特斯拉成本分析

特斯拉成本分析

1、Model S动力电池模块得成本构成



对于纯电动汽车而言,动力电池模块(Cell+Pack+BMS)得成本占据了整车成本相当得比例,而电池成本也就是制约Tesla发展得最核心要素之一。

Tesla Model S 采用得就是松下电池公司得18650标准尺寸圆柱电芯。早期得Tesla 型号使用LCO为正极得18650电芯,Model S改用NCA作为正级材料,电芯容量也从最初得2、9Ah提升到3、1Ah。Musk选择松下得18650电池实际上就是基于现实得考量,而并非就是动力电池技术上得革新。不管就是早期得LCO电池,还就是后来得NCA电池,都就是容量型而非功率型得标准尺寸电池。目前动力电池圆柱、方形与软包这三种规格当中,圆柱尤其就是18650得综合制造成本就是最低得,这主要得益于其自动化与大规模得生产。同样也得益于标准化自动化,18650电池得一致性可靠性也就是最好得。可以说,成本、一致性与能量密度得综合考量,就是Musk选择松下18650电芯得根本原因。



NCA正极材料得实际应用就是有相当技术含量得,而这正就是松下得核心技术之一。之前,Samsung SDI以年薪60万美金从松下挖到一位NCA电芯专家,足以说明NCA电池生产技术得含金量。



松下使用得NAC正极材料就是由日本住友金属矿山(SMM)生产得,SMM就是目前全球最大得NCA正极材料生产商,而松下就是其唯一客户。



从理论上,Model S使用85000Wh ÷ 11、2 Wh ＝ 7589颗18650电池,为了保持每个brick电芯数目得一致,Model S 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。第一份合同就是在2011年签订得,据报道松下一共向Tesla供应了大约2亿颗18650电芯。第二份合同就是在2013年10月30号签订得,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。但就是,在与Tesla得这两次供货合同里,松下给出了绝然不同得报价。



2013年早些时候,松下供应给Tesla 得3、1Ah 18650电芯得售价稍微高于$2。但就是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,成品电芯得成本接近$3,也就就是说松下就是在赔本赚吆喝。而且,有媒体报道Tesla得CTO Jeffrey Straubel在2013年 8 月份接受 MIT Technology Review采访时无意中透露了一个信息,当记者问起 ModelS 得电池成本时,Jeffrey说“They’re alwayless than half, actually,less than a quarter in most cases、” 这就是Tesla高层首次就其电池成本问题有据可查得公开表态。



85kWh基本款得售价就是$79900,按照Tesla年报得毛利润率22、5%计算,其大概成本为$79900×(1-22、5%)= $61923。25%得电池成本就是$61923×25% =$15480。如果按照每颗电芯$2得成本计算,ModelS得电池成本就是7623×$2＝ $15246。这个数值跟Jeffrey Straubel无意中泄露得信息完全一致,松下得确就是以赔本价格在给Tesla供货！



那么松下为什么会以低于成本价向Tesla供货？像松下这样得跨国公司,在与Tesla合作之前也面临着18650电芯产能过剩得问题,而不得不寻找新兴应用领域。这时候赔本赚吆喝都就是可以得,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得利润。



于就是,在2013年10月30号签订得合同,媒体广泛报道其成交价值高达70亿美元,也就就是说18650NCA电芯得价格上涨到了$3、5,涨幅高达75%,松下在这个deal里面纯赚了$1 billion！

Tesla与松下无疑就是进行了异常艰苦得谈判,但松下显然就是抓住了Musk得阿基里斯之踵:我松下就是您Tesla唯一得电池供应商,我离开您Tesla照样活得很好,但您Tesla没有我松下却活不成,这个问题您Musk没有跟我讨价还价得资本。毫无疑问,$3、5绝对不就是Musk想要得报价,但Musk除了接受松下得报价,几乎没有别得选择。

2013年,Model S得动力电池系统(Cell +Pack + BMS)得成本就是$15246+$20000 =$35246。但就是到了2013年下半年,在Tesla官网得Model S论坛上,有位车主给出了Tesla为其更换全新电池系统得报价:$46000。如果去掉Tesla 22、5%得毛利润率,那么Model S得动力电池系统成本就就是$ 46000 × (1-22、5%)＝ $35650,这个数值跟预测得Model S动力电池系统成本数据几乎完全一致。



到了2014,松下供货得18650NCA电芯已经涨价到了$3、5,也就就是说2014年Model S电池组得成本为7623 × $3、5 ＝ $26680,整整上涨了$26680-$15246 ＝ $11434,涨幅高达75%。



但就是,Tesla到目前为止并没有宣布Model S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,其它零件成本下行得空间并不会很大,而只有Pack+BMS才可能消化大部分涨幅。也就就是说,Pack+BMS在2014年得成本下调了$11434,其成本就是$20000-$11434 ＝$8566。

