第三章 前進——預見未來

Roadster的出擊

埃隆以及他的團隊歷盡千辛萬苦製造出的高級電動汽車Roadster到底是什麼樣的呢?

這是一款兩人座的敞篷車,它有流線型的車體,超低的底盤像是吸附在路面上一樣,讓人印象深刻。不管怎麼說,這都是一款帥氣的跑車。埃隆很在意設計,並參與了這款車的設計工作。

Roadster採用100%電動化的設計,即使從車後面看,也不會發現排氣筒這種影響汽車外觀的裝置。價值10.9萬美元的汽車在美國開始預售,憑借名流們的爭相訂購,這款車受到了媒體的高度關注。

埃隆的目標就是要打造一款人們極度想擁有,對擁有的人很羨慕,擁有之後很自豪的電動汽車。Roadster正是一款這樣的汽車,備受人們追捧。

埃隆對外宣稱:「我們製造的電動汽車不是環保車,而是高級跑車。」

這款車全長3.946米,寬1.851米,高1.126米,車體中央配置的動力機是氣冷式三相交變電流四極誘導發動機,是一種後置發動機。它的最大輸出功率是215千瓦,最大扭矩為370牛·米,它可以和4 000毫升的燃油汽車相匹敵,完全是高性能、高規格。

Roadster使用的三相交變電流四極誘導發動機體積小、量輕,為航空專用的鋁合金材質,實現了強度和重量的最佳平衡。軸承是陶瓷製的,提高了高速旋轉時的耐磨性和持久性。流經電動發動機的定子電流最大值為900安,一直以來發動機多使用銅製卷線,但特斯拉創造了獨特的卷線模式,提高了動能和效率。還有,相比一般發動機使用鋁制卷線,特斯拉通過使用電阻更小、可以通過更強電流的銅製卷線,使發動機轉速達到了每分鐘14 000轉,提高了效率。

為什麼叫特斯拉?

特斯拉這個名字是根據19世紀發明家尼古拉·特斯拉的名字取的。他1856年出生於澳大利亞,發明了世界上第一台實用型的交流發動機。他設計了雙相交流發動機和三相交流發動機,曾作為助手在托馬斯·愛迪生的愛迪生電燈公司活躍一時。但愛迪生主張直流發電,主張交流發電的特斯拉深受打擊,三年後離開了公司。據說,西屋電氣公司曾花了超過20萬美元(甚至有一種說法是100萬美元)取得了交流電源的專利,這樣的價格是空前的。如你所知,現在世界上的配電系統使用的都是特斯拉的交流電。

比保時捷還要快

在Roadster駕駛座的後面,搭載著6 831塊小型鋰電池和汽車的傳動系統,這樣,車體的重心就移到了後面。車身重1 235千克,但是它的最高時速可達201公里。從0公里/小時加速到97公里/小時只需3.7秒。行駛400米只需12.6秒,這樣的速度是驚人的。

如此一來,就有人提出疑問:新型的保時捷911 Carrera S(保時捷2006年推出的一款跑車)和特斯拉Roadster,哪個更快呢?保時捷911是後置水平對置式6缸發動機後輪驅動,它的總排氣量為3 800cc,最大輸出功率為385PS(馬力),而且它的最大輸出功率比特斯拉Roadster的還要大100PS。

汽車媒體《SPEED》讓特斯拉Roadster和保時捷進行了終極對決,並將視頻放到了網上供車迷觀看。在0~400米的比賽中,Roadster取得了絕對性的勝利。從踩油門的一瞬間,Roadster就可以發揮出最大的扭矩力,它起跑時的優越性展露無遺。

而且,它充一次電能行駛394公里,打破了電動汽車以往的行程紀錄。

在開發方面,埃隆特別在意的就是Roadster從0到97公里/小時的出眾提速和作為一輛電動汽車的最大續航里程。10萬美元的價格一般人都買不起,埃隆自信的源泉就在這裡,也正是憑借與價格相匹配的高性能,埃隆才能在失敗和挫折的泥潭裡不斷前進。

Roadster車重1 235千克,導致它這麼重的原因主要是電池重量。因為車上搭載了6 831塊平時用於個人筆記本電腦的18650規格的鋰電池(鋰離子電池鼻祖)。特斯拉的設計構想是不開發專用的大型電池,而是使用大量已經生產出來的生活用電池,這與其他公司不同,被認為很不可思議。比如三菱公司生產的MiEV概念車和日產的LEAF(聆風轎車)都開發了大型專用電池。Roadster和它們形成了鮮明的對比。

