Roadster的出击
埃隆以及他的团队历尽千辛万苦制造出的高级电动汽车Roadster到底是什么样的呢?
这是一款两人座的敞篷车,它有流线型的车体,超低的底盘像是吸附在路面上一样,让人印象深刻。不管怎么说,这都是一款帅气的跑车。埃隆很在意设计,并参与了这款车的设计工作。
Roadster采用100%电动化的设计,即使从车后面看,也不会发现排气筒这种影响汽车外观的装置。价值10.9万美元的汽车在美国开始预售,凭借名流们的争相订购,这款车受到了媒体的高度关注。
埃隆的目标就是要打造一款人们极度想拥有,对拥有的人很羡慕,拥有之后很自豪的电动汽车。Roadster正是一款这样的汽车,备受人们追捧。
埃隆对外宣称:“我们制造的电动汽车不是环保车,而是高级跑车。”
这款车全长3.946米,宽1.851米,高1.126米,车体中央配置的动力机是气冷式三相交变电流四极诱导发动机,是一种后置发动机。它的最大输出功率是215千瓦,最大扭矩为370牛·米,它可以和4 000毫升的燃油汽车相匹敌,完全是高性能、高规格。
Roadster使用的三相交变电流四极诱导发动机体积小、量轻,为航空专用的铝合金材质,实现了强度和重量的最佳平衡。轴承是陶瓷制的,提高了高速旋转时的耐磨性和持久性。流经电动发动机的定子电流最大值为900安,一直以来发动机多使用铜制卷线,但特斯拉创造了独特的卷线模式,提高了动能和效率。还有,相比一般发动机使用铝制卷线,特斯拉通过使用电阻更小、可以通过更强电流的铜制卷线,使发动机转速达到了每分钟14 000转,提高了效率。
为什么叫特斯拉?
特斯拉这个名字是根据19世纪发明家尼古拉·特斯拉的名字取的。他1856年出生于澳大利亚,发明了世界上第一台实用型的交流发动机。他设计了双相交流发动机和三相交流发动机,曾作为助手在托马斯·爱迪生的爱迪生电灯公司活跃一时。但爱迪生主张直流发电,主张交流发电的特斯拉深受打击,三年后离开了公司。据说,西屋电气公司曾花了超过20万美元(甚至有一种说法是100万美元)取得了交流电源的专利,这样的价格是空前的。如你所知,现在世界上的配电系统使用的都是特斯拉的交流电。
比保时捷还要快
在Roadster驾驶座的后面,搭载着6 831块小型锂电池和汽车的传动系统,这样,车体的重心就移到了后面。车身重1 235千克,但是它的最高时速可达201公里。从0公里/小时加速到97公里/小时只需3.7秒。行驶400米只需12.6秒,这样的速度是惊人的。
如此一来,就有人提出疑问:新型的保时捷911 Carrera S(保时捷2006年推出的一款跑车)和特斯拉Roadster,哪个更快呢?保时捷911是后置水平对置式6缸发动机后轮驱动,它的总排气量为3 800cc,最大输出功率为385PS(马力),而且它的最大输出功率比特斯拉Roadster的还要大100PS。
汽车媒体《SPEED》让特斯拉Roadster和保时捷进行了终极对决,并将视频放到了网上供车迷观看。在0~400米的比赛中,Roadster取得了绝对性的胜利。从踩油门的一瞬间,Roadster就可以发挥出最大的扭矩力,它起跑时的优越性展露无遗。
而且,它充一次电能行驶394公里,打破了电动汽车以往的行程纪录。
在开发方面,埃隆特别在意的就是Roadster从0到97公里/小时的出众提速和作为一辆电动汽车的最大续航里程。10万美元的价格一般人都买不起,埃隆自信的源泉就在这里,也正是凭借与价格相匹配的高性能,埃隆才能在失败和挫折的泥潭里不断前进。
Roadster车重1 235千克,导致它这么重的原因主要是电池重量。因为车上搭载了6 831块平时用于个人笔记本电脑的18650规格的锂电池(锂离子电池鼻祖)。特斯拉的设计构想是不开发专用的大型电池,而是使用大量已经生产出来的生活用电池,这与其他公司不同,被认为很不可思议。比如三菱公司生产的MiEV概念车和日产的LEAF(聆风轿车)都开发了大型专用电池。Roadster和它们形成了鲜明的对比。
对于特斯拉大量使用生活用电池作为电动汽车的动力,多数专家一开始就持反对态度,但埃隆相信一定可以这样做并进行了尝试。如果一味畏首畏尾,害怕迈出第一步,那么二氧化碳的排放量就会持续增加,自然环境就会进一步被破坏,拯救地球也就成了空谈。
埃隆说了一段十分有开创精神的话:“特斯拉就像黑暗中的启明星。结果,电动汽车的引入使它的发展进程又加速了5~10年。”
“如果能尽快普及电动汽车,减少有害气体的排放量,那将为我们人类延续生命争取到重要的时间。”埃隆说。对于埃隆来说,制造电动汽车不是目的而是一种手段。
特斯拉用了什么样的电池?