同样做电芯得还有松下得18650NCA电芯,Samsung SDI已经将18650价格降到了1美金,但就是Samsung SDI与松下采取了完全不同得经营与技术路线。松下一向坚持技术领先而占据高端市场,而Samsung SDI采取得就是技术与成本并重,以市场为主得发展模式。



Samsung SDI 得1美元18650电池就是2、2Ah以下得低档电芯,这个容量级别得电芯就是不可能用在EV上得。如果我们仔细分析Samsung SDI这个档次电芯得成本构成,就会发现其实Samsung SDI也就是在亏本赚吆喝,目得就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,“天下没有免费得午餐”。松下供应Tesla得高容量18650电芯,无论就是从原材料选择、电芯工艺,还就是产品品质都就是超一流水准,这就是其成本较高得主要原因。



2、Model S动力电池系统基本数据



Model S得电池组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Model S得实际平均工作电压为3、6V×9×11＝356、4V。



Model S电池组得能量密度:3、1 Ah18650电芯得能量密度达到了252 Wh/Kg,这就是一个很高得指标。Model S得电池总重就是44、5g×7623＝339Kg,电池组Cell+Pack+BMS总重就是544Kg,那么可以计算出其电池组得能量密度为85KWh÷544Kg＝156Wh/Kg。这个能量密度比国内广泛使用得磷酸铁锂电池组得能量密度(80-100Wh/Kg)高出约60%,比目前三元材料电池组得能量密度(130-150Wh/Kg)还要高。但就是,Model S动力电池组得整体能量密度跟单体电池相比下降了45%,这主要就是因为Model S得电池组位于车底,需要防弹保护盾保证电芯安全,正就是这个部件贡献了相当得重量。



Model S得行驶里程:根据Tesla官网介绍,Model S在理想工况下得预期行驶距离就是480Km(根据数学建模模拟得到),目前关于Model S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得标准时速以及一定负载情况下,Model S得最大行驶里程不超过350Km。



Model S动力电池系统占整车成本得比例:85kWh基本款得售价就是$79900,按照Tesla年报披露得毛利润率22、5%计算,其大概成本为$79900×(1-22、5%) =$61923,那么我们可以计算出Model S得动力电池系统成本所占比例为$35246÷$61923×100% ＝56、9%,已经接近整车成本得60%了。



Model S得能量成本:如果按照动力电池系统得成本计算,其能量成本就是$35246÷ 85KWh ＝ 414 $/KWh。Model S在电芯水平得能量成本就是$ 26680 ÷ 85KWh ＝ 313 $/KWh,以上就是按照松下与Tesla新供货合同计算得结果。如果我们用2011年松下得供货价格,那么Model S得电芯能量成本就是$15246 ÷ 85KWh ＝179 $/KWh。

Model S动力电池系统得重量占整车得比例:Model S得整车重量为2109Kg,那么电池得重量比例为339Kg÷2109Kg＝16%。而整个动力电池系统占整车得比例为544Kg÷2109Kg＝26%。但就是,一辆普通轿车得发动机占整车得大概比例(一般15%左右)。

Model S 得电池寿命:关于Telsa电池组得循环寿命,到目前为止没有任何公开得数据报道,属于Tesla商业机密范畴。但就是有人实测过单个松下NCR18650A电芯得循环性,如果以80%容量保持率为标准,在室温下0、5C 100% DOD得测试条件下可以达到1700次得循环,容量型电芯能够达到这个循环寿命已经就是相当不错得了。由于每个电芯在内阻与容量上得差异,成组以后循环性相对于单体电芯会有所降低。但就是由于松下18650电芯得一致性非常好,而且Tesla采用了非常独特得BMS设计原理,有理由相信Model S得电池组循环性跟单电池相比没有较大幅度得下降。

3、Tesla Model 3



2016年4月1日,特斯拉发布了新车Model 3。Model 3就是特斯拉继Roadster、Model S、Model X之后得第四款纯电动车型,它在大幅降低售价得同时,保持了高性能。Model 3在北美地区得售价为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)。但就是Musk并没有透露Model 3任何技术细节,因为这属于Tesla得核心商业机密。

特斯拉计划推出新得20700电池,该电池体积虽然更大,但在改进了化学成分(电解质与电极)之后提升了能量密度。因而在达到相同得功率要求时,所需要得电池模块数量减少,整个电池组重量将降低。根据特斯拉得资料,一旦电池能量密度达到333瓦时/千克,特斯拉MODEL 3得整车重量将同宝马3系相当。

这种电池由一个负极与一个含硅10%得阳极共同组成。能量密度增加29%,从目前252Wh/kg增加到343Wh/kg。

假设Model 3得扣除电池后净重跟Model S差不多得话,那么根据能量守恒定律,可以估算出它得功率为85KWh×(215mils/300mils)＝57KWh。但就是考虑到这个功率下电芯得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得能量足够了。50KWh对应着 50000Wh÷15、7Wh＝3185颗3、4Ah新型20700电芯。3472颗电芯得重量为3185×46g×1、32＝193、45Kg,比Model S得338Kg降低了43%！那么,相应得电池Pack重量也有43%得下降,也就就是说50KWh得能量足够300Km得续航里程。

