通用Ultium奧特能平臺技術與前景解讀

　　【太平洋汽車網 技術頻道】9月14日，通用汽車對外公布了Ultium電驅模塊化平臺的中文名——奧特能。

　　Ultium奧特能平臺整合了通用汽車26年的電氣化經驗，上汽通用汽車和泛亞汽車技術中心參與了該平臺底層架構的同步設計開發，并依托高度本地化的業務鏈體系，實現了Ultium奧特能平臺車型的國產和近100%零部件的本土化采購。

　　1912年，通用汽車制造的首批682輛電動車問世。

　　1996年，通用汽車推出EV1電動汽車，成為首家將電動汽車推向消費市場的汽車制造商。

　　21世紀，上汽通用在電動化戰略上的最重要技術就是Ultium奧特能平臺，這個電動化平臺整合了通用汽車26年的電氣化經驗，將為中國市場帶來靈活、智能、安全的電動化解決方案。

　　基于Ultium奧特能平臺打造的凱迪拉克智能純電概念車LYRIQ于2021上海車展首次全球公眾亮相，其量產車型將于年底開啟預售，明年上半年于國內上市。

　　到2025年，通用汽車將在全球推出超30多款純電動車。其中超20款將來到中國，覆蓋別克、雪佛蘭和凱迪拉克三大品牌。

　　從Cruise Origin純電自動駕駛共享汽車、BrightDrop純電物流車，到GMC HUMMER純電悍馬系列、凱迪拉克Lyriq，通用集團在全球范圍內布局了巨大的電動車陣列。

　　長遠看到2040年，通用將實現碳中和，這意味著企業直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”。

　　筆者小時候，作為一名小車迷，“底特律”這個詞在我眼中就是一個神圣的詞匯，有無知的同班同學讀成底特“津”的話，我會生氣的。

　　底特律是連接五大湖區的中心樞紐，美國的“東北老工業基地”，曾經的全球世界制造中心。

　　1930年，底特律一座城市所制造的汽車，是全球汽車產量的70%，也是美國全境汽車產量的80%。

　　大人，時代變了。

　　底特律的領導地位早已被多次挑戰，這些戰斗力強勁的挑戰者來自：

　　1、德國沃爾夫斯堡：“保時捷-皮耶希”家族掌控下的大眾集團

　　2、德國斯圖加特與慕尼黑：斯圖加特有奔馳和保時捷，慕尼黑有寶馬，慕尼黑市郊的英戈爾施塔特有奧迪。

　　3、日本愛知縣與神奈川縣：豐田與日產。

　　4、美國加州硅谷：特斯拉。

　　5、中國北上廣深：中國智能電動車產業。

　　50年代美國把大量戰爭物資訂單給到日本，60年代日本就完成了產業復興，同期完成的還有西德，這兩者的汽車工業很快在70年代石油危機中占據了更高的產業地位，曾經不可一世的底特律被各種吊打。

　　接下來，90年代電動化嘗試失敗之后的底特律，雖說研發實力依然處于世界前列，但最頂尖的汽車制造技術已不在美國，而在剛完成合并的德國，世界上最頂尖的豪華品牌早已不是凱迪拉克（只有在不差錢的50-60年代才是）。

　　在好日子留下來的工人養老金政策，在不景氣的日子里撕裂了底特律。過高的福利拖累了通用集團、福特集團、克萊斯勒集團，熬一熬倒是能熬過去，誰知道來了一個次貸危機，逼得國家莊主親自下手救場，底特律成了犯罪之城，花1美元能買一套爛獨棟。

