特斯拉汽車 傳(中篇)把汽車當電腦來造,能行麼?

接續上文之前,


咱先說說特斯拉這兩天“減配門”的新聞,交付車輛實際配置與相關清單不符,並未且告知消費者,或以涉嫌欺詐。


特斯拉汽車 傳(中篇)把汽車當電腦來造,能行麼?


就在這315消費者權益保護日即將來臨之時,特斯拉給自己“搞事情”。有新購國產Model 3車主發現,行車電腦本應搭載最新的3.0版本芯片硬件,可自己的車裝配的卻是2.5版本的芯片硬件,而3.0版本芯片的圖像處理速度是2.5版本的21倍。實際中這些芯片被用於支持特斯拉司機輔助駕駛系統Autopilot,低版本的硬件會直接影響未來的功能升級和車輛駕駛感受。


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減配情況曝光以後,特斯拉發佈瞭如上圖的聲明,在裡面有一句“特斯拉上海超級工廠於2月10日開始復工復產。期間基於供應鏈狀況,……”很多網友質疑,為什麼要強調2月10日復工?這是要將責任甩鍋近期的“疫情”?


隨後,有進口版Model 3車主也發現了自己的車有該項減配問題。


對於此次事件,有律師表示,“如果特斯拉上述行為被認定符合《消費者權益保護法》第五十五條規定之‘欺詐行為’,則消費者要求‘退一賠三’的主張將會得到支持。”

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接下來,咱接著上篇《特斯拉汽車 傳(上篇) | 這個磨人的小妖精是如何長成的?》繼續講,特斯拉按照馬斯克規劃的路線圖“Master Plan”,即“三步走”戰略,一步一步發展壯大。

一、打造一臺昂貴、小眾的跑車(Roadster);

二、用掙到的錢,打造一臺更便宜、銷量中等的車(Model S/X);

三、用掙到的錢,打造一臺更具經濟性的暢銷車型(Model 3);

四、在做到上述各項的同時,還提供零排放發電選項。

在踐行這個計劃的過程中,特斯拉經歷了怎樣的困難和挑戰?做了哪些特別的事兒?


產能問題始終是困擾

特斯拉不斷打造超級工廠


對於任何一個造車新勢力來說,產能都是個棘手的問題,成規模的將數萬個零件組裝成一輛能在路面上飛馳的車,這並不是一件容易的事兒!

特斯拉這個外國造車新勢力,也不例外的面臨這個問題。前文我們就提到,特斯拉的第一輛車Roadster,就由於前任CEO艾伯哈德過於注重技術研發和性能提升,忽視了生產安排和產品管控,大大拖延了交付時間,1000名預定用戶中有30多名因為交付延期而取消訂單。本來賣的不多,又不能如期交貨,這讓特斯拉陷入了尷尬。


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而後來Model S、Model X和已經紅的發紫的Model3,特斯拉的每一款車產能都從未跟上過,採用訂單制生產的特斯拉幾乎很少有庫存,這讓它的新用戶始終都得為交付延期做好心理準備。

至於交付延期的原因,無論是早期Model S的內部返修率過高,還是高度自動化的生產線調試不當等原因,無疑就是生產體系不成熟和生產線不夠。面對日益火爆的需求,特斯拉也在不斷進行產能爬坡,同時加開更多生產線已滿足需求。


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目前,特斯拉在全球共有5家工廠開工和1家在建。每一家工廠都具備高度自動化的生產能力,在不斷的磨合中,特斯拉也逐步的讓生產線上的機器人更加有效的工作。

Fremont工廠是特斯拉在2010改造的,也就是上篇中提到的NUMMI工廠,在收購之前它屬於豐田汽車。2012 年6 月,特斯拉制造的第一臺Model S就在此下線。這座超級工廠擁有全美規模最大Schuler SMG 液壓機、專為特斯拉打造的焊接機械臂以及接近500臺Kuka生產線機器人。儘管擁有自動化極高的生產線,在這座2016年擴建後總面積達93 萬平方米工廠裡,還是有超過1萬名工人在此工作。工廠同時生產Model S、Model X 、Model 3的成品整車。

