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特斯拉“超级工厂”对电动汽车到底意味着什么?

国际新能源网  来源:麻省理工科技评论  日期:2016-11-22

万众瞩目的特斯拉超级工厂7月底在美国内华达州举办了盛大的开张仪式。目前只有14%的大规模结构已经建成,其余项目将于2020年完成,总投入达50亿美元。

据特斯拉称,电池生产将于2017年开始,到2018年,超级工厂将能为50万辆Model 3提供电池。特斯拉需要建立超级工厂的很大一部分原因在于它提供的锂离子电池生产的费用较低。

“超级工厂是现代生产技术的奇迹,是一台制造机器的机器,”马斯克说。除了散热外,它还为锂离子电池生产提供了前所未有的规模经济效益,将价格从2016年4月的每千瓦时190美元降低到每千瓦时130美元。巨大的生产规模,以及减少浪费和大幅减少的供应链,大大节省了成本,最终使电池生产成本减少30%。

超级工厂被认为是马斯克变革汽车行业梦想的关键环节。电动车和锂离子电池现状如何呢?

2015年全球销售的汽车总数约为7237万辆。电动汽车占该数量的约0.8%(54万辆),比2014年销售的约37.6万辆有大幅增加,但仍低于全球销售汽车总量的1%。

其实在全球售出的电动车中,特斯拉的Model S也只占有了10%不到的比例。特斯拉赚得了眼球,然而还是传统汽车厂商真正在赚钱。雷诺日产一年内卖出了10万辆LEAF电动车,是特斯拉卖出所有电动车的两倍多。福特、宝马、奔驰、奥迪、丰田等大汽车厂则主攻混合动力汽车。

今天就让我们来盘点一下市场上主要的电动车和混合动力车:

电池电动汽车(BEV)

电池电动汽车仅依靠电池组为发动机提供动力,这意味着行驶范围通常相当有限。特斯拉就是个例外,他们的model S已经达到约430公里的行驶距离。我们对此持保留态度,因为它很大程度上取决于各种外部因素,电池组的大小,开车的速度,天气和是否使用空调等都会影响行驶范围。

市面上其他汽车厂商制造的电动车还有宝马的i3,雪佛兰的Spark EV,三菱的i-Mi EV和日产的LEAF。

BEV最大的问题在于充电站的缺乏,以及充电过程漫长的等待时间。特斯拉正在建设他们的超级充电站网络,但其他汽车品牌目前不能使用特斯拉充电站。当然你要是只是拿来通勤,行驶范围似乎不是什么大问题。

电动汽车高昂的价格也是人们观望的另一个原因,尽管特斯拉推出平价版电动车Model3,仍然要掏3.5万美金。(在中国人看来好像也不算什么了)。

插电式混合动力汽车PHEV

除了拥有电池组,插电式混合动力车还具有常规的气体或柴油动力发动机。混合动力受欢迎的原因是它们兼具长途行驶和短途低能耗的优点。

PHEV可以从插座充电,电池组可用于短距离。一旦电源耗尽,司机可以依靠发动机继续驾驶。当然,PHEV不像全电动车和燃料电池电动车那样环保,但比起传统汽车污染显然大幅减小。宝马i8,雪佛兰Volt,丰田Prius Plug-in和三菱Outlander PHEV是市场上知名的插电式混合动力电动汽车。

混合动力电动汽车(HEV)

传统的气动发动机和电动机的常规混合动力实际上不被认为是“电动车”,因为他们不能从电网再充电,完全由汽油发动机和再生制动供电。最着名的HEV的例子是丰田Prius,第一个真正成功的混合动力车,还有本田的Civic,丰田的Camry和福特的Escape。

燃料电池电动车(FCEV)

燃料电池电动车通常通过将氢气转化为电力来为电动机提供动力。氢气到电的转换过程只产生水和热,这意味着FCEV是唯一可归类为零排放的电动车。

FCEV和BEV车辆之间有一个主要区别,也是BEV的致命弱点:行驶范围太短。FCEV的现代燃气发动机和加油一样容易,大约五分钟就可充满燃料电池。那么为什么今天人们不更多的开FCEV呢?

