GaN和SiC能促电动汽车电池降本? 一大波半导体器件商表关注

2023-07-17

特斯拉要赚出10万亿美元来修理地球,有可能吗?

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赚钱大机器能否再造奇迹?

美东时间3月1日美股收盘后,马斯克放出了“宏图篇章3(Master Plan Part 3)”。第二天特斯拉股价开盘大跌逾%8%,至周五收盘197美元/股,相比3月1日仍下跌3%。

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不怪投资者恐惧。

完成“宏图3”——全球全面转向可持续能源,目标在2050年前实现能源100%可持续——需要10万亿美元的建设投资

马斯克是认真的吗?这可是2022年全球GDP的10%。一个人、一个公司,可以把这样的任务扛在肩上?

梦想还是要有的,万一实现了呢?我们认真地帮特斯拉算一算吧:

按照特斯拉建设得州、柏林工厂,开发4680和D1芯片的重投入阶段——2020-2021年150亿美元/年的资本开支为计,特斯拉要花666年时间才能独立完成“宏图3”,而其实际规划只有区区27年时间。

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马斯克宏图3的目标——可持续的能源经济所需条件拆解

但如果能够实现30%的年复合增长,150亿美元为基础,20年后即可完成10万亿美元的投资。更何况时间跨度可到2050年,马斯克之前给特斯拉的年增长目标更是50%。

如此看来,特斯拉还有机会变不可能为可能。唯一的问题,如何实现连续高增长?此次投资者日没有给出很多细节。但《电动汽车观察家》从特斯拉的业务进展全面分析,试图回答:特斯拉要从哪儿赚到10万亿美元?

福春姿明利:关注“电动汽车观察家”公众号,在对话框输入“投资者日”即可获取(特斯拉投资者日PPT)下载链接

01

十万亿美元投资,特斯拉认真的

10万亿美元,不是个小数目。

至2050年,用相当于2022年全球生产总值10%的10万亿美元投资建设,在小于2‰的全球土地面积资源部署风能、太阳能等发电和储能设施,再加上特斯拉14.4亿辆纯电车队,形成240TWh储能资源,30TW可再生能源。

到时候,不光是汽车,轮船、飞机、建筑都用上风光电清洁能源,由此实现完全可持续能源经济——这就是马斯克的“宏图3”。

关键是:10万亿美元、完全可持续能源经济——不是特斯拉携手全人类共同打造的“巴别塔”,而是马斯克打算凭“一己之力”完成的宏图。

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在马斯克的计划中,将向可再生能源、汽车、建筑区域、热能及氢能、船舶及飞行器分别投入0.9万亿、7万亿、0.3万亿、0.8万亿和1万亿美元,通过清洁能源电网、移动运输电动化、热泵入户等方式,替代35%、21%、22%、17%和5%的化石能源使用,实现100%可持续能源经济。

其中,占绝对主力的汽车电动化投资将完全用于特斯拉14.4亿纯电车队的打造。此外,特斯拉自研/生产/建设热泵、储能电池工厂的动作也进一步佐证了这个10万亿美元的“大计划”将由特斯拉自己完成。

可能吗?

02

15万的“Model 2/Q”卖7亿辆

经济型车将是特斯拉能源转型宏图上的核心环节。

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按照规划,汽车业务投资占比10万亿的70%,目前聚焦在8款车型上,其中“下一代车型”,要卖7亿辆占比48.6%,与经济型乘用车在整体汽车市场中的占比相当。

乘联会数据显示,2021年中国乘用车上险量中10-20万元车型占比为45%。

目前还在“豪华品牌”定位的特斯拉,“下一代车型”能进入经济型的价格区间吗?按照目前透露的信息似乎是可以的。

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投资者日的信息显示,“下一代车型”的5年拥车成本约是Model 3的71%。

特斯拉2021年公布的数据显示Model 3的5年6万英里拥车成本是63美分/英里,则“下一代车型”为44.7美分/英里,总计2.68万美元。若按照Model 3的标准扣除2000美元的电费和800美元的轮胎费用,则用户的购买价格或为2.4万美元。

2.4-2.6万美元的价格与册销马斯克此前公布过的特斯拉“便宜车”Model 2 2.5万美元的售价便非常契合,也进入了15万元这一经济型乘用车的核心价格区间。特斯拉也正是用这一价格区间内的全球销冠车型作比——丰田卡罗拉上市56年来,全球累计销量达5000万辆。

