驭电前行 未来已来——特斯拉电动车技术赏析

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2016年6月17日17:00:37驭电前行 未来已来——特斯拉电动车技术赏析已关闭评论 565 浏览 9760字阅读32分32秒

澄泓研究理念:让研报变诚实,使投资更简单。

澄泓研究•新视界工作室成员:简放、散人gjjn538(主稿)、大徐子、明日花开、后来居上_dioyan、杨长雍、股市里的随风草、吉普赛007

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特斯拉作为当代电动车的象征已经深入人心,惊艳的外形,出色的安全和性能表现,使它超出了一辆电动车的概念,它代表着可持续交通和汽车的未来,它是一种生活方式。

一、电动车的发展历史

我们先聊聊电动车的发展历史,话说在1987年的澳洲,举行了一个在当时被视为最高科技的汽车比赛,参赛的车辆即便拿到今天也会让人惊叹于其超前的设计,这就是“世界太阳能车挑战赛”(那个时候太阳能电池还不多见)。比赛从澳洲北端的达尔文,穿越整个澳洲大陆,终点为澳洲南部城市阿德莱德,全程3000余公里。

当时通用汽车公司总裁罗杰史密斯,聘请了当时著名的Aero
Vironment公司设计一款性能初众的太阳能电动车,以最快109公里/小时的速度,奔跑5.2天,从澳州北部达尔文抵达南部的阿德莱德,赢得了比赛。

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总裁罗杰史密斯就想将这些技术用于自己造个电动车。于是1990年,通用汽车公司完成了史上第一台量产电动车EV1的原型——Impact。而通用EV1,作为电动汽车历史上的标杆,对未来电动车的发展产生了深远影响,无论是从外形还是动力总成,在当时都有着划时代的意义,低达0.19的风阻系数即便是拿到今天也算是相当高的水平。

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第一代EV1只有16.5kWh的铅酸电池容量和110公里的续航里程,即便到了终极版的EV1,电池升级为24.6kWh的镍氢,续航增加到接近200公里。要知道在当年锂电池还没有开始广泛应用。所以EV1就成为了当时最具科技感且性能超群的电动汽车。

EV1当时由于太贵,没有公开发售,而是以租赁的形式诞生了第一批使用者。经过几年的不断发展,这车累计生产的已经达到了一千台以上,在眼看一切都要步入正轨的时候,时任通用集团CEO里克瓦格纳却在2003年正式提出取消EV1计划,原因是电动车并不能为公司带来盈利,而奇怪的是,当租赁EV1的用户提出他们非常喜欢现在的车,希望全款购买时,通用汽车集团却驳回了他们的请求,将所有车辆集中销毁。你说悲剧不悲剧,一代名车就这样毁了。

虽然EV1没有了,但是当时有两个人:艾伦以及汤姆盖奇也开发了一款电动车T-Zero,这辆车性能比EV1还好,可是没有钱生产,这么好的车怎么会无人关注呢?当时确实引起了一个人的注意,这个人就是特斯拉掌门人:埃隆•马斯克。这可不是个一般人,有多牛呢?

1971年6月28日,马斯克在南非的比勒陀利亚出生,他的父亲是一名南非机电工程师,母亲是加拿大人。

1981年,10岁的马斯克就拥有了自己的第一台电脑,并且学会了软件编程。

1983年,12岁的他成功设计出一个名叫“Blastar”的游戏,并为这款商业软件开出了500美元的价格。

1992年,马斯克就读宾夕法尼亚大学,攻读商科和物理。随后,马斯克来到斯坦福大学攻读博士学位。但是,在仅仅入学两天后,马斯克就退学了。

马斯克后来创立了两间成功的互联网公司,并以相当可观的价钱把他们卖给了康柏电脑公司和EBAY。

在那之前的四个月,他成立了美国太空探索技术公司,研究如何降低火箭发射成本。它开发了可部分重复使用猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭,这个大家都知道前几次都失败了,后面成功了。美国宇航局都被搞定,2006年还创建了美国光伏企业SolarCity。

