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专访:现代电动汽车发展和Tesla电动车
2013-05-25 11:21:45 来源: 作者: 阅读:1541 评论:0
 特斯拉(Tesla),这家电动汽车制造公司因为《钢铁侠3》的热映和近期一飞冲天的股价而备受关注。也许你会问,一家汽车公司和科技有什么关系?它的CEO,Elon Musk正是钢铁侠电影版的原型(他自己甚至还在第二部中客串过一把),同时也是大名鼎鼎的PayPal创始人。2002年..

 特斯拉(Tesla),这家电动汽车制造公司因为《钢铁侠3》的热映和近期一飞冲天的股价而备受关注。也许你会问,一家汽车公司和科技有什么关系?它的CEO,Elon Musk正是钢铁侠电影版的原型(他自己甚至还在第二部中客串过一把),同时也是大名鼎鼎的PayPal创始人。2002年将PayPal以15亿美元转卖eBay后,又做了私人太空发射公司SpaceX,紧接革了传统汽车的命:汽车不用油,用电。本文介绍了Tesla从几度困境到站上创新浪潮之巅的历史,或许,下个时代,科技产品再无明显的界限;下个像苹果公司一样给人们以创新惊喜的,是一家汽车公司。

  作者注:文中信息来源全部来自网络和直接听说(不包括道听途说),只敢说尽量求真实,如有错误见谅。笔者非汽车工业专业人士,文中的分析和结论仅做参考,如有错误欢迎专业人士指正。

  文中信息来源:1、电影《who killed the electric cars》《Revenge of electric cars》;2、平面媒体:EV world, Greentechmedia, Greencar report以及很多大众媒体;3、口述:三位联合创始人,强人JB以及数位前20 Tesla老员工,江湖老前辈Alan(后面会提到);4、组织:全美电动车协会,加州电动车协会。

  关注Tesla Motor这个公司和给力哥Elon Musk已经都超过7年了,5年前向大家宣传此人和这个公司得不到任何回应。记得08年的时候我和朋友说乔帮主跟给力哥Elon在技术创新上比起来战斗力就是个渣(当然我对乔帮主也是很欣赏的),那个时候总被人嘲笑,现在嘲笑的人少了一些。并且最近因为Tesla股票价格的正向变化受到了越来越多的人的关注,不管怎样总是很高兴的。关注了这么久,公司的早期元老也有很多是我的朋友,看看网上的文章又多是媒体和银行分析员的报道,总觉得应该写一篇文章尽量还原一下公司的历程,尝试从另一个角度告诉大家,这个公司,这一群人为什么给力,在什么方面给力,给力到什么程度。

  Tesla近半年的股价走势

  首先讲现代电动车的来历。传统电动车大家都知道了,120多年前Benz老爷爷就能做,用那种伏打电池加一个直流电机,但是当时的电动技术太落后了,这种车基本就是个摆设没啥用还巨贵。很快发展了200年的基于气缸活塞传动系统的内燃机车就发展起来了,在此郑重的感谢波意耳、马略特、雅克查理、盖吕萨克和开尔文爵士等前辈们天天在家拼方程做出的杰出贡献。

  现代电动汽车的火种起源于加州。1990年左右加州空气质量局(CARB)通过了Zero-emission vehicle (ZEV) mandate(汽车零排放标准)来控制当时极其糟糕的控制质量,PM2.5那个时候达到了令人发指的25以上(今天下降到10左右了)。加州政府估计是世界上最不讲道理的地方政府,基本意思说,我不管你们有没有困难,下面7个厂商:通用、丰田本田福特日产,和克莱斯勒必须生产一定数量的电动汽车,否则就给我滚出加州。

  如何评判一个公司是否给力?不是在它哗哗赚钱的时候,而是面对危机和变革的时候。毫不奇怪的,除了通用和丰田,其他5个厂商统一的反应就是交罚款和游说加州立法委(日产当年是很怂的,但是自从黎巴嫩人CarlosGhosn当家之后就给力多了,这也是后话)。1994年前后丰田推出Rav4电动版,通用推出了震惊天下的EV1,我们重点要讲的就是这EV1.

