特斯拉深度研究:如何成為新能源汽車龍頭

導讀

2020年不僅是特斯拉發展歷程的轉折點——這一年特斯拉進駐中國上海，打造出全球成本最低的Model 3,2020年也是中國新能源汽車市場的轉折點——在補貼環境下經過3年的「蒙眼狂奔」、需求遭遇瓶頸，以特斯拉為代表的造車新勢力開始讓更多一般消費者接受新能源汽車，巨大的中國車市消費潛力正在激活，中國新能源車企也迎來了收穫期。

1、特斯拉硬核在哪裡？

Model3 上市至今，穩坐新能源最暢銷車型寶座，單車型在新能 源市場份額達 13.5%，ModelY 有望超越 Model3，將在提升特斯拉銷量的同時，加 速行業電動化的進程。特斯拉創立僅 17 年，卻憑一己之力撼動了已有百年歷史的 汽車行業格局，加速了汽車由內燃機驅動向電驅動的轉型，引領著汽車行業科技化 的變革方向。

我們認為，特斯拉的硬核主要表現在三個方面：1.卓越的電池系統和完善的充電樁 布局解決電動車痛點；2.領先的智能網聯化水平為用戶帶來顛覆性體驗；3.商業模 式革新，打造汽車產業新生態。

2. 特斯拉硬核之一：電池系統卓越充電樁布局較為完善

購買電動車的人在擔心什麼？

特斯拉推出第一代 Roadster 及 ModelS/X 時，電動車更多的是超跑、性能車的象 徵，消費者關注的是特斯拉科技範的造型和加速性能。當前消費者在購買電動車時主要考慮的因素包括續航裡程（34.2%）、充 電便利性（電裝密度+充電時間，26.2%）和價格（24.5%），而電池系統是影響電 動車續航裡程和成本的關鍵，也是特斯拉電動車的核心競爭力所在。

2.1 電池材料：高能量密度 低成本

從特斯拉已發布的車型來看，特斯拉電池技術演變經歷了三個階段。

第一階段：2009-2012 年 Roadster 和 ModelS 車型。搭載的 18650 圓柱形電池， 採用 LCO(鈷酸鋁)+石墨的方案，成組後 PACK 能量密度 120Wh/kg。

第二階段：2012-2018 年二代 ModelS 和 ModelX 車型。依然搭載 18650 圓柱形 電池，但是正負極材料改為 NCA(鎳鈷鋁)+碳矽方案，負極材料由石墨負極切換為 碳矽負極，單體能量密度和 PACK 能量密度分別提升至 250Wh/kg、150Wh/kg，二 代電池的成本由 190 美元/kWh 逐步降低至 160 美元/kWh。

第三階段：2018 年至今 Model3/Y 車型，電池系統呈現多元化趨勢。特斯拉電池改 由松下、LG 化學和寧德時代共同提供，其中松下和 LG 化學提供 21700 電池，寧 德時代提供磷酸鐵鋰電池（LFP）。

從 18650 到 21700，特斯拉電池組 PACK 能量密度一直處於領先優勢。特斯拉是 最先將圓柱形鋰電池應用到電動車動力系統的公司，圓柱形鋰電優點包括能量密度 高、卷繞工藝成熟、自動化程度高、成本相對較低等。

電池成本顯著低於市場水平，率先達到 100 美元/kWh 關鍵點。特斯拉 Model3 使用的圓柱形鋰電池 21700， 工藝成熟、適合大規模量產，在保持能量密度全球領先的前提下，於 2020 年率先 達到 100 美元/kWh 的關鍵成本，領先行業 6 年左右。

電池衰減少、續航有保證。根據早期的 ModelS 和 ModelX 行駛數據顯示，特斯拉車輛裡程達到 15 萬英裡時，大部分車輛的電池容量衰減不到 10%。

電池材料技術全球領先，前沿布局實現技術持續迭代。乾電極壓實密度更高，可使電芯能量密度提升至 300Wh/kg 以上，超級電容有助於 提升電池的循環使用壽命。2020 年 9 月 22 日，特斯拉將在「Battery Day」上宣布 其在在電池研究上的最新成果，有望再次推動動力電池技術的革新。

2.2 BMS（電池管理系統）

特斯拉先進的 BMS 技術，是它卓越電池系統的重要保障。Model3 的電池組由四 個比例不同的模組，共 4416 顆 2170 電芯組成。然而，由於每顆電芯自身的差異， 以及所處的位置不一容易造成散熱不均，只要一節電芯過充或過放，整個電池組就 會出問題，因此 BMS 在電池系統裡的地位甚至比電芯本體還高——它佔據了一套 電池組總成本的 30%左右。

