編者按：本文來自微信公眾號“42號車庫”（ID：iCar123），作者Chris Zheng，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布，作者Chris Zheng，鋰電世界轉(zhuǎn)載。
2019年9月6日，加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的 Jeff Dahn 實驗室發(fā)表了一篇題為《基于頂級鋰電池化學(xué)的廣泛測試，將成為新電池技術(shù)的基準(zhǔn)》的論文。
這是 Jeff Dahn 教授職業(yè)生涯中至關(guān)重要的一個研究成果，也是 Jeff 實驗室與特斯拉達(dá)成合作后的第一個重磅成果。有了它，特斯拉 CEO Elon Musk 在智能汽車領(lǐng)域長達(dá)數(shù)年的夙愿終于有了眉目。
讓我們先從特斯拉說起。
Semi Truck 疑云
2016年1月，前特斯拉全球銷售與服務(wù)總裁 Jerome Guillen 結(jié)束休假，回到特斯拉，他與特斯拉 CEO Elon Musk 展開了一段極簡對話。
「你想做什么？」
「我們應(yīng)該打造一臺電動半掛卡車?！?
某種程度上，這段對話改變了特斯拉。在 2016年6 月公布的特斯拉未來十年秘密宏圖（Master Plan, Part Deux）中，半掛卡車項目順利入圍，成為 Elon 「涵蓋地面運輸主要形式」的重要組成部分。
那時的 Elon 也許并沒有想到，半掛項目會加速特斯拉在電化學(xué)領(lǐng)域新興技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。
2017年11月17日，特斯拉半掛正式發(fā)布。
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滿載 36 噸 0-96 km/h 加速 20 s
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能耗低于 2 kWh/英里
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EPA 續(xù)航 300/500 英里（480/800 km）
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全行業(yè)性能最強(qiáng)、安全性最好/事故率最低（標(biāo)配增強(qiáng) Autopilot）
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總擁有成本最低（160萬公里保修）
特斯拉半掛發(fā)布伊始就引發(fā)了廣泛關(guān)注，沃爾瑪、DHL、聯(lián)邦快遞都表現(xiàn)出了濃厚興趣并直接用訂單投票。
2018年Q1 的財報會議上，Elon 宣布半掛積壓訂單已經(jīng)達(dá)到 2000 個。即使按照 20萬美元標(biāo)準(zhǔn)版車型的售價，高達(dá) 4 億美元的增量營收已經(jīng)板上釘釘。
更重要的是，在 2017年Q1 的財報會議上，Elon 特別提到了半掛可預(yù)期的高毛利率。半掛的三電、中控和智能座艙組件都會與 Model 3 共享，比如半掛的 4 臺電機(jī)都是 Model 3 同款電機(jī)。前特斯拉 CTO JB Straubel 說，卡車項目遠(yuǎn)沒有一個常規(guī)的技術(shù)項目那么復(fù)雜。
大量的零部件共用極大地縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，大幅降低研發(fā)、制造和供應(yīng)鏈管理的投入資源，規(guī)模效應(yīng)驅(qū)動下的 BOM 成本有了更可觀的下降空間。無論從哪一個角度，半掛都是特斯拉有史以來最利好財務(wù)數(shù)據(jù)的一款產(chǎn)品。
但到了 2019年Q1 的財報會議上，我們發(fā)現(xiàn)事情的走向并沒有像我們預(yù)期的那樣發(fā)展。
已經(jīng)升任特斯拉汽車業(yè)務(wù)總裁的 Jerome 發(fā)表了一番自相矛盾的言論：一方面，特斯拉半掛原型車 working amazingly well（運行得令人驚訝的好）；另一方面，原定于 2019 年量產(chǎn)的半掛將推遲至 2020 年量產(chǎn)。
Semi原定于 2019 年量產(chǎn)
問題出在哪里？
純電動半掛的命門
Jerome 沒有撒謊，但他隱藏了一個關(guān)鍵問題。而這個問題，就是半掛量產(chǎn)推遲的直接原因。
為了說明問題，我們需要先引入一個電化學(xué)概念：放電深度（Depth of Discharge），即電池組中可用容量占額定容量的百分比。舉一個例子：Model 3 長續(xù)航版額定容量為 80.5 kWh，可用容量為 78 kWh，那么設(shè)計 DoD 就是 78/80.5=96%。
鋰電池的有一個特性，電池循環(huán)壽命和 DoD 成反比，DoD 從 100% 降到 50% 可以帶來至少 400% 的循環(huán)壽命次數(shù)增長。
