【导读】在电动汽车产业全球炙手可热的今天，特斯拉（Tesla）无疑是那颗最耀眼璀璨的新星，关于它的报道甚嚣尘上。从昨天开始，小编连载的这篇文章，却将为大家披露特斯拉与松下不为人知的秘密。
文章很长，但确实值得一读。这里是《Tesla与松下的缘分缘分将尽？》的第二部分，敬请欣赏：
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原文刊登于《高工锂电》5 月刊，作者 JFD
2. Model S 动力电池系统基本数据
Model S 的工作电压是多少伏？Model S 的电池组 Pack 一共有 11 个 modules，每个 modules 有 9 个 brick ， 每个 brick 里面有 77 个电池。那么 Model S 的实际平均工作电压为 3.6V × 9 × 11 = 356.4V，而不是有些媒体报道的 375V。
Model S 电池组的能量密度有多高？3.1 Ah 18650 电芯的能量密度达到了 252Wh/Kg ，这是一个很高的指标。Model S 的电池总重是 44.5g × 7623 = 339Kg，电池组 Cell + Pack + BMS 总重是 544Kg， 那么我们可以计算出其电池组的能量密度为 85KWh ÷ 544Kg = 156Wh/Kg。
这个能量密度比国内广泛使用的磷酸铁锂电池组的能量密度（80-100Wh/Kg）高出约 60%，比目前三元材料电池组的能量密度（130-150Wh/Kg）还要高。
但是，Model S 动力电池组的整体能量密度跟单体电池相比下降了 45%，这主要是因为 Model S 的电池组位于车底，需要防弹保护盾保证电芯安全，正是这个部件贡献了相当的重量。
Model S 的行驶里程到底有多远？根据 Tesla 官网介绍，Model S 在理想工况下的预期行驶距离是 480Km(根据数学建模模拟得到)，目前关于 Model S 行驶里程实测数据已经在网上可以查到了。车主实测结果显示，在 120Km/h 的标准时速以及一定负载情况下，Model S 的最大行驶里程不超过 350Km。
Model S 动力电池系统占整车成本的比例有多高？85kWh 基本款的售价是 $79900，按照 Tesla 2013 年年报的毛利润率 22.5% 计算，其大概成本为 $79900 × (1 – 22.5%) = $61923，那么我们可以计算出 Model S 的动力电池系统成本所占比例为 $35246 ÷ $61923 × 100% ＝ 56.9%，已经接近整车成本的 60% 了。
Model S 的能量成本在什么水平？如果按照动力电池系统的成本计算，其能量成本是 $35246 ÷ 85KWh = 414$/KWh。Model S 在电芯水平的能量成本是 $26680 ÷ 85KWh = 313$/KWh，以上是按照松下与 Tesla 新供货合同计算的结果。
如 果我们用 2011 年松下的供货价格，那么 Model S 的电芯能量成本是 $15246 ÷ 85KWh = 179$/KWh。笔者这里要强调的是，之前 Tesla 在一些报告中也探讨过能量成本，但是这些数据都是基于早期的电芯价格，也就是说这些早期的数据跟目前的实际情况并不一致。
Model S 动力电池系统的重量占整车的比例如何？Model S 的整车重量为 2109Kg，那么电池的重量比例为 339Kg ÷ 2109Kg= 16%。而整个动力电池系统占整车的比例为 544Kg ÷ 2109Kg = 26 %。读者可能对 26% 这个数字没有什么感觉，但是如果跟一辆普通轿车的发动机占整车的大概比例 (一般 15% 左右) 比较一下，那么读者就明白 Model S 的动力电池系统有多“重”了。
Model S 的电池寿命有多长？关于 Telsa 电池组的循环寿命，到目前为止没有任何公开的数据报道，属于 Tesla 商业机密范畴。笔者曾经实测过单个松下 NCR 18650A 电芯的循环性，如果以 80% 容量保持率为标准，在室温下 0.5℃ 100% DOD 的测试条件下可以达到 1700 次的循环，容量型电芯能够达到这个循环寿命已经是相当不错的了。
由于每个电芯在内阻和容量上的差异，成组以后循环性相对于单体电芯会有所降低。但是由于松 下 18650 电芯的一致性非常好，而且 Tesla 采用了非常独特的 BMS 设计原理，我们有理由相信 Model S 的电池组循环性跟单电池相比没有较大幅度的下降。
3. Model S 动力电池评论
我们首先谈谈 Model S 的电池，在笔者看来，Musk 选择松下的 18650 电池实际上是基于现实的考量，而并非是动力电池技术上的革新。不管是早期的 LCO 电池，还是后来的 NCA 电池，都是容量型而非功率型的标准尺寸电池。
目前动力电池圆柱、方形和软包这三种规格当中，圆柱尤其是 18650 的综合制造成本是最低的，这主要得益于其自动化和大规模的生产。同样也得益于标准化自动化，18650 电池的一致性可靠性也是最好的。
可以说，成本、一致性和能量密度的综合考量，是 Musk 选择松下 18650 电芯的根本原因。
关于电动汽车动力电池的尺寸路线，一直存在着小型（以 Tesla 为代表）和大型电池（20-40Ah，Toyota 和 BMW 为代表）的争论，这两种技术路线各有利弊，笔者这里不予置评。