　　很多人說，底特律要完蛋了。

　　不，這么說，太膚淺。

　　大象轉身需要時間，更需要資金。如今Ultium奧特能平臺的出現，正是用通用死命用錢砸出來的，成敗就此一役。

　　為表決心，通用連集團Logo都改了。

　　雖是大象轉身，但大象通用集團怎么也有體量上的優勢，Ultium平臺可以帶來以下優勢：

　　1、大量共用零部件的研發與制造精度增加。

　　2、共用零部件可縮短研發周期，降低研發成本。

　　3、大大增加同款零配件的采購量，壓低采購單價。

　　4、簡化生產流程與生產設備，降低生產成本。

　　5、簡化售后渠道，降低配件價格與維護難度。

　　我們可以說通用來遲了，但不能說通用沒想去改變。

　　我們可以說通用的智能化不夠新勢力厲害，但不能說通用的智能技術花哨不實用，這是一家造車百年的企業，誰更懂消費者大家心里明白。

　　我們可以說通用的EV1電動車是一場鬧劇，但不能就此否認技術先驅們開疆拓土的魄力。

　　我們可以說通用的營銷不如中國新勢力們，但不能否認通用是阿波羅登月計劃的深度參與者，他們靠硬實力登上月球的時候，我們還有小半個世紀才終于吃飽肚子。

　　我們可以看不起通用，但不能過于高看自己——世界上還有日本、德國、法國等等汽車工業強國不爽我們，而我們連車規級芯片都被封鎖得死死的。

　　回到主題上來。

　　通用集團Ultium奧特能平臺的這場技術發布會，與福特集團戰略車型Mustang Mach-E的媒體試駕幾乎同步舉辦，我們應該看到一個明確的信號 —— 底特律沒亡，底特律依然是我們老車迷心目中的汽車工業之城，它依然能依靠三電技術在汽車產業中奪得一席之位。

　　為此，上汽通用汽車在電動化和智能網聯化新技術領域的規劃投入將超過500億元，目標是實現“零事故、零排放、零擁堵”三大集團愿景。

　　這就是上海與底特律聯袂演繹的“鈔能力”。

　　Ultium奧特能平臺的三大優勢 —— 靈活 & 智能 & 安全

　　剛剛我們提到Ultium奧特能有靈活、智能、安全三大優勢，現在拆分開來聊聊。

　　Ultium奧特能平臺采用了中國本土化技術解決方案，柔性程度很高，從微觀到宏觀來看，可以提供2種電芯、2種模組、3種電池包。

　　A、電芯：

　　電芯是動力電池包的最小單元，目前Ultium奧特能有兩款可選，而且都不是常見的18650、21700圓柱電芯。下圖的是方形電池，采用NCM811高鎳配方，這意味著能量密度很高（相對622而言），但熱穩定性要接受更大的挑戰，后文筆者會聊到如何解決。

　　另一種電芯就是軟包，采用NCMA四元配方，能量密度會進一步提升。

　　上汽通用表示，Ultium奧特能平臺下的電芯支持不同化學配方、電芯封裝形式、排列組合，甚至2種不同電量的電芯可以串聯可以并聯。無論是磷酸鐵鋰、三元鋰電池，還是未來可能應用的鋰金屬電池、固態電池，都能為其所用。

　　這就比較神奇了，因為不同配方的電芯會有非常不同的充放電特性，甚至電壓平臺都不同（比如磷酸鐵鋰才3.2V），所以暫時未弄清楚具體是怎么個組合法，筆者打算在月底或下月初再開一篇聊聊Ultium奧特能平臺的電池。

　　想了解更多電池分類的知識，可以點擊筆者的劣文查看：

　　B、模組：

　　用N個電芯組合起來，就是模組，這是高壓電池包結構的二層，通用Ultium奧特能提供了2種模組方案。下圖的是方形電池組成的模組，這是12枚方形電芯組成的模組，外尺寸是同一規格的。

　　我們還可以通過剖面看到里面的物理結構和電控單元，那些“400m足球場縮小形狀”就是每一枚方形電芯的頂端中部，往前文翻3張圖你就能看到原樣，看完之后你就知道電芯是橫著放進去的。

　　C、電池包：

　　用模組拼合，就可以成為高壓電池包。Ultium奧特能平臺提供了三種電池包方案，分別使用8模組、10模組、12模組自由組合。不同數量的模組可以實現不同等級的續航與性能配置，這相當與汽油機時代的1.3T、1.6T、2.0T（這個類比傳神不）。

　　因為模組的尺寸完全相同，所有零件接口100%共用，三種電池包零件共用率高達約80%。電池包柔性化程度大幅度提升，Ultium奧特能平臺可以隨時替換、升級電池模組，可輕松支持功能的升級和電芯配方的優化。

　　D、電驅系統：

　　除了電池包的靈活特性之外，Ultium奧特能還提供了驅動系統的靈活特性，可以通過在不同軸安裝不同動力等級的電機，實現多元化驅動形式，一共3套電驅系統組成7種驅動組合。

　　前驅、后驅、四驅，什么都能做。左驅？別鬧。

　　下圖就是一臺前置的驅動電機，與多數主流車企一樣，通用也是高度集成了電驅單元（電動機、逆變器、減速器、冷卻系統、電機控制器、充電控制模塊等）。

　　下圖是一臺后軸電機。

　　驅動系統還有4種驅動模式，包括前驅，后驅，經濟四驅，性能四驅。

　　Ultium奧特能平臺的智能不是某些造車新勢力胡亂整的網絡K歌概念，這是一種電控技術的升級，把傳統的BMS升級為Ultium奧特能平臺業內首創的無線電池管理系統（wBMS），開發空間和技術靈活性得到大幅提升，配合通用汽車全新一代VIP智能電子架構，將支持更精細化的系統管理和功能的迭代升級。

