特斯拉的粉絲一直堅定地認(rèn)為，特斯拉的技術(shù)水平是遙遙領(lǐng)先的（不對，這個詞現(xiàn)在已經(jīng)不能隨便用了）。

傳統(tǒng)企業(yè)的工程師出來反駁，特斯拉并沒有你們以為的那么牛。粉絲不服，那你們的續(xù)航怎么沒有超過特斯拉？工程師不想解釋，卻在私下嘀咕，我們的能量密度也很高，只是成本太高沒人用而已。

工程師覺得粉絲啥也不懂，粉絲覺得工程師都是老頑固。兩個群體就這么互相標(biāo)簽化，離多維度地還原事情的本質(zhì)這件事越來越遠(yuǎn)。兩邊的對立常常讓我困惑，為什么不能好好交流呢。

越來越多的人問我這個問題，特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強(qiáng)。三言兩語說不清，不如嘗試著寫一寫吧。當(dāng)然，我并不是專業(yè)工程師，有不對的地方歡迎指正。

在試著探討這個問題之前，我們先界定一下這個問題的前提條件，梳理幾個基礎(chǔ)概念。

1、車輛續(xù)航除了跟電池有關(guān)以外，還跟不同工況下的運行有關(guān)。由于后者的問題比較復(fù)雜，今天主要來談電池。

2、電池最重要的性能參數(shù)是能量密度，能量密度有體積能量密度（Wh/L），也有質(zhì)量能量密度（Wh/kg）。我們在電池上更多談?wù)摰氖琴|(zhì)量能量密度（Wh/kg），它決定了單位重量的電池所儲存能量的大小。

3、電池的能量密度常常指向兩個不同的數(shù)據(jù)，一個是電池系統(tǒng)的能量密度，一個是電芯的能量密度。

電芯（Cell）是一個電池系統(tǒng)的最小單元，也有人描述為單體電池。你理解為單節(jié)電池就行，比如說，一節(jié)五號電池。M 個電芯組成一個模組（Module），N 個模組組成一個電池包（Pack），這就是車用動力電池的基本結(jié)構(gòu)。也有人直接把電池包叫做電池組。

Nissan Leaf 使用的是軟包電池，從上到下依次為電芯，電池模組和電池包。

其實就是一個很簡單的公式，電池包 = N·模組 = N·（M·電芯）。

4、由于電池包關(guān)系到電池最終的形狀和車輛布置，大部分廠家會選擇采購電芯，自己來做電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)的能量密度和電芯選型有關(guān)，比如圓柱電池因為單個電芯容量小，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在單個電芯能量密度占優(yōu)勢的前提下，電池系統(tǒng)的能量密度相對會低一些。（結(jié)論參考來自麥肯錫的報告）

電動車制造商的電池供應(yīng)鏈策略，原圖來自麥肯錫，42號車庫翻譯。

5、從結(jié)構(gòu)上劃分，電芯主要有三種類型，方殼電池（Prismatic），軟包電池（Pouch）和圓柱電池（Cylindrical）。

從左到右分別為圓柱電池、方殼電池和軟包電池。

從原材料劃分，電芯有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）等不同類型，這里的材料主要指的是正極材料。在原材料的影響中，正極材料對電芯的能量密度影響較大。

負(fù)極材料普遍以石墨為主，目前主流研究方向在探索硅碳負(fù)極的商業(yè)化。

電芯的結(jié)構(gòu)和原材料組成的不同，對電芯的能量密度均有影響。

以上這些內(nèi)容，我再把要點總結(jié)一下。

在我們討論電池對車輛續(xù)航里程的影響時，主要討論的是電池系統(tǒng)的能量密度和總體重量的結(jié)構(gòu)布置。而電池系統(tǒng)的能量密度主要由電芯正負(fù)極材料和結(jié)構(gòu)選型決定。

建立了框架上的基礎(chǔ)認(rèn)識之后，我們現(xiàn)在可以針對具體的車型來談細(xì)節(jié)了。

我們由大到小來看。

首先，是電池包的整體結(jié)構(gòu)。

在麥肯錫的報告中，提出一個很重要的結(jié)論，那就是不同車輛結(jié)構(gòu)上布置的電池系統(tǒng)樣式，對電池系統(tǒng)的能量密度大小有重要影響。

