創新領域的專家 Steven L 在其文章中曾解析特斯拉利用雙電機提升車輛性能的秘密——「兩個電機，我們把前輪的電機稱為輔電機，後輪的電機稱為主電機。兩個電機可以根據各自特性，在不同工況下發揮各自優勢，在任何一個轉速區間內，電機組合都能為系統提供充足的扭矩支持與功率輸出，從而優化驅動系統的效率。」

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。

全鋁車身的特斯拉電動汽車，主要採用的是美國鋁業公司（Alcoa）生產的鋁材來製造底盤和車身板件。這種輕質金屬必須精密衝壓，為此，特斯拉工廠配備了北美最大規模的液壓機，大約相當於 7 層樓高，其延伸到地下的部分有 3 層樓高。實際上這是將總共 5 臺液壓機連成 1 排，用於模鑄造型複雜的部件，如前機蓋或車身兩側的板件。

這是一種慢速衝壓，目的是儘量減少熱量和翹曲。

完成衝壓後還要用激光切割機進行更精密的加工。成型的部件被送往車間，裝載在「智能運輸車」上的車身可以沿著地面鋪設的磁軌導航行駛。由於缺少合格的供應商，所以特斯拉使用的零件目前大部分為自產。

擠壓件、衝壓件和鑄件的專業組合實現了需要的剛度和強度。高剛度、高強度結構不僅能保護車內乘員，還能提供更好的整體操控性。

這種鋁增強材料可以吸收衝擊力，例如在 NHTSA 測試中，當一根撞杆高速撞擊車輛的側面時，撞杆在撞到車內乘客之前就已經斷裂或致使汽車停下。車尾的雙保險槓可以保護坐在「第三排」座位上的乘客。「第三排」實際上是位於後備箱位置的兒童尺寸背向可摺疊座位。Model S 在 NHTSA 測試中撞壞了一個獨立的車頂衝撞機，而它的車頂卻沒有塌陷，這也同樣得益於用航空航天級螺釘固定的鋁增強材料。

但全鋁車身的成本要昂貴得多，所以特斯拉絞盡腦汁控制 Model 3 的成本，選擇了鋼鋁混合車身結構。維修指南顯示，Model 3 白車身主要由四種材料組成：鋁材（灰）、低碳鋼（藍）、高強度鋼（黃）、超高強度鋼（紅）。

特斯拉 Model S 是 2014 年唯一一款同時獲得歐洲 Euro NCAP 和美國高速公路安全管理局（NHTSA）5 星最高評分的車型。事實上，能夠獲得「雙 5 星」殊榮的汽車非常稀少，而特斯拉卻能在包括正面碰撞、側面碰撞、翻滾測試、兒童保護測試、行人保護測試、鞭打測試等諸多評比項目中脫穎而出。

特斯拉專利開放

2014 年 6 月 12 日，馬斯克宣佈：“特斯拉公司將自己所有的 200 餘項有關電動汽車電池、電子裝置和控制軟件方面的相關專利免費對外開放，不會對任何懷有善意使用我們技術的企業發起專利訴訟，目的是鼓勵其他汽車廠商利用這些技術，開發長距離續航的電動汽車。

在特斯拉開放的專利中，104 項與電池以及電池安全控制系統有關，28 項涉及充電技術，這兩類專利佔到了專利總數的 53%，也是特斯拉最主要的優勢技術。現有的電池安全控制系統專利，主要用於協調運行車上 7000 多節鋰電池組成的電池組，這套技術目前已經成熟，特斯拉決定開放專利，同時研究更具潛力的大電池。

創立公司時，馬斯克說「世界上不需要另外一家汽車公司，需要的是能夠引入最高科技電動汽車技術的汽車公司，同時還需要一家提供環保技術，能夠為全球的化石燃料使用的降低做出貢獻的電動汽車公司。」

對特斯拉來說，開放專利並非要避免別的公司模仿技術，因為這沒有意義。特斯拉的初衷是推動全球共同發展電動汽車的技術，希望能夠幫助到其他的電動汽車公司。

同時，也促進其他公司藉助特斯拉開放的專利，開發自己的技術，發展得更快一些。特斯拉尖端技術開放專利供其他生產商參考使用，並且不斷完善全球充電網絡、向社會開放充電設施，特斯拉的種種舉措與當時創立公司的初衷是一致的，希望攜手其他生產商一起為推動全球的電動汽車技術的可持續發展作出貢獻，生產出更多的電動汽車。

特斯拉專利清單

特斯拉的專利，涉及到電動汽車綜合控制；電機控制製造及優化；電池單體技術、成組技術、均衡優化及壽命管理；整車系統控制；熱失控探測報警；多種電源配合應用技術；防止過充過放和其他電池濫用技術；高壓電氣連接及高壓安全技術等等，幾乎我們遇到的，實際上特斯拉在專利中都有所闡述。特斯拉公開的專利，包含不同專利類型，至今一共387項。專利名稱和專利號，詳見下表。