如果你的 Model 3 經(jīng)常深度充/放電，那么電池的可用容量就會按照設(shè)計循環(huán)壽命的規(guī)格衰減。按照特斯拉的定義，2170 電池會在 1500 次循環(huán)后衰減至初始容量的 80%。如果堅持執(zhí)行滿充滿放的補(bǔ)能習(xí)慣，那么在 1500 次循環(huán)后，你的 Model 3 電池容量就會衰減到初始容量的 80% 左右。
商用車和乘用車的差異點來了：沒有乘用車會長期持續(xù)地滿充滿放，但商用車在生命周期的絕大多數(shù)場景下都接近于滿充滿放。
美國特拉華大學(xué)的研究員 Nathaniel S. Pearre 調(diào)研了 484 輛燃油乘用車（規(guī)避了純電動車基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，出行距離偏短的影響），即便是在地廣人稀的美國，484 輛乘用車的平均行駛里程僅為 52 km/天，絕大多數(shù)車輛的單日行駛里程在 0-80 km 區(qū)間內(nèi)。
也就是說排除一年僅有的幾次長途出行場景，在絕大多數(shù)時候，純電動車主只需要淺充淺放就可以完全滿足出行需求。
考慮到特斯拉旗下續(xù)航最短的 Model 3 標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)版的 EPA 續(xù)航里程都達(dá)到了 385 km，對于特斯拉車主而言，滿充滿放以滿足出行需求的場景是極為少見的。
這意味著特斯拉官方設(shè)定的放電深度接近于無意義，而絕大多數(shù)車主都能獲得遠(yuǎn)超設(shè)計規(guī)格的全生命周期行駛里程和緩慢的電池衰減速度。
換到商用車，也就是特斯拉半掛卡車，補(bǔ)能邏輯恰恰相反。
根據(jù)美國聯(lián)邦運輸安全管理局（FMCSA）的規(guī)定，半掛司機(jī)連續(xù)行駛至多 8 個小時后須強(qiáng)制休息 30 分鐘，但在商用車的應(yīng)用場景中，這個規(guī)定形同虛設(shè)。對于追求運營效率最大化的貨運公司來講，絕大多數(shù)時候貨運車隊都是不分晝夜，2-3 名司機(jī)交替駕駛來運營的。所謂「人休車不休」。
這就要求特斯拉半掛續(xù)航里程必須做到足夠長，同時補(bǔ)能做到極度方便。對于這兩個問題，特斯拉分別通過單程 EPA 續(xù)航 800 km 和充電 30 分鐘行駛 640 km 的 Megacharger 超快充網(wǎng)絡(luò)來盡可能降低純電動力總成對貨運效率的影響。
但問題在于，Model 3 續(xù)航 385 km，平均行駛里程 52 km/天，實際放電深度只有設(shè)計放電深度的 13.5%；特斯拉半掛續(xù)航 800 km，假設(shè)平均行駛里程 750 km/天，實際放電深度達(dá)到設(shè)計放電深度的 93.75%。
事實上，750 km/天是相當(dāng)保守的估計。除了前面提到的「人休車不休」，根據(jù) Auto EDU 的統(tǒng)計，美國的半掛保有量大約為 200萬輛，平均行駛里程超過 20萬公里/年，貨運公司經(jīng)常選擇在第三年進(jìn)行大修維護(hù)，平均每臺半掛的生命周期典型行駛里程可以達(dá)到 100萬英里（160萬公里）。
對于半掛這樣長期持續(xù)地滿充滿放需求 + 平均 160萬公里的全生命周期里程需求，特斯拉當(dāng)前的電池技術(shù)能力是無法滿足的。
在純電動乘用車市場如魚得水的特斯拉，換到純電動商用車市場，遇到了一些真正的挑戰(zhàn)。讓我把問題說得更明確：特斯拉 2170 電池 30-50萬公里的使用壽命不足以支撐半掛的 160萬公里的運營需求。
Jeff Dahn 其人
2015年6 月，特斯拉宣布與 Jeff Dahn 實驗室達(dá)成了未來五年合作計劃。
Jeff Dahn 是公認(rèn)的鋰電池研究先驅(qū)，過去 20 多年來，他發(fā)表了超過 640 篇論文，同時還是 65 項發(fā)明的共同發(fā)明人。
JeffDahn 試乘 Model S
他做研究的風(fēng)格偏日本學(xué)術(shù)界而非美國——非常熱衷于與工業(yè)界進(jìn)行深度交流與合作。在牽手特斯拉前，Jeff 先后和 NEC、Moli Energy、NSERC /3M 等多家商業(yè)巨擘進(jìn)行鋰電池商業(yè)化方面的研究工作。
2015年6 月，前特斯拉 CTO JB Straubel 和前特斯拉首席電池科學(xué)家 Kurt Kelty 開著一輛 Model S 來到達(dá)爾豪斯大學(xué)，提前鎖定了 Jeff Dahn 與 NSERC/3M 合作于 2016年6 月到期后未來五年（2016年6 月-2021年6 月）的合約。
Jeff Dahn 長期致力于提升鋰電池能量密度、改善壽命和降低成本這三大研究方向，這與特斯拉對動力電池的訴求高度一致。在前沿技術(shù)研發(fā)方面，他說過這么一句話：
Our goal is to do something useful, not publish papers in Nature and similar journals.
