Tesla роет «рвы» для конкурентов

9 августа 2018

По целому ряду передовых технологий аккумуляторов и электромобилей Tesla может стать монополистом

Легионы аналитиков как из автоиндустрии, так и из сферы финансов уже год предрекают компании Tesla Inc. неминуемый крах, но даже рекордные удвоившиеся убытки во втором квартале 2018 года привели не к обвалу, а, напротив, к росту курса ее акций на 11%.
Парадокс? Только если подходить к вопросу с традиционной точки зрения. Журнал Forbes предложил рассмотреть продукцию Tesla с другой стороны – на предмет инноваций, которые еще нескоро смогут освоить ее конкуренты.
Концепцию Moats («барьеров») по созданию принципиальных преимуществ у своего продукта (технологических и(или) маркетинговых) перед продуктами конкурентов, создал мультимиллиардер (!) Уоррен Баффет, состояние которого на весну этого года составляло «всего-то» $100,1 млрд, кроме того, он занимает 16-е место по влиятельности в мире согласно рейтингу журнала Forbes. Интересно, что владелец Tesla Илон Маск выступает ее яростным критиком, но на деле фактически рьяно и весьма успешно воплощает в жизнь.
Вспоминается, что прежнее отношение традиционных автопродуцентов (например, бывшего главы концерна FCA), наблюдавших за стартапом Tesla, состояло в утверждении, что де в «электрокаре» Маска нет ничего этакого, чего они не смогли бы быстро скопировать и воспроизвести в большем количестве и с меньшими затратами. Соответственно, мол когда им придет в голову «выйти на поле», то все проблемы электромобилей будут решены в легкую, а вот «выскочка» Tesla или сгинет совсем или уберется на периферию нового быстрорастущего рынка. Однако, все течет, все изменяется. Конечно, у огромных транснациональных автопродуцентов, действительно, имеются мощнейшие R&D-центры и опыт многих десятилетий массового производства традиционных автомобилей, однако, и «калифорнийский выскочка» оказался не столь прост.

Ложный ужас литиево-кобальтового дефицита
Одним из принципиальных аргументов насчет «бесперспективности» развития электромобилей часто звучит ограниченность запасов литии в силу его редкоземельного статуса. Так, что резкий рост производства электромобилей чреват его дефицитом и взлетом цен, но при этом забывается, что рост цен на сырье всегда служит отличным поводом для ввода в строй месторождений с меньшей концентрацией сырья, которое при высоких (и тем более сверхвысоких) ценах все равно становится выгодно добывать. И литий, обычно добываемый обычно на берегах соленых озер, отнюдь не исключение.
К тому же именно Tesla предусмотрительно смогла законтрактовать наибольшие объемы поставок лития из обеих Америк.
Кроме того, по подсчетам Forbes для выпуска одного эленктромобиля с аккумулятором на 100 кВт•ч требуется не более 10 кг чистого лития, соответственно, производство 1 миллиона электромобилей в год потребует не более 10 000 т лития, а для выпуска 100 миллионов электромобилей, т.е. полного замещения ими мирового выпуска обычных автомобилей с ДВС – лишь 1 миллион тонн лития в год. Так, как на сегодня в мире добывается порядка 60 000 т лития в год, то рост цен на него кардинально увеличит размеры коммерчески выгодных запасов.
Более острой на сегодня, кстати, выглядит проблема кобальта, используемого в электродах аккумуляторов для повышения их емкости и количества перезарядок, т.е. срока службы. За последний год цены на этот металл взлетели весьма существенно (до $75 000 за т и более). Но, еще более существенно, что две трети добычи кобальта происходит в Демократической Республике Конго, где на нелегальных рудниках (естественно без очистных сооружений) даже используются малолетние невольники!
На сегодня практически все конкуренты Tesla из числа традиционных автобрендов пользуются NMC-аккумуляторами (никель-марганец-кобальт), где доля кобальта составляет 15% от массы АКБ или около 360 г/кВт•ч емкости аккумулятора. Так, что для батареи модного британского электрокроссовера Jaugar I-PACE требуется около 33 кг кобальта, а для компактного американского электромобиля Chevrolet Bolt – 21,6 кг. Причем, это количество в разы превышает объем лития, необходимого для производства этих же электромобилей.

В ближайшей перспективе Tesla собирается снизить свою зависимость от "социально грязного"  кобальта до нуля

Соответственно, Tesla использует другую технологию с никель-кобальт-алюминиевыми аккумуляторами (NCA) для которых требуется не более 220 г кобальта на кВт•ч емкости АКБ. Даже самая «дальнобойная» версия Tesla Model 3 Long Range требует менее 17,2 кг кобальта, а базовая бюджетная версия, которую с нетерпением ждут со следующего года, обойдется менее чем 12 кг кобальта. По пробегу на одной зарядке она сравнима в Chevrolet Bolt, а по потребности в кобальте – практически в два раза его экономичнее.
К тому же, Илон Маск уже широковещательно заявил, что со следующего года Tesla, вообще, может отказаться от кобальтового катода. Пока что никто из конкурентов, правда, кроме китайского BYD такого прорыва не обещает. Да, и BYD пользуется технологией литий-железо-фосфатных аккумуляторов, плотность запасаемой энергии которых значительно меньше, чем у АКБ Tesla.

