1966年4月，一輛閃亮的白色雪佛蘭英帕拉成為通用汽車在美國(guó)俄亥俄州洛茲敦新工廠裝配線下線的第一輛汽車。在這一光輝開端之后，該地區(qū)經(jīng)歷了一段頗為曲折的歷史。這座藍(lán)領(lǐng)小鎮(zhèn)先后發(fā)生了1972年并不光彩的工人罷工、2009年通用汽車破產(chǎn)案，生產(chǎn)出一系列沒(méi)有濺起太大水花的小汽車，包括雪佛蘭維加（Vega）和騎士（Cavalier），之后，直到2010年雪佛蘭科魯茲誕生，成為小鎮(zhèn)工業(yè)復(fù)興的象征。 但這里很快又陷入了絕境，2019年通用汽車關(guān)閉了這家工廠。即便如此，痛苦也沒(méi)有結(jié)束。這座工廠成了特朗普總統(tǒng)的“政治皮球”，他力勸當(dāng)?shù)鼐用癫灰u掉自己的房子，因?yàn)樗兄Z會(huì)恢復(fù)就業(yè)，然而后來(lái)他卻指責(zé)通用汽車沒(méi)有在工廠制造用于治療新冠肺炎的呼吸機(jī)——而這家工廠早已不歸通用汽車所有（那時(shí)，通用汽車已將這家退役的工廠賣給了洛茲敦汽車公司，一家高風(fēng)險(xiǎn)的電動(dòng)卡車初創(chuàng)企業(yè)。）。

現(xiàn)在，九條命的洛茲敦即將得到另一個(gè)機(jī)會(huì)，有望在未來(lái)的汽車行業(yè)發(fā)揮重要作用。它能否成功取決于全球汽車行業(yè)價(jià)值數(shù)十億美元的最大問(wèn)題最終走向何方：通用汽車，或任何一家老牌汽車制造商，能否將自己變成特斯拉的真正競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手？特斯拉的電動(dòng)汽車及其天價(jià)股票主宰著電動(dòng)汽車行業(yè)。要做到這一點(diǎn)，通用汽車需要更好、更強(qiáng)、更實(shí)惠的電池。這正是通用汽車Ultium項(xiàng)目誕生的原因。

為了履行自己的承諾，將工作崗位帶回俄亥俄州東北部地區(qū)，通用汽車與韓國(guó)LG化學(xué)公司合作，開始在洛茲敦投資23億美元建造一座電池工廠。這家名為“Ultium電池”的合資企業(yè)每年能生產(chǎn)至少30千兆瓦時(shí)的電池，比特斯拉在內(nèi)華達(dá)州的超級(jí)工廠的生產(chǎn)能力高50%。23億美元不是一個(gè)小數(shù)目，但仍然只是投資的一小部分，2025年之前，通用汽車將在電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域總計(jì)投入200億美元，向通用汽車公司首席執(zhí)行官瑪麗?博拉（Mary Barra）所說(shuō)的“全電動(dòng)未來(lái)”邁進(jìn)。

通用汽車的計(jì)劃是在未來(lái)5年內(nèi)，每年為美國(guó)和中國(guó)用戶生產(chǎn)100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。第一款Ultium動(dòng)力車型預(yù)計(jì)將于2021年末推出，是一款電動(dòng)版GMC悍馬皮卡，功率高達(dá)1000馬力。悍馬曾經(jīng)是高油耗的代名詞，而現(xiàn)在它的電動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和零尾氣排放應(yīng)該能符合任何硅谷雞尾酒會(huì)的要求。

這款電動(dòng)悍馬將出自底特律一座耗資22億美元翻新的電動(dòng)汽車工廠，2023年，這家工廠將成為雪佛蘭、凱迪拉克和別克等品牌旗下的20款新電動(dòng)車型的先遣生產(chǎn)基地。同樣計(jì)劃生產(chǎn)的還有科魯茲Origin，這是通用汽車自動(dòng)駕駛汽車子公司的一款共享自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車。當(dāng)然，它們都需要電池組。

這座不斷擴(kuò)張的洛茲敦電池廠足以容納30個(gè)足球場(chǎng)，通用汽車的目標(biāo)是到2025年，年產(chǎn)2.5億塊Ultium電池。Ultium是大尺寸的袋裝電池，與特斯拉和松下為電動(dòng)汽車生產(chǎn)的圓柱形電池明顯不同。