如果没有高性能的电池,Roadster就不能实现高速行驶。
电池原本是由意大利科学家亚历山德罗·伏打发明的“伏打电池”发展而来的。后来,1868年法国人乔治·勒克朗谢发明了勒克朗谢电池。用传导性较强的氯化铵作为电解液,将包裹在多孔质容器里的二氧化锰和碳的混合物作为正极,将锌棒作为负极,就构成了电池。但勒克朗谢电池需要使用液体,使用时要加倍小心,因为电解液很容易出现泄漏的情况。还有最重要的一个问题就是,在寒冷地区,液体容易结冰,这样电池就不能使用了。
解决这一问题的是日本人屋井先藏。他虽然是越后国(日本古代的令制国之一)长冈藩藩长的儿子,但一直过着贫穷的生活。他是一名草根发明家,却发明了领先于时代的干电池。
和液体型的勒克朗谢电池相比,它是干燥的电池,所以屋井先藏将它命名为“干电池”,但屋井先藏没有钱申请专利,所以没有得到“干电池发明者”的称号,但干电池产业却在日本得到了很好的发展。继屋井先藏之后,将干电池发扬光大的人是松下电器的创始人松下幸之助。从开始生产到之后的80年时间里,这家公司累计生产了1 500亿件产品。另外,干电池进入世界市场后,每年销售量达400亿件以上。
1859年,法国人加斯东·普兰特发明了Roadster等电动汽车和手机使用的二次电池(充电后使用的电池)。1897年,日本岛津制作所的第二代领导人岛津源藏发明了蓄电池。
20世纪60年代,日本企业大规模制造和使用了二次电池。三洋电器和松下电器对镍镉电池进行了量产,最终镍镉电池发展成了镍氢电池。到了90年代,锂电池超越了镍氢电池登上了历史舞台。锂电池被广泛应用于个人电脑和手机,这里包含了旭化成公司和索尼公司技术人员的努力和智慧。
现在,一般锂电池的制造方法是将钴酸锂作为主要成分涂在极薄的金属箔上作为正极,将碳涂在另一片薄的金属箔上作为负极。正极和负极之间夹入绝缘体分离隔膜,然后将这三个部分按一定顺序放好,经卷绕制成电池极芯,放进电池外壳里,再经注入电解液、封口等工序,即可制成电池成品。锂电池的原理就是通过电解液中锂离子的移动进行充电和放电。
锂电池比镍氢电池拥有更高的能量密度,由自动放电产生的容量变小的问题也极其少见。
别外,镉电池和镍氢电池在电量没有完全用完的状态下重复充电,也就是所谓的中途充电,会导致电力低下,这种情况被称为“记忆效应”。但是,锂电池不容易出现这样的情况,适合需要中途充电的电动汽车。
不过,锂电池也有缺点,那就是它不能过度充电和过度放电。因此,特斯拉的技术人员费尽心思,在保护电路设计上下了很大功夫。
电动车能更高效利用能源
在美国,大部分电是通过燃烧煤炭和石油等化石燃料获得的。因为电动汽车需要使用电力,因此就有人提出质疑:“电动汽车最终不是还会造成能源问题吗?”