Когда размер имеет значение
На сегодня Tesla добилась гораздо большей энергетической плотности своих АКБ, чем любые ее конкуренты. Так, ее бестселлер Model 3 оснащается батареей, скомпонованной из 4416 цилиндрических элементов формата 2170 (21х70 мм). Средняя энергетическая плотность субмодуля такого батарейного блока – 223 Вт•ч/кг, а цилиндрического элемента – 270 Вт•ч. Соответственно, конкурентам, например, Jaguar I-Pace и Chevrolet Bolt нужны АКБ большей массы, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационный расход энергии электромобилей и напрямую снижает дальность его пробега.
Одной из причин такого прогресса АКБ (производитель – Panasonic) у электромобилей Tesla стала его фактическая монополия на использование цилиндрических элементов, в то время как все прочие работают с более крупными призматическими элементами, главным достоинством которых считается более простой процесс сборки АКБ. Кроме того, у таких АКБ формально выше энергоемкость на единицу объема. Например, единственная АКБ у Chevrolet Bolt включает всего 288 элементов, в отличие от нескольких разнесенных АКБ у электромобилей Tesla по всему днищу. Для больших автопроизводителей, вообще, типично привлечение сторонних производителей компонентов, а также стремление экономить пространство внутри автомобильного кузова.

Поклонники бренда Tesla ценят то, что зарядные характеристики ее электромобилей всегда соответствовали заявленным в отличие от завышенных значений ее конкурентов 

Однако у такого подхода как и у любой медали есть и своя оборотная сторона. Так, множество мелких элементов в батареях Tesla поневоле смонтированы с увеличенными зазорами друг относительно друга. Соответственно расстояние от их центров до охлаждающей ленты (окружающей цилиндрический элемент) составляет всего сантиметр. А это, в свою очередь, позволяет им избегать перегрева, в отличие от более крупных призматических элементов. Между такими цилиндриками проще размещать эффективное жидкостное охлаждение, более того, они становятся потенциально менее уязвимыми для общего возгорания всех элементов при ДТП. Но, даже еще важнее с потребительской точки зрения, что такие аккумуляторы можно фактически заряжать и подзаряжать быстрее, чем аккумуляторы конкурентов благодаря меньшей опасности перегрева.
Да, такие аккумуляторные батареи занимают в кузове электромобиля больше пространства, но как ни парадоксально, именно это делает салоны моделей Tesla более просторными в ширину и длину, чем у конкурентов. «Размазанная» по днищу батарея располагается в горизонтальной плоскости и не влияет на вместимость салона (расстояние между сиденьями и(или) емкость багажника) при одинаковой колесной базе. К тому же полутонная АКБ служит естественным стабилизатором при езде, понижая центр тяжести машины, отчего электромобиль становится устойчивее к заносам и переворачиванию.
Хотя, у конкурента Nissan Leaf батарея также расположена под полом, но она выполнена на призматических элементах, да еще с воздушным охлаждением, что вызывает большие проблемы в реальной эксплуатации.
Отдельный элемент АКБ у Nissan Leaf в 15 раз, а у Chevrolet Bolt – в 10 раз крупнее, чем у Tesla Model 3. Отсюда значительно возрастает время зарядки. Так, электромобили GM и Nissan за 30 минут зарядки могут получить энергии для пробега лишь в 140–144 км. Причем это так сказать рекламные данные, а в реальности дела обстоят гораздо хуже из-за перегрева конструктивно недостаточно охлаждаемой батареи.
Например, разработчики Jaguar I-PACE утверждают, что в будущем их электромобиль сможет проехать 200 км после 30-минутной зарядки. Однако, это наступит лишь тогда когда «общественные заправки получат нужные технические усовершенствования». До тех же пор покупателю машины стоимостью от $68 000 гарантируют лишь 135 км пробега после 30 минут зарядки. В это же время Tesla Model 3 ровно за те же полчаса позволяет зарядить батарею для пробега в 270 км.
К тому же в отличие от прочих автопроизводителей Tesla на сегодня располагает достаточно обширной (и постоянно растущей) сетью быстрых зарядных станций (суперчарджеров), доступных владельцам ее электромобилей уже сегодня. Конкурентам же приходиться полагаться на прогресс в расширении «общественных зарядок», которых сегодня все еще радикально меньше, чем суперчарджеров Tesla.

Барьер из энергоэффективности
Расход энергии на километр пробега для электромобилей гораздо важнее, чем для обычных автомобилей с ДВС, которым в худшем случае надо чаще заезжать на АЗС, где они тратят совсем немного времени на процесс заправки. Для электромобилей же минимально возможное потребление энергии на километр пройденного пути – критически важный эксплуатационный показатель, также напрямую определяющий запас хода как и емкость АКБ.