最初，特斯拉將8256個(gè)圓柱形“18650”電池（直徑18毫米、長(zhǎng)65毫米）裝入100千瓦時(shí)的Model S轎車和Model X SUV中。同樣的松下電池也應(yīng)用在許多筆記本電腦中，特斯拉只是對(duì)這些電池做了輕微改造，使用現(xiàn)成的電池是特斯拉創(chuàng)業(yè)戰(zhàn)略的關(guān)鍵。事實(shí)已證明這些電池能夠可靠地扮演新的角色，經(jīng)多次充放電循環(huán)后能保持很好的狀態(tài)。

為了供應(yīng)最新的Model 3和Model Y，特斯拉的超級(jí)工廠開始生產(chǎn)能量密度更高的“2170”電池，它的容量比“18650”電池多出46%，但仍然只比5號(hào)電池大一點(diǎn)。一輛75千瓦時(shí)的Model 3電池組配有4 416塊這樣的電池。

2020年9月，特斯拉宣布計(jì)劃將轉(zhuǎn)向更大的“4680”電池，它的能量將是它要取代的“2170”電池的5倍。而通用汽車正朝著這個(gè)方向邁出更大一步：它的每一塊大容量電池的容量都是特斯拉“2170”電池的約20倍。

通用汽車的每一塊大尺寸電池都包括多個(gè)平面電極，電極浸沒(méi)在聚合物電解液中并包裹在鋁聚合物袋中。這些電池可以在垂直或水平方向擴(kuò)展堆疊。根據(jù)車輛的不同，一個(gè)電池組可包含6到24個(gè)模塊，電量為50到200千瓦時(shí)。200千瓦時(shí)是目前所有量產(chǎn)電動(dòng)汽車所能使用的最高水平，其存儲(chǔ)容量是特斯拉最大電池組的2倍。

通用汽車的200千瓦時(shí)電池組為兩模塊串聯(lián)，總電壓為800伏，可在350千瓦下實(shí)現(xiàn)快速充電，在10分鐘內(nèi)恢復(fù)續(xù)航里程160公里。這與業(yè)內(nèi)充電速度最快的保時(shí)捷Taycan相當(dāng)。單模塊、400伏電池組可在200千瓦功率下穩(wěn)定充電。（大多數(shù)特斯拉的超級(jí)充電都被限制在150千瓦。）無(wú)論配置如何，通用汽車都將通過(guò)基于云的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)跟蹤其電池模塊的性能。

對(duì)于這些即將上市的電池以及配套的巧妙架構(gòu)，通用汽車稱之為“BEV3”。與通用汽車現(xiàn)有的BEV2相比，BEV3有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

以BEV2平臺(tái)上的2020款博爾特兩廂車為例。在我最近一周的測(cè)試中，博爾特搭載66千瓦時(shí)的普通電池組，可將續(xù)航里程提升至417公里，優(yōu)于之前的383公里。這與標(biāo)準(zhǔn)的特斯拉Model 3類似——50千瓦時(shí)電池組達(dá)到354公里的續(xù)航里程。但特斯拉Model 3有75千瓦時(shí)的電池組，最長(zhǎng)續(xù)航里程可達(dá)到531公里，其最省電的Model S可搭載100千瓦電池組，實(shí)現(xiàn)647公里的續(xù)航里程。要達(dá)到或超越這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字，通用汽車還要繼續(xù)努力。

通用汽車電氣化和電池系統(tǒng)全球總監(jiān)蒂姆?格雷維（Tim Grewe）表示，Ultium 1.0電池的能量密度比博爾特高出60%。而這只是個(gè)開始。格雷維說(shuō)：“博爾特的鋰離子電池化學(xué)性質(zhì)很好，但我們必須把它提升到一個(gè)新水平。”

這樣做需要一種專有的鎳-鈷-錳-鋁化學(xué)反應(yīng)，它能將正常所需的鈷減少70%，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)殁捠请姵刂凶钯F的元素，而且開采條件往往不夠人道。特斯拉也在朝著低鈷陰極的方向發(fā)展，未來(lái)在中國(guó)生產(chǎn)的Model 3將采用這種電池。這些電池不是圓柱形的，而是棱柱形的。但將使用鋁合金外殼，而不是通用汽車使用的電池復(fù)合袋。這兩種設(shè)計(jì)都是為了在給定的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量最大化，不過(guò)目前袋式電池的封裝效率依然為業(yè)界領(lǐng)先，達(dá)到90%到95%。

