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特斯拉深度报告:三大硬核打造看黄视频龙头

  • 09-25
  • 来源:未来智库

1、特斯拉硬核在哪?

Model3 上市至今,稳坐新能源最畅销车型宝座,单车型在新能 源市场份额达 13.5%,ModelY 有望超越 Model3,将在提升特斯拉销量的同时,加速行业电动化的进程。特斯拉创立仅 17 年,却凭一己之力撼动了已有百年历史的汽车行业格局,加速了汽车由内燃机驱动向电驱动的转型,引领着汽车行业科技化 的变革方向。

看黄视频认为,特斯拉的硬核主要表现在三个方面:1.卓越的电池系统和完善的充电桩布局解决电动车痛点;2.领先的智能网联化水平为用户带来颠覆性体验;3.商业模式革新,打造汽车产业新生态。

特斯拉深度报告:三大硬核打造看黄视频绝对龙头

2. 特斯拉硬核之一:电池系统卓越充电桩布局完善

购买电动车的人在担心什么?

特斯拉推出第一代Roadster 及 ModelS/X 时,电动车更多的是超跑、性能车的象征,消费者关注的是特斯拉科技范的造型和加速性能。随着 Model3 的问世,电动 车逐步成为大众消费品进入寻常百姓家,居家实用性成为影响消费者选择的关键。

调研显示,当前消费者在购买电动车时主要考虑的因素包括续航里程(34.2%)、充电便利性(电装密度+充电时间,26.2%)和价格(24.5%),而电池系统是影响电动车续航里程和成本的关键,也是特斯拉电动车的核心竞争力所在。

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2.1 电池材料:高能量密度低成本

从特斯拉已发布的车型来看,特斯拉电池技术演变经历了三个阶段。

第一阶段:2009-2012 年 Roadster 和 ModelS 车型。搭载的 18650 圆柱形电池, 采用 LCO(钴酸铝)+石墨的方案,成组后 PACK 能量密度 120Wh/kg。LCO 电池充 放电稳定、生产较为简单,但因贵重金属钴含量较高,该电池的成本在 190 美元 /kWh 以上。

第二阶段:2012-2018 年二代 ModelS 和 ModelX 车型。依然搭载 18650 圆柱形 电池,但是正负极材料改为 NCA(镍钴铝)+碳硅方案,负极材料由石墨负极切换为 碳硅负极,单体能量密度和 PACK 能量密度分别提升至 250Wh/kg、150Wh/kg,二 代电池的成本由 190 美元/kWh 逐步降低至 160 美元/kWh。

第三阶段:2018 年至今 Model3/Y 车型,电池系统呈现多元化趋势。特斯拉电池改 由松下、LG 化学和宁德时代共同提供,其中松下和 LG 化学提供 21700 电池,宁 德时代提供磷酸铁锂电池(LFP)。LFP 电池的能量密度一般低于 NCA/NCM,但安 全性好、且价格有优势,结合宁德时代特有的 CTP 电池组装技术,LFP 的价格降 至约 100 美元/kWh。

从 18650 到 21700,特斯拉电池组 PACK 能量密度一直处于领先优势。特斯拉是最先将圆柱形锂电池应用到电动车动力系统的公司,圆柱形锂电优点包括能量密度 高、卷绕工艺成熟、自动化程度高、成本相对较低等。但是近几年来方形电池、软 包电池的技术持续获得突破,宁德时代推出 CTP 技术,比亚迪推出刀片电池,非圆柱形电池的能量密度也有较大提升,特斯拉在电池能量密度上的优势逐步降低。

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电池成本显著低于市场水平,率先达到 100 美元/kWh 关键点。由于电池成本较高, 相同配置的电动车售价高于燃油车。但是根据 SNE Research 估算,当电池成本降 低至 100 美元/kWh,结合电动车较低的使用成本,将实现“油电平价”,离开补贴 后电动车价格竞争力与燃油车相当。特斯拉 Model3 使用的圆柱形锂电池 21700, 工艺成熟、适合大规模量产,在保持能量密度全球领先的前提下,于 2020 年率先达到 100 美元/kWh 的关键成本,领先行业 6 年左右。


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电池衰减少、续航有保证。根据早期的 ModelS 和 ModelX 行驶数据显示,特斯拉车辆里程达到15万英里时,大部分车辆的电池容量衰减不到10%。而根据荷兰-比利时特斯拉论坛上的一些群车主收集的超过350辆特斯拉数据显示,在10万公里范围内,大多数特斯拉电池组的容量损失在 5%左右,而超过 26 万公里后,能量下降不到 10%,远超竞争对手。

电池材料技术全球领先,前沿布局实现技术持续迭代。2019 年5月份,特斯拉以 2.2 亿美元溢收购能源公司 Maxwell 55%的股权,布局干电池电极技术和超级电容。干电极压实密度更高,可使电芯能量密度提升至 300Wh/kg 以上,超级电容有助于 提升电池的循环使用寿命。2020 年9月22日,特斯拉将在“Battery Day”上宣布 其在在电池研究上的最新成果,有望再次推动动力电池技术的革新。

2.2 BMS(电池管理系统)

特斯拉先进的 BMS 技术,是它卓越电池系统的重要保障。Model3 的电池组由四 个比例不同的模组,共 4416 颗 2170 电芯组成。然而,由于每颗电芯自身的差异,以及所处的位置不一容易造成散热不均,只要一节电芯过充或过放,整个电池组就会出问题,因此 BMS 在电池系统里的地位甚至比电芯本体还高——它占据了一套 电池组总成本的 30%左右。

实现对超过 7000 节电池的有效管理,BMS 系统的可靠性和安全性得到充分验证。特斯拉在每个电池片上,均设置有 BMB (Battery Monitor board)即电池监控板,用以监控每个电池砖的电压和温度。在整个电池包上,设置有 BSM(Battery System Monitor),用以监控整个电池包的工作环境。在整车层面,设置有 VSM (Vehicle SystemMonitor),用以监控整个 BSM。通过层层监控设防,特斯拉实现了对超过 7000 节电池的有效管理(ModelS 拥有 7000+节 18650 电芯),系统的可靠性和安 全性得到充分验证。

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整车热管理助力,电池温控更加精准、节能。Model3 在整车热管理系统中增加了 一个热管理控制器,通过一个四通阀实现了整车热管理系统和电池温控系统的串并 联。当电池处于低温状态需要加热时,整车热管理系统中的电机回路与电池回路串联,电驱动的热量可以用来加热电池和驾驶舱;当电池温度高需要冷却时,电机回 路与电池回路并联,电池和电机又能独立冷却。通过整车热管理系统的串并联协调, 特斯拉电池温控系统实现 2℃以内的温差控制,极大提升了电池系统的可靠性和安 全性。

2.3 充电桩和快充技术解决充电便利性问题

电动车的里程焦虑主要表现在两个方面,满电状态下的续航里程和充电便利性,当前亟待解决的应该是充电便利性问题。原因是:1.得益于电池能量密度的提高,当 前电动车的续航里程已达到 400-600 公里,与燃油车接近;2.磷酸铁锂和三元锂电 池能量密度继续大幅提升的空间有限,且会带来安全问题;3.充电便利性是解决电动车里程焦虑的根本途径。充电便利性包括两个方面:充电站的密度及分布、充电 时间。

车子卖到哪,充电桩就建到哪。截止至 2019 年底,特斯拉已经在全球 1716 个地 方,建设超级充电站 16000 余座,主要分布在北美、欧洲、亚太及澳洲地区,这些地区也是特斯拉电动车的主要销售地。在中国国内,特斯拉的超级充电站数量超过300座,覆盖 140 多座城市,超过 15000 个超级充电桩投入运行,已经编制成了一 个非常密集的充电网络。

特斯拉第三代超级充电桩最大充电功率可达 250kW,相比第二代超级充电桩 (120kW)提升一倍。以 Model3 长续航版为例,使用第三代超级充电桩 5 分钟可 行驶约 120 公里。与 V2 相比,V3 充电桩不但实现了翻倍的充电效率,并且同一座充电站有多辆汽车同时充电时功率互不影响,即多辆车同时充电都能达到 250 千瓦功率。另外在车辆导航去超级充电站的路上,电池会提前加热,以确保插上充电枪头时直接进入快充状态,理想状态下用户平均充电时间约可减少 50%。

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快充也省钱。特斯拉充电桩在充电功率和充电费用上都要优于国内其他厂家,对于2017 年 1 月份以前购车的旧车主,依然享受全生命周期免费充电服务,对于后续 新车主,可以每年获得 400kWh 的免费充电额度,价格 1.8 元/kWh,且特斯拉充电 桩在正常充电时间内不收取停车费,相比于其他充电站又可节省一部分停车费用, 因此特斯拉在充电服务上的综合价格要低于其他厂家,特斯拉承诺永远不以超级充 电为盈利点。

3. 特斯拉硬核之二:智能网联遥遥领先

3.1 特斯拉汽车的灵魂-全自动驾驶

最被信任能实现自动驾驶的公司。美国在线汽车销售平台 Autolist.com 在 2018 年 和 2019 年分别调研了 1326/1650 位车主,特斯拉均成为最被信任能实现自动驾驶 的公司。

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特斯拉自动驾驶系统 Autopilot 自推出至今历经三代,实现了从硬件到软件、芯片 的全方位升级。

2014 年推出 HW1.0,搭载 mobilesye Q3 芯片,实现全速域自适应巡航、车道保持、 紧急制动、变道辅助、自动泊车等 L2 级别功能,是全球最早推出高性能自动驾驶 的车企。

2016 年-2017 年推出 HW2.0 和 HW2.5,传感器层面摄像头、毫米波雷达和超声波 传感器都进行了更新,感知能力大幅增强,搭载英伟达 Drive PX2 芯片,算力也得到一定提升,实现了部分 L3 级别功能。

2019 年推出 HW3.0,核心改动为使用自研 FSD 芯片替代英伟达 Drive PX2,算力 提升 21 倍,已基本实现 L3 级别自动驾驶功能。

2022 年 HW4.0,芯片使用 7 纳米工艺打造,预计算力可达 HW3.0 的 3 倍。

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自研芯片,掌握核心竞争力。目前无论传统汽车厂商还是造车新势力均以采购第三 方芯片为主,特斯拉是唯一一家自研芯片的汽车厂商。芯片的算力和算法是决定自 动驾驶水平的核心,自研 FSD 芯片使得特斯拉在核心技术领域摆脱了第三方供应 商的束缚,有利于促进其在自动驾驶上技术上的持续迭代升级。

低成本、低功耗、高算力。因为是自研芯片,特斯拉采用了完全定制的独享方案, 很多在其他芯片中集成的功能被弱化或去掉,使得芯片同时具备低成本、低功耗、 高算力的特点。1.通过复杂化软件的方法来简化硬件,HW3.0 成本比HW2.5 系统 下降 20%;2.简化逻辑控制和指令集,将资源集中在计算方面,在大幅提升算力的 同时有效控制能耗。根据特斯拉公布数据,HW3.0 系统算力达到144TOPS,能耗72W,与HW2.5 相比算力提升 21 倍之多,能耗却仅升高了 25%。

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FSD 系统芯片具有冗余备份,双倍安全。特斯拉在 FSD 系统中布置了 2 个 FSD 芯 片互为冗余备份,在车辆正常行驶时,整车信息通过雷达、摄像头等传感器发送给 FSD 系统,两个芯片都会处理并给出方案,然后由 FSD 系统上的安全模块进行平 衡、仲裁和验证,最后发送给传动装置 ECU 并驱动汽车进行操作。当一颗芯片出 现问题时,另一个芯片可以完全接管,独立支持自动驾驶系统的正常运行,为了安 全,特斯拉还设计了冗余的电源、重叠的摄像机视野、各种向后兼容的连接器和接 口。特斯拉宣称,FSD 系统的故障率非常低,甚至比人失去意识的可能性还要低一 个数量级。

使用现有用户数据训练,数值上远超其他厂商。自动驾驶神经网络算法的训练离不 开大量的数据,特斯拉通过 Autopilot 的影子模式直接采集用户的行驶数据,采集里程已达 22 亿英里,其他自动驾驶企业中采集里程数最多的 Waymoo,仅有 1000 万 英里数据。经过海量数据训练的特斯拉自动驾驶系统,已经实现了 1000 万次以上 的成功换道,在自动驾驶的数据采集和算法实际应用上,特斯拉远远走在了其他厂 商前列。

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2020 年7月9日,世界人工智能大会在上海开幕,马斯克在会议上宣布,特斯拉将在今年完成 L5 级别自动驾驶基本功能的研发工作,并且特斯拉的 L5 级自动驾驶 系统会更加安全。特斯拉高算力、低功耗、高度安全的自动驾驶芯片,以及成熟的自动驾驶算法,是特斯拉实现 L5 自动驾驶的关键。

3.2 汽车 EEA 重构,OTA 带来颠覆性体验

特斯拉是首用 OTA 的汽车厂商。特斯拉是第一家将 OTA 应用到汽车上的公司,使 得汽车像智能手机一样可以在线升级。ModelS 和 ModelX 上市初期,整车硬件和 软件问题层出不穷,饱受争议,但最终顽强走出泥潭,依靠的就是全车 OTA。截止 至 2020 年6月,特斯拉共进行较大版本的 OTA 升级 61 次,且近几年来升级速度 明显加快,升级内容涉及动力系统、座舱娱乐系统、车身电子域、底盘域和自动驾 驶域。

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汽车OTA 具备三大基础功能:1.潜在问题改善:低成本软件故障解决、软件风险应 急响应、安全漏洞修复;2.全新功能导入:全新功能逐步激活和导入;3.交互界面、 交互逻辑等优化,主要是座舱娱乐系统。

截止至 2019 年,特斯拉的所有142次更新里,涉及到潜在问题改善 11 次,涉及到全新功能导入 67 次,涉及到交互界面优化 64 次。特斯拉通过 OTA 升级,降低了汽车召回概率,为用户带来持续迭代的新鲜体验,也增强了用户粘性。

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特斯拉重构汽车 EEA(电子架构),域控制器为汽车的 OTA 提供无限可能。传统汽车一般使用分布式电子电器架构,整车上的大部分零部件如发动机、车窗、车灯等 都由独立的 ECU 进行控制,随着整车电气系统复杂化,车上的 ECU 已多达 70-80 个,代码 1 亿多行,且各个 ECU 来源于不同供应商,导致分布式架构软硬一体, 整车企业并没有权限去维护和更新 ECU,因此无法通过后续 OTA 升级解决问题。

特斯拉域控制器,ECU 高度集成,实现软硬件解耦。在 HW3.0 系统中,特斯拉将整个EEA 架构分为三大部分:CCM(中央计算模块)、BCM LH(左车身控制模块)、 BCM RH(右车身控制模块)。其中中央计算模块整合了 ADAS 系统和信息娱乐系 统,同时负责外部连接和车内通信系统的域功能,左车身和右车身控制模块负责剩 余的车身与便利系统、安全系统和部分动力系统。特斯拉通过重构汽车 EEA,将控 制算法集成到三个模块 ECU,实现了汽车电子软硬件的解耦,为 OTA 提供无限可能。

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域控制器之所以能够取代分布式控制器成为汽车电子电气的变革方向,主要因为以 下几个优势:

硬件层面:减少 ECU 数量,整合算力;控制器对执行器统一调度,增强整车功能 协同;集成式架构可以减少线速,利于自动化生产。软件层面:软硬件解耦,为 OTA 提供无限可能,实现软件定义汽车。通信层面:域控制器采用高速以太网替代 CAN 总线,提供高实时、高带宽的数 据传输功能,为自动驾驶系统海量传感器数据传输提供可靠保障。因此,域控制器是实现智能网联汽车的关键技术之一,除特斯拉外,博世、大众等 也在积极布局域控制器技术。

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4. 特斯拉硬核之三:商业模式革新打造汽车产业新生态

4.1 垂直整合,减少中间商赚差价

汽车行业已有百年历史,经过演变形成了庞大的汽车产业链,包括零部件供应、整 车制造、整车销售、汽车维修、汽车金融、二手车、汽车租赁等,在这个产业链中 供应商、整车厂、经销商、二手车市场、租赁市场等各司其职,共同构建汽车产业 生态。

特斯拉布局全产业链,实现和用户的双赢。整车制造在全产业链中仅贡献 15%的利 润,针对传统车企制造和服务分开,仅赚制造环节的利润,特斯拉则布局全产业链, 服务贯穿全生命周期,预计价值量可达制造环节的 3-4 倍。因减少中间商赚差价, 特斯拉用户也能享受到产业链整合后的让利,实现特斯拉和用户的双赢。

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4.2 营销模式、渠道模式革新

营销模式:少广告、费用低。特斯拉的营销模式中广告很少,但是提起特斯拉,我 们都会想到豪华车、科技范、明星 CEO 马斯克,这说明了特斯拉营销模式的三条 主线:1.通过超跑 Roadster、豪华车 ModelS/X 奠定品牌形象;2.通过产品发布会、 行业会议等途径介绍特斯拉电动化、智能网联化上的技术优势,占领消费者心智; 3.明星 CEO 马斯克时常“语出惊人”,自带流量、免费广告。

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渠道模式:直营店引流、线上直销。在传统售车渠道中,整车厂批发车辆给经销商, 由经销商招揽客户并在 4S 店内完成付款和提车,特斯拉采用的是线下体验、线上 付款的互联网模式,并且提供7天退货保障,与当前智能手机的销售渠道较为类似。

特斯拉在一线+核心二线城市高端商场建立直营体验店,装修现代时尚,有利于维 护品牌形象,体验店内建有动力系统的展示平台,可以让客户感受特斯拉电动系统 的强大动力,并支持客户定制专属车型。

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4.3 软件创收,车企盈利新模式

特斯拉的软件收入由 3 块业务产生,分别是车联网功能、在线系统升级(OTA)和 全自动驾驶(FSD)。

1. 车联网功能。特斯拉宣布从 2020 年起,针对 18H2 之后销售的车辆(ModelS/X/3) 收取 9.99 美元/月的费用才可提供在线网络功能,否则车辆仅能提供基础的导 航功能,不再能享受实时路况、卫星地图、在线影院、在线音乐等服务。

2. OTA 付费升级。特斯拉 OTA 可以实现对动力系统、座舱娱乐系统、自动驾驶系 统、车身电子系统、底盘系统的在线升级,在不改变车辆硬件的条件下提升车 辆的整体性能,给客户带来持续迭代的新鲜体验,但是部分 OTA 需要付费才能 升级。

3. 全自动驾驶功能(FSD)。全自动驾驶是特斯拉软件服务的核心产品,也是特斯 拉汽车的灵魂。消费者在购买汽车时可以选择激活 FSD 功能,但是要额外支付 8000 美元费用(2020 年 7 月 1 日价格上调 1000 美元至 8000 美元/辆),可以享受自动驾驶辅助、自动泊车、智能召唤、交通标志识别等功能,并且后续可 以通过 OTA 持续升级自动驾驶能力。

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车联网和 OTA 付费升级都是特斯拉在 19 年以来新推出的软件收费服务,将随着特 斯拉存量客户的增多持续的贡献营收,而当前阶段软件收入以 FSD 功能为主。

FSD 激活率 50%。看黄视频可以根据此规则推算特斯拉 FSD 功能的激活率。2019Q3- 2020Q2 特斯拉累计新增递延软件收入 7.55 亿美元(假设全部是 FSD 产生),因递 延收入仅为 FSD 收入的一半,FSD 实际营收 15.1 亿美元,期间 FSD 的单套价格 为 7000 美元,据此算出期间 FSD 激活数量为 21.6 万辆,激活率约为 55.5%。因 软件收入中也包含一部分车联网功能和 OTA 功能的营收,FSD 的实际激活率应当 在 50%左右。

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FSD 的营业收入主要与三方面因素相关:汽车销量、激活率、单价。

1. 汽车销量。特斯拉凭借其卓越的三电系统、领先的自动驾驶、持续迭代的智能 网联,已经获得了全球消费者的共同喜爱,稳居看黄视频龙头,全球市占率 持续扩大。到 2021 年,国产 ModelY,Cybertruck、电动卡车 Semi 将陆续上 市,后续比 Model3 更小或者比 ModelX 更大的产品也在规划中(马斯克表述)。 特斯拉的产品矩阵日趋完善,看黄视频预计到 2025 年特斯拉销量可达 240 万辆。

2. 激活率。特斯拉 FSD 系统的激活率主要取决于功能的完善程度。特斯拉的 FSD 系统自推出以来,硬件上经历了 HW1.0-HW3.0 的持续更新,自研芯片算力大 幅提高,系统成本显著低于竞争对手,最新一代 7.0nm 工艺芯片的 HW4.0 也 将于 2022 年到来;软件上,通过影子模式采集数十亿英里行使数据对算法进行训练,训练数据源也将从图片转换为视频,进一步提高了算法的预判能力,率 先完成 L5 基本功能的开发等,特斯拉自动驾驶的水平和功能日趋完善,2025 年渗透率有望达到 75%以上。

3. 单价。随着 FSD 功能的日趋强大,其单价已从 2019 年初的 5000 美元上涨到 现在的 8000 美元,2025 年保守估计在 12000 美元以上,而马斯克更是认为 FSD 终极版的价格至少是 10 万美元。

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2025 软件创收 216 亿美元,汽车销售业务营收占比 18%。通过以上假设和测算, 特斯拉 FSD 业务在 2020 年将贡献营收 18.75 亿美元,占特斯拉汽车销售业务总营 收的 7.36%,;到 2025 年将贡献 216 亿美元营收,占汽车销售业务总营收的 18%, 2020 年到 2025 年 FSD 业务收入的 CAGR 达 63.2%。因软件业务的销售成本几乎 为零,营收的大部分都可转化为净利,因此软件收入将成为特斯拉盈利的主要来源。

FSD 订阅付费模式。根据科技媒体 electrek 报道,特斯拉有望在年底前推出 FSD 订阅服务,价格约为 100 美元/月。FSD 订阅服务可以进一步降低消费门槛,提高 激活率,同时在订阅的商业模式下,每辆激活的 FSD 车辆都将为特斯拉提供持续 的现金流。假设 2021-2025 年共销售新车 700 万辆,2025 年有 80%用户订阅 FSD 功能,届时的订阅服务费将达到 67.2 亿美元/年。

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