對於特斯拉大量使用生活用電池作為電動汽車的動力,多數專家一開始就持反對態度,但埃隆相信一定可以這樣做並進行了嘗試。如果一味畏首畏尾,害怕邁出第一步,那麼二氧化碳的排放量就會持續增加,自然環境就會進一步被破壞,拯救地球也就成了空談。

埃隆說了一段十分有開創精神的話:「特斯拉就像黑暗中的啟明星。結果,電動汽車的引入使它的發展進程又加速了5~10年。」

「如果能盡快普及電動汽車,減少有害氣體的排放量,那將為我們人類延續生命爭取到重要的時間。」埃隆說。對於埃隆來說,製造電動汽車不是目的而是一種手段。

特斯拉用了什麼樣的電池?

如果沒有高性能的電池,Roadster就不能實現高速行駛。

電池原本是由意大利科學家亞歷山德羅·伏打發明的「伏打電池」發展而來的。後來,1868年法國人喬治·勒克朗謝發明了勒克朗謝電池。用傳導性較強的氯化銨作為電解液,將包裹在多孔質容器裡的二氧化錳和碳的混合物作為正極,將鋅棒作為負極,就構成了電池。但勒克朗謝電池需要使用液體,使用時要加倍小心,因為電解液很容易出現洩漏的情況。還有最重要的一個問題就是,在寒冷地區,液體容易結冰,這樣電池就不能使用了。

解決這一問題的是日本人屋井先藏。他雖然是越後國(日本古代的令制國之一)長岡藩藩長的兒子,但一直過著貧窮的生活。他是一名草根發明家,卻發明了領先於時代的乾電池。

和液體型的勒克朗謝電池相比,它是乾燥的電池,所以屋井先藏將它命名為「乾電池」,但屋井先藏沒有錢申請專利,所以沒有得到「乾電池發明者」的稱號,但乾電池產業卻在日本得到了很好的發展。繼屋井先藏之後,將乾電池發揚光大的人是松下電器的創始人松下幸之助。從開始生產到之後的80年時間裡,這家公司累計生產了1 500億件產品。另外,乾電池進入世界市場後,每年銷售量達400億件以上。

1859年,法國人加斯東·普蘭特發明了Roadster等電動汽車和手機使用的二次電池(充電後使用的電池)。1897年,日本島津製作所的第二代領導人島津源藏發明了蓄電池。

20世紀60年代,日本企業大規模製造和使用了二次電池。三洋電器和松下電器對鎳鎘電池進行了量產,最終鎳鎘電池發展成了鎳氫電池。到了90年代,鋰電池超越了鎳氫電池登上了歷史舞台。鋰電池被廣泛應用於個人電腦和手機,這裡包含了旭化成公司和索尼公司技術人員的努力和智慧。

現在,一般鋰電池的製造方法是將鈷酸鋰作為主要成分塗在極薄的金屬箔上作為正極,將碳塗在另一片薄的金屬箔上作為負極。正極和負極之間夾入絕緣體分離隔膜,然後將這三個部分按一定順序放好,經捲繞製成電池極芯,放進電池外殼裡,再經注入電解液、封口等工序,即可製成電池成品。鋰電池的原理就是通過電解液中鋰離子的移動進行充電和放電。

鋰電池比鎳氫電池擁有更高的能量密度,由自動放電產生的容量變小的問題也極其少見。

別外,鎘電池和鎳氫電池在電量沒有完全用完的狀態下重複充電,也就是所謂的中途充電,會導致電力低下,這種情況被稱為「記憶效應」。但是,鋰電池不容易出現這樣的情況,適合需要中途充電的電動汽車。

不過,鋰電池也有缺點,那就是它不能過度充電和過度放電。因此,特斯拉的技術人員費盡心思,在保護電路設計上下了很大功夫。

電動車能更高效利用能源

在美國,大部分電是通過燃燒煤炭和石油等化石燃料獲得的。因為電動汽車需要使用電力,因此就有人提出質疑:「電動汽車最終不是還會造成能源問題嗎?」

面對這樣的疑問,埃隆在採訪中說:「化石燃料在發電廠裡燃燒發電,然後再給電動汽車充電的方式更加節約能源。」

比如,將化石燃料燃燒發電,它的使用率是60%,但將化石燃料,也就是汽油作為汽車燃料的話,燃油效率只有25%~30%。而且,在街上行駛時,汽車的輸出功率只有最大值的10%,這樣一來燃油效率就會下降到15%。也就是說,燃油汽車的燃油產生的能量的80%都以散熱的形式損失掉了。其中,排氣產生的損失最大,其次是冷卻,再次是物理損失。因此,說燃油汽車造成能源浪費不足為奇。