马斯克在大学时就对持续交通和太空探索感兴趣,T-Zero的性能和纯电动的特点自然吸引了马斯克的兴趣,埃隆•马斯克向特斯拉投资630万美元,这才有了后来的特斯拉。公司也是几经磨难,几度濒临破产,2009年,Model S原型车面世,这一款跨时代的产品在之后影响了全世界超过十万个车主的出行方式。不得不说,马斯克和JB
Straubel是工程师里罕见的同时具备远见和商业头脑的人。

2010年6月,Tesla在纳斯达克上市,Tesla由此成为1956年福特汽车IPO以来第一家上市的美国汽车制造商,也是目前唯一一家在美国上市的纯电动汽车独立制造商。

2012年6月,开始交付第二个车型Model S;2015年,开始量产Model
X;2016年3月,发布史上划时代产品Model 3,三天预订单达到37万辆。

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二、特斯拉的技术特色

1.轻量化底盘与车身

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我们以特斯拉Model
S车型为例来说明,我们知道电动车是以电池做为动力,车身在保障安全的前提下越轻越好,这样可以增加行驶里程,增加电池使用时间,所以特斯拉Model
S车型采用了全铝合金车身与高强度硼钢强化结构,悬挂系统则采用了前双叉臂、后多连杆的设计形式;它的电动机单元非常紧凑,驱动形式采用后置后驱的形式,车头部分基本是空的,整车前后重心分配更为合理,而且整车重心高度也非常低。

一体化的设计带来了更加出色的车身刚性;由于传统发动机舱防火墙的取消,前悬挂塔顶部分采用极为粗壮的铝合金型材加固,大大提升了车体结构的抗扭性。而车头余下的空间除了可以用来充当行李舱以外,还巧妙地布置了水冷系统的水泵,转向助力系统、制动总泵、ABS系统以及气动避振系统的气泵。

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车身由机器人全自动生产线焊接装配完成,保证了焊接装配质量,反观国内某些电动车直接用燃油发动机车身,无疑是错配。

2.电机

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特斯拉公司使用的电机是三相感应电动机,而非传统电动车所用的稀土永磁电机。这是为什么呢?

Model
S的动力来源于一颗体积约西瓜大小,输出却达416匹马力(310kW)4极交流感应铜转子电机,而非传统电动车所用的稀土永磁电机。稀土永磁电动机使用永磁体作为转子,定子通过电流产生电磁转矩推动转子的磁场围绕轴心旋转,其定子和转子的磁场是同步的。而感应电动机是异步电动机,是由定子绕组形成的旋转磁场,与转子绕组中感应电流的磁场相互作用,产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。

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科普一下,感应电动机属于异步电动机,它不像永磁电动机那样“矜贵”,感应电动机具有强大的温差承受能力,而永磁电动机则会因为温度大幅度变化而损坏。所以特斯拉的电动机不需要像其他电动车那样安装散热器、冷却风扇、水泵及相关的管路等。同样感应电动机的输出扭矩可以在大范围内调整,不像传统电动车那样需安装传动机构,而永磁电机的电动车要通过齿轮箱来输出更多的扭矩来实现提速,由此Model
S简化了传动系统的结构。

3.电动汽车电机控制器

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特斯拉电机采用三相交流异步电机,每相采用推挽电路28个IGBT管驱动,特斯拉的功率电子模块使用72个绝缘栅双极晶体管(IGBT)将直流电转换为交流电。除了控制充电和放电速率,功率电子模块还控制电压等级、电机的RPM(每分钟转数)、转矩和再生制动系统。该制动系统通常通过制动捕获动能,并将其反馈传输回ESS。电池组、功率电子模块和电机系统的效率和集成能够达到85至95%,从而使马达输出可达185千瓦的功率,组成交流调速系统。