面对这样的疑问,埃隆在采访中说:“化石燃料在发电厂里燃烧发电,然后再给电动汽车充电的方式更加节约能源。”
比如,将化石燃料燃烧发电,它的使用率是60%,但将化石燃料,也就是汽油作为汽车燃料的话,燃油效率只有25%~30%。而且,在街上行驶时,汽车的输出功率只有最大值的10%,这样一来燃油效率就会下降到15%。也就是说,燃油汽车的燃油产生的能量的80%都以散热的形式损失掉了。其中,排气产生的损失最大,其次是冷却,再次是物理损失。因此,说燃油汽车造成能源浪费不足为奇。
但这些还不足以令人震惊,我们身边还有很多类似的例子。比如,白炽灯80%的能量就浪费在了散热和红外线上,作为可视光线使用的只有10%左右的电力。如何更高效地使用能源,是我们在21世纪面临的挑战。
让我们回到电动汽车上来。从发电厂到给电动汽车充电,会产生输电损耗,在充电时也会产生损耗,但这种损耗只有5%~10%,可见电动汽车的用电效率非常高。它的发动机在电磁作用下发动,不受热力作用的制约,额定负荷时的效率达到了95%。细算起来,变压器电路产生的损耗微小得可以忽略不计。
埃隆强调说:“从结果上来看,即使考虑到输电损耗,化石燃料在发电厂燃烧发电,然后再给电动汽车充电的方法也可以使效率提高两倍。”他一直致力于改变人们固有的错误观念。
6 831块锂电池
特斯拉Roadster搭载的锂电池组到底是怎样的构造呢?
首先,将69枚直径为18毫米、长65毫米(18650规格)的圆筒形电池并联起来,做成一块“电池砖”(长方形固体),然后将“电池砖”串联起来,形成“电池片”,再将11片这样的“电池片”连接起来,这样就构成了电池组。
这种由6 831块锂电池连接成的电池组,即使其中一块或者两块锂电池出现异常,也不会影响整个系统。另外,因为电池在使用过程中会散发热量,在低温下又很容易降低电气特性,所以每块电池之间都用水来冷却,这样电池的温度既不会太高也不会太低,实现了极其精确的温度管理。选择圆筒形电池,而不是四角柱形电池,是为了更好地平衡温度。
电池组总重量为450千克,每小时可以产生56千瓦的电力。使用笔记本电脑使用的锂电池就是因为它已经被大量生产,供给体制十分完善,而且价格便宜,品质稳定。
特斯拉的核心技术就是将这种价格便宜的普通电池集中起来,制作成一个强力、稳定、大容量的电池组。当然,这其中包括发生突发性事故时自动切断电路的系统。
埃隆常常说:“重要的部分不要外包,我们自己来做。”如何有效使用由6 000多块电池组成的系统,又能很快地提速,使电池与三相交流电最高效地配合起来是一个必须解决的问题。特斯拉的员工为了使驾驶者认可电动汽车的突出性能,让这款电动汽车脱颖而出,倾注了大量的心血。
乘车体验:像坐云霄飞车
乘坐特斯拉Roadster,感觉和坐燃油汽车明显不同。打火,踩油门,发动机就会发出很大的声音——这种“家常便饭”对于Roadster而言已经是过去的事了。
坐在Roadster的驾驶座上,打火,车就会发出“准备就绪”的声音。向副仪表板看去,一直以来都有的变速杆现在没有了,取而代之的是一个大大的操作按钮。
按下“D”按钮,按钮由橙色变为绿色,接下来只需要踩油门就可以了。从启动到加速,你会惊讶于它的提速速度和安静程度。因为Roadster上安装的是单速齿轮,所以只要轻轻一踩油门它就能像箭一样加速,感觉就像乘坐云霄飞车。
约450千克重的电池被安置在驾驶座位后面最低的位置,后方的重量分配比例是42∶58。一般情况下,重心在后面的车,在高速转弯时,后部会在离心力的作用下向外甩,车体较重的车就更是如此了。
但Roadster在高速行驶的情况下转弯时,车体不会摇摇晃晃。要解释这一点,还要从莲花公司说起。已经习惯于制造赛车的莲花公司充分运用自己的技术,使汽车拥有了安静、平稳的行驶性能,Roadster在设计上很好地借鉴了这一优点。埃隆像一个孩子炫耀自己的玩具一样,眼睛里闪着光:“乘坐这样的车,你会惊讶于它良好的反应,感觉自己已经和车融为一体。加速在瞬间就能完成,你会觉得自己好像拥有超能力一样。”