笔 者曾经测试过松下 NCR18650 电芯，松下电芯的高品质给笔者留下深刻印象。NCA 正极材料的实际应用是有相当技术含量的，而这正是松下的核心技术之一。之前，Samsung SDI 以年薪 60 万美金从松下挖到一位 NCA 电芯专家，足以说明 NCA 电池生产技术的含金量。
松下使用的 NAC 正极材料是由日本住友金属矿山（SMM）生产的，SMM 是目前全球最大的 NCA 正极材料生产商，而松下是其唯一客户。
当然我们也要清醒地认识到，由于 NCA 的安全性以及长期循环性问题，单独使用 NCA 制作大容量动力电池是不适合的， LMO 少量地混合 NCA 是一个切实可行的动力电池解决方案。
很多读者对于 Model S 483Km 最大理论行驶感到兴奋鼓舞，认为电动汽车在行驶里程上终于可以跟普通轿车匹敌了。
但笔者个人认为，对这个问题我们要冷静分析。7623 颗松下 3.1Ah 18650 电芯的重量占到了整车净重的 16%，这个数值比普通轿车发动机的重量比例还高，而且 Pack + BMS 额外还要额外消耗 10% 的重量。
那 么我们就可以很清楚地看到，Model S 的实际上通过牺牲有效载荷为代价，来提高续航里程的。根据 BMW 的计算，消费者对纯电动汽车可接受的最低实际行驶里程是 300Km，如果在保持动力电池组的重量跟现有汽车的发动机 + 油箱差不多的情况下，动力电池系统的能量密度就要达到 250Wh/Kg 的水平。
事实上， Tesla 的实际数据和 BMW 的计算结果非常接近。Model S 在实际工况下 350Km 左右的续航里程仅仅是刚刚满足消费者最低需求而已，并且这还是在较大幅度牺牲有效载荷的前提条件下实现的。
当然了，Tesla 定位是高级跑车，有效载荷低并不是大问题，但对于定位为家庭轿车的普通电动汽车而言，这就成了一个很大的缺点了。
那么 Model S 的续航里程还有没有进一步提升的空间？由于续航里程跟电池组能够提供的能量成正比，所以要么保持电池数目不变而提高 18650 电芯的能量密度，要么增加电池的数量。
如果简单增加电池数量，那么必然导致整车重量有较大增加而进一步压缩目前本来就不高的有效载荷量，所以笔者个人认为这个方向行不通。那么，唯一可行的就只有进一步提升单体电芯的能量密度这一条路了。
我们从表 2 可以看到，2012 年下半年松下已经量产了 3.4Ah 18650 电芯，能量密度较 3.1Ah 有 5% 的提升。如果采用新型 3.4Ah 电芯，相应的续航里程可以增加 5%，但是这点提高在笔者看来基本上没有什么实质性的意义。
当然有读者可能会说，Tesla 将来可能会选用松下在 2013 年下半年才小批量试生产的 4.0Ah 超高容量 18650 电芯。
笔者个人认为这个可能性很小，因为其能量密度只有 252Wh/Kg，比 3.4Ah 电芯的 265Wh/Kg 反而降低了 5%。为什么 4.0Ah 电芯容量比 3.4Ah 电芯增加了 18%，而能量密度却反而降低了呢？
这是因为 4.0Ah 高容量电芯采用 Si/C 复合负极导致平均工作电压降低了 0.2V，并且电芯重量较大幅度增加，这两个因素抵消了容量增加对能量密度提升的贡献。
另外，根据笔者测试经验，基于 Si/C 复合负极的容量型电芯，目前而言循环性很难超过 500 次，这显然是无法满足 EV 使用要求的。
从上面的分析我们可以看到，Tesla 的续航里程实际上已经达到了一个瓶颈，这个瓶颈的本质就是目前锂离子电池的实际能量密度水平已经接近极限，再进一步提升的空间非常有限。
如果从电化学原理的角度思考，这个问题并不难理解，化学电源的能量密度增加并不遵循摩尔定律。
所以，笔者不认为 Tesla 未来会在续航里程这个最关键技术指标上取得突破性进展，除非采用能量密度比锂电更高的新一代电化学储能体系。新一代电化学储能体系会是什么？锂硫和锂空是 否有可能？目前看来可能性很小。
理论上，只有燃料电池（FC）可以让 EV 行驶里程接近目前普通轿车的水平，但燃料电池跟锂电在原理和工作方式上有本质的不同。
Model S 电池组目前是 8 年质保期，如果按照 1700 次循环，计算下来每年可以循环 200 次多一点。那么对应每个循环的使用时间就是 365 天 ÷ 200 周 = 1.82 天 / 周，也就是说 Model S 每天可以驾驶的理论最大里程为 480Km ÷ 1.82day = 263Km/day。
那么，263Km 对于美国人而言是否够用呢？
根据一项调查结果显示， 中国人每天坐公交或者开车来回上下班可以接受的平均距离是 30Km，这个距离意味着每天来回至少有 2 小时消耗在路上，而极限距离是 50Km ， 相当于每天耗费 3 小时在路上，这个距离或者时间身体会明显感觉疲惫。
而对于美国人而言，由于人口密度小以及美国的汽车文化，使得美国人的居住到工作距离大大延长，这两个距离就相应地扩大到 80Km 和 120Km 了。
我 们可以看到，一天 240Km 的行程， ModelS 是完全可以胜任的。也就是说，Model S 8 年的电池质保是通过计算制定出来的，绝对不是 Musk 拍脑袋瓜子想当然的结果。当然，8 年的电池质保，跟我们一般设想的电动车电池 10 年的基本使用要求还有一定距离。
（未完待续）