實現對超過 7000 節電池的有效管理，BMS 系統的可靠性和安全性得到充分驗證。特斯拉在每個電池片上，均設置有 BMB (Battery Monitor board)即電池監控板，用以監控每個電池磚的電壓和溫度。在整個電池包上，設置有 BSM（Battery System Monitor),用以監控整個電池包的工作環境。

整車熱管理助力，電池溫控更加精準、節能。Model3 在整車熱管理系統中增加了 一個熱管理控制器，通過一個四通閥實現了整車熱管理系統和電池溫控系統的串並 聯。通過整車熱管理系統的串並聯協調， 特斯拉電池溫控系統實現 2℃以內的溫差控制，極大提升了電池系統的可靠性和安 全性。

2.3 充電樁和快充技術解決充電便利性問題

電動車的裡程焦慮主要表現在兩個方面，滿電狀態下的續航裡程和充電便利性，當 前亟待解決的應該是充電便利性問題。原因是：1.得益於電池能量密度的提高，當 前電動車的續航裡程已達到 400-600 公裡，與燃油車接近；2.磷酸鐵鋰和三元鋰電 池能量密度繼續大幅提升的空間有限，且會帶來安全問題；3.充電便利性是解決電 動車裡程焦慮的根本途徑。充電便利性包括兩個方面：充電站的密度及分布、充電 時間。

車子賣到哪，充電樁就建到哪。截止至 2019 年底，特斯拉已經在全球 1716 個地 方，建設超級充電站 16000 餘座，主要分布在北美、歐洲、亞太及澳洲地區，這些 地區也是特斯拉電動車的主要銷售地。在中國國內，特斯拉的超級充電站數量超過 300 座，覆蓋 140 多座城市，超過 15000 個超級充電樁投入運行，已經編製成了一 個非常密集的充電網絡。

特斯拉第三代超級充電樁最大充電功率可達 250kW，相比第二代超級充電樁 （120kW）提升一倍。以 Model3 長續航版為例，使用第三代超級充電樁 5 分鐘可 行駛約 120 公裡。在車輛導航去超級充電站的路上，電池會提前加熱，以確保插上充電槍頭時直接進入快充狀態，理想狀態下用戶平均充電時間約可減少 50%。

快充也省錢。特斯拉充電樁在充電功率和充電費用上都要優於國內其他廠家，特斯拉在充電服務上的綜合價格要低於其他廠家，特斯拉承諾永遠不以超級充 電為盈利點。

3. 特斯拉硬核之二：智能網聯遙遙領先

3.1 特斯拉汽車的靈魂-全自動駕駛

最被信任能實現自動駕駛的公司。美國在線汽車銷售平臺 Autolist.com 在 2018 年 和 2019 年分別調研了 1326/1650 位車主，特斯拉均成為最被信任能實現自動駕駛 的公司。

特斯拉自動駕駛系統 Autopilot 自推出至今歷經三代，實現了從硬體到軟體、晶片 的全方位升級。

2014 年推出 HW1.0，搭載 Mobileye Q3 晶片，實現全速域自適應巡航、車道保持、 緊急制動、變道輔助、自動泊車等 L2 級別功能，是全球最早推出高性能自動駕駛 的車企。2016 年-2017 年推出 HW2.0 和 HW2.5，傳感器層面攝像頭、毫米波雷達和超聲波 傳感器都進行了更新，感知能力大幅增強，搭載英偉達 Drive PX2 晶片，算力也得到一定提升，實現了部分 L3 級別功能。

2019 年推出 HW3.0，核心改動為使用自研 FSD 晶片替代英偉達 Drive PX2，算力 提升 21 倍，已基本實現 L3 級別自動駕駛功能。2022 年 HW4.0，晶片使用 7 納米工藝打造，預計算力可達 HW3.0 的 3 倍。

自研晶片，掌握核心競爭力。目前無論傳統汽車廠商還是造車新勢力均以採購第三 方晶片為主，特斯拉是唯一一家自研晶片的汽車廠商。自研 FSD 晶片使得特斯拉在核心技術領域擺脫了第三方供應 商的束縛，有利於促進其在自動駕駛上技術上的持續迭代升級。

低成本、低功耗、高算力。因為是自研晶片，特斯拉採用了完全定製的獨享方案， 很多在其他晶片中集成的功能被弱化或去掉，使得晶片同時具備低成本、低功耗、 高算力的特點。1.簡化邏輯控制和指令集，將資源集中在計算方面，在大幅提升算力的同時有效控制能耗。根據特斯拉公布數據，HW3.0系統算力達到 144TOPS，能耗 72W，與 HW2.5 相比算力提升 21 倍之多，能耗卻僅升高了 25% 2.通過複雜化軟體的方法來簡化硬體，HW3.0 成本比 HW2.5 系統 下降 20%。

