特斯拉成本分析

特斯拉成本分析1.ModelS动力电池模块的成本构成对于纯电动汽车而言，动力电池模块(Cell+Pack+BMS)的成本占据了整车成本相当的比例,而电池成本也是制约Tesla发展的最核心要素之一。TeslaModelS采用的是松下电池公司的18650标准尺寸圆柱电芯。早期的Tesla型号使用LCO为正极的18650电芯，ModelS改用NCA作为正级材料，电芯容量也从最初的2.9Ah提升到3.1Ah。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。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，SamsungSDI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。从理论上，ModelS使用85000Wh÷11.2Wh＝7589颗18650电池，为了保持每个brick电芯数目的一致，ModelS实际上一共使用了11×9×77＝7623颗松下18650型3.1Ah高容量NCA电芯。到目前为止，Tesla与松下签订过两份电池供应合同。第一份合同是在2011年签订的，据报道松下一共向Tesla供应了大约2亿颗18650电芯。第二份合同是在2013年10月30号签订的，根据合同松下将在2014年到2017年这四年时间里向Tesla供应20亿颗电芯。但是，在与Tesla的这两次供货合同里，松下给出了绝然不同的报价。2013年早些时候，松下供应给Tesla的3.1Ah18650电芯的售价稍微高于$2。但是18650电芯原材料(NCA、人造石墨、膈膜、电解液、铜箔铝箔、壳体等，优级品)成本价已经比较接近$2了，成品电芯的成本接近$3，也就是说松下是在赔本赚吆喝。而且，有媒体报道Tesla的CTOJeffreyStraubel在2013年8月份接受MITTechnologyReview采访时无意中透露了一个信息，当记者问起ModelS的电池成本时，Jeffrey说“They’realwaylessthanhalf,actually，lessthanaquarterinmostcases.”这是Tesla高层首次就其电池成本问题有据可查的公开表态。85kWh基本款的售价是$79900，按照Tesla年报的毛利润率22.5%计算，其大概成本为$79900×(1-22.5%)=$61923。25%的电池成本是$61923×25%=$15480。如果按照每颗电芯$2的成本计算，ModelS的电池成本是7623×$2＝$15246。这个数值跟JeffreyStraubel无意中泄露的信息完全一致，松下的确是以赔本价格在给Tesla供货！那么松下为什么会以低于成本价向Tesla供货？像松下这样的跨国公司，在与Tesla合作之前也面临着18650电芯产能过剩的问题，而不得不寻找新兴应用领域。这时候赔本赚吆喝都是可以的，因为松下知道，当新兴领域发育起来以后它仍然有机会赚取足够的利润。于是，在2013年10月30号签订的合同，媒体广泛报道其成交价值高达70亿美元，也就是说18650NCA电芯的价格上涨到了$3.5，涨幅高达75%，松下在这个deal里面纯赚了$1billion！Tesla和松下无疑是进行了异常艰苦的谈判，但松下显然是抓住了Musk的阿基里斯之踵：我松下是你Tesla唯一的电池供应商，我离开你Tesla照样活得很好，但你Tesla没有我松下却活不成，这个问题你Musk没有跟我讨价还价的资本。毫无疑问，$3.5绝对不是Musk想要的报价，但Musk除了接受松下的报价，几乎没有别的选择。2013年，ModelS的动力电池系统(Cell+Pack+BMS)的成本是$15246+$20000=$35246。但是到了2013年下半年，在Tesla官网的ModelS论坛上，有位车主给出了Tesla为其更换全新电池系统的报价：$46000。如果去掉Tesla22.5%的毛利润率，那么ModelS的动力电池系统成本就是$46000×(1-22.5%)＝$35650，这个数值跟预测的ModelS动力电池系统成本数据几乎完全一致。到了2014，松下供货的18650NCA电芯已经涨价到了$3.5，也就是说2014年ModelS电池组的成本为7623×$3.5＝$26680，整整上涨了$26680-$15246＝$11434，涨幅高达75%。但是，Tesla到目前为止并没有宣布ModelS涨价，因为电芯价格上涨被内部消化了。在Tesla没有大规模量产之前，其它零件成本下行的空间并不会很大，而只有Pack+BMS才可能消化大部分涨幅。也就是说，Pack+BMS在2014年的成本下调了$11434，其成本是$20000-$11434＝$8566。同样做电芯的还有松下的18650NCA电芯，SamsungSDI已经将18650价格降到了1美金，但是SamsungSDI和松下采取了完全不同的经营和技术路线。松下一向坚持技术领先而占据高端市场，而SamsungSDI采取的是技术和成本并重，以市场为主的发展模式。SamsungSDI的1美元18650电池是2.2Ah以下的低档电芯，这个容量级别的电芯是不可能用在EV上的。如果我们仔细分析SamsungSDI这个档次电芯的成本构成，就会发现其实SamsungSDI也是在亏本赚吆喝，目的是用低价将国内圆柱厂家打垮，进而霸占中国市场。一旦市场蚕食完成，那么涨价回本在所难免，这就验证了一句老话，“天下没有免费的午餐”。