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如何看待通用第三代电动车平台的Ultium电池系统?

发布时间:2022-04-21 08:41:22 来源:ROR体育官网app下载 作者:ror体育





  作者简介:朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,目前从事新能源汽车电子化工作,10年以上的新能源汽车专业从业经验,在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践,著有《汽车电子硬件设计》,开设《汽车电子设计》公众号。

  3月4日,发布了其第三代电动车平台的驱动系统和Ultium电池这两块的主要内容,从发布的内容来看这里面还是有一些信息可以看,最大的特点是在卡车上的200kWh电池+800V的设计概念,把纯电悍马定位为一个超大型的能量库。

  用Ultium这个词,就代表GM要搞「能量块」的意思,该电池系统可以从50kWh扩展到200kWh,400V下配置200kW的快充能力、800V下350kW的快充能力。这个800V的HUMMER EV将会搭载超过1000马力的电机,最大扭矩将达到15591牛·米,完全是一款超级美式电动电耗机器。也就是说,在保时捷的800V跑车以后,在这类大型SUV(全尺寸)和皮卡上面,800V也有新的用武之地,拓展出了“美式玩法”。不过根据通用的计划,在2023年前要在第三代电动车平台做22款车,把车辆价值梯度完全给做出来,预期2025年投入250亿美金,在2025年实现年产100万纯电车型(这个节点和大众汽车比起来要晚不少)。

  电芯的目标成本是100美金/kWh,电芯的化学体系采用了和LGChem选定的镍锰钴铝(NMCA),之前LG化学的化学体系路径是从NCM622和NCM712,然后转入NCMA后,计划把钴的含量降低到10%以下,在2022年实现量产。

  从不同的模组数量配置电量,而且配置起来并不均等。和MEB相比,这个托盘中间的梁是没有的,电池采用一个个盒子一样分割,在横向方向上的结构是这个托盘设计与MEB的主要差异点。

  这里的水平方向扩展,和MEB相似,从6、8个模组变化为12个模组,这是一开始通用第三代电动车平台电池所定义的基本特征。如果按照这样的考虑,按照每个模组8.3度电来看,对应的为小车6模组(50kWh)、紧凑型车8模组(66.6kWh)、B级车10个模组(83kWh)、大型车12个模组(100kWh)。

  面向比较大型的车辆,之前Volt上采用的T字形的方式,也是可以继承下来,这点和Volvo的想法一致,尽可能在需要电量的时候往里面塞。因为部分大型的车辆是很需要足够的电池支撑更高的里程。而悍马的纯电皮卡,可能直接就可以叠两层,形成24个模组。我们之前说过,竞争对手Rivian等几家电动皮卡拿圆柱21700做出来的120-140kWh电,和串联软包出来的800V/200kWh,从效能层面还是软包/方壳搞出来的更合理一些。

  在驱动系统方面,自主研发的电机将提供前驱、后驱、四驱、性能四驱等不同的搭配,而根据通用的说法搭配不同的电池可以演变出来19种不同的动力系统配置。从这个角度上来看,通用希望投入资金进入电芯生产后,可以在自身的基础上把技术许可给其他车企,这个路径开始的构想和大众把MEB提供给福特是同源的思路,只不过由于电池采购的难度比较大,供应商增加电池产能投资需要大量的资金,而自己投钱实现产能并把架构和实际的产能一起共享出去才具有战略价值。

  这里再补充一个很重要的点,在模组设计中还是玩出了很多的花样,在第三代电动车平台上做出了三种不同的软包模组,通过下面500M的高清视频我们还能发现很多有意思的地方,下面就来探讨下。

  根据Andy Oury介绍,通用在原有的Bolt的电芯基础上做了调整,原有的电芯尺寸为305mm的长度,这个电芯主要在长度上进行扩展60%。从上面的角度来看,这里需要调整相似的模组不同的电芯数量,这样也能设计出不同的模组高度。如上图所示的那样,这里分解成3种类型的模组:

  (1) 12个电芯(2P矮模组):这个设计就是为了轿车设计考虑的,2*6模组像LEAF、SOUL EV这样水平放置,在类似的体积下能量密度会作出牺牲,因为要考虑膨胀的问题。按照单个4.08kWh的能量,12个模组做成轿车的50kWh方案。该模组的能量密度不高,适用于特定的需求,后面那些跑车可以用;

  (2) 18个电芯(2P中模组):这个高度其实和24个电芯差不多,主要是为了配置不同串数电量下电压,反正是同一个壳体,这适用于CUV,12个模组64.8度电(96串)可以适用于大规模量的产品;

  (3) 24个电芯(2P和4P兼容的高模组):往垂直方向排布,这个是能量最大的模组,适合于大容量的100kWh(需要改为4P)的方案,当然也可以用6个这个模组来配出50kWh,这应该是一个主选的模组设计方案;

  我觉得这里最巧妙的事情,就是完全绕过了MEB的缺陷:一种电芯2P、3P,又要配合同样的模组大小,导致在可扩展下面,不同的容量。如下图所示,最多的可以24*24,形成576个电芯,单个电芯约95Ah。

  之前搞不清楚为什么GM一定要做无线CMU的架构,这弄着采样线和CMU的配置没办法搞啊,统一配置在整包线束的设计过程中很麻烦,现在这么折腾,是需要一套很厉害的无线CMU把数据采集了统一发出来,否则这事没法弄。

  我觉得第三代电动车平台在开发过程中还是存在着很多的突变的注入点,其实很有探讨价值,我们如何平衡不同的电池系统厚度、电池的尺寸和模组尺寸的均一化,还有兼顾电压的问题上存在着很多探讨的余地。这么组合做下来,用一个电芯在模组上的变化,吸纳弹性还是玩得很溜,这是经历了一轮长考之后的答案。但是用方壳没法这么玩,在国内怎么整?

  此外值得一提的是,在通用介绍第三代电动车平台的时候,对于Cruise(通用旗下自动驾驶领域子公司)谈的比较多,目前是配合着Cruise打造一款面向自动驾驶的产品。而高端化过程中包括CUV和较大的中型SUV,还是围绕GM的Super Cruise来扩展的,这也是从凯迪拉克的L2+往其他品牌开始拓展了。

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