但這些還不足以令人震驚,我們身邊還有很多類似的例子。比如,白熾燈80%的能量就浪費在了散熱和紅外線上,作為可視光線使用的只有10%左右的電力。如何更高效地使用能源,是我們在21世紀面臨的挑戰。

讓我們回到電動汽車上來。從發電廠到給電動汽車充電,會產生輸電損耗,在充電時也會產生損耗,但這種損耗只有5%~10%,可見電動汽車的用電效率非常高。它的發動機在電磁作用下發動,不受熱力作用的制約,額定負荷時的效率達到了95%。細算起來,變壓器電路產生的損耗微小得可以忽略不計。

埃隆強調說:「從結果上來看,即使考慮到輸電損耗,化石燃料在發電廠燃燒發電,然後再給電動汽車充電的方法也可以使效率提高兩倍。」他一直致力於改變人們固有的錯誤觀念。

6 831塊鋰電池

特斯拉Roadster搭載的鋰電池組到底是怎樣的構造呢?

首先,將69枚直徑為18毫米、長65毫米(18650規格)的圓筒形電池並聯起來,做成一塊「電池磚」(長方形固體),然後將「電池磚」串聯起來,形成「電池片」,再將11片這樣的「電池片」連接起來,這樣就構成了電池組。

這種由6 831塊鋰電池連接成的電池組,即使其中一塊或者兩塊鋰電池出現異常,也不會影響整個系統。另外,因為電池在使用過程中會散發熱量,在低溫下又很容易降低電氣特性,所以每塊電池之間都用水來冷卻,這樣電池的溫度既不會太高也不會太低,實現了極其精確的溫度管理。選擇圓筒形電池,而不是四角柱形電池,是為了更好地平衡溫度。

電池組總重量為450千克,每小時可以產生56千瓦的電力。使用筆記本電腦使用的鋰電池就是因為它已經被大量生產,供給體制十分完善,而且價格便宜,品質穩定。

特斯拉的核心技術就是將這種價格便宜的普通電池集中起來,製作成一個強力、穩定、大容量的電池組。當然,這其中包括發生突發性事故時自動切斷電路的系統。

埃隆常常說:「重要的部分不要外包,我們自己來做。」如何有效使用由6 000多塊電池組成的系統,又能很快地提速,使電池與三相交流電最高效地配合起來是一個必須解決的問題。特斯拉的員工為了使駕駛者認可電動汽車的突出性能,讓這款電動汽車脫穎而出,傾注了大量的心血。

乘車體驗:像坐雲霄飛車

乘坐特斯拉Roadster,感覺和坐燃油汽車明顯不同。打火,踩油門,發動機就會發出很大的聲音——這種「家常便飯」對於Roadster而言已經是過去的事了。

坐在Roadster的駕駛座上,打火,車就會發出「準備就緒」的聲音。向副儀表板看去,一直以來都有的變速桿現在沒有了,取而代之的是一個大大的操作按鈕。

按下「D」按鈕,按鈕由橙色變為綠色,接下來只需要踩油門就可以了。從啟動到加速,你會驚訝於它的提速速度和安靜程度。因為Roadster上安裝的是單速齒輪,所以只要輕輕一踩油門它就能像箭一樣加速,感覺就像乘坐雲霄飛車。

約450千克重的電池被安置在駕駛座位後面最低的位置,後方的重量分配比例是42︰58。一般情況下,重心在後面的車,在高速轉彎時,後部會在離心力的作用下向外甩,車體較重的車就更是如此了。

但Roadster在高速行駛的情況下轉彎時,車體不會搖搖晃晃。要解釋這一點,還要從蓮花公司說起。已經習慣於製造賽車的蓮花公司充分運用自己的技術,使汽車擁有了安靜、平穩的行駛性能,Roadster在設計上很好地借鑒了這一優點。埃隆像一個孩子炫耀自己的玩具一樣,眼睛裡閃著光:「乘坐這樣的車,你會驚訝於它良好的反應,感覺自己已經和車融為一體。加速在瞬間就能完成,你會覺得自己好像擁有超能力一樣。」

不只是安靜,特斯拉的極致體驗

小時候的埃隆就是一個「書蟲」,他讀了很多科幻小說。上大學之後他經常想:「影響未來世界和人類的關鍵是什麼呢?」經過長時間的思索,他終於得出一個結論:「找到可持續性的運輸手段和可持續性的能源,這非常重要。將來,地球上所有的運輸手段都將用電完成。」埃隆在腦海裡勾畫出了未來的場景。