不只是安静,特斯拉的极致体验
小时候的埃隆就是一个“书虫”,他读了很多科幻小说。上大学之后他经常想:“影响未来世界和人类的关键是什么呢?”经过长时间的思索,他终于得出一个结论:“找到可持续性的运输手段和可持续性的能源,这非常重要。将来,地球上所有的运输手段都将用电完成。”埃隆在脑海里勾画出了未来的场景。
Roadster的方向盘后面有两个计量表,左边一个表示速度,右边一个表示电的瞬间使用量和回收量,这些是电动车运转状态的显示。
速度表的内侧则会显示马达的转数。因为Roadster是单速齿轮,所以马达的转数就相当于速度,这一点和汽油发动机有本质的不同。
在这里,向大家介绍一下燃油发动机和电动马达的不同。
汽油发动机是这样工作的:通过火花塞点火,汽油爆发出能量,活塞往返运动。这种往返运动通过机器的内部构造转变成旋转运动,再通过传动轴使轮胎转动,车就行驶起来了。为了使这种复杂的、高难度的运转在高温高压下顺利进行,很多部件都必须有很高的精密度。
另外,汽油发动机还有一个特征——如果转数达不到千以上,它就不能达到最大扭矩,能发挥出最大扭矩的转数范围就很小,所以设计多段变速器是必要的。
另一方面,电动马达从开始旋转就可以产生扭矩,因此在踩油门的瞬间,马达就可以发挥最大的旋转力。另外,对于汽油发动机而言,在汽车后退时,它是需要反转齿轮的,但是电动马达只要逆转电流就可以进行反向旋转,而不需要反转齿轮。
这样的电动汽车构造极其简单,只需通过马达的旋转运动就可以将能量传输给轮胎,因此震动和噪声就非常小,而且不会排放二氧化碳。
还有一点不能忽略,那就是“再生制动”。在使用汽油发动机的情况下,汽车下坡时需要使用发动机制动,但在使用电动马达的情况下,汽车就可以使用再生制动。而且,在使用再生制动时,电池会被充电。
Roadster以无比强大的功能提升了它本来就有的优点,又克服了续航里程短的缺点,成为新型电动汽车的典范。
在树林中驾驶特斯拉Roadster,你能听到小鸟的啼鸣声。而燃油汽车噪声很大,驾驶那种汽车绝不可能有这种全新的体验。Roadster的开发用了埃隆预先计划的两倍的时间才完成,就是为了能达到最佳的驾驶体验。
度过黑暗:50亿投资,4.65亿贷款
度过了黑暗的2008年,埃隆的事业开始变得顺风顺水。
2009年,特斯拉成功获得戴姆勒公司50亿美元的投资。这对于资金周转困难的特斯拉来说,无疑是一个喘息的机会。戴姆勒为什么要向作为风险投资公司的特斯拉出资呢?被问及理由时,戴姆勒公司的赫伯特·柯勒说:“特斯拉开创了一个新时代,它拥有让我们参与到电动汽车行业的力量。”Roadster不仅比保时捷跑得快,也加快了电动汽车行业的发展。
埃隆还得到了美国政府的支持。2009年6月,美国的能源部门正式决定向特斯拉提供4.65亿美元的低息贷款。本来,从布什执政时期开始,为了推动电动汽车和混合燃料汽车的发展,美国政府就对国内的此类公司提供低息贷款。
奥巴马执政后,这样的项目进一步增多,美国能源部门的ATVM(先进汽车制造技术)项目对汽车制造的投入为80亿美元。2009年6月第一次实施时,福特公司接受融资59亿美元,日产汽车接受14亿美元,特斯拉公司也被列在支持的名单当中。
之后,丰田汽车公司和在锂电池业占有高市场份额的松下电器分别向特斯拉出资5 000万美元和3 000万美元,埃隆终于度过了最黑暗的2008年。
给予他们更大支持的是美国政府关于ATVM的资金援助。他们给予特斯拉的不仅仅是巨额资金,还是一种强有力的长期支持,市场对特斯拉的期待出乎意料地高了起来。
但并不是所有的人都对特斯拉怀有好感。在这个界上,有的人很喜欢接触新鲜事物,但也有些人对新鲜事物持冷淡的批评态度。有的人为特斯拉制造出新型电动汽车而喝彩,与此相对,也有人说:“这恐怕行不通吧。”
高级跑车的PK
英国BBC(英国广播公司)汽车节目《Top Gear》开始对埃隆和特斯拉进行批评。《Top Gear》是1977年开播的一档以介绍汽车为内容的电视节目,人气很高。那一期,在美国已经成为话题的电动汽车特斯拉Roadster的内容,引起了人们的激烈争论。有人表示赞同,有人表示反对。
