Кобальтовый ров и ад раскаленного лития: какие технологии Tesla не по зубам конкурентам
Уоррен Баффет создал концепцию «рвов» (moats) — барьеров, которые должен создавать успешный бизнесмен между собой и конкурентами. «Рвы» — это преимущества, неважно, технологические или маркетинговые. Преимущества, которые будут у вас и которые не будут у соперника. Они не дадут поколебать вашего положения на рынке тем, кто выйдет на него после вас. Илон Маск известен как самый жесткий критик концепции «рвов», он считает, что такие барьеры могут привести только к олигополии.
Однако, как показывает практика, именно Илон Маск роет «рвы» быстрее и успешнее своих коллег по автомобильной индустрии.
На протяжении многих лет наблюдатели (вслед за главой Fiat Chrysler Automobiles) утверждали: у Маска нет ничего такого, что не могли бы скопировать традиционные производители. Значит, когда они решат войти в рынок электромобилей, то сразу окажутся на коне, а Tesla придется бороться за существование. Преимуществами традиционных брендов считались сильная инженерная школа и опыт массового производства. Но у новичка рынка нашлись контраргументы.
Битва за металл
Обычно критики электромобилей говорят, что этой отрасли угрожает дефицит лития для аккумуляторов. Мол, текущее производство этого металла ничтожно, и при резком росте той же Tesla она упрется в его нехватку. Кажется, что на этом направлении у конкурентов компании дела еще хуже: именно Маск законтрактовал больше всего лития с берегов соленых озер от США до Латинской Америки.
На самом деле «дефицит лития» — это миф. На сотню киловатт-часов емкости аккумулятора (что более чем достаточно для электромобиля) нужно всего 10 кг чистого лития. Для миллиона электромобилей в год достаточно 10 000 тонн металла, а для 100 млн (полного замещения производства обычных легковушек) — 1 млн тонн в год. Лития уже сегодня добывается 60 000 тонн в год, и даже легкое увеличение цены заметно расширит объем его коммерчески целесообразных резервов. Так что вопрос о дефиците лития в реальной жизни не стоит.
Куда более острая ситуация сложилась с кобальтом, используемым в электродах той же батареи. Forbes уже писал про дефицит кобальта и проблемы с его добычей и переработкой: он быстро дорожает, добавляются этические и экологические проблемы.
Практически все конкуренты Tesla из классического автомира применяют NMC-батареи (никель-марганец-кобальт), где кобальта всего 15% по весу — около 360 гр на киловатт-час емкости аккумулятора. В итоге Jaugar I-PACE требует почти 33 кг кобальта, а Chevrolet Bolt — 21,6 кг. Это в разы больше массы лития, нужной для производства тех же электромобилей.
Чтобы иметь батарею той же емкости, как у Tesla, Jaguar и Chevrolet Bolt нужны лишние килограммы. А они увеличивают расход энергии электромобиля и снижают его дальность.
А вот Tesla использует никель-кобальт-алюминиевые батареи (NCA), требующие примерно 220 гр кобальта на киловатт-час емкости аккумулятора. Даже самый «дальнобойный» вариант последней Tesla — Model 3 Long Range — в итоге требует менее 17,2 кг кобальта. Базовая версия, которую начнут продавать со следующего года, не потребует и 12 кг кобальта. По пробегу на одной зарядке она близка к Chevrolet Bolt, а разница затрат кобальта — почти в два раза. А значит, «тесл» кобальтовое проклятие коснется куда слабее.
Более того, Илон Маск уже заявил, что со следующего года компания планирует вовсе отказаться от кобальта в катоде. Никто из конкурентов, кроме китайского BYD, пока на такой шаг не пошел. BYD использует литий-железо-фосфатные батареи, у которых куда меньше плотность запасаемой энергии, чем у тесловской NCA.
Аккумуляторный «ров»
На данный момент Model 3 оснащена батареей, содержащей 4416 цилиндрических элементов формата 2170 (21 на 70 миллиметров). Средняя энергетическая плотность на уровне субмодуля батарейного блока — 223 ватт-час на килограмм, на уровне цилиндрического элемента — 270 ватт-час на килограмм. На данный момент эти значения выше, чем у любого другого производителя серийных электромобилей. То есть чтобы иметь батарею той же емкости, Jaguar и Chevrolet Bolt нужны лишние килограммы. А они увеличивают расход энергии электромобиля и снижают его дальность.