　　為何BMS要用無線的呢？簡單啊，大家用過真無線耳機對吧？優勢理解一下：方便方便還是方便，沒線就不會被自己犯傻夾斷線材，與智能終端之間的兼容性也強了一大截。下圖是正在進行無線通訊測試的Ultium奧特能電池：

　　為什么之前不用無線呢？因為貴且技術不成熟，現在已經解決了，如今無線電池管理系統可以使電池包減少90%的線束，減重的同時增加了體積能量密度，提升了續航里程，更少的硬線連接和接插件使用也將帶來更低的故障率，提升系統安全性。配合VIP智能電子架構，無線電池管理系統的遠程迭代更新成為日常。

　　此外，在生產端，電池包的生產工藝獲得大幅簡化，電芯的無線通訊能力提升了電池自動化裝配的效率和質量。

　　在回收端，無線電池管理系統還為電池的回收帶來很多裨益，讓電池可實現便捷的二次利用。有興趣的朋友可以點擊我的劣文了解電池回收：

　　好了，接下來是全文重點，我們來聊聊電池安全。

　　Ultium奧特能平臺與本土供應商共同研發的三元鋰電芯優化配方，提升了10%的熱穩定性，具備低衰減、長壽命的優勢，40分鐘內便可完成快充。

　　正極采用納米級包裹，加上定向摻雜過渡金屬原子，比基礎配方的熱穩定性提升10%。

　　負極采用最新材料和優化工藝搭建高速離子通道，進一步延長電芯工作壽命并支持全生命周期的快充。

　　依托實時智能監控系統、納米級航天材料氣凝膠、安全閥和排氣通道的專利設計、防拉弧設計、集成式全獨立液冷系統、氣凝膠防火毯等7重保護，Ultium奧特能電池實現了行業領先的熱穩定性能，且支持全生命周期快充而對電池容量幾乎沒有影響。

　　1、實時智能監控系統：三重傳感器，24小時不間斷、高頻率監測，自動控制溫度，這是監控的中樞。

　　2、電芯間隔熱墻：航天級隔熱材料新一代氣凝膠，有效降低電芯之間的溫度傳遞。

　　3、抑制熱擴散專利設計：獨特的“安全閥+快速排氣通道”設計，快速降溫，抑制電芯熱失控時的熱量擴散，也就是降低“鏈式反應”的可能性。

　　4、模組集成式液冷系統：模組底部集成獨立液冷板，與傳統整包式液冷板設計相比，新系統的換熱效果提升10%左右，也使電池壽命整體提高約15%。

　　5、后置大面積防爆閥：一旦熱失控立即進行快速散熱，為整包降溫。

　　6、乘客艙保護：電池包上蓋內置氣凝膠防火毯，防止熱量向乘員艙擴散，畢竟熱都是往上走的。

　　7、防拉弧設計：高壓元器件在電芯熱失控后可以防止拉弧（氣體放電）。

　　此外，Ultium奧特能電池還會在遇險時主動放電確保救援安全，受到劇烈碰撞5秒內完成主動放電，跟飛機迫降放油是一個道理，可以提升冗余度。我在此前的文章中提到過，滿電的高壓電池包是非常危險的，就是一個裝滿了汽油的鐵桶。

　　因為Ultium奧特能電池采用了通用汽車全球統一標準，高于國標的設計和試驗標準，電池熱擴散測試的初始溫度更高（國標＞0℃，上汽通用汽車＞45℃），經歷了電、熱、化學、安全、耐久、振動、性能等全面考驗，累計測試達320萬小時以上。

　　接下來聊一下物理結構。Ultium奧特能平臺可以全方位滿足電壓、電能、物理防護、電力系統負載端絕緣的電動車五星安全的設計標準。

　　通用對其進行了非常多的嚴苛測試，在滿足國家法規和C-NCAP等要求的基礎上，增加底部球擊工況、過鐵軌工況等復雜工況場景的測試。下圖的Ultium奧特能高壓電池包正在臺架上接受振動測試。