松下供应Tesla的高容量18650电芯，无论是从原材料选择、电芯工艺，还是产品品质都是超一流水准，这是其成本较高的主要原因。2.ModelS动力电池系统基本数据ModelS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ModelS的实际平均工作电压为3.6V×9×11＝356.4V。ModelS电池组的能量密度：3.1Ah18650电芯的能量密度达到了252Wh/Kg，这是一个很高的指标。ModelS的电池总重是44.5g×7623＝339Kg，电池组Cell+Pack+BMS总重是544Kg，那么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，ModelS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ModelS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。ModelS的行驶里程：根据Tesla官网介绍，ModelS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ModelS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，ModelS的最大行驶里程不超过350Km。ModelS动力电池系统占整车成本的比例：85kWh基本款的售价是$79900，按照Tesla年报披露的毛利润率22.5%计算，其大概成本为$79900×(1-22.5%)=$61923，那么我们可以计算出ModelS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。ModelS的能量成本：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。ModelS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ModelS的电芯能量成本是$15246÷85KWh＝179$/KWh。ModelS动力电池系统的重量占整车的比例：ModelS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%。但是，一辆普通轿车的发动机占整车的大概比例(一般15%左右)。ModelS的电池寿命：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。但是有人实测过单个松下NCR18650A电芯的循环性，如果以80%容量保持率为标准，在室温下0.5C100%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，有理由相信ModelS的电池组循环性跟单电池相比没有较大幅度的下降。3.TeslaModel32016年4月1日，特斯拉发布了新车Model3。Model3是特斯拉继Roadster、ModelS、ModelX之后的第四款纯电动车型，它在大幅降低售价的同时，保持了高性能。Model3在北美地区的售价为3.5万美元，约合人民币22.6万元。其0-96km/h加速时间为6.0s，续航里程为346km（215英里）。但是Musk并没有透露Model3任何技术细节，因为这属于Tesla的核心商业机密。特斯拉计划推出新的20700电池，该电池体积虽然更大，但在改进了化学成分（电解质和电极）之后提升了能量密度。因而在达到相同的功率要求时，所需要的电池模块数量减少，整个电池组重量将降低。根据特斯拉的资料，一旦电池能量密度达到333瓦时/千克，特斯拉MODEL3的整车重量将同宝马3系相当。这种电池由一个负极和一个含硅10%的阳极共同组成。能量密度增加29%，从目前252Wh/kg增加到343Wh/kg。假设Model3的扣除电池后净重跟ModelS差不多的话，那么根据能量守恒定律，可以估算出它的功率为85KWh×(215mils/300mils)＝57KWh。但是考虑到这个功率下电芯的数量将有大幅下降而带动整车重量也有较大下降，所以认为50KWh的能量足够了。50KWh对应着50000Wh÷15.7Wh＝3185颗3.4Ah新型20700电芯。3472颗电芯的重量为3185×46g×1.32＝193.45Kg，比ModelS的338Kg降低了43%！那么，相应的电池Pack重量也有43%的下降，也就是说50KWh的能量足够300Km的续航里程。再着重分析一下20700NCA电芯成本问题，在tesla与松下签订新电池供货合同5个月之后，tesla在官网上发布消息，宣称要建成“全球最大”的锂电工厂(Gigafactory)，并且Tesla直截了当地宣称，建立Gigafactory工厂的根本目的就是要大幅度降低电芯成本，并且扩大产能。特斯拉希望Gigafactory能在2017年开始生产电池，正好在Tesla与松下合同结束的时候。现在的问题就是，Gigafactor工厂在技术层面上到底有没实现降低成本的可能们首先需要估算一下，Model3的20700电芯价位底线在哪里。现在普遍猜测20700电芯的成本目标可能设定在$2.5这个价位之下。那么，3185颗6.4Ah新型20700电芯的成本就是3185×$2.5＝$7963。如果Pack+BMS成本还是维持在目前的$8000水平的话，那么Model3的动力电池系统总成本是$7963