對于這一點，我們直接看圖感受。

先來看一看在第二次電動車?yán)顺崩?，生產(chǎn)了第一款量產(chǎn)電動車 EV1 的老牌廠商通用。

以下這張圖，從左到右分別為第一代 Volt ，第二代 Volt ，Spark EV 和最新款的雪佛蘭 Bolt 的電池系統(tǒng)。其中，Volt 為插電混動車型，Spark EV 和 Bolt 是純電動車型，Spark EV 是自 EV1 停產(chǎn)之后通用推出的第一款量產(chǎn)電動車型。

 照片來自 Jeffery Sauger

來看一下 Spark EV 的電池布置和電池結(jié)構(gòu)。

雪佛蘭 Spark EV 

2014 款 Spark EV 用的是磷酸鐵鋰電池，由 A123 提供，容量 21.3 kWh 。

2015 款 Spark EV 的電池改用 LG Chem ，96 組，每組 2 個電芯，每個電芯 27 Ah ，3.75 V ，一共有 192 個電芯，電池容量為 19.44 kWh（192 x 27 Ah x 3.75 V ）。

整個電池系統(tǒng)體積 135 L ，總重 215 kg ，比老款減重 39 kg 。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算，2015 款 Spark EV 電池系統(tǒng)體積和質(zhì)量的能量密度分別為 144 Wh/L 和 90 Wh/kg 。

電池更換后，兩款車 EPA 標(biāo)準(zhǔn)下的續(xù)航里程均為 132 km 。也就是說，雖然電池容量和重量都減少了，但是新款電池的能量密度提升了，車輛續(xù)航里程保持不變。但是一百多公里的續(xù)航顯然沒太大意義。

要繼續(xù)提升車輛續(xù)航的話怎么辦呢。

要么繼續(xù)提升電芯的能量密度，要么就辦法多裝一點電芯。簡單說，要么繼續(xù)用這個平臺，要么就得改了。

舊平臺改造（AEP：Adapted Electric Platform）分為兩種類型，一種是基于舊平臺的舊設(shè)計，一種是基于舊平臺的新設(shè)計。Spark EV 屬于前一種，用的是 Gamma II 平臺，雪佛蘭 Bolt 就屬于后面一種，基于 Gamma G2SC 平臺設(shè)計。

雪佛蘭 Bolt

請看，肉眼可見的，電池結(jié)構(gòu)變得更加平坦，電池體積也增加了，可以裝下更多電芯了。沒錯，雪佛蘭 Bolt 的電芯增加到了 288 個，依然是 96 組，但是每組增加到 3 個電芯。

電芯由 LG Chem 提供，每個電芯 55 Ah ，3.75 V 。電池容量近 60 kWh （實際是 288  x 55 Ah x 3.75 V = 59.4 kWh）。

電池體積 285 L ，總重 435 kg ，電池系統(tǒng)的能量密度為 246 Wh/L 和 137 Wh/kg ，EPA 續(xù)航里程為 383 km 。

可以看出，從 Spark EV 到 Bolt ，電芯數(shù)量增加了一半，電池體積增加了 0.7 倍，電池重量增加了一倍，電池系統(tǒng)的能量密度也增加了一半，而車輛續(xù)航里程則增加了兩倍。

重新設(shè)計后的車輛底盤，更有利于電池系統(tǒng)的布局。

除了具有歷史代表意義的通用電動車（特斯拉也曾經(jīng)借鑒過 EV1 的設(shè)計）以外，另外一款全球知名的暢銷電動車是 Nissan Leaf 。

要說 Spark EV 的電池布置雖然局促，但形狀還算平整。到了 Nissan Leaf 身上，本來形狀非常規(guī)則的軟包電芯堆疊到一起，被布置出一個不規(guī)則形狀，來適應(yīng)車輛上的座位結(jié)構(gòu)。

一個電池包里，有橫著放的，有豎著放的，簡直逼死強(qiáng)迫癥。完全沒有體現(xiàn)出日本人應(yīng)有的處女座特質(zhì)。

Nissan Leaf

Nissan Leaf 說是自己的 EV 平臺，其實也是參照 Tiida 做的。這么多年過去了，動力系統(tǒng)的布置一直在調(diào)整，但是電池的形狀和位置卻基本沒什么變化。

Nissan Leaf 新舊款對比

經(jīng)過剛才 Bolt 電池結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，看到這里你是不是可以猜一猜，Leaf 的續(xù)航提升可能有限。

對的。

Nissan Leaf 一共用了三種電池，從 24 kWh 到 30 kWh 再到 40 kWh ，電芯數(shù)量始終不變，一直是 192 個，EPA 續(xù)航里程從 135 km 提升到 172 km 再到 241 km 。

然而，Bolt 已經(jīng)快 400 km 了喂！??

當(dāng)然，你要換一種標(biāo)準(zhǔn)看的話，數(shù)據(jù)看起來還是可以的。

Nissan Leaf 在 JC08 標(biāo)準(zhǔn)下的續(xù)航表現(xiàn)

結(jié)論說完了，來看一下具體數(shù)據(jù)。

24 kWh 的電池使用的是 AESC 的錳酸鋰 LMO 電芯，每個電芯 33.1 Ah ，3.8 V 。電芯總重量為 151.1 kg ，電芯的能量密度為 317 Wh/L 和 157 Wh/kg 。

30 kWh 的電池用的是鎳鈷錳（NCM）電池，重量比 24 kWh 的增重 21 kg 。電芯的能量密度為 396 Wh/L 和 174 Wh/kg 。

Nissan Leaf 的電池變化

到了 2017 款，Nissan Leaf 新增了 40 kWh 的電池，EPA 續(xù)航里程 241 km 。對，此時已經(jīng) 2017 年了。

在通用宣稱自己每賣出一輛 Bolt 就虧損 9000 美金時，不知道說日產(chǎn)是省錢好呢還是省錢好呢還是省錢好呢。

美國和日本的代表作都看過了，我們現(xiàn)在來看德國。

大眾的 MQB 平臺很多人都很熟悉了，e-Golf 就是 MQB 平臺下的產(chǎn)物。e-Golf 是大眾繼 e-up！之后推出的第二款量產(chǎn)電動車。

大眾 e-Golf

有沒有一種熟悉的感覺，那種傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)平臺下誕生的不規(guī)則電池結(jié)構(gòu)的尷尬又來了。

e-Golf 的電池在 Volt 的 T 型結(jié)構(gòu)（ T 型結(jié)構(gòu)最早來源于通用 EV1 車型）上還加了一對小翅膀，企圖做一點空間上的掙扎。

然而，數(shù)據(jù)顯示，2015 款 e-Golf 的 EPA 續(xù)航里程是 134 km 。??

2015 款 e-Golf 用的是松下三洋的方殼電池，電池容量 24.2 kWh ，重 330 kg 。一共 27 個模組，264 個電芯（ 88s3p ) ，每個電芯 25 Ah 。

大眾 e-Golf 電池

到了 2017 款，大眾更換了 e-Golf 的電池供應(yīng)商。最新款 35.8 kWh 的電池來自三星 SDI ，選用的是 37 Ah 電芯，EPA 續(xù)航里程為 201 km 。

依然長路漫漫。

德國另外一家不能忽視的廠家就是傳說中培養(yǎng)出三星 SDI 和寧德時代兩家重量級電池供應(yīng)商的寶馬。

終于說到寶馬 i3 。寶馬 i 系列是全新設(shè)計的產(chǎn)品線，從 i3 的電池結(jié)構(gòu)可以看到，非常平整的一個長方體，電池外殼就像一個抽屜一樣，里面裝了 96 個電芯。

寶馬 i3

i3 老款電池容量 22 kWh ，EPA 續(xù)航里程僅 130 km ，使用的是 60 Ah 電芯。

i3 新款的電芯尺寸不變，采用了來自三星 SDI 的 94 Ah 和 3.7 V 的鎳鈷錳（NCM）電芯，電芯能量密度為 357.4 Wh/L 和 173.9 Wh/kg 。電池總?cè)萘繛?33 kWh ，EPA 續(xù)航里程提升到 182 km 。

看來，光有結(jié)構(gòu)的平整也沒用，裝不下大電池，就是裝不下。

而奔馳，最早 Smart 和 B-Class 的電動力系統(tǒng)都是由特斯拉供應(yīng)的，后來經(jīng)更換后，結(jié)構(gòu)上沒有大的改動，篇幅有限就不展開了。

奔馳 Smart

奔馳 B-Class

雷諾 Zoe

看完了這些傳統(tǒng)車企的電動車產(chǎn)品之后，我們最后來看特斯拉的底盤，這個應(yīng)該是大家最熟悉的圖了。有一種滿滿一車電池的富有感。

特斯拉 Model S

特斯拉有從 60 kWh 到 100 kWh 的不同電池版本。中間升級過一次 18650 的電芯，從每節(jié) 2.9 Ah 升級到 3.1 Ah ，在保持結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，70 kWh 的版本直接升級到 75 kWh 。

我們來看一下特斯拉在 EPA 標(biāo)準(zhǔn)下的續(xù)航數(shù)據(jù)。

特斯拉 Model S 的續(xù)航里程，截圖來自 Wikipedia

截圖里可以看到，以 Model S 為例，特斯拉 EPA 標(biāo)準(zhǔn)的續(xù)航里程覆蓋 300 多到 500 多公里。而在最新公布的 EPA 數(shù)據(jù)里可以看到，Model 3 長續(xù)航版的續(xù)航里程也已達(dá)到了 499 公里。

從市售產(chǎn)品上來看，完全是碾壓級的勝利。

所以，大眾公布了要打造全新的電動車 MEB 平臺，MEB 平臺的技術(shù)將在大眾集團(tuán)內(nèi)共享。這個平臺長這樣。

大眾 MEB 平臺

奔馳全新的電動車平臺 EQ 長這樣。

奔馳 EQ 平臺

裝不下大電池的老平臺注定只是過渡。

當(dāng)然，一個新平臺的打造往往需要上百億的投入，在電動車還僅是小眾市場時，傳統(tǒng)車企在財務(wù)上的保守表現(xiàn)是非常正常的。這也帶來了特斯拉的機(jī)會點和領(lǐng)先市場的優(yōu)勢。

市售產(chǎn)品的性能對比，實際比較的是產(chǎn)品層面。

產(chǎn)品，其實是企業(yè)綜合策略的體現(xiàn)。要考慮市場規(guī)模，品牌定位，還要核算成本及價格。比如，一個低端品牌，在沒有品牌溢價的定價能力的前提下，不敢輕易打造像特斯拉這樣百萬級價位的豪華電動車。

當(dāng)你定義了自己是未來市場的領(lǐng)導(dǎo)者，還是跟隨者的時候，你也同時定義下了，你的產(chǎn)品是不是一定要應(yīng)用最新最好的技術(shù)。而這一點，正是科技愛好者最為看重的事情。

為了更客觀地比較各家產(chǎn)品的差別，現(xiàn)在我們談技術(shù)層面，也就是從電池系統(tǒng)要談到電芯了。

從上一個部分的電芯演變，或許你可以注意到，大家都開始采用鎳鈷錳（NCM）電池了。NCM 是電池的正極材料，根據(jù)正極材料劃分，目前主流的電池主要有三種類型，磷酸鐵鋰，鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）。

磷酸鐵鋰電池的安全性更高，能量密度更低，在客車上的應(yīng)用更廣。比亞迪由于押寶在磷酸鐵鋰路線上，而在三元鋰電池的探索上占了下風(fēng)。在乘用車上，我們主要認(rèn)識的就是兩種電池，NCM 和 NCA 。特斯拉的松下圓柱電池就是 NCA 材料。

▲ NCM 電池組成

想要提高電池能量密度，第一條要做的就是提高電芯正極材料的比容量。鎳的含量越高，電芯的比容量就越高。另外，由于鈷價太高，提高鎳的比例的同時降低鈷的比例，能夠成功降低電芯成本，這也是高鎳電芯發(fā)展趨勢的重要原因。

而我們常見的 NCM 111 / 523 / 622 / 811 指的都是這三種元素之間的比例。也就是說，NCM 811 是目前鎳比例最高的電芯。

寶馬的電池路線圖

我們從寶馬的電池路線圖里就可以看到，NCM 會從 111 的比例逐漸調(diào)整到 811 。2018 款寶馬 i3 會用到三星 SDI 的 NCM 622 電芯，而直到 2021 年以后，寶馬才會在 i5 上應(yīng)用 NCM 811 電芯。

而奔馳的 EQ 平臺在 2018 年的第三季度就會使用 SK innovation 的 NCM 811 電芯。

從 LG Chem 的資料上來看，計劃使用他們最新款 811 電池的車型有以下這些：

• 日產(chǎn) Leaf E-Plus ( 60 kWh 版本)

• 現(xiàn)代 Kona EV

• 現(xiàn)代 IONIQ Electric (電池升級版)

• 起亞 Niro EV

• 第二代 Renault Zoe ( 2019 )

• 大眾 ID（2019）

• 歐寶 Corsa EV (2019)