在节目的开场部分,镜头展示了几部白色的特斯拉Roadster,在镁光灯的照耀下,车体显得很漂亮,流淌的背景音乐更让观众期待。
画面转到了比赛场地。白色的Roadster和黄色的莲花Elise并排停放,似乎要进行一对一的较量。Roadster是以莲花Elise的车体外形为基础开发的,性能比莲花Elise更好。驾驶Roadster的是电视节目主持人杰里米·克拉克森,他是一个肥胖的中年男人。
表示开始的旗子挥动后,白色的Roadster和黄色的莲花Elise同时快速驶出。很明显,Roadster起跑的时候就领先于莲花Elise,而后两者拉开了距离。“比想象的速度更快”,作为驾驶员的主持人也很吃惊,对Roadster的速度大加赞赏。
但节目到了中间部分,基调开始发生变化,主持人开始谈论转弯性能这一话题。画面拍摄到,车体较重的Roadster在高速转弯时,由于离心力的作用出现了转弯操作不灵敏的现象,这种情况在通常行驶的过程中不会出现,只在高速行驶的情况下急转弯时才会出现。总之,就是在转弯处,Roadster被黄色的莲花Elise超越了。
但回到直路后,Roadster再次超越了莲花Elise,驾驶Roadster的主持人对莲花Elise说了一声“Hi”就将它甩在了身后。主持人对它的直线加速性能大加赞美,他说:“以后就是电气时代了。”
到节目的后半部分,天气转阴。刚开始时,比赛场地的天气很有英国特色,阴沉沉的,后来的比赛就是在乌云密布的天气下进行的。
之前还正常行驶的Roadster速度渐渐慢了下来,最终停止了行驶。这时伤感的背景音乐响起,进一步烘托了失败感。
接下来就是四个男人将电量耗尽、不能行驶的电动汽车推进车库的狼狈场面。主持人对长时间充电这一点表现出了很失望的样子,他嘲弄似的说:“如果是给车加汽油的话,两三分钟就可以结束了,但充电却需要16个小时。”之后,他又添了一句:“这样到苏格兰的话需要花费三天的时间啊。”最后,当问及“电到底是从哪里来的”这个问题时,画面转到了原子能发电站,发电站的上空还喷射出怪异的冷却了的蒸汽。
下一个画面是田园风光中一个大大的风力发电机和停在它附近的Roadster电动汽车,电动汽车旁边站着主持人。风力发电机的叶片没有转动,Roadster也因为耗尽了电量而不能行驶,这种强调无力感的画面被突出地展示了出来。
最后一个正面的镜头给了莲花Elise,它在Roadster渐渐减速之后超过Roadster,而后跑得越来越远,最后消失在画面中。
掌控电动车的未来
看待事物的角度不同,得出的结论就不同。我们应该根据现在探讨未来,还是超越现在寻找未来之光呢?
苹果公司的史蒂夫·乔布斯制造出麦金托什电脑时,媒体对于用鼠标操作电脑的方法批评说:“这样的操作方法会伤害眼睛,根本不能用。”如果媒体评论正确,那么现在的个人电脑就不会存在了。
据说,燃油汽车刚刚问世的时候也是这样。要使发动机开始运转,必须先用手摇。让那种发动机齿轮变速很困难,基本上没有汽缸。当时,马车是主要的运输手段,大多数人对这种难用、排放难闻气体的燃油汽车根本不买账。但是,汽车时代终究还是来了。
不管怎么样,BBC的《Top Gear》激怒了埃隆。埃隆无比生气,他说:“《Top Gear》就是骗子。”对于他们播放的内容,他嘲弄说就像是“米力瓦利合唱团的演唱会一样”。顺便说一下,米力瓦利合唱团就是1990年获得格莱美奖的二人舞蹈团体,他们对口形假唱的丑闻被曝光后,格莱美奖也被剥夺了,这个团体因此被人们唾弃。
埃隆对BBC的电视节目非常生气。电视上还报道过有些名人由于对媒体的报道十分不满而对记者充满敌意,甚至大打出手的情况。但是,埃隆既没有因气愤而有失风度,更没有大打出手。
将普及电动汽车作为使命的埃隆为了洗刷被损坏的名誉,成立了专门的网站,以抗议BBC的节目内容,试图唤起人们对Roadster的公正评价。
而且,埃隆将这个不仅仅在英国,而且在世界上都非常著名的电视台告上了英国法庭。埃隆团队与BBC的“战争”,还会持续下去。