Roadster的方向盤後面有兩個計量表,左邊一個表示速度,右邊一個表示電的瞬間使用量和回收量,這些是電動車運轉狀態的顯示。

速度表的內側則會顯示馬達的轉數。因為Roadster是單速齒輪,所以馬達的轉數就相當於速度,這一點和汽油發動機有本質的不同。

在這裡,向大家介紹一下燃油發動機和電動馬達的不同。

汽油發動機是這樣工作的:通過火花塞點火,汽油爆發出能量,活塞往返運動。這種往返運動通過機器的內部構造轉變成旋轉運動,再通過傳動軸使輪胎轉動,車就行駛起來了。為了使這種複雜的、高難度的運轉在高溫高壓下順利進行,很多部件都必須有很高的精密度。

另外,汽油發動機還有一個特徵——如果轉數達不到千以上,它就不能達到最大扭矩,能發揮出最大扭矩的轉數範圍就很小,所以設計多段變速器是必要的。

另一方面,電動馬達從開始旋轉就可以產生扭矩,因此在踩油門的瞬間,馬達就可以發揮最大的旋轉力。另外,對於汽油發動機而言,在汽車後退時,它是需要反轉齒輪的,但是電動馬達只要逆轉電流就可以進行反向旋轉,而不需要反轉齒輪。

這樣的電動汽車構造極其簡單,只需通過馬達的旋轉運動就可以將能量傳輸給輪胎,因此震動和噪聲就非常小,而且不會排放二氧化碳。

還有一點不能忽略,那就是「再生制動」。在使用汽油發動機的情況下,汽車下坡時需要使用發動機制動,但在使用電動馬達的情況下,汽車就可以使用再生制動。而且,在使用再生制動時,電池會被充電。

Roadster以無比強大的功能提升了它本來就有的優點,又克服了續航里程短的缺點,成為新型電動汽車的典範。

在樹林中駕駛特斯拉Roadster,你能聽到小鳥的啼鳴聲。而燃油汽車噪聲很大,駕駛那種汽車絕不可能有這種全新的體驗。Roadster的開發用了埃隆預先計劃的兩倍的時間才完成,就是為了能達到最佳的駕駛體驗。

度過黑暗:50億投資,4.65億貸款

度過了黑暗的2008年,埃隆的事業開始變得順風順水。

2009年,特斯拉成功獲得戴姆勒公司50億美元的投資。這對於資金周轉困難的特斯拉來說,無疑是一個喘息的機會。戴姆勒為什麼要向作為風險投資公司的特斯拉出資呢?被問及理由時,戴姆勒公司的赫伯特·柯勒說:「特斯拉開創了一個新時代,它擁有讓我們參與到電動汽車行業的力量。」Roadster不僅比保時捷跑得快,也加快了電動汽車行業的發展。

埃隆還得到了美國政府的支持。2009年6月,美國的能源部門正式決定向特斯拉提供4.65億美元的低息貸款。本來,從布什執政時期開始,為了推動電動汽車和混合燃料汽車的發展,美國政府就對國內的此類公司提供低息貸款。

奧巴馬執政後,這樣的項目進一步增多,美國能源部門的ATVM(先進汽車製造技術)項目對汽車製造的投入為80億美元。2009年6月第一次實施時,福特公司接受融資59億美元,日產汽車接受14億美元,特斯拉公司也被列在支持的名單當中。

之後,豐田汽車公司和在鋰電池業佔有高市場份額的松下電器分別向特斯拉出資5 000萬美元和3 000萬美元,埃隆終於度過了最黑暗的2008年。

給予他們更大支持的是美國政府關於ATVM的資金援助。他們給予特斯拉的不僅僅是巨額資金,還是一種強有力的長期支持,市場對特斯拉的期待出乎意料地高了起來。

但並不是所有的人都對特斯拉懷有好感。在這個界上,有的人很喜歡接觸新鮮事物,但也有些人對新鮮事物持冷淡的批評態度。有的人為特斯拉製造出新型電動汽車而喝彩,與此相對,也有人說:「這恐怕行不通吧。」

高級跑車的PK

英國BBC(英國廣播公司)汽車節目《Top Gear》開始對埃隆和特斯拉進行批評。《Top Gear》是1977年開播的一檔以介紹汽車為內容的電視節目,人氣很高。那一期,在美國已經成為話題的電動汽車特斯拉Roadster的內容,引起了人們的激烈爭論。有人表示贊同,有人表示反對。