我們的目標(biāo)是做一些有意義的東西，而非在《自然》或類似的學(xué)術(shù)期刊上發(fā)論文。
這與前特斯拉首席電池科學(xué)家 Kurt Kelty 秉承的「特斯拉不會專注于研究電池化學(xué)技術(shù)，我們的突破是成功實現(xiàn)了前沿電池技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。」不謀而合。
在特斯拉公布 Gigafactory 超級電池工廠計劃后，Jeff Dahn 表態(tài)說：我必須參與其中。如今，他所領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)突破在特斯拉使命落地中已經(jīng)變得不可或缺。
5300 次循環(huán)，3% 衰減
我們對中等能量密度的軟包三元鋰電池進(jìn)行了廣泛的測試......我們得出的結(jié)論是，這種電池支持驅(qū)動電動汽車行駛超過 160萬公里，并在電網(wǎng)儲能應(yīng)用中至少持續(xù) 20 年。
這是 Jeff Dahn 研究小組論文的第一段話。在后面的章節(jié)我們了解到，Jeff 小組花了十年時間對各種不同化學(xué)特性的正負(fù)極、電解液排列組合進(jìn)行測試，最后就單晶 NCM 523 正極、石墨負(fù)極電池在 20、40 和 55 度的溫度條件下進(jìn)行了長達(dá)三年的充放電測試。
在長期充放循環(huán)測試中，Jeff 小組優(yōu)先考慮對電池進(jìn)行 100% DoD（即電壓介于 3.0V-4.3V 區(qū)間的滿充滿放）測試，這一測試方法更接近商用車嚴(yán)苛的補(bǔ)能場景。
最終的測試結(jié)果顯示，20 度工況下的單晶 NCM 523 展現(xiàn)出了極為出色的性能，在完成 5300 次循環(huán)后電池容量仍然可以達(dá)到初始容量的 97%。在完成 5300 循環(huán)后，Jeff 團(tuán)隊拆解了電池正極成像，可以看到單晶材料展現(xiàn)出了強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，正極微粒中幾乎沒有出現(xiàn)多晶材料在滿充滿放后常見的微裂紋。
Jeff Dahn 認(rèn)為，單晶材料晶體內(nèi)部的微粒在三維空間呈有規(guī)律地、周期性地排列，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是正極性能幾乎沒有衰減的主要原因。
即使按照表現(xiàn)最差的 40 度工況來看，按照最惡劣的應(yīng)用場景反向推演（100% DoD，即將電動車電池容量使用到 0 去充電，充到 100% 停止充電，且車輛全生命周期嚴(yán)格遵循上述補(bǔ)能邏輯），電池衰減到 70%（特斯拉的質(zhì)保衰減規(guī)格）也要花費十年時間跑完 3650 個循環(huán)，累計續(xù)航里程仍然可達(dá) 120萬公里。
而在實際的應(yīng)用場景中，即便是補(bǔ)能場景更惡劣的商用車，也極少能做到 100% DoD。Jeff Dahn 認(rèn)為，在現(xiàn)實場景中更可控的溫度條件和復(fù)雜多元的補(bǔ)能邏輯下，電池循環(huán)壽命的表現(xiàn)會好得多。
電池達(dá)不到商用車運營需求，推動 Jeff Dahn 研發(fā)出超長續(xù)航電池。如無意外，故事到這里本該結(jié)束了。
可是，乘用車呢？
把大象放進(jìn)冰箱需要幾步？
2016年1 月，Elon 突然宣布，特斯拉自動駕駛技術(shù)將在未來 24-36 個月內(nèi)就緒。按照最樂觀的估計，你可能在兩年后從洛杉磯自動駕駛到紐約。
這個預(yù)判對特斯拉產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，直到今天，每當(dāng)特斯拉的產(chǎn)品 ＆ 服務(wù) ＆ 功能出現(xiàn)跳票，「馬斯克還說 2018 年特斯拉就實現(xiàn)自動駕駛呢」就會被當(dāng)作典型案例拿出來批判一番。但鮮有人關(guān)心，2016年1 月前后特斯拉發(fā)生了什么。
2015年11 月，Elon 在特斯拉 2015年Q3 財報會議上宣布特斯拉的動力總成運行里程目標(biāo)從 20萬英里調(diào)整為 100萬英里（160萬公里）。