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Fremont工廠(美國·加州)


到2020年,特斯拉要年產500,000 輛車的宏大計劃,讓特斯拉自身的電池需求量就已經達到全球的鋰離子電池供應量,屆時預計需要35GWh動力電池年產能。

而Gigafactory 1 工廠正是為了大規模的電池和動力系統製造而誕生。工廠製造動力電池、Model3電機、電驅動橋等汽車部件,未來可能還會建立汽車生產線等。


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Gigafactory 1(美國·內達華州)


Gigafactory 1工廠於2014年7月開工建設,是特斯拉和松聯手之作。整個工廠一分為二,一半是松下用於生產電池,另一半是特斯拉建立電池模組和電池包生產線,兩者完美的結合讓電池組的生產成本直接下降了30%。Gigafactory 1已經開始批量生產鋰離子電池,截至2018年底,特斯拉電池包產能以達到24GWh/年,目前世界上一些大型電池工廠每年僅生產大約4GWh鋰離子電池。而該工廠目前只完工了30%,建成後可能成為世界上佔地面積最大的建築。

“加速世界向可持續能源的轉變”是特斯拉願景,上文中我們也有介紹馬斯克為特斯拉發展制定的路線圖“Master Plan”,最後一項就是提供零排放發電選項。而Gigafactory 2工廠正是為此計劃服務的。

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Gigafactory 2(美國·紐約州)


Gigafactory 2工廠同樣也是特斯拉和松下攜手運作,主要用於聯合生產Solar Roof的太陽能電池板和儲電電池。


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Gigafactory 3(中國·上海)


特拉斯中國超級工廠的落成是在2019年,而後的德國超級工廠也在前不久才開始動工,所以,並不屬於特斯拉第一個十年計劃中的安排,詳細的介紹我們放到下一篇講,在這裡提出來是讓大家對特斯拉整體生產規模有一個完整的認識。

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Tilburg組裝工廠(荷蘭)


Tilburg組裝工廠是特斯拉在歐洲的首家工廠。該工廠於2013年8月投產,並在2015年10月完成擴建並開工。特斯拉將Model S和Model X車型散件運到荷蘭,在此完成總裝並針對歐洲進行銷售。該工廠將僅限於整車總裝業務,而不會涉及零部件或系統製造。

隨著特斯拉生產線的不斷完善,它也在一步步實現產能爬升,正朝著一個全球化車企的方向走去。


特別之處一

用筆記本電腦電池做動力單元?


電池系統佔據了一輛電動車成本的30%-40%,是重中之重。那特斯拉是如何打造這“能量之源”的?


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外媒拆解的特斯拉Model S 電池系統


特斯拉動力電池系統包括電池單體、電池管理系統(BMS)、熱量管理系統、冷卻管理等,其中電池單體佔動力電池系統成本70%以上。

咱先說佔據動力電池系統最大的份額的電池單體。特斯拉前後應用過18650和2170兩款圓柱封裝電池,目前最新款2170圓柱電池採用鎳鈷鋁NCA配備硅碳負極,單體電池容量在3~4.8Ah之間,單體能量密度可達300Wh/kg,性能較上一代18650電池能量密度250Wh/kg提高約20%。


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18650圓柱封裝電池單體(直徑1.8cm,高6.5cm,0代表圓柱)


2013年,大部分電動汽車主機廠還停留在磷酸鐵鋰電池與NCM111時,特斯拉已經開始在Model S上使用高能量密度的NCA三元鋰電池;當市面大多廠家2017年開始由低鎳材料過渡到NCM622/NCM811高鎳正極材料時,特斯拉已經探索更高能量密度的硅碳負極應用,特斯拉電池技術和整車續航里程方面始終領先行業。

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2170圓柱封裝電池單體(即為21700電池,直徑2.1cm,高70cm,0代表圓柱)


