成功靠营销 电池是命门汽车工程师眼中的特斯拉

◎张岩 （美国克莱斯勒汽车公司工程师）

最近，美国特斯拉电动汽车进军中国市场的新闻屡屡登上媒体头条。那么，特斯拉有何过人之处？它是否符合汽车发展的潮流？其安全系数如何？作为先后混迹于美国三大汽车公司（福特、通用、克莱斯勒）的工程师，笔者也想谈谈自己对特斯拉的看法。

电动车和汽油车能量传递路线对比示意图

在讨论特斯拉之前，先简单介绍一下电动汽车相关的背景知识。这篇文章中所说的电动汽车，单指自带驱动电源的纯电动车，不包括混合动力汽车和有外接电源的车辆（如有轨电车）。

如果拿人走路打比方的话，发动机和电池相当于输出能量的心脏，中间的传递系统相当于传递能量的骨骼和肌肉，最后带动双脚——车轮前进。如上图所示，电动车和汽油车都有“心脏、骨骼、肌肉、双脚”，但两者的能量传递路线是不一样的。

电动车不产生尾气

电动车的优点不少：

第一是节能。众所周知，传统汽车的能量来源是石油。相对于其他主要能源形式，石油储量少且不可再生。尽管近几十年来，围绕“剩余石油还够开采多少年”这个问题，专家们展开了多次争论，但是原油储量不断减少，并且产量已经达到峰值却是不争的事实。相信车主们面对不断攀高的油价，一定会认同这一点。

同时，由于主要石油产地（中东地区、俄罗斯、中亚国家）和主要石油消费地（美国、西欧、东亚）的不一致，围绕着石油的控制权，数十年来各相关国家展开了激烈的政治、经济甚至军事博弈。这个问题对我国来说也至关重要。2013年，中国超过美国，成为世界最大的石油进口国，石油对外依存度逼近60%。因此，发展电动汽车，降低石油对外依存度，对中国的经济安全、地缘政治安全有重大意义。

比起传统燃油汽车，特斯拉的底盘结构相当简单，节省了很多空间。

电动车用的是二次能源——电能。电能的来源十分广泛，除了储量比石油丰富很多的煤以外，还有可再生的水能、风能、太阳能，以及潜力巨大的核能。因此，如果电动车能广泛普及，不仅会对人们的生活方式产生重大改变，对全球地缘政治格局也会有所改变。

电动车的第二个优势是帮助对付雾霾。汽车尾气是城市雾霾的重要来源。目前，各国对汽车尾气排放的标准越来越严。而电动车在运行时自身不排放尾气，在城市的空气污染治理方面优势明显。就总的污染量来说，虽然燃煤发电也会有污染物，但是用大型发电厂和分散的内燃机汽车相比，能源利用效率更高，发电厂对于废气的集中处理也能让废气排放量降低。

第三点是传动和控制的优势，这一点涉及电动车传动的一些特点。举例来说，汽油发动机运行在上千摄氏度、几十个大气压的恶劣工况下，需要精密的制造技术、控制技术，和复杂的润滑系统、散热系统（散热系统还不停地把宝贵的汽油燃烧的热量白白散发到大气中）。发动机需要定期保养，换机油。而且发动机需要通过复杂的变速箱、传动轴、减速器，才能把能量传递给车轮。大部分传递过程都是通过金属的齿轮和轴承的“硬连接”。所有的部件都需要复杂的制造工艺并且容易损坏（想想各大车厂因为自动变速箱出问题搞了多少次召回）……

所有这一切的麻烦，在电动车这里都不是问题。电动车的电池、电动机会发热，但是比起内燃机的散热要容易处理得多。电动车的能量传递也不需要复杂易损的“硬连接”，“软”的导线就好了。由于电系统的控制技术相对更为成熟，电动车的控制相对来说容易很多。

比如，很多人都知道，电动车加速性能比汽油车要好。这是因为电动机调节功率比内燃机容易。再举个例子，电动车可以比较容易实现在每个轮子上都单独装一个电动机，分别控制每个轮子的转速。这样车的转向性能会产生飞跃。而由于传动问题，这在传统汽油车上几乎无法实现。

