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

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)，然而后來他卻指責(zé)通用汽車沒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爭對(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）所說的“全電動(dòng)未來”邁進(jìn)。

通用汽車的計(jì)劃是在未來5年內(nèi)，每年為美國和中國用戶生產(chǎn)100萬輛電動(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，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。）無論配置如何，通用汽車都將通過基于云的監(jiān)控系統(tǒng)來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：“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，未來在中國生產(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”。但問題是：陰極的氧化物結(jié)構(gòu)在經(jīng)過數(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。他確認(rèn)，這些方法可使業(yè)界熱議的“百萬英里電池”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：“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?！?/p>

不過，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也主要來自向競爭對(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，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)。

“我們還沒有看到成本曲線的底部。”格雷維說。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。

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說，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)在美國拋棄小型汽車轉(zhuǎn)向SUV之際，博爾特從未真正流行起來。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3.67萬輛汽車，在好年景里，通用汽車在全球銷售了900萬輛汽車。但是，如果只看電動(dòng)汽車，情況就大不相同了：在美國，通用汽車2019年僅售出1.64萬輛博爾特，而特斯拉的全電動(dòng)汽車系列吸引了22.3萬名熱心客戶。通用汽車要想成為特斯拉的競爭對(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，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)例子來說明簡單化有多么重要。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，這數(shù)百萬個(gè)零部件無法用于通用汽車的任何其他車型，歐里說：“如果按10萬輛汽車計(jì)算，就相當(dāng)于每年有1500萬個(gè)散熱片報(bào)廢了?！?/p>

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?！睔W里說。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”，省去了下法蘭盤，可節(jié)省成本和質(zhì)量。

歐里說，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)，而通用汽車通過水平或垂直放置電池，可以突破常見的限制。雙棧模塊電池組可用于重型卡車，細(xì)長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?！拔覀兎Q之為多高度電池組，這在大尺寸電池領(lǐng)域是獨(dú)一無二的。”歐里談到這種“座位友好型”的電池放置時(shí)說。

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，無疑會(huì)引起特斯拉的注意。不過，鑒于通用汽車宣稱將加速向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型，這種競爭倒很可能是件好事。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

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