特斯拉目前使用的這些電池單體,都是由松下生產供應的,這些松下電池並不神秘,市場上很多筆記本電腦的鋰電池組,封裝的就是這種電池,生產工藝非常成熟。


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傳統筆記本電池拆解


一臺筆記本電腦的鋰電池組大概也就封裝6或8節18650圓柱電池;而以一臺特斯拉Model S 85為例,則需要7000餘節同樣的電池。


這些電池被分組打包,通過串聯與並聯的方式,最終被整體集合打包在一起。同時,由於鋰電池的非線性放電特點,會導致如個別電芯的過度充放電將引起永久性的電池損傷,造成整個電池系統電壓、溫度不穩定,嚴重的將導致熱失控事件。


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按照“單體電池-brick-sheet-pack”順序進行分層管理


特斯拉採用的電池管理系統具精確度遠高於同行業水平,根據外媒對Model 3的拆解,Model 3的BMS可以將23-25個獨立電池組的電壓差控制在2-3mV,遠低於其他普通電動車的水平。同時,該套電池管理系統高集成度,特斯拉BMS模塊集成了高壓控制器、直流轉換器和多個傳感器,由此可以減少內部通信所需的高壓線束,最終減輕總重量並降低成本。


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特斯拉Model S 電池拆解

不過,說到這你是不是有疑惑了,筆記本電腦的電池是不是用著用著就會發熱,有的筆記本甚至會在長時間使用後,產生電池發燙現象,那麼這7000餘節電池豈不是個巨大的熱源?怪不得會@#¥自#%&¥*燃@¥... …但冬天時,氣溫過低也會大幅影響電池工作效率!這個,咱們就要說說他的電池熱管理系統。


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電池熱管理方面,特斯拉採取50%水和50%乙二醇為冷卻液的液冷方案,由四通閥實現的電機和電池冷卻循環串並聯結構。由系統芯片算法控制,當電池溫度超過設定目標值時,電池循環與電機循環相互獨立,採用並聯,為電池降溫;電池溫度低於設定目標值時,電池循環與電機循環採取串聯,利用電機餘熱為電池和座艙加熱,而多餘熱量將由進氣口的熱量交換器排放出去。

此方案充分利用車內所有部件熱量,使熱量有效循環遊走,極大提高電池單體散熱性和電池單體間溫度一致性。因此,無論冬季還是夏季所對應的極端氣候,特斯拉車輛溫差控制保持在2℃內,體現強大的溫度管控能力。


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後來,特斯拉昇級了電池,可燃點從18650電池的約175℃降低為2170電池的約65-82℃,對電池冷卻系統提出更高要求。對比舊版Model S 85、新版Model S P100與Model 3可以發現,電池冷卻系統階段性升級,從早期的單條冷卻帶到如今的每層獨立冷卻帶,為新版2170電池提供更好的溫度管控,極大提高電池冷卻運行效率。


特別之處二

採用小眾電機


與目前乘用電動汽車市場中主流車型採用的永磁同步電機不同,特斯拉選擇了使用製造成本較高的感應電機。如果簡單的對比,可以理解成永磁電機效率更高,感應電機性能更強。


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特斯拉電機工程師


除了有更強大的電池支持,讓特斯拉可以犧牲一部分電機效率選擇性能外,特斯拉選擇感應電機和它最初的技術是有很大關係的。在前文創始人的故事中,我們提到了最早給艾伯哈德和塔本寧技術幫助以及合作的AC Propulsion公司,而這家公司在感應電機方面擁有著領先的技術實力;再加上感應電機退磁風險小,技藝成熟;並且,永磁同步電機要用到比較多的稀土原料,而全球稀土資本基本集中在東亞,尤其是中國和日本,這會帶來採購障礙因素綜合考慮,特斯拉選擇了搭載感應電機。