该技术是相对新的,这意味着FCEV缺乏燃料基础设施,当然,由于车辆生产数量目前低,汽车单价高。在目前市场上的少数FCEV中,现代Tucson仅可出租。最畅销的FCEV丰田Mirai,售价大约在58,000美元。

除此之外,还有许多与氢的生产和储存相关的问题,我们以后可以慢慢讨论。

是什么在制约电动车的发展?

丰田从1992年开始开发FCEV技术,并于2015年开始销售丰田Mirai。足足过了23年。这是很常见的汽车模型达到7-8年的年龄,才得到整容,这可能只是在引擎盖下的一个小改动。

回头看看特斯拉,2003年成立,2008年就推出了Roadster。尽管马斯克自己也承认了Roadster的失败,仅仅5年就推出第一款车型是令人佩服的。那之后仅仅8年,特斯拉就相继推出了颇受好评的Model S,Model X。

与此同时,传统汽车制造商大多是基于成熟的技术对旧模型的进行小修小补。而特斯拉一下子带来了完新的汽车模型与高度复杂,未经市场检验的科技。没有特斯拉在这条路上勇敢探索,电动汽车的进程将会放慢很多。

能源存储一直以来都被人们忽视。风和阳光本质上是不稳定的能量来源,因为太阳不会全天发光,风也不会源源不断的吹来,这需要能量存储装置来平衡能源的输入。在过去267年间,电池技术的小规模、渐进式的改进还不足以满足不断增长的全球需求。

化石燃料具有远超电池的能量密度,这意味在锂电池迎头赶上之前,汽油动力汽车将不会消失。即使电池技术的不断升级和改进,锂离子电池也很重,并且容量恶化,导致电动车用户必须在5-10年内更换电池组。特斯拉自己也承认,电池组容量在使用4-5年时开始退化,到第8年,电池组容量预计下降30%。更令人担忧的使,电池组替换的价格目前最少也要12,000美元。

1991年推出的第一款索尼制造的锂离子电池相比,目前的锂离子电池的能量是其能源的两倍以上,这源自25年间不间断地研究。学界的共识认为对于锂离子电池来说,能量密度最多还能挖掘30%的增量。这意味着锂离子电池永远不会是解决方案。

那为什么特斯拉仍要把所有的鸡蛋放在锂离子电池这个篮子里呢?作为一个行动派,锂离子电池是目前特斯拉“秘密宏图”计划最具成本效益的解决方案。

电动车的未来

总有一天,锂离子电池的时代将会过去,锂离子电池的局限性意味着必然出现更好的替代品。如果我们回头看前面讨论的四种类型的电动车,只有一种不依赖于电池技术:燃料电池电动车。

在FCEV中使用的燃料氢气,是自然界非常丰富的元素。利用可再生能源产生氢气的过程是惊人的0碳排放。汽车行业中有一批专门的FCEV信徒,丰田也许是最热心的。丰田和本田一直热衷于开发他们的FCEV车型。

然而很多人都不这么认为,原因很简单:成本太高。且不谈储存和转移氢气的问题还没有完全解决,就连生产氢气的过程都是多此一举。消耗大量电能来产生氢,而实际上,那些电能就可以直接被用来驱动电动车。

那么电动车的未来到底在哪里呢?混合动力电动车吗?他昂贵,同时装有两套驱动设备,导致沉重的体型极大的削减了行驶范围。在很长一段时间内,锂离子电池会统治电动车的未来。

特斯拉是目前唯一拥有勇气的汽车制造商,他一直走在最前面推动电动车的发展,而其他汽车制造商似乎对开发混合动力车这样的小打小闹抱有希望。实际上,即使特斯拉入了锂电池“超级工厂”的坑,当另一种技术开始超越锂电池时,伊隆·马斯克也会毫无犹豫的出现在那里。

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