在節目的開場部分,鏡頭展示了幾部白色的特斯拉Roadster,在鎂光燈的照耀下,車體顯得很漂亮,流淌的背景音樂更讓觀眾期待。

畫面轉到了比賽場地。白色的Roadster和黃色的蓮花Elise並排停放,似乎要進行一對一的較量。Roadster是以蓮花Elise的車體外形為基礎開發的,性能比蓮花Elise更好。駕駛Roadster的是電視節目主持人傑裡米·克拉克森,他是一個肥胖的中年男人。

表示開始的旗子揮動後,白色的Roadster和黃色的蓮花Elise同時快速駛出。很明顯,Roadster起跑的時候就領先於蓮花Elise,而後兩者拉開了距離。「比想像的速度更快」,作為駕駛員的主持人也很吃驚,對Roadster的速度大加讚賞。

但節目到了中間部分,基調開始發生變化,主持人開始談論轉彎性能這一話題。畫面拍攝到,車體較重的Roadster在高速轉彎時,由於離心力的作用出現了轉彎操作不靈敏的現象,這種情況在通常行駛的過程中不會出現,只在高速行駛的情況下急轉彎時才會出現。總之,就是在轉彎處,Roadster被黃色的蓮花Elise超越了。

但回到直路後,Roadster再次超越了蓮花Elise,駕駛Roadster的主持人對蓮花Elise說了一聲「Hi」就將它甩在了身後。主持人對它的直線加速性能大加讚美,他說:「以後就是電氣時代了。」

到節目的後半部分,天氣轉陰。剛開始時,比賽場地的天氣很有英國特色,陰沉沉的,後來的比賽就是在烏雲密佈的天氣下進行的。

之前還正常行駛的Roadster速度漸漸慢了下來,最終停止了行駛。這時傷感的背景音樂響起,進一步烘托了失敗感。

接下來就是四個男人將電量耗盡、不能行駛的電動汽車推進車庫的狼狽場面。主持人對長時間充電這一點表現出了很失望的樣子,他嘲弄似的說:「如果是給車加汽油的話,兩三分鐘就可以結束了,但充電卻需要16個小時。」之後,他又添了一句:「這樣到蘇格蘭的話需要花費三天的時間啊。」最後,當問及「電到底是從哪裡來的」這個問題時,畫面轉到了原子能發電站,發電站的上空還噴射出怪異的冷卻了的蒸汽。

下一個畫面是田園風光中一個大大的風力發電機和停在它附近的Roadster電動汽車,電動汽車旁邊站著主持人。風力發電機的葉片沒有轉動,Roadster也因為耗盡了電量而不能行駛,這種強調無力感的畫面被突出地展示了出來。

最後一個正面的鏡頭給了蓮花Elise,它在Roadster漸漸減速之後超過Roadster,而後跑得越來越遠,最後消失在畫面中。

掌控電動車的未來

看待事物的角度不同,得出的結論就不同。我們應該根據現在探討未來,還是超越現在尋找未來之光呢?

蘋果公司的史蒂夫·喬布斯製造出麥金托什電腦時,媒體對於用鼠標操作電腦的方法批評說:「這樣的操作方法會傷害眼睛,根本不能用。」如果媒體評論正確,那麼現在的個人電腦就不會存在了。

據說,燃油汽車剛剛問世的時候也是這樣。要使發動機開始運轉,必須先用手搖。讓那種發動機齒輪變速很困難,基本上沒有汽缸。當時,馬車是主要的運輸手段,大多數人對這種難用、排放難聞氣體的燃油汽車根本不買賬。但是,汽車時代終究還是來了。

不管怎麼樣,BBC的《Top Gear》激怒了埃隆。埃隆無比生氣,他說:「《Top Gear》就是騙子。」對於他們播放的內容,他嘲弄說就像是「米力瓦利合唱團的演唱會一樣」。順便說一下,米力瓦利合唱團就是1990年獲得格萊美獎的二人舞蹈團體,他們對口形假唱的醜聞被曝光後,格萊美獎也被剝奪了,這個團體因此被人們唾棄。

埃隆對BBC的電視節目非常生氣。電視上還報道過有些名人由於對媒體的報道十分不滿而對記者充滿敵意,甚至大打出手的情況。但是,埃隆既沒有因氣憤而有失風度,更沒有大打出手。

將普及電動汽車作為使命的埃隆為了洗刷被損壞的名譽,成立了專門的網站,以抗議BBC的節目內容,試圖喚起人們對Roadster的公正評價。

而且,埃隆將這個不僅僅在英國,而且在世界上都非常著名的電視台告上了英國法庭。埃隆團隊與BBC的「戰爭」,還會持續下去。

《特斯拉之父:埃隆·馬斯克傳》