连一席谢嘉琪：深度解读特斯拉——用软件定义汽车(8)

2.1 研发设计：业界最先进的三电技术
美国专利分析公司Relecura数据显示，截止2018年，特斯拉共计专利/专利族408件。从历年情况来看，2009年后，专利申请数量与授权数量开始激增，主要与Model S的研发准备有关，申请数量于2012年到达顶峰，授权数量于2013年到达顶峰。从申请国家来看，美国申请数量保持领先，近年来欧洲与中国申请数量急速增加，这与特斯拉全球化的市场战略分不开。
与传统车企相比，特斯拉在新能源汽车领域的专利数量并不算突出，例如丰田相关专利数超14000多件，约为特斯拉专利数量的50倍。从专利申请前十关键字来看，“电池”“热量管理”“冷却”等是特斯拉主攻目标。通过调动有限资源集中攻坚，特斯拉希望在三电系统领域与传统车企形成差异化竞争。
2.1.1 电池系统
电池技术是特斯拉最引以为傲的优势领域之一。从专利数据显示，电池系统相关专利占比超60％。特斯拉电池动力系统包括电池单体、电池管理系统（BMS）、热量管理系统、冷却管理等，其中电池单体占电池动力系统成本70％以上。特斯拉前后应用过18650和2170两款电池，目前最新款2170圆柱电池采用镍钴铝NCA配备硅碳负极，单体电池容量在3~4.8Ah之间，单体能量密度可达300Wh/kg，性能较上一代18650提高约20％。
特斯拉使用的松下圆柱电芯在消费电子市场有成熟的应用历史，拥有能量密度高、工艺成熟、生产自动化程度高等优点。然而面对要求更为严格的汽车行业，温度敏感性高、成组管理难度大、易爆炸等则局限了其广泛使用。为此，特斯拉提出包括更优的两极材料、模组结构、电池管理系统和热管理四大主要解决办法。
一、不断寻找最优材料，降低成本、提升性能。电池单体化学物质成分和比例的不同将直接影响电池性能表现，三元材料中，镍主要作用为提高材料整体能量密度，钴主要作用为稳定材料层状结构，提高整体循环性能。然而，过高的镍含量会导致化学成分不稳定，过高的钴含量会降低能量和容量，并且由于矿产稀缺性，钴价一直居高不下。为此，特斯拉不断攻克电池材料配比，试图找到最优方案。横向来看，当竞争对手2013年做磷酸铁锂电池与NCM111时，特斯拉已经开始在Model S上应用高能量密度NCA三元电池；当竞争对手2017年开始由低镍材料过渡到NCM622/NCM811高镍正极材料时，特斯拉已经探索更高能量密度的硅碳负极应用，特斯拉在电池技术的积累使其电池能量密度和整车续航里程能领先竞争对手数个身位。纵向来看，特斯拉一直坚持使用NCA作为电芯正极材料，并不断提高镍含量、降低钴含量。