當(dāng)歷史照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
說到電動(dòng)車，我們可能首先會(huì)想到這樣一個(gè)場(chǎng)景：在道路上行駛的車輛中，有三分之一是電動(dòng)汽車，并且電動(dòng)車的銷量是燃油車的十倍之多……
這是不是聽起來像是發(fā)生在未來的故事？其實(shí)并不是，這個(gè)場(chǎng)景曾切切實(shí)實(shí)發(fā)生過。在十九世紀(jì)末期，美國汽車工業(yè)剛剛起步，電動(dòng)汽車是當(dāng)時(shí)率先面向消費(fèi)者推出的車型之一。
▲第一代的電動(dòng)汽車，怎么樣，看起來是不是很好看？
在1895-1905的十年間，當(dāng)時(shí)電動(dòng)汽車的市場(chǎng)銷量一度占據(jù)了30%到50%的市場(chǎng)份額，甚至于在1900年的美國，當(dāng)燃油汽車生產(chǎn)了936輛的時(shí)候，電動(dòng)汽車的產(chǎn)量便達(dá)到了15755輛。以至于美國著名的發(fā)明家和企業(yè)家愛迪生，都是安靜又沒有尾氣的電動(dòng)車的擁躉。
▲愛迪生為他的電動(dòng)汽車“帶鹽”
后來，隨著燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)成熟、石油價(jià)格下降，續(xù)航里程更長、使用成本更低的燃油車才逐漸把電動(dòng)車從市場(chǎng)中“擠兌”出去。
不過，隨著眼下因?yàn)槭褂没剂蠈?dǎo)致的空氣污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境更加友好的電動(dòng)汽車大有卷土重來的勢(shì)頭，以至于在電動(dòng)車曾經(jīng)興盛的美國，像通用這樣的企業(yè)一直與電動(dòng)車保持“藕斷絲連”的關(guān)系。
▲1996年的EV1
Tips：其在1996年曾經(jīng)推出續(xù)航能力達(dá)120公里的EV1雙人座電動(dòng)車，并在不久前推出過續(xù)航能力達(dá)380公里的雪佛蘭Bolt純電動(dòng)車。
在本月初于上海舉行的“通用汽車中國電氣化技術(shù)探秘體驗(yàn)日”上，這個(gè)來自于那片電動(dòng)車曾經(jīng)興盛一時(shí)土地上的美國汽車制造商，信心滿滿地推出了自己一系列面向中國的電氣化戰(zhàn)略——中國將成為通用汽車實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)未來的最前沿，大有喊出一個(gè)激奮人心的口號(hào)之勢(shì)：
“Make Electric Great Again！”
復(fù)興不易
不過，想實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的“復(fù)興”，還真不是那么一件容易的事情，在通用看來，這至少需要包括零部件以及系統(tǒng)供應(yīng)商在內(nèi)的整個(gè)行業(yè)，不斷在實(shí)際應(yīng)用中證明他們的產(chǎn)品價(jià)值。但是，對(duì)于某些關(guān)鍵的電動(dòng)汽車組件，比如電池或者電機(jī)，無論它們?cè)诩夹g(shù)上如何先進(jìn)，都無法直接拿來就用，更不可能被獨(dú)立使用。因此，如何讓不同組件完美地協(xié)同工作，變成了一個(gè)必須解決的艱難課題。
因此，通用不單單在美國，也在中國市場(chǎng)選擇了一條相對(duì)更加“自力更生”的電動(dòng)車復(fù)興之路——自行測(cè)試所有零部件和系統(tǒng)，包括電池、電池管理系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元，確保它們的安全、可靠和耐久性，并通過一步步對(duì)設(shè)計(jì)、材料選擇和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，來降低成本，提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量、可靠性和可制造性。
Tips：通用汽車眼下?lián)碛斜泵雷畲蟮碾姵叵到y(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（上圖），并且于2011年在上海成立了一個(gè)姊妹實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研發(fā)、測(cè)試和生產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)化和推進(jìn)。
不懂電池技術(shù)的汽車制造商不是好廚子
大家日常生活中都經(jīng)常接觸到電池。電子設(shè)備發(fā)展到今天，照相機(jī)、電腦、錄音筆、藍(lán)牙耳機(jī)都已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分，而支撐這一切電子設(shè)備正常工作的最基本前提，就是電池。電動(dòng)汽車，同樣如此，最基本的供電單元也是我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見的電池。