格雷維把鋰離子電池的陰極描述為電離子的“停車場(chǎng)”。但問(wèn)題是：陰極的氧化物結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)數(shù)千次充放電循環(huán)后會(huì)開始破損。給陰極涂上鋁可有效避免退化，給這個(gè)結(jié)構(gòu)添加若干包層也可以達(dá)到這個(gè)效果，同時(shí)還可以提高熱穩(wěn)定性，“這樣所有的‘停車位’都是開放的。”格雷維說(shuō)。他確認(rèn)，這些方法可使業(yè)界熱議的“百萬(wàn)英里電池”近在咫尺，這種電池對(duì)于即將上市的自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車科魯茲Origin尤其有價(jià)值。

這些Ultium 1.0電池對(duì)即將面世的悍馬電動(dòng)汽車非常關(guān)鍵，高配電動(dòng)悍馬有3臺(tái)電動(dòng)馬達(dá)，可產(chǎn)生令人震驚的1000馬力。這款悍馬結(jié)合了超快加速（百公里加速只需3秒鐘）和超強(qiáng)的越野性能，而且一次充電可行駛約640公里。

通用汽車表示，即使是公司最小款和經(jīng)濟(jì)適用型新型電動(dòng)汽車（電池組只有50千瓦時(shí)，比目前的博爾特少了25%左右），其續(xù)航里程至少也將達(dá)到482公里。通用汽車高壓電池組首席工程師安迪?歐里（Andy Oury）說(shuō)：“如果新型電動(dòng)汽車的續(xù)航里程打不到482公里，那你一定有哪一步做錯(cuò)了。”

不過(guò)，續(xù)航里程和性能并非全部。價(jià)格才是關(guān)鍵。因?yàn)殡姵亟M太貴了，傳統(tǒng)汽車制造商每賣出一輛電動(dòng)汽車就要虧損數(shù)千美元。就連特斯拉微乎其微的利潤(rùn)也主要來(lái)自向競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手出售排放配額，而非銷售汽車。

通用汽車相信，Ultium項(xiàng)目將使電池成本降至100美元/千瓦時(shí)以下，這是電池發(fā)展的圣杯，將加速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與化石燃料汽車價(jià)格同等的目標(biāo)。但我們?nèi)杂泻荛L(zhǎng)的一段路要走：彭博新能源財(cái)經(jīng)的分析師表示，自2010年以來(lái)，鋰離子電池的價(jià)格可能已經(jīng)下跌了87%，但2019年鋰離子電池的價(jià)格仍然達(dá)到156美元/千瓦時(shí)。

“我們還沒(méi)有看到成本曲線的底部。”格雷維說(shuō)。公司高管估計(jì)，電池成本平均每年將下降4%，而能源密度上升的幅度也大致相同。通用汽車還大膽宣布，它每賣出一輛搭載Ultium的電動(dòng)汽車，公司都將實(shí)現(xiàn)盈利。

通用汽車加速推出這些新型電動(dòng)汽車的同時(shí)，還在努力開發(fā)生產(chǎn)更好的電池，其中一些不含鈷和鎳。可能會(huì)出現(xiàn)性能更佳的電池。在2020年3月份的通用汽車電動(dòng)汽車周上，記者們搶先看到了11款即將上市的電動(dòng)汽車，通用汽車還展示了一款在底特律郊區(qū)的技術(shù)中心制造的鋰金屬電池原型。這款鋰金屬電池的能量密度差不多是Ultium 1.0電池的2倍，它可以將續(xù)航里程提高到800公里甚至更多。但它能否在現(xiàn)實(shí)世界中可靠地工作，仍然是一個(gè)大疑問(wèn)。

僅靠好的電池并不能保證成功。對(duì)于希望將向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型的通用汽車或任何其他制造商來(lái)說(shuō)，他們還需要從設(shè)計(jì)到技術(shù)的各個(gè)方面進(jìn)行研發(fā)，生產(chǎn)出人們真正想要的汽車。

