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天上掉馅饼?爱卡解读特斯拉的开放专利--转载

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发表于 2014-12-3 22:32:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
原文地址:http://yp.xcar.com.cn/201406/news_1612489_1.html

6月12日,美国著名电动轿车公司特斯拉的CEO伊隆·马斯克,向所有关心特斯拉的人发了一封公函,标题颇有震撼力:我们的所有专利现在属于你们了(All Our Patent Are Belong To You)。这意味着,特斯拉的所有专利都将免费向世界开放。



    随后,他在信中用非常具有煽动性的语言解释了他推动“电动世界开源计划”的目的:“当今世界上每年仍有接近1亿部传统汽车源源不断地驶出生产线,加上全球已经存在的大约20亿辆汽车,不管特斯拉多么努力地生产,都无法解决由此产生的碳危机……因此我们真正的对手不是其他生产电动车的厂商,而是那些每天从世界各地工厂生产出来的燃油汽车。”

    言之凿凿,掷地有声,令听众们热血沸腾,不得不令我联想到小罗伯特·尼站在斯塔克的展台上那充满自信的表情。

    那么,这个现实世界里的“钢铁侠”通过此举究竟向世界开放了哪些神秘技术?首先,让我们了解一下截至目前特斯拉的专利总数及分类。

    从图表中我们可以看到,特斯拉目前的专利主要集中在电池、充电及电机技术上,近总数的7成。此外,特斯拉还申请了许多其他有关车辆的发明,诸如天窗、人车交互界面、车门音响等等。

    作为一个之前同汽车行业毫无交集的发明家和投资人,伊隆·马斯克总有一些天马行空的想法,这反而成为了特斯拉独特的优势——没有任何条条框框的限制,真正从零开始设计一辆电动轿车。

    当然,作为宾州大学经济、物理学双学士,马斯克绝对是一个科学极客(Geek),我们也不禁为他的创意拍手叫绝。

    从美国商标专利局网站的专利数据库中,爱卡找到了特斯拉公司注册的专利,下面就让我们看看特斯拉为人类贡献了哪些劳动成果。


用笔记本电池驱动轿车

    为了在成本和能量密度之间取得一个平衡,特斯拉并没有采用其他电动车通常使用的大尺寸定制电池,而是使用了大小与5号电池相近、代号为18650的柱状消费品用锂电芯。



    这种在笔记本电脑和充电宝(移动电源)中常见的电芯,虽然成本合理,但要使用在电动轿车上,就需要复杂的组装及周全安全装置来确保万无一失。

    在85kWh的Model S上,需要16个模块、96组、共7104节18650电芯,相当于1000多个一万毫安时的移动电源。为了降低重量,特斯拉去掉了原有电池的部分安全装置,取而代之的是一套复杂的热管理系统,以及独特的热膨胀材料来避免电池组过热引起火灾。毕竟,这可是7104个“小定时炸弹”。

    这项专利号为US 8216502B2的专利,介绍了一种简化的电芯封装方法。通过优化安装孔的位置来确保最佳的密封效果,是不是有点像鸡蛋盒呢?(真想问一句,鸡蛋盒有专利吗?)此外,从这个专利图中,我们也可以看到在电池组内部电芯的布置方式。

    为了最大程度地避免电池组出现短路,特斯拉“疯狂”地在每个电芯上都安装了保险丝,而不是以往在整个电池组设置保险装置。换句话说,85kW的Model S同样拥有7104个保险丝!

    这样一来,如果某个电路突然短路,保险丝会在第一时间熔断,从而将短路引发火灾的可能性降到最低。让每个电芯都住上安全的单间,想想就比7104个18650电池睡大通铺滋润的多啊,它们闹事儿的概率自然也小了许多。

    由于锂电池的固有缺陷,在极端情况,比如电芯内部出现短路或者散热条件不佳时,18650电芯可能会出现过热,从而像一挂鞭炮似的引起连锁效应,导致火灾。为此,特斯拉的解决方法是在电芯外部穿一层特殊的衣服。如果出现温度超标,它可以自动膨胀,从而达到降温的效果,最大程度避免电芯自燃。

    按照特斯拉的设计,Model S的所有电池都集成在了车辆底部,这样做的好处是降低了车辆的重心,并且没有占用车辆的乘用空间。但是这样做的副作用,就是电池组处于车身离地面最近的位置,如果托底(在中国真的极有可能),很有可能对其造成伤害。所以,为其穿上一套“底盘装甲”显得很有必要。

    这项注册号为US 8266743 B2的专利表达了它们的想法,并且特斯拉还为其起了一个霸气十足的名字:防弹铠甲(Ballistic Shield)。

    由铝合金(或者钢、玻璃纤维、碳纤维、塑料等,目前Model S采用的是铝合金)材料构成的保护结构,将电池模块包裹起来,并保持了一定的缓冲距离,起到保护电池的作用。


如何为车身下那个巨型笔记本电池充电?