目前，市場(chǎng)上比較常見的電池包括堿性電池和鋰離子電池。我們常見的南孚5號(hào)電池、7號(hào)電池，就屬于堿性電池。而我們的手機(jī)、電腦、相機(jī)中使用的電池，就是鋰離子電池。堿性電池不可充電，成本低，儲(chǔ)電量相對(duì)少，一般用于兒童玩具等便攜生活用品中。而通用汽車的電氣化車型中，則統(tǒng)一采用能量密度更高，可以循環(huán)使用的鋰離子電池。
▲通用汽車中國科學(xué)研究院的電池工程師孔德文分享了通用汽車的電池開發(fā)策略
雖然鋰離子電池是一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟、應(yīng)用極其普遍的產(chǎn)品，目前市場(chǎng)上也有“一抓一大把”的車用鋰離子電池供應(yīng)商，但是對(duì)通用來說，考慮到以下三個(gè)原因，這些現(xiàn)成的電池并不能拿來就用。
首先，電動(dòng)車的量產(chǎn)前提是電池在安全性和性能之間達(dá)到平衡，其中，安全性是所有目標(biāo)的最基本條件，在通用看來，只有自己掌握全套的電池技術(shù)，全程參與電池的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與驗(yàn)證，才能真正意義上確保電池的安全性。
其次，考慮到通用汽車旗下現(xiàn)在有諸多采用了電驅(qū)技術(shù)的車型，其涵蓋了混動(dòng)、插電混動(dòng)、增程式混動(dòng)和純電動(dòng)等技術(shù)流派，因此面向不同車型設(shè)計(jì)的電池也是有具體需求的。
譬如說，混合動(dòng)力車型需要超高倍率性能的電池設(shè)計(jì)，純電動(dòng)車型更多需要考慮高能量密度的電池，而插電式車型更多需要倍率和能量的平衡。所以為每一種型號(hào)的車型提供最合適的電池，最好的辦法就是量體裁衣，這就要求通用汽車有針對(duì)性地和供應(yīng)商一起開發(fā)相應(yīng)的電池體系，成為該領(lǐng)域的專家。
最后，電池將成為未來電動(dòng)車打造自身競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)有力武器，因此掌握了整個(gè)電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，得到更多數(shù)據(jù)，確立更為精確的數(shù)學(xué)模型，就意味著能不斷地從基礎(chǔ)技術(shù)層面領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，也就保證了汽車制造商的領(lǐng)先地位。
以上的考量，意味著通用必須走一條更接近獨(dú)立開發(fā)的電池研發(fā)道路，可考慮到其面對(duì)的全球競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手以及整體市場(chǎng)的體量，這個(gè)汽車巨人做出的這個(gè)決策依然可以稱之為“顧全大局”，事實(shí)上，根據(jù)車云菌之前對(duì)凱迪拉克CT6及若干通用旗下混動(dòng)車型的接觸，其電氣化車型的電池系統(tǒng)在至少以下兩個(gè)方面都具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
A、電芯的封裝形式，也就是電池最后的呈現(xiàn)形態(tài)。
通常情況下，電芯的封裝形式有以下幾種，圓鋁殼、方形硬殼和軟包。通用汽車除了采用硬殼封裝之外，也會(huì)采用軟包設(shè)計(jì)這一封裝形式。
軟包電池使用鋁塑膜通過焊接封裝，輕便的鋁塑膜，加上疊片工藝制作的電芯可以獲得較高的電芯能量密度，軟包的封裝可以使得電芯和散熱片完美貼合，同時(shí)大幅度降低電池系統(tǒng)的重量負(fù)載，并方便電池包在車身內(nèi)部的靈活布局。
B、疊片式電池模塊設(shè)計(jì)
通用汽車采用獨(dú)創(chuàng)的疊片式電池模塊設(shè)計(jì)，每個(gè)電池模塊，由電芯、換熱片、隔熱片等組成。這樣的設(shè)計(jì)，使得電池模塊的熱管理效率得到大大的提高。
嵌入式換熱片設(shè)計(jì)相當(dāng)于在電池系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建了一套可以與每個(gè)電池充分接觸的“毛細(xì)血管”。冷卻液在遍布系統(tǒng)全身的“毛細(xì)血管”中流淌。該種設(shè)計(jì)可以將熱量均勻的在電池系統(tǒng)中置換，防止出現(xiàn)部分區(qū)域過熱、部分區(qū)域過冷的情況。
同時(shí)，電池單元與電池單元之間不會(huì)直接接觸，這樣即便某些電池單元間歇性地出現(xiàn)過冷或者過熱的情況，也不會(huì)將溫度傳到給其它電池單元。相比其他的換熱方案，這樣的設(shè)計(jì)能更充分、更均勻?qū)﹄姵剡M(jìn)行冷卻或加熱，使其始終處于最佳的溫度區(qū)間。