特斯拉汽车之所以采用交流调速系统而不采用直流调速系统,其主要原因是交流调速系统有以下优点:

a.交流电机结构简单,便于日常维护;

b.交流电机坚固耐用、重量轻,需要动态响应高的场合(精密、高速控制)时优势显著;

c.调速的动态性能好,经济可靠;

d.功率因数高、谐波小;

e.电机效率高、节能效果好(相比直流综合节电率在 15-25%)。

尽管交流调速传动有优点,但它也存在以下缺点需要改善:

a.线路复杂,控制难度大;

b.交流变频调速装置初期投入成本略高。

但这些对特斯拉来说,都不是事。

4.电池管理系统(核心技术)

特斯拉最核心的技术就是这套电池系统,他的大部分专利都是围绕这套系统,能管理接近7000块小电池,这套管理系统很了不得,下面我们详细分解。

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电池组安放前后轴之间的底盘位置,其重量可达900公斤。因此造成底盘重心较低,非常利于车辆的高速稳定性。电池组几乎占据车辆底盘的全部,但电池组并没有作为承受力的主体,电池组有加强筋和受力框架保护,大大减低碰撞时的爆炸危险。

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电池板中的16块电池组均衡平铺在壳体上,整体结构紧凑,平铺有利于散热。每一组电池组由六组单体电池包串联而成,但单体电池包的布置并没有采用均衡布置,而是采用不规则的结果,猜测是为了方便电池组内的散热管路布置。

现在明白为啥国产电动车跑不远了吧。

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瞧瞧这主动保护的功能!

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电池组整体由透明塑料壳包裹住,两侧有金属散热护板包围。电池厚度比脚掌稍稍厚些,属于扁长型电池组,从而导致车辆重心可大大降低。总体电池组保护的相当不错。

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电池板内除了电池组外,最多都是“冷却液”管路。每组电池都需要通入一定量的“冷却液”。虽然“冷却液”并没有泵驱动主动流动,但整个电池板所有管路都是相通的,“冷却液”可热胀冷缩进行一定范围流动。

“冷却液”呈绿色,由50%的水和50%的乙二醇混合而成。“冷却液”配合着铝管使用主要是为了保持电池温度的均衡,防止电池局部温度过高导致电池性能下降。特斯拉的电池热管理系统可将电池组之间的温度控制在±2℃,控制好电池板的温度可延长电池的使用寿命。

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从电路图上可看到,电池管理系统为特斯拉自行研发,拥有高度的知识产权的核心技术。该系统能自行处理充放电以及发热问题,相信国内厂商较难山寨出来。

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(以上图片文字资料均来自驱动之家网页)

优质的电芯 精良的硬件设计 优秀的散体系
完善的软件=优秀的BMS系统。特斯拉寻遍得了全世界也只找到一家电池厂家——松下,并救活了松下,这是后话。优质的电芯可以减少BMS系统工作量,提高检测精度。

根据特斯拉公开的一组报告数据显示,Modol
S电池组内各单体电池的温度差异控制在±2°C内。在行驶10万英里后,电池组的容量仍能保持在初始容量的80%-85%,而且容量衰减只与行驶里程数明显相关,而与环境温度、车龄关系不明显。可见特斯拉的技术不是吹牛,人家还是有真功夫的。

5.高效率的能量回收系统

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能量再生制动系统——为了令特斯拉Model
S具有更为耐久的续航能力,一套高效率的能量回收系统必不可少,电动车这是必须的,而特斯拉则将这一过程简化为透过油门踏板的操纵即可控制车辆的动能回收。在加速过程中松开特斯拉的油门踏板,电动机便开始持续的从车轮的旋转中“汲取”能量,将动能转化为电能储存回电池组。这是很有用的功能,比如刹车下坡时,电动机就变成发电机为电池充电延长电池使用时间。

三、颠覆性的华丽设计

1.内饰设计

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Model
S在内饰设计上同样打破陈规,车内中控台放置了一块堪称巨大的17英寸电容式触摸液晶屏幕,车主将能以触控形式透过拖曳、点选、旋转等操作手法,进行音乐、通话、导航、蓝牙、空调、灯光、乃至于电力回收系统、车身高度等控制,几乎所有的行车功能皆能透过该具屏幕完成,且能自由排列接口,操作直观而且界面非常炫目。当然你也可以通过手机app控制一些功能。

