求人不如求己 说的就是通用汽车的电气化技术路线

来源:搜狐汽车 2017-12-06 10:54:00

其实在参加通用汽车的这个活动之前我就是抱着一个学生的心态来取经的,作为美国最大的汽车制造企业,通用汽车尽管目前在国内的新能源车领域里面给人的印象不深,但我知道在电气化技术方面通用汽车还有着很多别人不知道的秘密。而这次活动的主题也很巧,就叫“通用汽车电气化探秘体验日”。

三个问题快速了解通用汽车的电气化技术进程

1、通用的电气化技术路线是怎么选择的?

在大多数人的印象中,中国主要走纯电动车路线、日系车企更喜欢燃料电池车,那通用的电气化重心放在哪一块呢?实际上通用汽车的技术路线是全面铺开和推进店,目前在售的有普通的混动车、插电式混动车、纯电动车,此外也有在研发燃料电池车。有了全面的技术储备之后未来便可以根据市场需求提供相应的产品。

▲ 凯迪拉克 CT6 PHEV 半剖模型

2、通用的零部件是“拿来主义”?

关于通用的“拿来主义”这个问题我想传得最多的就是电池了。的确,通用的单体电池是由 LG 提供,但实际上通用全程参与电池的研发、设计、生产和电池性能的测试验证。我们这次参观的重点也是通用中国研发中心的电池实验室,通用汽车的电池各项研发、测试工作都是在这里完成。

▲ 通用中国电池实验中心

3、目前通用在售的电气化车型有哪些?

目前通用在售的电气化车型相对非常的全面,包括普通的混动车(君越混动、君威混动、雪佛兰迈锐宝 XL 混动)、插电式混动车(别克 Velite 5、雪佛兰沃蓝达、凯迪拉克 CT6 PHEV)、纯电动车(宝骏 E100、雪佛兰 Bolt)。其中前面的 5 款车目前国内都能买到,雪佛兰 Bolt 未来也将会引进国内销售,此前它已经在国内进行测试了。

▲ 凯迪拉克 CT6 PHEV

下面我将跟大家分享一下通用汽车在电池、电控和电机 3 个方面目前的一些研发成果和未来的方向。

电池:坚持自主设计和研发 独创的叠片式电池模块设计

目前通用汽车在全球一共有两个电池系统实验室,一个位于北美通用汽车总部,另一个是位于上海的通用中国研发中心。电池系统实验室主要负责的工作便是电池系统的设计、研发、测试到生产的环节。这也是为什么说虽然通用汽车所用的单体电池来源于 LG,但自己能有条件全程参与整个电池的研发、设计、生产和性能测试的原因。

▲ 通用中国电池实验中心

那花这么大成本这么做有什么好处呢?答案当然是显而易见的,首先是能保证安全第一。电池研发的关键,是在安全性和电池性能之间达到平衡,安全性更是重中之重,只有自己掌握全套的电池技术,才能真正意义上确保电池的安全性。

▲ 通用中国电池实验中心

其次是能更好的适配不同的车型,例如混合动力车型需要超高倍率性能的电池设计,纯电动车型更多需要考虑高能量密度的电池,而插电式车型更多需要倍率和能量的平衡。面对不同的车型不同的电池类型需求,只有自己参与进去才能更好的开发出满足需求(包括成本、安全性、寿命等方面的需求)的电池。

最后是能自己把握全局,并且保持领先。面对着电池技术不断的发展,通用汽车在北美和中国的电池研发中心需要开展前瞻电池技术开发,才能在电气化竞争中保持领先,而这肯定是无法依赖供应商的。

最后想跟大家介绍的是通用独有的叠片式电池模块设计。首先需要明白的一点是我们通常所说的电池包和电芯是两个不同的概念,个体的电池单元就是我们常说的电芯,一定数量的电芯组成了电池模组,把电池模组拼在一起才是我们所说的电池包。

▲ 通用汽车电池包散热片

通用的叠片式电池模块设计便是在每个电芯之间都嵌入换热片和隔热片,每个散热片上都设计有细小的冷却液管路,通过冷却液的流动来给电池系统散热。嵌入式设计可以将热量更加均匀的债电池系统中置换,防止出现部分区域过热或过冷的现象。即使在冬夏季极寒或极热的环境下,电池系统也能保持在最佳的工作温度区间,提高电池的寿命。

电池管理系统:实时监测、精准评估、高效管理

与电池包相辅相成的是电池管理系统,拥有一个高效、先进的电池管理系统不但能将电池的性能发挥到极致、同时也能保证电池系统的寿命更长。通用汽车的电池管理系统主要分两步走,第一步是对电池组进行实时的监测,第二步是精准评估,第三步是高效进行管理。