除此之外，通用在車用電池的材料選定、電極設(shè)計(jì)和生產(chǎn)優(yōu)化等方面，也擁有程度不同的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)?？紤]到造出好電池只是生產(chǎn)出安全、高性能電動(dòng)車的第一步，那么讓這些電池高效協(xié)同地工作，就是電池管理系統(tǒng)的工作了。
在通用，電池管理系統(tǒng)的研發(fā)是其“自力更生”策略的重要組成部分。
▲這輛“月球漫步者”，肯定是通用公司生產(chǎn)的最有名的電動(dòng)車了。
把幾千碗水端平
我們知道電動(dòng)汽車的電池組系統(tǒng)往往是由成百甚至上千節(jié)電池組成的，例如雪佛蘭的電動(dòng)車Bolt就擁有288節(jié)電池（特斯拉的Model S有超過7000節(jié)電池），管理這么多的電池必須依靠一個(gè)出色的電池管理系統(tǒng)。
由于電池組系統(tǒng)符合木桶效應(yīng)，也就是說電池系統(tǒng)的性能是由最差的那節(jié)電芯所決定的。所以確保所有電池保持一致的良好狀態(tài)，就像同時(shí)把幾千碗的水給端平，才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的高性能、長壽命且安全的運(yùn)行，而這也是每一個(gè)電動(dòng)車的電池管理系統(tǒng)的核心要?jiǎng)?wù)。
在電池組工作過程中，兩個(gè)例子特別明顯地可以說明電池管理系統(tǒng)的重要性。
當(dāng)電池組在充電的過程中，如果有一節(jié)電池即將充滿，荷電狀態(tài)接近100%，那么其他電池的充電也必須停止，否則充滿電的電池將被過充電；但一旦充電停止，意味著整個(gè)電池組的電并沒有充滿，電池組的系統(tǒng)容量就不能完全發(fā)揮。因此在這種情況下，如何保證所有的電池能同時(shí)充滿電，就顯得非常重要。
除去荷電狀態(tài)的一致性之外，電池組的溫度一致性也非常重要。電池在不同溫度下老化的速率是不同的，如果不能維護(hù)溫度的一致性，那么一段時(shí)間之后電池間的差異將顯現(xiàn)出來，并且這種不一致是無論怎么均衡都不可能修復(fù)的。
所以，合格的電池管理系統(tǒng)必須準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到每一節(jié)電池、精確評(píng)估到每一節(jié)電池、并且高效的管理到每一節(jié)電池。
▲通用汽車中國公司新能源汽車動(dòng)力技術(shù)工程師葉磊分享了通用汽車在電池管理系統(tǒng)方面的策略
在通用的電池管理系統(tǒng)中，電池電壓僅僅1mv的微小變化便可被系統(tǒng)識(shí)別到；系統(tǒng)在每個(gè)電池包里都設(shè)置了溫度傳感器，使電池系統(tǒng)內(nèi)熱場(chǎng)分布情況能被充分感知?；诏B片式的電池模塊設(shè)計(jì)，整體電池組的溫度分布會(huì)更加均勻。
同時(shí)，電池管理系統(tǒng)還會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的絕緣特性和充放電過程中的電池表現(xiàn)，充分確保電池高壓與車身的充分隔離并為電池狀態(tài)的評(píng)估提供有效依據(jù)。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障，還將會(huì)啟動(dòng)冗余方案，確保電池管理系統(tǒng)的感知能力始終處于靈敏的狀態(tài)。
正是基于以上獨(dú)立研發(fā)技術(shù)，通用才能擁有一套“量身定制”的電氣化技術(shù)體系，這是保證其擁有眼下數(shù)量足夠多的電氣化車型的前提，也是滿足未來更復(fù)雜消費(fèi)者需求和政府政策導(dǎo)向的基礎(chǔ)。
眼下，混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力技術(shù)旨在幫助通用從純?nèi)加蛙囘^渡到純電動(dòng)車，在未來的18個(gè)月之內(nèi)，后者基于雪佛蘭Bolt純電動(dòng)車研發(fā)經(jīng)驗(yàn)打造的2款全新電動(dòng)車型將陸續(xù)亮相，而這一數(shù)字在截止到2030年之前，將達(dá)到至少20款。
可以說，通用的電動(dòng)復(fù)興計(jì)劃相當(dāng)宏偉，而且其已經(jīng)在這條道路上做好的充足的準(zhǔn)備，比較讓人感到驚訝的是，在電動(dòng)計(jì)劃之外，通用并沒有放棄氫燃料電池計(jì)劃，在通用戰(zhàn)略高層的言語中，電動(dòng)和氫燃料電池仿佛是通用為零排放未來做好的雙保險(xiǎn)。
▲早期電動(dòng)車在通過一個(gè)婦女演示如何操作當(dāng)時(shí)的“充電樁”
說到最后，車云菌想起一個(gè)同行跟我描述的日系汽車制造商，這些從島嶼上出發(fā)的汽車企業(yè)，正是憑借對(duì)一件事物或者一個(gè)方向孜孜不倦的追求，才贏得了世界的尊重；那么在通用面前，當(dāng)這個(gè)擁有巨大市場(chǎng)體量和極強(qiáng)背景實(shí)力的汽車巨人決定向未來全線出擊的時(shí)候，世界再次擁抱百年前的電動(dòng)車時(shí)代，還遠(yuǎn)么？
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