显然,即使是拿出经济型车,要实现7亿辆的销量仍是一个巨扒告大的挑战。

03

“Model 2/Q”降成本、保性能

与丰田卡罗拉不同的是,特斯拉将为下一代车型创造更大的利润边际。

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投资者日信息显示,通过革新和规模化,下一代车型成本相比Model 3/Y降低50%。2022年Q4,特斯拉汽车业务的毛利率为25.9%,按照3.5万元计算则Model 2/Q的成本在1.3万美元左右,利润边际高达48%。

众所周知,高单车利润边际是特斯拉掀起价格战的底气所在。问题是,如此之低的成本能否保证性能。

Model 2/Q将采用1000美元成本的电机,48V低压平台、锂电池电瓶和热泵系统。

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电机降本主要通过减少75%的SiC器件用量。

SiC在电动汽车上被用作功率器件,耐压程度高、开关损耗低、效率高的优势。

但目前由于晶圆棒生长速度太慢,SiC量产还存在瓶颈。相比一般硅晶30-150mm/h的生长速度,SiC晶圆棒仅为0.2-0.4mm/h,相差数百倍,而且SiC衬底技术壁垒非常高,导致SiC价格高,产量低。

对于特斯拉减少SiC使用量的方法,业内有几种猜测:

一是特拉斯要弃用碳化硅,选择功率损耗更低(工作效率更高)的GaN。但目前,GaN还没达到量产的要求,市场上销售的氮化镓衬底制成芯片的成品率仅为33%,良品率低,导致成本比较高。而且GaN的应用与特斯拉减少SiC用量的言论也不相符,可能性较低。

二是特斯拉要用回Si基IGBT。但这一方案的封装烧结工艺仍有不少问题待解决,目前仍无确切信息表明特斯拉或者其芯片供应商能做到。

最有可能的是减少下一代主驱逆变器的碳化硅器件用量。

特拉斯Model 3采用了24个功率单管,每个单管采用了2颗碳化硅器件,合计48颗器件。用量减少75%,就是12颗。

投资者日上提到将采用“定制化模块封装技术”(We designed our own custom package)。

相比于市面上的SiC 功率模块产品,这种封装的散热能力提升了两倍左右,这意味着模块封装中的碳化硅晶片要小很多。

以此合理推测,特斯拉或许是想是通过功率模块技术的改进来减少碳化硅器件的尺寸和用量。

当然另一个辅助就是转向800V架构。电压平台升级也能减少SiC 的用量。通过这两者的技术迭代,有可能实现碳化硅器件数量的减少。

无稀土永磁驱动电机相比降本,更多或为地缘政治影响

利用稀土材料加工而成的永磁体,以稳定优越的性能,一般是永磁电机的首选。但也有不适用稀土的电机,如宝马量产的励磁电机、马勒的无磁电机等。

《电动汽车观察家》在与一位电机领域资深专家沟通时得知,不用稀土的永磁材料的电机中最典型的就是铁氧体电机,美国通用电气很早时就做过这种产品。不过,要做到同等功率,铁氧体体积和质量要大很多,也就意味着铜和铁材料用量相比稀土永磁电机多出许多,所以铁氧体电机和稀土永磁电机哪个更划算并不好说。“曾经有一段时间,在空调上到底用铁氧体电机还是用轻稀土电机是看价格的,哪个便宜用哪个。”该专家表示。

当然同样体积、重量下还是采用稀土的电机功率最大、效率区最高,这个是毫无疑问的。

也就是说,不使用稀土的电机,高效区间短,体积重量又大,那两者叠加后,会导致非稀土电机车辆平均耗电量要比稀土电机大很多。

48V低压平台也有降本的作用。

特斯拉表示从Cybertruck开始,特斯拉将逐渐全面转向48V平台。相对于12V低电压平台,48V电压升高,电流减少可减少线束发热,可使用更细或其它材质的线束,减重和降低成本。

但切换到48V意味着内部电源隔离要更严格,设计能够支持48V的控制器和供电系统,对电路设计、供应商供货、变更管理等都会产生较大影响。

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值得注意的是,特斯拉将自己设计融合保险丝和继电器功能的“电子保险丝”,反应时间将提升至毫秒级,且支持固件重置,即OTA的能力。