市场主流电动车性能比较

特斯拉的电池内观

2013年11月6日，一辆黑色的特斯拉Model S型车，在美国田纳西州纳什维尔与一辆牵引车追尾后,因底盘受损导致起火。

再比如，传统汽油车上，也要安装一套发电—电池系统，用于车上各种电子控制系统、车载娱乐系统的电源。而电动车就可以合二为一，大大降低成本。

锂电池并不绿色

前面讲了这么多电动车的优点，那么它有没有缺点或隐忧呢？应该说，问题很大，非常之大。电动车目前所有的问题，都可以归结到电池上。

首先，由于技术的限制，现在的电池容量有限。也就是说，在一定的重量/体积/成本下，目前的车载电池可以储存的电能量有限，而这却与电动车的行驶里程直接相关。根据美国环境保护署（EPA）的测试数据，单次充满电后，美国特斯拉公司“model S”型车的行驶里程为426公里；日本日产公司的“Leaf”型车是121公里；德国宝马公司的“Active E”型车为151公里。由此可见，除了特斯拉，其他电动车的行程都比较有限。但是，特斯拉为此是下了血本的。

其次，现在的电池以锂电池为主。目前锂电池的生产（包括锂矿开采）、使用和回收过程对环境的影响有很多争议。同时，锂矿在全球的分布极不平均，改为电动车以后，会不会受制于产锂国，也是很多国家担心的问题。

电池组保修8年有点悬

前文提到，电池容量是电动车的核心问题。可惜万人瞩目的特斯拉电动车在电池方面并无过人之处。和诸多同行自行研制生产（如比亚迪）或者合资生产电池相比，每辆特斯拉使用了数千颗从日本松下公司购买的18650型锂离子电池。

特斯拉Model S型车纵切侧视图

要知道，18650电池组应用最多的是笔记本电脑，而笔记本电脑的电池通常也就用个三四年，特斯拉却为Model S的电池组提供了长达8年的质量保修。姑且不谈电池这样的核心部件受制于供应商的问题，即便是特斯拉的电池管理技术十分出众，笔者也很担心，特斯拉这一承诺有点悬，将来可能会为此背上沉重包袱。

在电池管理技术和控制技术方面，电池管理系统（BMS）的主要任务是提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。此外，电池管理系统还要监控电池系统的温度，控制散热系统，防止过热等。

前文表格为笔者整理的、目前市场主流电动车的电池容量、行程和平均每公里的耗电量。从每公里的耗电量这一项，可以大致看出生产厂电池管理和控制技术的水平：特斯拉和其他主流车型相比，并无明显优势。

另外值得一提的是，比亚迪虽然在控制技术上和德国、美国、日本的大公司有一定差距，但比亚迪强势的电池技术弥补了其不足，在中低端电动车市场上，行程有较大优势的比亚迪会有较强竞争力。

另外，在安全问题上，特斯拉的车一直有较大争议。在数起碰撞—着火事故发生以后，美国交通部下属的高速公路交通安全管理局对特斯拉的Model S型车进行了安全调查。

据《纽约时报》报道，在特斯拉表示会为电池增加额外的保护层之后，高速公路交通安全管理局结束了对Model S型车的安全调查。

无人驾驶会成为主流

作为汽车行业工程师，笔者认为在可预见的未来，汽车行业主要会有两方面的进展。

一是动力方向。厂商会一边持续改进汽油发动机，以满足政府在燃油经济性和尾气排放方面日益严格的要求；一边继续投入研发混合动力和电动车（包括锂电池和燃料电池）。虽然未来的大趋势是电动，但由于电池性能改进的缓慢和不确定，未来电动车是否能成为主流，形势并不明朗。

除了动力方向这些“心脏、肌肉、骨骼”方面的改进，汽车行业未来发展的另一个大方向是升级车的“神经系统”。目前，已经实现的内容包括给汽车安装“眼睛”——摄像头和“耳朵”——雷达。以后的主要工作是逐步增强汽车“大脑”的功能，使它逐步能识别自己“看到”和“听到”的事物，并且学会自己安全地“走路”。

从目前已经开始大规模推广的主动安全（防碰撞、自动泊车）这样的“卖点”，逐步过渡到自动巡航，最后达到自动/无人驾驶。这些性能的实现主要依赖于软件的改进，不像电池、汽油发动机的改进受限于材料学、热力学方面的“硬”条件。从主动安全到无人驾驶，目前已经有比较清晰的路线图。

个人认为，10至20年内，无人驾驶就会成为主流。