▲ 别克 Velite 5 电池组

电池组在充放电、运作的过程中内部的温度、电压都是在不断的变化的,需要有一套完善的监测系统来对其进行监测,一旦发现电池系统出现任何细小的故障都能被识别到,从而启动相应的冗余方案。

在监测到电池系统出现故障之后,需要对故障进行评估,包括“荷电状态”、“功率边界”、“健康状态”以及“故障状态”四个方面的评估。

荷电状态简单来说将是电池的剩余电量,电池管理系统需要对剩余电量给出准确的评估,从而避免出现因为电量预估错误半路抛锚这种情况。

功率边界(State of Power),也就是分析出当前电池可输出的最大功率,和电池可接收的最大功率。也就是告知车辆、充电设备电池此时此刻最大的能力。确保高性能的同时也兼顾了寿命。

健康状态(State of Health),也就是电池的寿命状态。为电池维护和替换提供有效的依据。

故障状态(State of Fault),电池管理系统会根据故障的严重性分级提醒用户,并分析出最优处理策略。

经过了精准的评估之后到了电池管理环节,最关键的就是保持电池的一致性。电池一致性包括制造一致性、使用一致性以及环境一致性三个方面。其中制造一致性也被称为“先天”的一致性,通过先进的制造技术和工艺水平来保障电池的一致性,这不在电池管理系统的管理范围里面。电池管理系统主要负责的是使用一致性和环境一致性两个方面。

使用一致性主要体现的是“电池载荷”状态的一致,即在使用过程中所有电池始终保持相同的载荷,这对于电池组来说非常重要。比如在充电过程中,如果其中一节电池的荷电状态过高,那么在它充满之后,其它电池必须停止充电(否则会导致满电的电池被过充电,造成不可逆的损伤),这会导致大多数电池无法充满,无法将电池组的容量完全发挥出来。

通用汽车通过采用高可靠性的电池均衡技术,一旦识别出电池间存在荷电差异,就能立即对高荷电态的电池进行能量释放,及时将所有电池调节回相同步调。 环境一致性指的是电池工作温度的一致性。电池在不同温度下老化的速率是不同的,如果不能维护温度的一致性,那么一段时间之后电池间的差异将显现出来,并且这种不一致是无论怎么均衡都不可能修复的。

通用的解决方案便是叠片式液冷系统,通过在不同电芯之前嵌入散热片,让冷却液在遍布系统全身的“毛细血管”中流淌,从而具备多重的换热方式,一方面为了电池能在适宜的温度区间工作,另一方面为了保持电池间最小的温度差异。

电机:条形绕组设计 扭矩波动更小

相比电池和电控系统,电机好像一向来都是最容易被忽略的一个重要部件,通用在这方面又有什么独门秘诀呢?想跟大家分享的是通用的“条形绕组”技术。

目前国内在售的电动车大部分采用的是永磁同步电机,定子和转子是同步旋转的。通过在定子输入三相电流产生旋转磁场,带动转子选装从而产生动能驱动车辆行驶。通用汽车通过采用乘用车不常见的“条形绕组”行驶,来获得更加少的电机扭矩波动,从而使动力输出更平顺。

为什么有的电动车起步、或者是加速的时候也会出现类似于变数箱换挡时的顿挫感,原因就在于电机的扭矩波动较大。此外相比于传统圆形绕线结构,采用条形绕组结构也能够进一步优化散热效率,实现更小的体积与更高的动力输出。

最后再唠叨两句:目前的电池技术已经超乎你想象的靠谱

跟大家分享一组数据,根据北美地区雪佛兰 Volt 车主的驾驶数据,2011 至 2017 年间,该车型纯电动行驶里程超过 28 亿公里,而电池故障率低于百万分之二。时至今日,我们没有因为容量缩减而更换过任何尚在质保期的电池组。

其实分享这组数据并不是想说通用的电池技术有多么的先进(虽然的确很不错),而是想说其实目前各大主流车企的技术储备已经远不止你所想象的那样,我们现在所享受到的技术其实很可能都是它们几年前就已经研发成功的技术,只不过是在适当的时候才应用到量产车上面。

换句话说对于电池技术来说也是如此,很多人都在说锂电池现在已经到极限了,但其实对于工程师们来说还有很大的提升空间。就像通用电池系统实验室的工程师们那样,他们的日常工作就是进行各种研发和实验,不断的去压榨锂电池的极限。而所谓的极限,从来都只是相对而言!!返回搜狐,查看更多

点击查看原文

相关链接