2.贴心的细节设计

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第一个是四个嵌入车门的感应式车门把手,这四个车门把手在绝大部分时间隐藏在车身内,与车身侧面平滑一体。当你靠近时它也会自动弹出,坐进车辆后,门把手又会自动缩进去。第二个是隐藏在一侧尾灯处的感应式充电接口,当拿着充电连接器靠近它时盖子会自动打开,露出充电的口子。这两个设计细节不仅让车身外表面保持简洁,而且让人觉得Model
S非常地灵动,感觉他是活的。

四、性能如何

Model S:目前性能最为强悍的是85KWh
Performance电池容量版本,该车百公里加速时间只要4.4s,最高车速210km/h,并拥有480km的续航里程,性能数据可以说已经非常出色了。

Model X 90D与高性能版的Model X
P90D:
高性能版P90D采用双电机四轮驱动,在狂暴模式下,仅用3.4秒即可从静止加速到100公里/小时,最高时速250公里/小时。90D车型的续航里程达489公里。Model
X在全部评估项目测试中均获得五星安全评级,这在SUV车型中尚属首次。在主动安全方面,Model
X标配了侧撞预防和自动紧急制动,力求最大限度地避免事故的发生。同时,Model
X配备了前视摄像头、雷达、360度声纳传感器,可实现非常先进的自动辅助驾驶功能。

最新上市的 Model
S和X,针对中国用户推出了生化武器防御模式的空气净化系统,在PM2.5时常爆表的中国,这项功能能在短时间内将PM2.5降至个位数,可以过滤掉绝大多数空气微粒,有效阻隔空气中的花粉、细菌、过敏原及污染物等。活性碳滤网可有效阻止含有氮氧/碳氢化合物的废气,以及空气中的其他味道进入车舱。无论是对整个家庭,还是对老人和孩子,这项功能都来的更贴心,更实用。

追求内在与外在的“双重安全”是特斯拉“未来汽车体验”的实质体现。

五、免费使用 免费保养?

用过车的人都知道,一年下来的油钱和保养费怎么也得几万,想一想那宰人的四S店,心里那都是痒痒的。那么,我们首先来看看特斯拉充电到底有多便宜呢?

从你把Tesla开回家的第一天,你就已经开始在为你的交通出行省钱了。

我们以93号的油价计算,一箱油50升,最近的价格5.69元,每箱油的花费在284.5元人民币左右。平均10天加一次,普通家庭每年在燃料方面的花费大约1万元。

同样是500公里的里程,90版本的Model
S只耗费90度电,按照每度电6角钱计算,共花费54元钱。那么一个月就是162元,一年才1944元。也就是说,同样的里程,Tesla的花费仅为内燃机车的五分之一甚至更低,一年只需要2000元人民币。

如果你使用特斯拉的超级充电站给你的爱车充电,那么将是终身免费哦。

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这是真的吗?

保养呢,贵吗?

在中国,多数消费者看中特斯拉的,一个是不用保养,一个是贴心服务。特斯拉在中国的的4S店(官方叫做服务中心)都是直营,主要是做售后服务。由于没有发动机变速箱,一般不用换配件,最多换刹车片轮胎,再也不担心被宰。

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六、驭电前行 未来已来

当你走进特斯拉汽车,车门把手自动轻轻伸出。打开车门非常震撼触摸屏在眼前点亮,没有一个开关旋钮,踩下踏板车子无声无息地滑出。这就是特斯拉电动车,颠覆了整个汽车业,也改变了人们对电动汽车和可持续交通的既定认识,具有学习特性的无人驾驶功能,车联网技术的功能自动升级。

它没有高科技的元件,电池是普通的笔记本用电池,电机是普通的交流电机,却做出世界上最好的电动车,带来更好的驾驶体验、更好的拥有体验,以及更好的文化体验。这一切源自创新,它带表着汽车的未来,它是一种生活方式。

创新,书写着人类历史;创新,影响着人类未来。

驭电前行,未来已来。

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注:本文图文资料均来自网络公开资料)

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