FSD 系統晶片具有冗餘備份，雙倍安全。當一顆晶片出 現問題時，另一個晶片可以完全接管，獨立支持自動駕駛系統的正常運行，為了安全，特斯拉還設計了冗餘的電源、重疊的攝像機視野、各種向後兼容的連接器和接口。特斯拉宣稱，FSD 系統的故障率非常低，甚至比人失去意識的可能性還要低一 個數量級。

使用現有用戶數據訓練，數值上遠超其他廠商。自動駕駛神經網絡算法的訓練離不 開大量的數據，特斯拉通過 Autopilot 的影子模式直接採集用戶的行駛數據，採集裡 程已達 22 億英裡，其他自動駕駛企業中採集裡程數最多的 Waymoo，僅有 1000 萬 英裡數據。

2020 年 7 月 9 日，世界人工智慧大會在上海開幕，馬斯克在會議上宣布，特斯拉 將在今年完成 L5 級別自動駕駛基本功能的研發工作，並且特斯拉的 L5 級自動駕駛 系統會更加安全。特斯拉高算力、低功耗、高度安全的自動駕駛晶片，以及成熟的 自動駕駛算法，是特斯拉實現 L5 自動駕駛的關鍵。

3.2 汽車 EEA 重構，OTA 帶來顛覆性體驗

特斯拉是首用 OTA 的汽車廠商。特斯拉是第一家將OTA應用到汽車上的公司，使 得汽車像智慧型手機一樣可以在線升級。截止 至 2020 年 6 月，特斯拉共進行較大版本的 OTA 升級 61 次，且近幾年來升級速度 明顯加快，升級內容涉及動力系統、座艙娛樂系統、車身電子域、底盤域和自動駕 駛域。

汽車 OTA 具備三大基礎功能：1.全新功能導入：全新功能逐步激活和導入；3.交互界面、 交互邏輯等優化，主要是座艙娛樂系統。2.潛在問題改善：低成本軟體故障解決、軟體風險應 急響應、安全漏洞修復。

截止至 2019 年，特斯拉的所有 142 次更新裡，涉及到潛在問題改善 11 次，涉及 到全新功能導入 67 次，涉及到交互界面優化 64 次。特斯拉通過 OTA 升級，降低 了汽車召回概率，為用戶帶來持續迭代的新鮮體驗，也增強了用戶粘性。

特斯拉重構汽車 EEA（電子架構），域控制器為汽車的 OTA 提供無限可能。傳統汽 車一般使用分布式電子電器架構，整車上的大部分零部件如發動機、車窗、車燈等 都由獨立的 ECU 進行控制，隨著整車電氣系統複雜化，導致分布式架構軟硬一體， 整車企業並沒有權限去維護和更新 ECU，因此無法通過後續 OTA 升級解決問題。

特斯拉域控制器，ECU 高度集成，實現軟硬體解耦。在 HW3.0 系統中，特斯拉將 整個 EEA 架構分為三大部分：CCM（中央計算模塊）、BCM LH（左車身控制模塊）、 BCM RH（右車身控制模塊）。其中中央計算模塊整合了 ADAS 系統和信息娛樂系統，同時負責外部連接和車內通信系統的域功能，左車身和右車身控制模塊負責剩餘的車身與便利系統、安全系統和部分動力系統。特斯拉通過重構汽車 EEA，將控 制算法集成到三個模塊 ECU，實現了汽車電子軟硬體的解耦，為 OTA 提供無限可 能。

域控制器之所以能夠取代分布式控制器成為汽車電子電氣的變革方向，主要因為以 下幾個優勢：

硬體層面：減少 ECU 數量，整合算力；控制器對執行器統一調度，增強整車功能 協同。

軟體層面：軟硬體解耦，為 OTA 提供無限可能，實現軟體定義汽車。

通信層面：域控制器採用高速乙太網替代 CAN 總線，提供高實時、高帶寬的數 據傳輸功能，為自動駕駛系統海量傳感器數據傳輸提供可靠保障。

因此，域控制器是實現智能網聯汽車的關鍵技術之一，除特斯拉外，博世、大眾等 也在積極布局域控制器技術。

4. 特斯拉硬核之三：商業模式革新打造汽車產業新生態

4.1 垂直整合，減少中間商賺差價

汽車行業已有百年歷史，經過演變形成了龐大的汽車產業鏈，包括零部件供應、整 車製造、整車銷售、汽車維修、汽車金融、二手車、汽車租賃等，在這個產業鏈中 供應商、整車廠、經銷商、二手車市場、租賃市場等各司其職，共同構建汽車產業 生態。