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Tesla Model3雙電機四驅版本

當然,特斯拉在後期也對感應電機技術進行了一系列的提升,包括設計對應衝片、提高扭矩、冷卻系統等手段,其中,最為創新的是感應電機銅芯轉子專利技術。

特斯拉使用鍍銀銅插片填滿銅條轉子槽間隙,再加固兩端,封上禁錮環片的方法,降低鑄造難度的同時提升電機運行效率,完成特斯拉特殊動力改造。


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在永磁電機上,特斯拉也有過嘗試,在之前Model3後驅長續航版車型就採用了永磁開關磁阻電機的單電機配置。特斯拉的永磁電機採用世界上僅少數大廠才擁有的油冷方式,並經過技術提高,轉數可達18000轉,遠超國內市面上12000轉的平均水準,即便是有技術相對比較高的廠家,也只能達到15000轉。不過在後來,特斯拉基於全球車型佈局和銷售戰略,裁撤了全部兩驅車型。


特別之處三

把汽車按照電腦造

在小編看來,特斯拉在推動先進的純電造車技術以外,最重要的是它開創了汽車行業的OTA升級服務,可以說是汽車售後服務的一次顛覆。


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曾有美國知名汽車媒體指出特斯拉Model 3存在剎車距離過長的問題,引起軒然大波。如果是傳統車企,要解決類似狀況就需要大規模召回車輛,或是通過4S店對零部件進行更換,兩種方案都需要浪費車主漫長的等待時間,車企也要為此付出巨大的經濟損失。然而特斯拉的工程師通過OTA(Over-the-Air)的方式對系統進行了升級,在幾天之內便解決了這一問題。

這就是特斯拉與傳統車企最根本的不同——特斯拉可以像智能手機一樣進行系統升級(OTA),傳統車企的OTA只侷限於車載導航功能,完全無法像特斯拉一樣對車內溫度、剎車、充電等涉及車輛零部件的功能進行遠程控制或升級。

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背後更深層次的原因在於,兩者底層的電子電氣架構完全不同。傳統車企的各部分ECU的開發都是由供應商完成,所以每部分都有著各自的底層代碼和權限限制,集合成整車後,龐大冗雜的代碼根本無法統一管理,並且供應商也不一定就提供給車企代碼權限,就更不用說升級了。這就致使了汽車軟件方面的更新幾乎與汽車生命週期同步,極大的影響了用戶使用感受。

與傳統造車不同,特斯拉採取了集中式的電子電氣架構,即通過自主研發底層操作系統,並使用中央處理器對不同的域處理器和ECU進行統一管理。這種架構與智能手機和PC非常相似。


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以特斯拉Model3的電子電氣架構為例,分為三部分,CCM(中央計算模塊)、BCM LH(左車身控制模塊)和BCM RH(右車身控制模塊),其中CCM由IVI(信息娛樂系統)、ADAS/Autopilot(輔助駕駛系統)和車內外通信三部分組成,CCM上運行著X86 Linux系統。BCM LH和BCM RH則負責車身與便利系統、底盤與安全系統以及動力系統的功能。

如此3C化的模塊式開發,為OTA的應用提供了便利,讓車輛未來的軟件更新和系統迭代變得更為容易,可以持續地提供車輛交付後的運營和服務。傳統汽車產品交付就意味著損耗和折舊的開始,但軟件OTA賦予汽車更多生命力,帶來更好的用戶體驗。當然,車輛內部電子線束結構的大幅優化,也帶來了更加便捷的生產操作,提高了生產效率。


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自2012年Model S上市以來,特斯拉軟件系統至今一共進行過9次大更新,平均幾個月一次小更新,已經累計新增和改進功能超過50項,包括自動輔助駕駛、電池預熱、自動泊車等功能。如果說三電系統領域特斯拉還只是與傳統車企在同一維度上競爭,那麼整車OTA屬於特斯拉對傳統車企甚至傳統汽車一級供應商的一次降維打擊。

在2018年,大眾CEO迪斯明確提出要打造vw.OS操作系統,傳統車企也開始認識到了技術的變革趨勢,但相比於出身硅谷的特斯拉來說,顯然軟件開發不是大眾的強項,未來表現如何,我們拭目以待。

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作為第一性原理的忠實信徒,馬斯克善於迴歸事物的本質分析和解決問題,而不是採用類比和改良的方式。特斯拉的確用先進的技術和理念贏得了市場的認可,但它後續將如何發展?下一篇,咱們將會講到特斯拉的第二個十年計劃,下篇見!


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