  EV1今人眼光看来是很怪的一辆车,尤其放在北京四环上,左右都是各位XXX的孩子开的豪华超跑,这车看起来跟要饭车没啥区别,但在当时绝对是代表了这个世界的新生力量,我08年有幸见到了EV1的第三位买家Ron大哥,有幸开了他那辆14年的老车,加速平稳,驾驶舒适,有一种坐在《2001年太空漫游》电影里的宇宙飞船上的感觉。这辆概念超前,性能卓越,世界上第一辆真正意义的现代化电动车让很多人看到了电动车技术能够比肩甚至超越汽油车技术平台的可能性。当然在行家看来,超越已经是必然的,这第一个行家就是Alan Cocconi,EV1首席设计师。

  Alan的地位不仅在中国,连现代电动汽车发源地的美国都是被忽视的。他对电动汽车的贡献和地位相当于冯诺依曼对计算机系统的贡献,相比之下他的贡献甚至相对更高。90年代初他的三篇经典专利:

  1、Integrated motor drive and recharge system(集成电动机和充电系统) 专利号:5099186

  2、Combined motor drive and battery recharge system(组合电动机和电池充电系统) 专利号:5341095

  3、Electrical component assembly with heat sink(电气元件与散热片组合)专利号:5060112

  奠定了现代电动汽车的架构:电动汽车核心部件分为电动机组、电池、车充三大部分。车充接受电池的电力然后以正确的额定功率驱动电动机。电动机组的关键是控制器,电池的关键是电压电流和热量控制,车充的关键是电压和功率转换。整个系统需要通过CANbus来控制信号,同时通过high power cable来传递电能。

  在计算机领域,冯诺依曼提出了一堆理论就干别的事儿去了,但是在电动汽车领域,Alan不仅发表了专利、论文和基础理论,还在通用公司4年之内搞出了可量产的样机,不得不让我佩服至极。要知道,94年的时候可没有今天的锂电池,都是铅酸电池,而且他用的是交流异步电机,在当时的技术水平下是比较费电的。就这样他还弄出了100千瓦(134马力),140公里续航的电动车,并且还生产了2000多辆!当然我对他彻底佩服的是我第一次打开EV1的前盖的时候,眼前一个比我拳头还大的电容,晚上碰上流氓我还可以摘下来自卫。就这玩意的连接可靠性能坚持14年多,我只能说一个服字。

  后来跟Alan大叔通过一次电话,精力充沛的一个传统美国疯狂科学家的感觉。说话很快,脑子比嘴巴还快,他就是那种周六晚上不泡妞泡办公室,能把龙舌兰和95号汽油搞混的类型。当然,他不是给力哥Elon,他的洞察力是有限的。老一代美国工程师优点是基础扎实,缺点是知识更新换代慢。Alan 1992年创立了第一个有影响的现代电动汽车公司AC propulsion,和通用合作做了EV impact,也就是我们常说的EV1,后来跟丰田合作做了Scion Ebox,还有宝马的MiniE,都是经典车型。当然最出彩的自然是给Tesla旗舰跑车Roadster提供技术,这也是为什么要如此详细介绍AC的原因。最终你会发现,现在全世界所有大厂的电动车的核心技术几乎全部跟AC propulsion有一代或者二代的继承关系。

  充满科技感的Tesla Model S内部(图为测试人员,所以戴了头盔)

  好,背景信息终于介绍完了,言归正传回到Tesla(背景信息确实有点长,但是不说的话后面的事儿就讲不清楚了)。

  首先要解决的问题,Tesla的创始人到底是谁?准确的说法,2003年底两位成功企业家兼同事,Martin Eberhard和Marc Tarpenning从上一个公司成功退出,看着自己还年轻,也不愁吃穿,就着手计划下一个牛逼的计划。两位都是世界级的工程师,Martin曾经是Wyse Technology的旗舰产品设计师。80年代初Wyse是大名鼎鼎,他们是世界上第一批做虚拟机和云计算的人,对比最近一年在硅谷看到的某些“云计算”“虚拟机”投资人我只能报以苦笑,他们恐怕连Wyse都没听说过。Marc则是在软件、固件和软硬件融合多个产品多个应用上有着非常辉煌的履历。