所以,切换48V虽然可能降低车端成本,但系统改造的成本仍不容小觑,加上碳化硅和无稀土电机的现实限制,降本50%后的Model 2能否像Model 3一样好,仍是疑问。

04

27年造14亿辆车

在投资者日的问答环节,对于Model 2/Q的问题,马斯克要求直接跳过。事实上,相比新车,新产能恐怕是摆在特斯拉20年高增长目标前,更为紧迫和困难的工作。

截至投资者日当天,特斯拉已完成累计400万辆的生产交付,完成了作为汽车企业0到1的转型,但也只完成了14.4亿辆车队目标的零头。

问题是,剩下的14亿辆到哪儿造?目前,特斯拉的上海、美国、德国工厂官方公布的产能为200万辆。正如特斯拉特斯拉朱晓彤表示:“特斯拉生产工厂,及格线为90%的总体设备效率以及每45秒生产一辆车。“</

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电动车控制器限速器是哪根线,如何分辨?

1、从控制器出来的2根白色的线,末端用黄色的热缩管包着,控制器一般安装在后座板下面,或者是在电瓶盒的前面,一般情况下限速线是露在外面的。
2、限速线是从控制器里伸出来又接回了控制器的那根,为绿色、白色或者黑色这三种颜色。
3、电动助力车的控制上,有两根所谓“限速”电线(一般是绿色线,较细),当两根线短接时,脉冲宽度的最大值受到限制,达到限速的目的(20公里/小时)。
4、电动车控制器是控制电机转速的部件,也是电动车电动系统的核心,具有欠压、限流或过流保护功能。
职能电动车控制器还具有多种骑行模式和整车电器部件自检功能。
电动车控制器是电动车能量管理与各种信号处理的核心部件。
从电动车控制器的限速线上加一可调节的电位器,使其达到调节电机最高速度的目的,这就是“限速线”。