    如果对于Model S 85kWh的电池容量没有概念,那我们不妨换个思路。如今大多数笔记本都采用了6芯电池,这意味着里面有6节18650电芯。

    假设用原装电源线将笔记本电脑电池充满需要2小时(其实往往需要更久),那么用相同的电源将Model S的7104个电芯充满,则需要7104/6*2=2368小时≈99天……

    显然,这不是什么好主意。



    为此,特斯拉为Model S提供了多种充电方式,最低充电功率也需要10kW,这意味着用普通的家用电源根本无法满足其充电需要。于是,特斯拉发明了一系列用于快速充电的优化方法及装置。

    可变电流充电系统是特斯拉独创的快速充电方式。它采用了三段式充电方法,以最大的效率、最快的速度把电池电量完全充满。充电最快时,相当于3秒充满6芯笔记本电池、零点几秒充满你的iPhone手机。

    此外,为了提高为车辆电池充电的效率,特斯拉还申请了电池充电时间优化系统的专利。它在外接电源能量有限的情况下,优先为电池系统充电,而能量充足时,再兼顾其他附属机构(如电池冷却系统)的用电需要。

特斯拉还有什么其他的奇思妙想?

    除了电池和充电技术之外,特斯拉在其他车辆技术上也充满了硅谷式的创新。

    比如说电磁“油箱”锁(专利号:US 8720968 B2)、双铰链“鹰翼”式车门(专利号:US 8511738 B2,应用于Model X上)等等。

    另外,我还有一个有趣的发现——特斯拉还注册了增程式电动车的具体控制方法(专利号:US 8346419 B2)。

    增程式电动车是一种“自给自足”的电动汽车,通过自带的发电装置(通常是普通发动机)来实现更长的电动续航里程。代表车型是雪佛兰的沃兰达。

    嘿嘿,我有一个邪恶的念头闪出:难道它向特斯拉缴纳了专利费用吗?如果交了,那特斯拉会爽快地退给它吗?


未来特斯拉的目标是什么?

    特斯拉在2017年,要推出一款内部代号为“蓝星(bluestar)”的中级电动车,来同主流的中级车,诸如奥迪A4BMW 3系以及奔驰C级来竞争。但是,很遗憾,我们通过专利查询没有找到任何相关的线索。



    然而,从这些专利中我们却找到了关于“终极电动车”的蛛丝马迹:特斯拉注册了不少有关空气电池(Metal-air cells,通过氧气形成电能)的发明,包括空气电池的充电方式、空气电池的废物收集及处置等等。

    “终极电动车”根据特斯拉的构想,是一种由空气电池和传统锂电池共同驱动车辆的“混动”式电动车,它的续航里程最大可达640公里。那时候,就真的要和汽油车说拜拜了。

    那么,这场轰轰烈烈的“开源运动”能否带动电动车产业如同谷歌的安卓系统那样蓬勃发展?中国的电动车工业是否会因为特斯拉的发明,而像国产手机那样繁荣?中国的电动车界能不能诞生出像小米、魅族一样的品牌?钢铁侠的秘密武器对于世界来说,究竟是阿拉丁神灯,还是潘多拉魔盒?

    所有这些问题,都有待时间来检验,让我们拭目以待!

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发表于 2014-12-4 01:38:08 | 显示全部楼层
看了让人血脉喷张啊。。。赶脚真的是后汽车时代到来
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发表于 2014-12-4 08:16:06 | 显示全部楼层
这魄力杠杠的
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发表于 2014-12-4 09:52:07 | 显示全部楼层
可不可以说是汽车界的 arduino
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发表于 2014-12-4 09:55:23 | 显示全部楼层
vp110 发表于 2014-12-4 09:52
可不可以说是汽车界的 arduino

同感。。。
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发表于 2014-12-4 12:51:55 | 显示全部楼层
arduino 搞不好最多砰一声,这个会在大马路上压死人的。国家果断不会让你自己搞的上路。
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发表于 2014-12-4 13:03:35 | 显示全部楼层
如果用这技术,先用于电动车(两轮)的话,那充电时间,那不是很实用的方法。不仅减少成本,又有基础。
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发表于 2014-12-4 21:10:02 | 显示全部楼层
我也沸腾啦,哦,no 是我发烧了。。继续卧床。
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