Новая Tesla Model 3 бьет конкурентов (Chevy Bolt и Nissan LEAF) не только передовой конструкцией аккумулятора, но и совершенством конструкции кузова  

И здесь Tesla также оказывается на высоте положения: так, новая Model 3 выделяется, во-первых, самым низким среди всех серийных машин в мире коэффициентом аэродинамического сопротивления Cx=0,23, тогда как у Bolt он составляет, например, 0,31. Такая обтекаемость кузова обеспечивает весьма умеренный расход энергии аккумулятора на трассе. Во-вторых, здесь на задней оси применен основной электродвигатель на постоянном токе, КПД которого на 5-10% выше, чем у электромоторов на переменном токе как у практически всех конкурентов. Такие моторы конкуренты выбрали как в силу их большей распространенности, так и технической «привычности».

В приводе заднего ведущего моста Model 3 использован более экономичный электромотор постоянного тока, а "размазанная" по полу АКБ понижает центр тяжести всего электромобиля

В результате АКБ Model 3 емкостью 78 кВт•ч позволяет проехать на одной зарядке 537 км по циклу EPA. У конкурента Jaguar I-PACE емкость батареи составляет 90 кВт•ч, но вот пробег на одной зарядке не превышает 480 км, соответственно, у Chevrolet Bolt при запасе энергии в 60 кВт•ч – пробег достигает лишь 383 км. Цифры пробега, замеренные по разным циклам далеко не столь важны, чем то, что можно получить в реальной жизни. В сущности, на сегодня пробег на одной зарядке для электромобиля принципиально важен лишь на загородной трассе, ведь в городе для типичного водителя пробег в 537 км в сутки совершенно избыточен, однако, американские автовладельцы, привыкшие передвигаться на солидные расстояния (300–500 км) на обычных автомобилях, считают такой запас хода критически важным при выборе электромобиля.
На трассе благодаря отличной аэродинамике Model 3 при крейсерской скорости 120 км/ч может проезжать 443 км (или 480 км при 113 км/ч). Запас хода у Chevrolet Bolt на аналогичной скорости лишь 305 км.

Быстрота зарядки аккумуляторов как новый потребительский фетиш
Еще раз упомянем о преимуществах лучшего охлаждения АКБ. Если Model 3 на обещанной скорости удается заряжать и в реальности, то ни с Nissan Leaf, ни с Chevrolet Bolt этот номер не проходит. Дело в том, что производители этих BEV измеряли скорость зарядки машины с полностью разряженной АКБ, к тому же в остывшем после достаточно долгой стоянки состоянии. В реальности же пользователь практически никогда не заряжает свой электромобиль на трассе таким вот образом. Он предварительно на нем едет, отчего батарея с призматическими элементами, естественно, перегревается. Отсюда контролирующая АКБ электроника не дает тому же Nissan Leaf заряжаться быстрее – за полчаса можно «закачать» лишь 50 км пробега вместо обещанных 140 км!

На большом дисплее Model 3 ее водитель может наглядно видеть время зарядки и значение возможного пробега

Хотя, у Chevrolet Bolt с этим в два с лишним раза лучше, так как у него предусмотрено жидкостное, а не воздушное охлаждение его больших призматических элементов, но и так их охладить хорошо и быстро не получается. Поэтому за 30 минут Bolt реально заряжается лишь на 112 км пробега.
Когда обанкротится Tesla
В результате фактически на сегодня получается, что в наиболее перспективном сегменте электромобилей с большим запасом хода, практически пригодных моделей электромобилей, кроме Tesla, никто не производит. В результате основные конкуренты в лице LEAF, Bolt и, скорее всего, I-PACE текущих версий останутся на американском рынке нишевыми продуктами именно из-за приспособленности к дальним поездкам.

На сегодня именно Tesla стала фактическим монополистом в производстве электромобилей для полноценных путешествий (на фото электрокроссовер Model X с прицепом-караваном)

Так, что получается, что Маск весьма успешно выкопал технологические «рвы» (батарейный, аэродинамический и сеть суперчарджеров), через которые конкуренты еще долго не смогут перепрыгнуть, так как в уже существующие технологии аккумуляторов и платформы для электромобилей вложены достаточно большие деньги. А ведь речь фактически идет о том, что традиционным автопроизводителям фактически надо сдавать свои нынешние модели электромобилей и аккумуляторов в утиль и срочно переходить на Tesla-подобные технологии. B даже в этом случае есть угроза, что к тому моменту, когда они подтянутся к нынешнему технологическому уровню Tesla не исключено, что она сможет «выкопать» новые «рвы» (например, в виде компактного электрокроссовера Model Y), закрепившись в качестве монополиста с практичным электромобилем универсального применения.

Несмотря на проблемы Tesla не останавливается на пути разработки беспилотников и занялась созданием собственного чипа Hardware 3.0 для них

Кроме того, прямо во время оглашения убыточных итогов второго квартала Илон Маск сообщил, что компания разрабатывает собственные чипы Hardware 3.0 для управления беспилотными машинами, что способно пробить брешь в монополии компании nVidia, выпускающей аналогичные чипы. Вот и еще один возможный «барьер» на пути преследования его конкурентами.

Загрузка