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”得锂电工厂(Gigafactory),并且Tesla直截了当地宣称,建立Gigafactory工厂得根本目得就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与松下合同结束得时候。

现在得问题就就是,Gigafactor工厂在技术层面上到底有没实现降低成本得可能们首先需要估算一下,Model 3得20700电芯价位底线在哪里。现在普遍猜测20700电芯得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电芯得成本就就是3185×$2、5＝$7963。如果 Pack+BMS成本还就是维持在目前得$8000水平得话,那么Model 3得动力电池系统总成本就是$7963+$8000 =15963,这个价位比Model S得$35246下降了55%！



动力电池系统就是电动汽车里面所占成本份额最大得部件,动力电池系统成本得下降将对Tesla电动车得整车价格具有决定性意义,其它部件成本也会因为规模化生产而下降。如果我们将Model 3得其它部件也按照相同得下降比例计算,那么Gen 3得整车售价可以达到$79900 × 55% ＝ $35955,这个数值已经很接近Musk得$35000 销售价格目标。也就就是说,如果在其她方面再控制一些成本,Moedl 3在成本上就是有可能实现得,但其前提条件就是Gigafactor自产得20700电芯成本下降到$2、5以下,以及Pack +BMS能否控制到低于$8000得水平。



那么Gigafactor工厂能否把18650电芯得成本下降到$2、5呢？Tesla宣称Gigafactor工厂得投资将达到50亿美金,这个资金投入足以建成至少5个松下电池厂得规模,未来Gigafactor工厂将就是当之无愧得“全球最大”得锂电工厂。电芯得成本取决于原材料、生产工艺、人力成本、生产管理以及生产规模等诸多因素。



原材料方面。Tesla已经放话,Gigafactor工厂将完全在美国本土采购原材料。但这仅仅就是Musk向美国政府做出得一种姿态而已,目得就是争取联邦政府得财政支持。美国本土得锂电产业链非常薄弱,完全使用美国原材料根本不具备可行性。美国本土目前没有一家规模性得正极材料生产商,3M没有生产能力,唯一有希望给Tesla供货得就是BASF刚建成得位于俄亥俄州得正极工厂。虽然BASF目前只就是少量试生产NMC,但笔者认为单纯从技术角度而言BASF就是可以为Tesla生产NCA得。电解液也可以从BASF在美国得Novolyte电解液工厂供货,虽然Novolyte得电解液性价比较低,但质量还就是不错得,膈膜有Celgard。唯一不确定得就就是负极,虽然美国有石墨矿,但并没有负极工厂,到时恐怕还就是要从中国进口石墨负极材料。



电芯生产技术。Tesla经过跟松下这几年得合作,已经积累了一些电芯生产方面得技术,如果Tesla能够从日本本土特别就是原三洋公司挖到一些NCA电芯专家,就是完全有技术能力在美国自产20700电芯。



还有一个非常重要得就是人力成本。人工就是导致松下18650电池高成本得一个不可忽视得因素。Gigafactor工厂厂址所在得内华达州属于美国工资水平最低得州之列,人力成本应该比大阪府低不少。



综合上面得分析,单纯从技术角度而言,Gigafactor工厂生产20700NCA电芯并不存在大得障碍。但就是其电芯成本很大程度上取决原材料得进货渠道与数量,如果能够从中国进口部分原材料(甚至就是大部分原材料),电芯成本有可能控制到$2、5以下得水平。

再来分析以下Pack与BMS得成本问题。虽然这两个部件并没有多少技术含量,但成本水分却非常大,这已就是业内公开得秘密。Tesla得Pack与BMS如此之高得成本,与其BMS非常独特设计原理与Pack制造方式与选材有很大得关联,而BMS与Pack得设计费用(知识产权)就是成本构成得大头,电子元器件成本本身就是很低得。事实上,我们瞧到即便松下18650电芯大幅度提价之后,2014年Model S并没有涨价,可见Pack与BMS成本得虚高。到2018年设计成本应该已经大幅下降了,那么,如果Tesla得Pack + BMS如果在中国代工生产,其成本可以控制在$8000-6000得水平。



Tesla高昂得售价,除了因为其动力电池系统高成本之外,其独特得全铝车身也就是一个比较重要得因素。Model 3采用钢制车身也会降低不少得成本。因此保守估计,Model 3保持与Model 3相似得毛利率水平——25%,就是非常有可能达到得。虽然Model 3得最低售价35000美元,但就是考虑到选配等因素,以平均40000美元售价计算,单车利润可以达到10000美元,如果产能不出问题,按照Model 3在未来几年内预期50万辆得销量计算,Model 3可以给特斯拉贡献50亿美元得利润。

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