  总的来说,两个人都是既有梦想又懂工程的大师。经过半年的讨论和思考,他们得出一下几个结论:1、现今的汽车行业30年之内必不持久,石油供应赶不上汽车市场的增长;2、汽车行业几个新的技术方向,只有电动汽车在近20年明确的可以超越传统汽车技术并且可持续;3、电动汽车的各个关键技术基本都成熟,临门一脚开发产品完全可行。

  于是他们调研、设计,并且指定了企业的产品方向:首先开发一款能够跟保时捷GT3或者法拉利Enzo相媲美的高档电动跑车。正准备去找VC老朋友Steve和John的时候,有人给他们介绍了给力哥Elon。三个梦想家碰到一起,共同的工程背景,共同的行业和科技发展洞察力让大家一拍即合。给力哥Elon在办Zip2之前就想做电动汽车公司,结果被Zip2和Paypal的事儿给忙忘了,赚了3亿美金之后他终于想起了这事儿,一看这两位跟他的愿景一致,想也不想就领投了他们的A轮。

  公司的名字就叫Tesla Motors,纪念他们眼中最伟大的工程师尼古拉·特斯拉。如果我没记错的话,Elon应该任董事会主席,从这个意义上来说,说他是创始人应该是没问题的,不过技术的架构,产品的方向是Marc和Martin最开始开发的,Elon只是跟他们的vision很合拍而已。不过在这儿我要明确一点,我对三个人都是很佩服的,虽然我认为开始的开发主要靠两个M,但是最佩服的还是Elon,为什么我之后会提到。

  尼古拉·特斯拉(Nikoka Tesla)是科技史上最著名的隐藏boss

  第二个问题,Tesla起家给力在什么地方?

  第一件事情是产品的愿景。他们的思路很清晰:任何一种新技术进入应用领域要经历三个阶段:第一阶段高端市场,高售价高成本; 第二阶段中端市场,中等价格和中等成本;第三阶段大众市场:低成本低价格。他们现在只能做高端市场。通过了解,个人感觉前两个阶段两位创始人的想法更多一些,尤其是第一阶段思路是很清晰的,但是给力哥Elon在公司前3-4年就把三个阶段真正都想明白了。

  第二件事情是产品的设计。现有电动车技术应该做什么样的高端产品?很明显,豪华车房车做不了,电池技术续航能力不够,输出马力到不了宾利的30%,这种明显是不行的。但是电动汽车的最大优点是结构简单,扭矩和加速快,这一点连法拉利都远远赶不上。因此,做一款超轻的高性能跑车是最合理的。

  第三件事情是技术的开发。Tesla Roadster的drivetrain技术是和AC propulsion合作+许可出来的,那么Tesla本身到底做了什么样给力的技术创新?

  1. DriveTrain控制改进。最早Alan的EV1里面是模拟信号控制的,这跟通用汽车的DNA有关系,传统汽车厂商对电子产品更新换代的速度没有任何概念,他们根本就不知道什么是摩尔定律,而且有意思的是,最后导致Tesla成功的关键就是摩尔定律,这一点后面再讲。Tesla团队的人把电动机控制系统全部改成数字控制,电容电感都扔掉通通用IGBT来控制输入电流电压。这样的控制更精确更快速,并且整个系统可靠性非常高。Tesla作为最早进入电动车高功率电机控制系统的研发厂商,他们在电路设计,控制算法和固件开发上领先所有对手至少5年。如果你同时开过Nissan Leaf和Tesla Roadster就会知道,前者在加速,冷天气等环境下的能耗是非常惊人的,导致整体用户体验大幅下降。而且Nissan Leaf还算是全世界最好的电动车之一。