特斯拉布局全產業鏈，實現和用戶的雙贏。整車製造在全產業鏈中僅貢獻 15%的利 潤，針對傳統車企製造和服務分開，僅賺製造環節的利潤，特斯拉則布局全產業鏈， 服務貫穿全生命周期，預計價值量可達製造環節的 3-4 倍。特斯拉用戶也能享受到產業鏈整合後的讓利，實現特斯拉和用戶的雙贏。

4.2 營銷模式、渠道模式革新

營銷模式：少廣告、費用低。特斯拉的營銷模式中廣告很少，但是提起特斯拉，我 們都會想到豪華車、科技範、明星 CEO 馬斯克，這說明了特斯拉營銷模式的三條 主線：1.通過超跑 Roadster、豪華車 ModelS/X 奠定品牌形象；2.通過產品發布會、 行業會議等途徑介紹特斯拉電動化、智能網聯化上的技術優勢，佔領消費者心智； 3.明星 CEO 馬斯克時常「語出驚人」，自帶流量、免費廣告。

渠道模式：直營店引流、線上直銷。在傳統售車渠道中，整車廠批發車輛給經銷商， 由經銷商招攬客戶並在 4S 店內完成付款和提車，特斯拉採用的是線下體驗、線上 付款的網際網路模式，並且提供7天退貨保障，與當前智慧型手機的銷售渠道較為類似。特斯拉體驗店內建有動力系統的展示平臺，可以讓客戶感受特斯拉電動系統 的強大動力，並支持客戶定製專屬車型。

4.3 軟體創收，車企盈利新模式

特斯拉的軟體收入由 3 塊業務產生，分別是車聯網功能、在線系統升級（OTA）和 全自動駕駛（FSD）。

1. 車聯網功能。特斯拉宣布從 2020 年起，針對 18H2 之後銷售的車輛（ModelS/X/3） 收取 9.99 美元/月的費用才可提供在線網絡功能。2.全自動駕駛功能（FSD）。全自動駕駛是特斯拉軟體服務的核心產品，也是特斯 拉汽車的靈魂。消費者在購買汽車時可以選擇激活 FSD 功能,並且後續可 以通過 OTA 持續升級自動駕駛能力。3. OTA 付費升級。特斯拉 OTA 可以實現對動力系統、座艙娛樂系統、自動駕駛系 統、車身電子系統、底盤系統的在線升級，在不改變車輛硬體的條件下提升車 輛的整體性能，給客戶帶來持續迭代的新鮮體驗，但是部分 OTA 需要付費才能 升級。

FSD 的營業收入主要與三方面因素相關：汽車銷量、激活率、單價。

1. 汽車銷量。特斯拉憑藉其卓越的三電系統、領先的自動駕駛、持續迭代的智能 網聯，已經獲得了全球消費者的共同喜愛，穩居新能源汽車龍頭，全球市佔率 持續擴大。2. 單價。隨著 FSD 功能的日趨強大，其單價已從 2019 年初的 5000 美元上漲到 現在的 8000 美元，2025 年保守估計在 12000 美元以上，而馬斯克更是認為 FSD 終極版的價格至少是 10 萬美元。3. 激活率。特斯拉 FSD 系統的激活率主要取決於功能的完善程度。特斯拉的 FSD 系統自推出以來，硬體上經歷了 HW1.0-HW3.0 的持續更新，自研晶片算力大 幅提高，系統成本顯著低於競爭對手，最新一代 7.0nm 工藝晶片的 HW4.0 也 將於 2022 年到來。

2025 軟體創收 216 億美元，汽車銷售業務營收佔比 18%。到 2025 年將貢獻 216 億美元營收，佔汽車銷售業務總營收的 18%， 2020 年到 2025 年 FSD 業務收入的 CAGR 達 63.2%。因軟體業務的銷售成本幾乎 為零，營收的大部分都可轉化為淨利，因此軟體收入將成為特斯拉盈利的主要來源。

FSD 訂閱付費模式。FSD 訂閱服務可以進一步降低消費門檻，提高 激活率，同時在訂閱的商業模式下，每輛激活的 FSD 車輛都將為特斯拉提供持續 的現金流。假設 2021-2025 年共銷售新車 700 萬輛，2025 年有 80%用戶訂閱 FSD 功能，屆時的訂閱服務費將達到 67.2 億美元/年。

風險提示

新能源汽車銷量不及預期；特斯拉銷量不及預期；產業政策不及預期。