十幾天后，特斯拉宣布組織架構(gòu)調(diào)整，Elon 接管 Autopilot 軟件團(tuán)隊并將該業(yè)務(wù)重要性提升至超高優(yōu)先級（Super High Priority）。
一個月后，芯片皇帝 Jim Keller 和 Pete Bannon 攜其團(tuán)隊集體加入特斯拉，FSD 芯片研發(fā)團(tuán)隊成立。
一大波完整密集的部署之后，Elon 公布目標(biāo)：特斯拉自動駕駛技術(shù)將在未來 24-36 個月內(nèi)就緒。
就像「把大象放進(jìn)冰箱需要幾步」一樣，自動駕駛汽車落地需要幾步？你需要做到以下三點同時就緒：軟件、硬件和車隊。
自動駕駛軟件系統(tǒng)就緒，需要將自動駕駛進(jìn)一步拆解為幾個細(xì)分功能，包括自動泊車、自動輔助導(dǎo)航駕駛（NoA）、識別信號燈及路標(biāo)并做出反應(yīng)（TSR）、城市自動輔助駕駛、智能召喚。如你所知，在 V10 版本推送后，特斯拉還需要實現(xiàn) TSR 和城市自動輔助駕駛研發(fā)測試和推送。
自動駕駛硬件系統(tǒng)就緒，意味著你需要做到感知、電源、定位、計算、決策、控制（轉(zhuǎn)向和制動）冗余。隨著 Autopilot HW 3.0 車型的量產(chǎn)，除了感知，自動駕駛硬件系統(tǒng)全部就緒。
車隊就緒，比大多數(shù)人想象得更加復(fù)雜。所有人都在說，自動駕駛技術(shù)的實現(xiàn)將使得車輛的閑置率大幅降低，車輛的行駛里程數(shù)大幅增長（Elon 預(yù)測自動駕駛汽車運行里程將增加 5 倍）。有沒有想過，乘用車的設(shè)計是否足以支撐大幅增長的行駛里程？
2019年4月13日，一位網(wǎng)友經(jīng)過粗略的計算表示，自動駕駛技術(shù)的落地將使得打車平臺的毛利率從當(dāng)前的 20% 左右提升到 50+%。這個模型的前提是車輛運行壽命達(dá)到 24萬公里。Elon 在下方留言，特斯拉 Model 3 的動力總成和車身強(qiáng)度都是按照商用車 160 公里的全生命周期運行里程設(shè)計的。
Elon 的話沒講完。10 天后的特斯拉自動駕駛投資者日上，Elon 的演講全盤托出了特斯拉的野心。
低于 3.8萬美金的整車成本、160萬公里的車輛運行里程（電池）、3.5 英里/kWh 的超低能耗成本。
對著這張 PPT，Elon 將 10 天前在 Twitter 上的留言重復(fù)了一次：
The cars currently being built are all designed for 1,000,000 miles of operation.
The current battery pack is about maybe 300,000-500,000 miles. The new battery pack that is probably going into production next year is designed for 1,000,000 miles of operation with minimal maintenance.
Elon Musk、JB Straubel、Kurt Kelty、Jeff Dahn......在這些人的努力下，特斯拉設(shè)計運行里程 160萬公里的電池組，將于 2020 年年底量產(chǎn)。
在這張 PPT 的前一頁，Elon 直接搬出了特斯拉秘密宏圖之第二篇章（Master Plan Part Deux）中的規(guī)劃：
在出行需求超出私家車的城市，特斯拉將部署自己的車隊。確保無論你身在何處，我們的自動駕駛汽車隨叫隨到。
巨頭轉(zhuǎn)身，群敵環(huán)伺，什么是特斯拉的王牌？
2019年6月11日，特斯拉 2019 年度股東大會。
（在4月23日自動駕駛投資者日后），我們會召開電池和動力總成投資者日，我們將不惜一切代價，確保我們的電池生產(chǎn)規(guī)模以最快的速度擴(kuò)張。
如果我是外部投資人，我會高度關(guān)注兩件事：自動駕駛的時間表和電池產(chǎn)能擴(kuò)展及每千瓦時成本降低計劃。
電池和自動駕駛，這是特斯拉最重要的兩個戰(zhàn)略重心。
底牌悉數(shù)挑明，特斯拉沒有秘密。