  2. 电池系统创新。促使Marc和Martin两人做Tesla很大一个原因是锂电池的出现。他们很先见的看到,EV1的年代用老式铅酸电池能做出跟汽油车类似甚至更好的性能,那锂系列电池让电动车前进了一大步,彻底打败所有其他的新能源车技术路线并且能够有潜力让电动车性能远超汽油车。锂系电池拥有比铅酸电池更高的能量和功率密度,不过其热特性和电特性都是很糟糕的。比如说电压。任何单芯锂电池外电压必须在2.7-3.3V之间否则就会过热导致多米诺骨牌效应。另外一块大电池组内温度梯度要求也是非常严格的,如果一块30千瓦时的电池任何两点温差为2度,离火灾就不远了。

  如何“驯服”这难以控制的锂电池?这一点Marc和Tesla的一号技术员工JB做出了杰出的贡献。他们最终给出的解决方案是将7000个左右的2安时左右的18650封装电池串并联在一起。在最新一代Roadster的电池组里面69个小电池并联封装成一个电池砖,99个电池砖串联成一个电池片,11个电池片并联成一个电池系统,总共6831个电池。记得07年左右这个技术慢慢成熟的时候,总能在电视台里看到一些经典的评论员,打扮的油光水滑,装腔作势的说:想到开车的时候屁股底下垫着7000个笔记本电脑电池,这些Tesla的书呆子们走不了多远了!

  然而,这一群给力的人让无知的电视评论员们失望了,而且失望之极。事后证明,不仅他们的电池系统很稳定,而且是世界上最稳定的系统。后来大家听说过中国电动车起火,Volt起火,Fisker起火,唯独没听说过Tesla电池起火。那么他们的解决方案为什么最稳定呢?

Tesla的两位联合创始人,Marc Tarpenning(左)和Martin Eberhart(右)Tesla的两位联合创始人,Marc Tarpenning(左)和Martin Eberhart(右)

  首先,Marc和JB两个人测试了当年300种市面上品质最好的电池,最后发现松下电池的稳定性和一致性远超其他所有公司的电池,而松下的18650封装电池稳定性又在其所有产品中最好,因此使用最稳定的电池芯对其电池组的质量奠定了基础。后来的故事大家也知道,Volt和Fisker都用过A123的电池都起过火,并且A123也破产了。第二件事情就是电压控制和温度控制。电池越小,可以测量的分辨率就越高,控制就越容易精确。当然这个时候有人自然会问:7000个电池太多太复杂了吧?怎么控制呢?但是在网络控制领域,一个简单程序就能通过路由控制上万台甚至几百万台服务器,而Marc更是这个领域的技术专家并且成功卖过一个公司。因此,在底特律传统车商不熟悉的领域,Tesla的团队抓住了电池问题的关键,利用自己的聪明才智解决了这个问题。

  我第一次见到Marc的时候就急不可耐地问:大哥,您那些串并联的数字,69并联99串联11并联是怎么得来的啊?Marc大叔摸了摸自己在海滩上游泳时被太阳晒得通红的光头,淡淡的道:DOE(design of experiment,实验设计)。我一口鲜血差点就喷了出来。搞工程的人对这个概念应该都很熟悉,就是穷举所有的可能数字排列组合,然后选取其中一部分组合进行仿真和实测,比较输出的结果。

  6831个电池,无穷无尽的DOE,他们做了一年的时间。如果没干过工程的朋友想体会这个过程的困难的枯燥,可以参见《神雕侠侣》里面杨过在和小龙女分别的16年中和神雕在海中练剑的情景。一个聪明人,踏踏实实的长期苦练内功,最后的结果只能是一身惊人的艺业。

  3. 造车架构简化。Tesla刚开始的时候早期团队的人对此并没有明确的方向,他们并不知道自己能够改变整个造车的理念和使用了上百年的架构。不过基于对电动汽车架构和关键部件的分析,JB得出一个很重要的结论:电动车的关键部件电池组和动力传动系统以及所有的电缆都可以集成到传统汽车底盘大小的部分,跟传统车相比大大节省了空间,而且以此为平台,“everything above is your imagination space”(底盘上面的一切都是想象空间)。在Roadster里面这一点体现还不明显,到了Model S和X就可以发现前盖打开都可以放很多行李,车内容积比同样体积的汽油车大很多。等到看完Model X的发布会之后,耐着性子听着给力哥磕磕巴巴的用他那比乔帮主烂10倍的口才发布比乔帮主任何产品都要给力50倍的Model X,我不禁感叹,看来Tesla真的要把所有对手都远远的甩在后面了5年了。