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扩展资料:
蓄电池保养
1、应先充足电再使用。新购回来的电动车应先充足电再使用。因为许多电动车在商店已搁置了几个月,甚至半年以上,所以必须先充足电后再使用,充足电后最好不要立即使用,需静置十分钟左右。
2、电瓶在电动自行车上安装要牢固。电瓶拿下来充电,安装的时候,电瓶在电动自行车上安装要牢固,以防骑行时电瓶受振动损害。 电池在搬运中,禁止摔掷、滚翻、重压。
3、保持电瓶干燥、清洁。经常清除电瓶盖上的灰尘、污物,注意保持电瓶干燥、清,以防电瓶自行放电。
4、养成每天晚上为电瓶充电的良好习惯。绝对不能让电瓶长期处于电量不足的状态,并且要养成每天晚上为电瓶充电的良好习惯。长期不用,应该充满电,放置阴凉干燥处,并定期充电,一般10天。
5、刚起动用脚踏。电动自行车刚起动时,要用脚踏,无脚踏的可以用脚推地面的方式,帮助起动,上坡时候?用脚踏帮助电动车上坡,以免放电电流过大而损坏电瓶。
6、不能让电瓶过放电,做到浅放勤充。骑行时,要注意不能让电瓶过放电,蓄电池放电到终止电压后,继续放电称为过放电。过放电容易引起电瓶严重亏电,从而大大地缩短其使用寿命。
所以蓄电池使用时应尽量避免深度放电,做到浅放勤充,一般情况应做到,蓄电池以放电深度为50%时充一次电最佳。
电动自行车上一般都设有欠压保护功能,当电瓶电量显示器只有一只显示灯亮时,应该关闭电源,使用脚踏,并尽量尽可能快对电瓶进行充电,以免电瓶过放电。
7、蓄电池放电不得长时间开锁,不用时应立即关掉。
到终止电压时内阻较大,电解液浓度非常稀薄,特别是极板孔内及表面几乎处于中性,过放电时内阻有发热倾向,体积膨胀,放电电流较大时,明显发热甚至出现发热变形,这时硫酸铅浓度特别大,生存晶枝短路的可能性增大,况且此时硫酸铅会结晶成较大颗粒,即形成不可逆硫酸盐化,将进一步增大内阻,充电恢复能力很差,甚至无法修复。 
蓄电池使用时应防止过放电,采取“欠压保护”是很有效的措施。另外,由于电动车“欠压保护”是由控制器控制的,但控制器以外的其他一些设备如电压表、指示灯等耗电电器是由蓄电池直接供电的,其电源的供给一般不受控制器控制,电动车锁开关一旦合上就开始用电。
虽然电流小,但若长时间放电1-2周就会出现过放电。因此,不得长时间开锁,不用时应立即关掉。
8、避免过充电。当充电器显示充满就停止充电,不能一充电就一夜甚至几天。
过充电会促使极板活性物质硬化脱落,并产生失水和蓄电池变形。蓄电池在高温季节运行,主要存在过充电的问题。因此,夏天应尽量降低蓄电池温度,保证良好的散热,防止在烈日暴晒后即充电,并应远离热源。 
避免过充电,另外要选择充电器参数要与蓄电池良好匹配,要充分了解蓄电池在高温季节的运行状况,以及整个使用寿命期间的变化情况。
使用时不要将蓄电池置于过热环境中,特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降温措施,待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。
蓄电池的安装位置应尽可能保证良好散热,发现过热时应停止充电,应对充电器和蓄电池进行检查。蓄电池放电深度较浅时或环境温度偏高时应缩短充电时间。
9、避免长期亏电。长期亏电会使极板硫化。在低温情况下,充电主要存在充电接受能力差、充电不足造成电池亏电的问题。
低温时应采取保温防冻措施,特别是充电时应放在温暖的环境中,有利于保证充足电,防止不可逆硫酸盐化的产生,延长蓄电池的使用寿命。
10、防止短路。在安装或使用时应特别小心,所用工具应采取绝缘措施,连线时应先将电池以外的电器连好经检查无短路,最后连上蓄电池,布线规范应良好绝缘,防止重叠受压产生破裂。
禁止用电池短路的方法来检测蓄电池的带电情况,以防止发生爆炸造成人员伤亡,蓄电池在短路状态时,其短路电流可达数百安培。
短路接触越牢,短路电流越大,因此所有连接部分都会产生大量热量,在薄弱环节发热量更大,会将连接处熔断,产生短路现象。
蓄电池局部可能产生可爆气体或充电时集存的可爆气体,在连接处熔断时产生火花,会引起蓄电池爆炸,若蓄电池短路时间较短或电流不是特别大时,可能不会引起连接处熔断现象,但短路仍会有过热现象,会损坏连接条周围的粘结剂,使其留下漏液等隐患。
因此,蓄电池绝对不能有短路产生,在安装或使用时应特别小心所用工具应采取绝缘措施,连线时应先将电池以外的电器连好,经检查无短路,最后连上蓄电池,布线规范应良好绝缘,防止重叠受压产生破裂。
11、每次启动时间不能超过5秒。避免蓄电池长时间大电流放电,将极大地损伤电池内部结构。建议车主每次启动时间不能超过5秒。需要两次连续启动,中间要间隔10~15秒的时间。
12、防止在阳光下暴晒,阳光下暴晒会使蓄电池温度增高,蓄电池各活性物质的活度增加,影响蓄电池使用寿命。
13、放电后的蓄电池应及时补充电,不得搁置12小时以上。
14、检查并调整好前后刹车。电动自行车使用前应检查并调整好前后刹车。前刹车由右闸把控 制,后刹车由左闸把控制。
前后刹车的调整以左右闸把手柄达到一半行程时即能可靠刹车为适宜,闸皮过度磨损,要及时更换。
15、电动自行车使用前应检查链条的润滑情况。手感和观察链条的链 轴转动是否灵活,链节锈蚀是否严重。如果锈蚀或转动不灵活,应加 注适量润滑油,严重的应更换链条。
16、电动自行车骑行前,应检查轮胎气压、车把转向灵活性、前后轮转动灵活性、电路、蓄电池电量、电机工作状况以及灯光、喇叭等。
17、电动自行车的标准载重量为 75 公斤,应尽量避免超载。
18、寒冷天气使用电动自行车,应尽量人力助动或电助动行驶,并且还应当注意蓄电池的电量及电压指示,一般天气寒冷时,应适当降低蓄电池的放电深度,切不可欠压状态行驶。这是因为,天气寒冷时蓄电池的荷电能力、放电能力均有所降低。
19、电动自行车应存放在阴凉、通风、干燥、远离腐蚀性液体和气体的地方,存放时要将整车直立,轮胎气压充足,车体上不可加载重物,并且蓄电池应分开存放
参考资料来源:搜狗百科-电动车

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