• 標(biāo)致 208 EV (2019)

也就是，應(yīng)用 NCM 811 電芯的車型最早會在 2018 年看到。

雖然這些廠家沒有提供目前 NCM 811 電芯的能量密度數(shù)據(jù)，但是我們可以看一份 Solid Power 提供的數(shù)據(jù)。

來源：Solid Power

采用 NCM 811 正極和石墨負(fù)極的電芯，可以達(dá)到 255 Wh/kg ，536 Wh/L 的能量密度。

而 CATL 的官方資料顯示，他們電芯的能量密度目前能達(dá)到 240 Wh/kg 。

來源：CATL 美國官網(wǎng)

另外，來自比亞迪的官方資料顯示，比亞迪 NCM 電池的能量密度目前能達(dá)到 200 Wh/kg 。

來源：比亞迪的公開演講

特斯拉目前 18650 電芯的能量密度大概在 250 Wh/kg 的水平，而在 Model 3 的 2170 電芯上，特斯拉將采用硅碳負(fù)極，將電芯能量密度提升到 300 Wh/kg 。

也就是說，單純比較電芯能量密度的話，其他廠家可以達(dá)到特斯拉 18650 電芯的能量密度水平，但是在已經(jīng)開始對外交付的 Model 3 上，特斯拉又領(lǐng)先了。

除了在正極材料上提高鎳的比例以外，在負(fù)極材料中使用硅碳也是業(yè)內(nèi)認(rèn)可的一個方向。因為石墨的理論能量密度是 372 mAh/g，而硅負(fù)極的理論能量密度高達(dá) 4200 mAh/g 。

只是硅負(fù)極材料存在膨脹的問題，可能會導(dǎo)致電池容量喪失，影響電池的循環(huán)壽命。目前在量產(chǎn)電芯上，只有特斯拉宣布成功應(yīng)用了硅碳負(fù)極材料。

電池路線演變，來源：Solid Energy

在《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》中，工信部提出，新型鋰離子動力東池的電芯能量密度要超過 300 Wh/kg ，電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到 260 Wh/kg ，而到 2025 年，電池系統(tǒng)能量密度要達(dá)到 350 Wh/kg 。

目前，NCM 811 已經(jīng)把鎳的比例提高到很難再大幅提升的水平了，使用硅碳負(fù)極或者研究不同的正極材料將會是一個提升點。而到 300 Wh/kg 以上，固態(tài)電池的技術(shù)突破將會成為關(guān)鍵。

在產(chǎn)品層面上，車企早就可以應(yīng)用更新更好的技術(shù)，但由于早期電動車市場太小，車企沒有大規(guī)模資金投入到電動車新平臺的開發(fā)上，內(nèi)燃機(jī)車型平臺的先天因素導(dǎo)致無法裝載大電池。

大眾的續(xù)航時間表

日產(chǎn)的續(xù)航時間表

雷諾的續(xù)航時間表

另一方面，有調(diào)研公司的市場調(diào)查顯示，三四百公里的續(xù)航已經(jīng)足以滿足當(dāng)前用戶的需求。老奸巨猾，不，經(jīng)驗豐富的老牌車企并不想冒冒失失地推出成本高昂的車型。

在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型的市場上，他們早就習(xí)慣如此。在新創(chuàng)公司搶著用華麗數(shù)據(jù)吸引眼球的時候，他們不急，一邊慢慢推進(jìn)自己的新平臺計劃，一邊想辦法在輿論上攻擊競爭對手。

所以，特斯拉的電池續(xù)航能力到底強(qiáng)在哪兒呢。

第一，在電芯技術(shù)層面，大家選擇了不同的技術(shù)路線，在 250 Wh/kg 水平的能量密度上不分上下。但是特斯拉在硅碳負(fù)極材料上成功突破到 300Wh/kg ，又早一步領(lǐng)先業(yè)內(nèi)水平。

第二，由于沒有歷史包袱，特斯拉得以拋去內(nèi)燃機(jī)底盤的包袱，開發(fā)全新的電動車平臺，在電池系統(tǒng)的布局設(shè)計上獲得了很高的自由度，可以很早就推出 100 kWh 的電池容量，領(lǐng)先行業(yè)幾年。

第三，在馬斯克一流的營銷能力下，特斯拉成功打造了高品牌定位，從而可以在高價位的市場區(qū)間快速應(yīng)用最新最好的技術(shù)。

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