  Tesla的两位联合创始人,Marc Tarpenning(左)和Martin Eberhart(右)

  从2003年两位M哥开始酝酿,到后来JB,我的好朋友G兄,D兄,E兄(为了隐私隐去名字),Tesla在04年就组建了一支阵容强大的工程团队。有意思的是,虽然直到2006年才有传统汽车领域的技术大牛加入,事后证明恰恰是这一点让Tesla别出蹊径走出一条辉煌的汽车设计革新之路。

  2004年一季度:公司正式成立,给力哥领投7百万美金。

  2005年:上半年第一辆实验样车(没壳)出炉,给力哥Elon领投第二轮,下半年车身模型设计完成,第二辆样车出炉,公司从20人扩张到80人。

  2006年:上半年Elon跟投第三轮,所有创始人的好朋友Steve Juvertson加入董事会。公司增长到150人。

  2007年:关键年。0-100公里每小时加速3.86秒。原有的二级变速箱设计可靠性出了大问题,过不了3000英里测试。现金急速见底,生产遥遥无期。给力哥ElonMusk正式发力。

  乔帮主2007年在All Things Digital接受采访的时候说过一句大实话:成功的企业靠的是1%的创新和99%的执行。从坐在他身边的比尔盖茨点头力度和频率来看,这句话确实很有分量。而Tesla此时的CEO Martin做了很多。重要的创新点几乎全部抓住,而从2006年之前的执行来看,他做的是很优秀的。电池系统性能卓著运行稳定,车身设计明快大气,电动控制系统算法坚实。可以说,前40%的执行都做得不错。

  但是当公司成长到150人之后就越来越难有效解决重大问题了,比如二级变速箱。本来原则上电动车都不用配备多级变速,但是如果需要高性能的加速,异步电机在低转速的情况下功率输出效率较低,会影响性能,因此引入二级变速是个很自然的选择。但是在高压高功率电控系统和变速箱之间的系统研发,这是全世界谁都没做过的。当时选取的晶闸管IGBT在功率控制的精度和时间响应上都不太适用于二级变速。所以多次测试都无法通过。

  作为CEO,应该快速作出决定让产品通过生产标准,但是Martin这个时候犹豫了,进入了反复试验的死循环,导致现金不足以支持交通部的认证测试和生产投资。

  无奈之下公司只好进入下一轮融资,Elon领投,董事会把Martin解雇,电子制造业的风清扬式人物Michael临危受命担任CEO。公司很快做出一系列有效决定,第一批产品使用更好的变速箱供货商,并且锁死变速不让换挡。他们在低速加速上牺牲了将近15%的效率换来了产品的顺利发售,后来Roadster2干脆换成单速变速箱,加速反而更快。

  当时整个公司非常恐慌,感觉自己永远没有机会做出真正通过认证的电动车。然而,他们一直信仰的硅谷老前辈摩尔的摩尔定律拯救了他们,2008年IGBT发展进入高速期,更小,更快更高效耐用的产品彻底把Tesla推上了一个技术高峰。

  2008年6月第一辆Roadster发售,之后汤姆·汉克斯、乔治·克鲁尼、施瓦辛格、Google二老纷纷买入。Tesla在洛杉矶开了第二家4S店。2008年10月份给力哥Elon上任CEO,Tesla开始了真正的生死之搏。

  2008年的10月份无疑是生死存亡的时刻。第一款跑车产品Roadster出炉,原计划7万美金成本售价10万美金。由于变速箱的改进,成本飙升到12万,售价开始变成11万,给力哥在洛杉矶客户见面会上见到的满是一张张愤怒的脸,他说他那天差一点就没坚持下来昏倒在现场。Tesla面临的情况非常糟糕:卖车亏本,200号员工每天工资不断消耗,继续融资无人愿意接盘。我的好朋友G兄是公司第三号工程师,平常周二周四经常打打篮球,周末大家出来泡泡酒吧,那段时间憔悴的厉害。他跟我说,老大比他们压力更大,他另外一家火箭公司SpaceX第三次发射失败,已经没钱发射第四次了。

  Tesla何去何从?到底怎么办?摆在给力哥面前是这样一个情况:技术遥遥领先;成本短期无法大幅下降;现金即将用完。这个时候,给力哥Elon的真正实力终于发挥了。意识到公司最关键的问题就是现金,他首先去了一趟戴姆勒,说服戴姆勒主席来Tesla参观。然后花了大概8周左右的时间,将一辆Smart Car改装成电动车,这其中包括底盘,电池,电动机和所有控制系统全部重新设计。

  不出所料,戴姆勒主席的对Tesla的技术大为满意,对Tesla投资5千万美金并且开始签订Smart Car核心部件的销售订单。之后的半年内,又拿下丰田Rav4的电池和Drivetrain的订单。对于很多人来说,这可能和戴姆勒的Deal没有太大区别,但是对于一个关注电动汽车超过10年的人来说,能给世界第二款经典电动车提供最核心的部件本身就是对其技术先进性的一种体现。

  可是,钱还是不够,非常不够。

  如果说2008年是生死存亡的一年,2009年就是奇迹不断的一年,给力哥Elon的战斗力终于爆表。首先2008年快速启动的model S计划进展顺利,设计、测试和样机制造在2009年上半年顺利完成,对于一个第一款产品还未完全成熟的年轻汽车公司来说,不得不说团队的创造力和执行力都是惊人的。在众多的批评和质疑声中,朱棣文和奥巴马参观了工厂,Tesla成功拿下4.65亿美金的贷款用于生产Model S并且开始接受客户的定金。另外公司还需要6千万的流动资金用于生产、工程等费用。

  再次遇到瓶颈。

  有一位董事Steve有一次跟我们讲,一开始给力哥出来融资的时候,大家都不敢接这个茬。硅谷也没有几个懂汽车技术的风险投资人,大家不知道Roadster是否最终能挣钱,也不知道ModelS能不能成功生产,因为Roadster开发花了将近2个亿。融资3个月还是没有进展。这个时候给力哥终于出来,拿出自己银行中仅有的6千万美金,发邀请给自己认识的所有的投资人朋友说,这一轮6千万,大家自愿认购,不够的我来补上。这气势一下子把大家给震住了,众人才如梦方醒纷纷跟进。最终这一轮大概融资8千万美金。

  经历了07的关键之年,08的生死之年,09的奇迹之年的Tesla就如浴火重生的凤凰一般一飞冲天。之后的事情很多人都知道了:2010年中上市纳斯达克,成为自1954年以来第一家美国上市汽车公司,上市当天涨到18美金。2012年中第一辆Model S下线。2012年第一季度Model X发布。2013年第一季度实现盈利,股票涨到90美金左右。

  Tesla是这样一个公司:他们在创新最困难最昂贵的的汽车行业,通过世界一流的团队,理想化的领导人和良好的硅谷创业环境非常幸运的生存,发展壮大了起来。他们带来的技术进步对行业是革命性的;他们今天在产品设计,技术积累和商业模式构建都远远领先同业竞争对手。作为一个长期接受工程师训练的人,我对这个公司表示最高的敬意。在公开演讲中,我曾经分别问过Martin和给力哥Elon同样一个问题:如何做出有影响的创新。他们的回答我写在下面:

  Martin说:你需要天真幼稚一点,因为如果你太成熟,你会很清楚你即将遇到的困难并且退缩。

  给力哥Elon说:不要太过相信自己的直觉和common sense,他们在创新活动中往往会误导你。你可以学习一下量子力学,能有很多收获。

  或许,今天我就应该再翻翻自己的《费曼量子力学讲义》。

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