雪佛蘭博爾特是通用汽車在2016年朝這個(gè)方向邁出的堅(jiān)實(shí)的第一步。但它出現(xiàn)在美國(guó)拋棄小型汽車轉(zhuǎn)向SUV之際，博爾特從未真正流行起來(lái)。因此，通用汽車一改博爾特的低調(diào)，轉(zhuǎn)而采用勃肯鞋式的方法，推出高調(diào)不羈的悍馬皮卡（其次是SUV），將目標(biāo)瞄準(zhǔn)硅谷中為特斯拉原型車Cybertruck而瘋狂的手中。通用汽車計(jì)劃繼悍馬之后推出近20款全電動(dòng)車型，包括凱迪拉克Lyriq SUV、凱迪拉克轎車、雪佛蘭西爾維拉多皮卡，以及雪佛蘭和別克的跨界車。

2019年，特斯拉交付了約3.67萬(wàn)輛汽車，在好年景里，通用汽車在全球銷售了900萬(wàn)輛汽車。但是，如果只看電動(dòng)汽車，情況就大不相同了：在美國(guó)，通用汽車2019年僅售出1.64萬(wàn)輛博爾特，而特斯拉的全電動(dòng)汽車系列吸引了22.3萬(wàn)名熱心客戶。通用汽車要想成為特斯拉的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，就必須利用其達(dá)到全球規(guī)模的資源和制造技術(shù)。

首先，通用汽車計(jì)劃實(shí)現(xiàn)“簡(jiǎn)單化”。它的全系列BEV3產(chǎn)品，從笨重的四驅(qū)皮卡到靈活的前驅(qū)跨界車，電池和傳動(dòng)系統(tǒng)只有19種組合。相比之下，通用汽車的內(nèi)燃機(jī)系列有550種組合。

歐里說(shuō)，BEV3的共用拼圖特性與Ultium模塊化電池相結(jié)合，將降低成本和復(fù)雜性。電池組的設(shè)計(jì)，包括承重、防撞結(jié)構(gòu)、冷卻、大電流電路以及電子傳感器，既優(yōu)雅又節(jié)省空間。

我們舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明簡(jiǎn)單化有多么重要。以前通用汽車電池組的冷卻系統(tǒng)都極其復(fù)雜，其中一些是從氫燃料電池發(fā)展而來(lái)的。昂貴的一次性部件占據(jù)了大量空間，比如通用汽車現(xiàn)已停產(chǎn)的插電式混動(dòng)車雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)使用了150個(gè)散熱片。從規(guī)模上說(shuō)，這數(shù)百萬(wàn)個(gè)零部件無(wú)法用于通用汽車的任何其他車型，歐里說(shuō)：“如果按10萬(wàn)輛汽車計(jì)算，就相當(dāng)于每年有1500萬(wàn)個(gè)散熱片報(bào)廢了。”

相比之下，Ultium電池模塊集成了自己的熱管理體系，“每個(gè)模塊都有自己的可擴(kuò)展冷卻裝置。”歐里說(shuō)。一塊帶有導(dǎo)熱粘合劑的鋁板將電池連接到高強(qiáng)度“冷鋼板”上，袋式電池“像玉米卷餅一樣被包裹起來(lái)”，省去了下法蘭盤，可節(jié)省成本和質(zhì)量。

歐里說(shuō)，大多數(shù)電動(dòng)汽車的單一高度電池組需要在設(shè)計(jì)上做出妥協(xié)，而通用汽車通過(guò)水平或垂直放置電池，可以突破常見(jiàn)的限制。雙棧模塊電池組可用于重型卡車，細(xì)長(zhǎng)垂直的電池模塊在不占用車內(nèi)乘客空間的情況下，可為低蓬汽車提升續(xù)航距離。

一些配備Ultium電池的電動(dòng)汽車，僅后座腳下的空間就能放下22千瓦時(shí)的電池，這比插電混動(dòng)雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)的整個(gè)電池組容量都多。“我們稱之為多高度電池組，這在大尺寸電池領(lǐng)域是獨(dú)一無(wú)二的。”歐里談到這種“座位友好型”的電池放置時(shí)說(shuō)。

通用汽車斥資200億美元開發(fā)超級(jí)工廠，推出封裝絕妙的電池組，以及一系列續(xù)航能力達(dá)到400英里的SUV和皮卡，無(wú)疑會(huì)引起特斯拉的注意。不過(guò)，鑒于通用汽車宣稱將加速向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型，這種競(jìng)爭(zhēng)倒很可能是件好事。若果真如此，馬斯克在這個(gè)假期應(yīng)該會(huì)很高興：通用汽車送上了一份競(jìng)品大禮，包括電池。

原文標(biāo)題：通用汽車斥巨資進(jìn)軍電池市場(chǎng)

文章出處：【微信公眾號(hào)：IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq