比特斯拉更先进？通用或许走到了电池领域的最前面

从2014年到现在，7年时间里，市场上所有成功量产的电动车续航里程都在不断提升:2014-2017年，主流车型的续航里程基本都是150公里，2018年是250-350公里，2019年变成了350-450公里，2021年，如此快速的续航提升背后是车企近年来努力提升续航的结果。提高电池寿命有两种方法:a、增加电池电量；b、提高电机效率。但对于车企来说，95%-96%的电机工作效率几乎和天花板一样高，很难有所突破。所以当这两个方案摆在面前的时候，车企往往会选择方案a，虽然这几年增加电池电量非常有效，但实际上传统车企并没有做好准备。就像面临数码相机普及的柯达一样，传统车企也拿不出更好的办法，想要像特斯拉一样走完从平台搭建到产品设计生产的全流程，可能性不大。所以传统车企选择了一种耗时更少，上架更快的方法，也就是大家熟悉的“油改电”。他们直接拿了消费者熟悉的燃油车图纸，把原来的动力总成换成了三电系统。增加续航就是想办法尽可能多的把电池放在这个燃油车平台上。但是汽车的空间毕竟有限，出于安全考虑，留给电池的空间并不多。所以2013-2018年，传统车企的电动车大多都有“油改电”的影子，而这些“油改电”都有一个缺点，就是续航里程太短。从150km到300km的水平，这样的续航里程显然无法解决用户的焦虑。为什么“油改电”的续航能力这么弱？因为“油改电”的底盘结构是根据燃油车的特点设计的，设计时没有考虑是否可以安装更多的电池，所以改成纯电车后空间得不到充分利用。正是因为“油改电”的底盘设计“不科学”，所以很多车企都设置了“异形电池”，比如2019款荣威ei5。这款车的后排比上一代高很多。随着后排座椅的增加，后排乘客的舒适性会受到明显影响，但这也是没办法的事，因为荣威ei5为了装更多的电池，续航里程从301km增加到了420km，而在成本上，只能让后排乘客在舒适性上做出让步。在意识到“油改电”的局限性后，很多车企选择开发纯电动平台。在这些开发纯电动平台的车企中，较早拿出纯电动平台产品的，包括2014年进入中国的特斯拉。2017年推出搭载小蚁的奇瑞新能源，2018年推出搭载蔚来ES8的蔚来汽车。说到纯电动平台，要知道它最大的优势就是可以结合动力电池的特性来设计车辆的底盘，让车内空间得到充分利用。就像一个专业的整理者可以在你的柜子里装更多的衣服一样，一个纯电动平台可以在一辆车上装尽可能多的动力电池。如果车企造电动汽车而不推出纯电动平台，会有什么后果？北极星2的故事也是一个例子。作为沃尔沃汽车CMA混动平台打造的车型，虽然最初考虑的是电池，但北极星2作为一个非纯电动平台，即使底盘加高，使用异形电池，电池电量依然赶不上特斯拉Model 3。车企在使用纯电动平台的时候，如果要提高车辆的续航性能，就要回到“加”的阶段，但是和以前不一样了。这个时候，等待的公司需要做的不是增加电池的数量，而是提高电池的能量密度。说白了，就是在原有的空间里，尽量通过减少其他零配件占用的体积，为电池腾出更多的空间。这一套思路的典型产物是当代安培科技有限公司开发的业界首创的CTP技术。CTP技术的英文全称是Cell To Pack，当代Amperex科技有限公司给它起的中文名字是“无模块电池”。传统的动力电池由电池、模块和电池组组成。CTP技术简化了电池的模块结构，将电池的组成方式改为将电芯直接集成到整个电池组中，将电池组的体积利用率提高了15%至20%，零件数量减少了40%。比亚迪备受好评的刀片电池，其实就是“磷酸亚铁锂+CTP”的形式。除了CTP，伙计……车企都在寻求CTC(Cell to Chase)方向的突破，因为CTC让厂商可以像小孩子组装四驱玩具一样，直接在底盘上安装电池，甚至连电池组都省掉了。有意思的是，使用圆柱形电池的特斯拉走的是另一条路线——由于圆柱之间仍有空隙，为了提高车辆的空间利用率，节约成本，将18650电池升级为直径更大的21700电池，4680电池一直在研发中。特斯拉能把我们平时在车上看到的一块18650电池用到极致，跟工程师从一开始就考虑了方方面面有关——不仅电池结构紧凑，就连特斯拉的电机在功率差不多的情况下也比很多竞争对手的小。而这是为了充分利用内部空间，让很多部件可以集成在一起。因为马斯克已经看透了最本质的东西——续航里程所依赖的电池电量，必须尽可能地从有限的空间中挖掘出来。但CTC技术和4680电池似乎已经到了挖掘空间的极限。但没想到的是，通用汽车最近发布的一项操作，将“挖掘电池空间”这件事推到了另一个极限——在通用汽车新发布的Ultium平台上，为了给搭载更多电池创造空间，从而提高能量密度，通用汽车在电池封装层面将低压线束减少了90%。-通用之所以能减少90%的线束，是因为工程师赋予了无线模块原来低压线束承担的通信功能。说白了就是通用的BMS信号，会以无线方式工作。这不仅减轻了整个包装的重量，有助于提高续航里程，也为携带更多电池创造了空间，有利于提高能量密度。同时，更少的硬线连接和连接器也会带来更低的故障率，提高系统安全性。在电池的空间基本已经被挤压到极限的情况下，通用的工程师们想到了可以去掉一些线束，为电池腾出更多的空间。这个创举真的很奇妙，真的很有“第一原理”的味道。但是提到“无线”，很多人可能会联想到玩王者荣耀或者吃鸡的时候突然卡网的糟糕体验，因此或多或少会担心无线BMS的可靠性。这个问题早就被一般工程师考虑到了。为了解决模块间的通信稳定性问题，工程师为Ultium的无线BMS准备了三种机制。首先是自适应随机跳频技术:当识别到当前通信频段存在干扰时，无线主节点芯片会在下一个时间窗内对通信频段(非固定频段序列)进行判断，判断后通知从节点芯片，两个芯片会自动一起切换到未受干扰的频段，从而避免干扰。这个过程可以是自学习的，即可以通过算法识别高拥塞信道，故意降低信道占用率。然后应用自适应网状+星型混合网络架构。这个看似神秘的东西有一个功能，就是当某些电池模块和BMS的无线通信出现异常时，这个模块可以和旁边的模块进行通信，从而完成通信功能。说白了，每个模块都可以帮助其他模块参与通信，所以单个模块出现故障的概率很小。最后是时间戳和数据重传机制。这种机制有两个主要功能。一是无线BMS的通信时间由主节点统一安排，避免了多个模块一起通信造成的混乱。另一种是在某个模块数据传输失败的情况下，主节点会安排这个模块多次尝试传输数据，从而保证数据的稳定性。-通过这三种机制，一般工程师可以最大限度地避免外部频段内/外无线噪声的干扰和内部系统其他节点的信道占用造成的通信数据的丢失，使这项技术真正应用到车辆上。有了无线BMS，通用汽车可以在自己的电动汽车上安装更多的动力电池，提高电池的能量密度……ies。此外，更多的电池内部空间不仅便于布置更多防止热扩散的专利设计，还可以增加更多的防撞梁，大大提高了三电系统的安全性。更多的碰撞梁？说到这里，不得不提的是，过去应用较为广泛的CTP技术，必然会有弊端。CTP最明显的缺点之一就是电池组的物理保护结构。从碰撞层面来说，CTP的强度确实弱于“非CTP”。搭载无线BMS技术的平台，具有防撞梁多的优点，理论上比CTP机型更安全。与传统的有线BMS相比，通用发布的无线BMS有更多值得关注的优势:比如无线BMS可以让电池更方便地支持不同的化学配方、电池包装形式和排列方式，如果未来原材料价格再次上涨，厂商也可以更快地使用更实惠的替代品。比如无线BMS对电池技术进行了升级，过去电池存在的问题得到了很好的克服。比如无线BMS可以让各个模块大小一致，更方便更换或者升级。制造商可以使用单个电池模块组成不同大小的电池组，就像乐高一样。比如无线BMS的底层架构可以像电脑软件一样及时更新，同时会带来组装技术的革新，此外还能让动力电池更好的回收，二次梯度使用。依托无线BMS，Ultium纯电动平台让我们看到了通用在新能源赛道上的不俗实力。有了Ultium，今天的通用在电池组方面的技术可能已经领先于特斯拉了。体现Ultium平台技术的时间越来越近:明年，我们将能够在上汽通用旗下的凯迪拉克Lyriq车型上体验Ultium平台技术。根据官方消息，使用Ultium平台，通用未来车型的电池容量理论上可以在50-200kWh之间调整，也就是说如果通用要做的话，将为一辆车配备200kWh的电池，使续航超过1000km。通用能实现无线BMS，引起了我更大的遐想——汽车装配的过程不能全自动化的最大原因是柔性线束，难以用机械臂固定成一定的形状，便于安装。由于马斯克过于激进，希望完全自动化，特斯拉一度陷入生产地狱。通用的无线BMS技术，至少在理论上，通过解决“提出问题的人”的问题，克服了线束的问题，所以如果通用能把这种无线技术扩展到全车的大部分电子电气架构，并保证稳定性，就意味着通用可能是第一个实现全车100%自动化生产的企业。通用能做到吗？让我们拭目以待。从2014年到现在，7年时间里，市场上所有成功量产的电动车续航里程都在不断提升:2014-2017年，主流车型的续航里程基本都是150公里，2018年是250-350公里，2019年变成了350-450公里，2021年，如此快速的续航提升背后是车企近年来努力提升续航的结果。提高电池寿命有两种方法:a、增加电池电量；b、提高电机效率。但对于车企来说，95%-96%的电机工作效率几乎和天花板一样高，很难有所突破。所以当这两个方案摆在面前的时候，车企往往会选择方案a，虽然这几年增加电池电量非常有效，但实际上传统车企并没有做好准备。就像面临数码相机普及的柯达一样，传统车企也拿不出更好的办法，想要像特斯拉一样走完从平台搭建到产品设计生产的全流程，可能性不大。所以传统车企选择了一种耗时更少，上架更快的方法，也就是大家熟悉的“油改电”。他们直接拿了消费者熟悉的燃油车图纸，把原来的动力总成换成了三电系统。增加续航就是想办法尽可能多的把电池放在这个燃油车平台上。但是汽车的空间毕竟有限，出于安全考虑，留给电池的空间并不多。所以2013-2018年，传统车企的电动车大多都有“油改电”的影子，而这些“油改电”都有一个缺点，就是续航里程太短。从150km到300km的水平，这样的续航里程显然无法解决用户的焦虑。为什么“油改电”的续航能力这么弱？因为“油改电”的底盘结构是根据燃油车的特点设计的，设计时没有考虑是否可以安装更多的电池，所以改成纯电车后空间得不到充分利用。正是因为“油改电”的底盘设计“不科学”，所以很多车企都设置了“异形电池”，比如2019款荣威ei5。这款车的后排比上一代高很多。随着后排座椅的增加，后排乘客的舒适性会受到明显影响，但这也是没办法的事，因为荣威ei5为了装更多的电池，续航里程从301km增加到了420km，而在成本上，只能让后排乘客在舒适性上做出让步。在意识到“油改电”的局限性后，很多车企选择开发纯电动平台。在这些开发纯电动平台的车企中，较早拿出纯电动平台产品的，包括2014年进入中国的特斯拉。2017年推出搭载小蚁的奇瑞新能源，2018年推出搭载蔚来ES8的蔚来汽车。说到纯电动平台，要知道它最大的优势就是可以结合动力电池的特性来设计车辆的底盘，让车内空间得到充分利用。就像一个专业的整理者可以在你的柜子里装更多的衣服一样，一个纯电动平台可以在一辆车上装尽可能多的动力电池。如果车企造电动汽车而不推出纯电动平台，会有什么后果？北极星2的故事也是一个例子。作为沃尔沃汽车CMA混动平台打造的车型，虽然最初考虑的是电池，但北极星2作为一个非纯电动平台，即使底盘加高，使用异形电池，电池电量依然赶不上特斯拉Model 3。车企在使用纯电动平台的时候，如果要提高车辆的续航性能，就要回到“加”的阶段，但是和以前不一样了。这个时候，等待的公司需要做的不是增加电池的数量，而是提高电池的能量密度。说白了，就是在原有的空间里，尽量通过减少其他零配件占用的体积，为电池腾出更多的空间。这一套思路的典型产物是当代安培科技有限公司开发的业界首创的CTP技术。CTP技术的英文全称是Cell To Pack，当代Amperex科技有限公司给它起的中文名字是“无模块电池”。传统的动力电池由电池、模块和电池组组成。CTP技术简化了电池的模块结构，将电池的组成方式改为将电芯直接集成到整个电池组中，将电池组的体积利用率提高了15%至20%，零件数量减少了40%。比亚迪备受好评的刀片电池，其实就是“磷酸亚铁锂+CTP”的形式。除了CTP，伙计……车企都在寻求CTC(Cell to Chase)方向的突破，因为CTC让厂商可以像小孩子组装四驱玩具一样，直接在底盘上安装电池，甚至连电池组都省掉了。有意思的是，使用圆柱形电池的特斯拉走的是另一条路线——由于圆柱之间仍有空隙，为了提高车辆的空间利用率，节约成本，将18650电池升级为直径更大的21700电池，4680电池一直在研发中。特斯拉能把我们平时在车上看到的一块18650电池用到极致，跟工程师从一开始就考虑了方方面面有关——不仅电池结构紧凑，就连特斯拉的电机在功率差不多的情况下也比很多竞争对手的小。而这是为了充分利用内部空间，让很多部件可以集成在一起。因为马斯克已经看透了最本质的东西——续航里程所依赖的电池电量，必须尽可能地从有限的空间中挖掘出来。但CTC技术和4680电池似乎已经到了挖掘空间的极限。但没想到的是，通用汽车最近发布的一项操作，将“挖掘电池空间”这件事推到了另一个极限——在通用汽车新发布的Ultium平台上，为了给搭载更多电池创造空间，从而提高能量密度，通用汽车在电池封装层面将低压线束减少了90%。-通用之所以能减少90%的线束，是因为工程师赋予了无线模块原来低压线束承担的通信功能。说白了就是通用的BMS信号，会以无线方式工作。这不仅减轻了整个包装的重量，有助于提高续航里程，也为携带更多电池创造了空间，有利于提高能量密度。同时，更少的硬线连接和连接器也会带来更低的故障率，提高系统安全性。在电池的空间基本已经被挤压到极限的情况下，通用的工程师们想到了可以去掉一些线束，为电池腾出更多的空间。这个创举真的很奇妙，真的很有“第一原理”的味道。但是提到“无线”，很多人可能会联想到玩王者荣耀或者吃鸡的时候突然卡网的糟糕体验，因此或多或少会担心无线BMS的可靠性。这个问题早就被一般工程师考虑到了。为了解决模块间的通信稳定性问题，工程师为Ultium的无线BMS准备了三种机制。首先是自适应随机跳频技术:当识别到当前通信频段存在干扰时，无线主节点芯片会在下一个时间窗内对通信频段(非固定频段序列)进行判断，判断后通知从节点芯片，两个芯片会自动一起切换到未受干扰的频段，从而避免干扰。这个过程可以是自学习的，即可以通过算法识别高拥塞信道，故意降低信道占用率。然后应用自适应网状+星型混合网络架构。这个看似神秘的东西有一个功能，就是当某些电池模块和BMS的无线通信出现异常时，这个模块可以和旁边的模块进行通信，从而完成通信功能。说白了，每个模块都可以帮助其他模块参与通信，所以单个模块出现故障的概率很小。最后是时间戳和数据重传机制。这种机制有两个主要功能。一是无线BMS的通信时间由主节点统一安排，避免了多个模块一起通信造成的混乱。另一种是在某个模块数据传输失败的情况下，主节点会安排这个模块多次尝试传输数据，从而保证数据的稳定性。-通过这三种机制，一般工程师可以最大限度地避免外部频段内/外无线噪声的干扰和内部系统其他节点的信道占用造成的通信数据的丢失，使这项技术真正应用到车辆上。有了无线BMS，通用汽车可以在自己的电动汽车上安装更多的动力电池，提高电池的能量密度……ies。此外，更多的电池内部空间不仅便于布置更多防止热扩散的专利设计，还可以增加更多的防撞梁，大大提高了三电系统的安全性。更多的碰撞梁？说到这里，不得不提的是，过去应用较为广泛的CTP技术，必然会有弊端。CTP最明显的缺点之一就是电池组的物理保护结构。从碰撞层面来说，CTP的强度确实弱于“非CTP”。搭载无线BMS技术的平台，具有防撞梁多的优点，理论上比CTP机型更安全。与传统的有线BMS相比，通用发布的无线BMS有更多值得关注的优势:比如无线BMS可以让电池更方便地支持不同的化学配方、电池包装形式和排列方式，如果未来原材料价格再次上涨，厂商也可以更快地使用更实惠的替代品。比如无线BMS对电池技术进行了升级，过去电池存在的问题得到了很好的克服。比如无线BMS可以让各个模块大小一致，更方便更换或者升级。制造商可以使用单个电池模块组成不同大小的电池组，就像乐高一样。比如无线BMS的底层架构可以像电脑软件一样及时更新，同时会带来组装技术的革新，此外还能让动力电池更好的回收，二次梯度使用。依托无线BMS，Ultium纯电动平台让我们看到了通用在新能源赛道上的不俗实力。有了Ultium，今天的通用在电池组方面的技术可能已经领先于特斯拉了。体现Ultium平台技术的时间越来越近:明年，我们将能够在上汽通用旗下的凯迪拉克Lyriq车型上体验Ultium平台技术。根据官方消息，使用Ultium平台，通用未来车型的电池容量理论上可以在50-200kWh之间调整，也就是说如果通用要做的话，将为一辆车配备200kWh的电池，使续航超过1000km。通用能实现无线BMS，引起了我更大的遐想——汽车装配的过程不能全自动化的最大原因是柔性线束，难以用机械臂固定成一定的形状，便于安装。由于马斯克过于激进，希望完全自动化，特斯拉一度陷入生产地狱。通用的无线BMS技术，至少在理论上，通过解决“提出问题的人”的问题，克服了线束的问题，所以如果通用能把这种无线技术扩展到全车的大部分电子电气架构，并保证稳定性，就意味着通用可能是第一个实现全车100%自动化生产的企业。通用能做到吗？让我们拭目以待。

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