Tesla — единственный заметный производитель, использующий цилиндрические элементы, все остальные используют призматические элементы. Логику крупных автопроизводителей понять несложно. Для них меньше мороки собирать крупные призматические элементы, чем много мелких цилиндрических. К тому же такая сборка позволяет иметь больше ватт-часов на единицу объема. Поэтому батарея Chevrolet Bolt состоит всего из 288 элементов и собрана в одном месте, а не разнесена по всему днищу, как у «тесл». Для традиционного автомобилестроения вообще типично выбирать решения, которые выносят «мелкие детали» на откуп поставщикам компонентов и позволяют экономить объем внутри машины.
Аккумуляторы Tesla можно заряжать и разряжать быстрее, чем аккумуляторы конкурентов, поскольку опасность перегрева меньше.
У Nissan Leaf батарея расположена под полом, как у Tesla, но элементы у нее призматические, а жидкостного охлаждения нет, что вызывает большие проблемы в реальной эксплуатации.
У этой логики есть и крупные недостатки. Много мелких элементов в батареях Tesla расположены с большими зазорами друг относительно друга. Между ними куда больше места, а расстояние от их центра до охлаждающей ленты (окружающей цилиндрический элемент) — всего сантиметр. Это значит, что им проще избегать перегрева, чем более крупным призматическим элементам. Между цилиндрами проще разместить эффективное жидкостное охлаждение, и они менее уязвимы для возгорания всех элементов сразу при аварии. Все это означает, что аккумуляторы можно заряжать и разряжать быстрее, чем аккумуляторы конкурентов, поскольку опасность перегрева меньше.
Да, такие батареи занимают больше места, но это, как ни парадоксально, делает машины Tesla даже более просторными в ширину и длину, чем у конкурентов. «Размазанная» по днищу батарея находится в горизонтальной плоскости, не пересекающейся с салоном, то есть при одинаковой колесной базе расстояние между сиденьями (и/или емкость багажника) получается больше. Заодно полутонная батарея делает центр тяжести машины очень низким, отчего автомобиль устойчивее к переворачиванию.
Вернемся к перегреву и более быстрой зарядке. Отдельный батарейный элемент у Nissan Leaf в полдюжины раз, а у Chevrolet Bolt на порядок крупнее тесловских, что ведет к тому, что их владельцы будут заряжаться куда медленнее. Электромобили от GM и Nissan за 30 минут зарядки получат достаточно энергии, чтобы проехать 140-144 км. И это заявки производителей: в реальности все куда хуже из-за перегрева слишком плохо охлаждаемой батареи.
Разработчики Jaguar I-PACE утверждают, что в светлом будущем у них будет лучше: на 30-минутной зарядке авто сможет проехать 200 км. Но только когда «общественные заправки получат нужные технические усовершенствования». А до тех пор покупателю машины стоимостью от $68 000 предлагают наслаждаться 135 км пробега за 30 минут зарядки. Тем временем продающаяся сегодня Tesla Model 3 за те же 30 минут набирает энергии на 270 км пробега.
При этом в отличие от других автопроизводителей Tesla имеет сеть собственных суперчарджеров, которые заряжают потребителя уже сегодня, а не предлагают ему ждать прогресса на «общественных зарядках», которых сегодня радикально меньше, чем суперчарджеров.
Так выбор более простого для и более традиционного для автомобильной индустрии решения — призматических крупных аккумуляторных элементов — сделал электромобили традиционных игроков заметно менее практичными в дальних поездках. Потребитель в развитой стране может проехать на машине до тысячи километров в сутки. На Model 3 — c часом остановки в пути (~500 км в час на исходной зарядке, плюс две зарядки по 30 минут на еще 540 км). За этот час он как раз успеет поесть. Лучший (и самый дорогой) электромобиль-конкурент от Jaguar потребует полутора часов зарядки, а более дешевые — двух и более часов.
«Ров» энергоэффективности
Есть еще одна область, где инженеры традиционных игроков поработали спустя рукава, — расход энергии на километр пробега. Для ДВС-машин она не так важна, поскольку меньший пробег на одной заправке можно исправить, просто заехав на бензоколонку. Так сказать, «засыпать деньгами» энергонеэффективность своего авто. У электромобили пока все иначе: большая батарея дорога, и все хотят сделать ее поменьше. Поэтому и важно иметь минимально возможное потребление энергии на километр пройденного пути.
Для этого у Model 3 есть то, чего нет у конкурентов. Во-первых, коэффициент аэродинамического сопротивления 0,23 — самый низкий среди всех серийных машин в мире (у Bolt, например — 0,31). Он обеспечивает очень умеренные затраты энергии на трассе. Во-вторых, основной мотор на задней оси на постоянном токе — его КПД на 5-10% выше, чем у моторов на переменном токе. А ведь именно последние выбрали — в силу их большей распространенности и технической «привычности» — конкуренты Tesla.
В итоге при батарее на 78 киловатт-часов пробег Model 3 на одной зарядке — 537 км по циклу EPA. У Jaguar I-PACE емкость батареи 90 киловатт-часов, а вот пробег на одной зарядке — всего 480 км, Chevrolet Bolt с 60 киловатт-часами — 383 км. Цифры пробега по разным циклам далеко не так важны, как те, что можно получить в реальной жизни. В сущности, пробег на одной зарядке становится важен только на трассе: в городе типичный покупатель вряд ли проедет 537 км в сутки.
На трассе отличная аэродинамика Model 3 дает ей вырваться далеко вперед. При 120 км/ч она проезжает 443 км (480 км на 113 км/ч). Chevrolet Bolt на такой же скорости — только 305 км. Jaguar I-PACE, к сожалению, все еще недоступен для независимых тестировщиков, но его пробег на большой скорости скорее всего будет хуже Tesla — коэффициент аэродинамического сопротивления выше.
#Rapidgate
Вспомним еще раз о преимуществах лучше охлаждаемой батареи. Если Model 3 на обещанной скорости заряжать удается, то ни у Nissan Leaf, ни у Chevrolet Bolt это не выходит. Дело в том, что производители измерили скорость зарядки машины с «пустым» аккумулятором и долгое время стоявшей на месте. Однако реальный пользователь вовсе не заряжает машину на трассе таким образом. Он предварительно на ней едет, отчего батарея с призматическими элементами перегревается. Поэтому контролирующая ее электроника не дает Nissan Leaf заряжаться быстрее — за полчаса добавляет только 50 км пробега вместо обещанных 140 км!
Илон Маск «не любит» олигополию, зато не против монополии — пока она принадлежит ему.
Chevrolet Bolt тут сильно лучше — у него хотя бы есть жидкостное охлаждение. Но и у него призматические большие элементы охладить хорошо не получается. Поэтому реально за 30 минут он заряжается только на 112 км пробега. И это вместо рекламируемых 144 км. Когда Jaguar I-PACE появится в свободной продаже, он тоже вряд ли подтвердит свои рекламируемые возможности по быстрой зарядке на трассе — у него такие же ошибки в архитектуре аккумуляторов, что и у остальных «теслакиллеров».
Хотя вышеприведенные цифры приведены по одному тестированию на ресурсе Evobsession, но остальные данные, включая блоги и форумы, еще хуже. Пользователи жалуются, что «скоростная зарядка» предлагает подождать пару часов уже при плюс 18 градусах по Цельсию. Сколько же покупатель «теслакиллера» будет заряжаться жарким днем? Вся эта некрасивая история с откровенно разочаровывающей скоростью перезарядки уже получила в соцсетях собственный хештег — #Rapidgate.
Когда обанкротится Tesla
Вышеописанные проблемы показывают, что на данный момент практически пригодных к дальним поездкам электромобилей, кроме Tesla, никто не производит. Основные страхи потребителей в отношении электромобилей относятся именно к дальним поездкам. Так что Leaf и Bolt, как скорее всего и I-PACE текущих версий, рискуют остаться нишевыми машинами для города.
Илон Маск «не любит» олигополию, зато не против монополии — пока она принадлежит ему. Он так успешно копал технологические «рвы» (батарейный, аэродинамические, «ров» из сети суперчарджеров), что конкуренты еще долго их не одолеют. И не факт, что к тому времени Tesla не выкопает новых. В ее случае «рвы» привели даже не к олигополии, а к фактической монополии на практичный электромобиль. Чтобы нарушить эту монополию, классическим автопроизводителям надо сдать в утиль созданные ими электромобили, отказаться от призматических батарей, собранных в одном месте, перейти к более мелким элементам, «размазанным» по днищу машин.
Но в платформы уже вложены большие деньги, возьмут ли производители на себя смелость сказать руководству: «Вы знаете, наш традиционный подход к компоновке авто сделал эти платформы неконкурентоспособными. Давайте просто забудем о них и о том, сколько они нам стоили, начнем с чистого листа».
По-видимому, такая ситуация в ближайшие годы не позволит появиться реальным конкурентам машинам Маска как минимум в сегменте Model 3 и Model Y.
Между тем во время звонка по итогам второго финквартала 2018 года основатель Tesla заявил, что компания разрабатывает свои чипы Hardware 3 для управления беспилотными машинами. Это пробивает брешь в монополии nVidia на чипы. Пожалуй, Маск и самому Баффету может рассказать, как именно надо копать «рвы» в высокотехнологичном секторе.