　　上汽通用還使用了高于國際和國內的柱撞標準，模擬從A柱到C柱連續多位置進行柱撞，因為側撞面是整車最薄弱的部位，吸能的緩沖空間極狹窄，多數車企不敢做這種操作。

　　全新電池物理防護架構采用高強度的“井”字形框架結構，超高強度鋼占比37.5%，高強度鋼占比約61%，整包的抗擠壓性能為國標要求的3倍，此外還有IP67防塵防水和IP6K9K高壓噴水防護的密封等級。

　　下圖：

　　1、電池包內的橫梁與上蓋總成側邊防護梁采用1500MPa超高強度鋼材。

　　2、托盤總成采用10000MPa底部防護。

　　因為擁有如此硬核的電池殼體，整車的抗扭剛度提升約45.8%，對整車安全有促進作用的同時，也可以提升操控極限。

電池性能測試臺架

　　Ultium奧特能平臺達到了行業系統功能安全最高等級ASIL-D，不過這個等級代號大家可能比較陌生。

　　這個標準來自2011年發布的《道路車輛功能安全標準》 ISO 26262，為汽車上電子/電氣系統的功能安全設計提供指引。

　　ISO 26262標準當中，其中一個步驟是對系統進行危害分析和風險評估，標準為“汽車安全完整性等級”（ASIL，Automotive Safety Integration Level），從低到高分為A、B、C、D四個等級，跟各位學校和公司績效評級是相反的，ASIL-D在車輛安全當中是最高級。

　　關于電池安全技術，本文沒辦法詳細聊完，大家可以點擊筆者放在下方的劣文進行深入解讀：

　　現在數不清的造車新勢力在整PPT的時候都喜歡自詡“智能汽車領導者”，實際上美國阿波羅15號登月飛船帶上去的LRV月球車就已經用上了通用自家的車載通訊技術，而LRV當然也是通用參與研發的。

　　1996年，通用推出了新的數字化導航OnStar。沒錯，就是今天的安吉星，它才是汽車衛星導航的鼻祖，現在那些所謂智能汽車要拜祖師爺的話記得別拜錯了。

　　首批OnStar在凱迪拉克Deville、Seville、Eldorado三個車系上運用，當時也只有豪華品牌用得起衛星導航。

　　2009年，安吉星在中國開啟了車聯網服務；2015年，上汽通用在中國首推車載4G LTE連接服務，目前安吉星與4G車聯網已經滲透到上汽通用旗下雪佛蘭、別克、凱迪拉克三個子品牌之上。

　　衛星導航時代的來臨，跳出了永遠不可能精準的離線地圖領域，實時地、主動地校對當前方位，真正做到時效與精度不拉胯。在這里說一個安吉星的真實段子吧：

　　有位通用車主酒駕之后撞上護欄，單方面事故，然后那貨下車打電話叫人來頂包，好讓保險的人來拖車定損。

　　與此同時，安吉星服務臺即使詢問車里情況，發現沒人應答，以為車主暈過去了，立刻就報110和報120了。后來警察比頂包的人來得還早，人民警察出警速度一級棒。不過車主就這樣被抓了……

　　2025年之前，上汽通用汽車旗下三大品牌（雪佛蘭、別克、凱迪拉克）的所有新車型都將應用這一全新的電子架構，基于該架構的產品和技術將持續為消費者帶來更迅捷、安全、智能的出行新體驗。

　　那個……此VIP非彼VIP。

　　全新一代VIP電子架構 = New Generation Vehicle Intelligence Platform = 全新一代車輛智能平臺

　　VIP智能電子架構具有高速網絡數據傳輸能力、整車級OTA更新功能、航空級網絡安全以及無限可持續拓展潛力。它打通了“云、管、端”，為軟件定義汽車及汽車智能化提供了有力支持。

　　簡單來說，全新一代VIP電子架構是通用旗下車輛的內部運算和通訊架構，是整套車載電子系統的物理基礎。新架構的通訊速度為1.28GB/s，每小時的數據處理能力為4.5TB，可謂智能汽車信息溝通的高速公路。

　　上汽通用汽車旗下三大品牌所有新車型都應用全新一代VIP智能電子架構之后，可以加速推進全新一代VCS虛擬座艙系統的應用、繼續大規模OTA遠程升級、V2X的運用場景更多元化等等，通過不斷提升車聯功能和服務的體驗，使車輛“常用常新”。

　　上汽通用汽車正加速推進智能座艙系統的應用，集成了行業領先的硬件配置交互技術，從功能、交互到服務帶來智能高效、無縫連接的多維體驗和豐富功能。

　　全新一代VCS虛擬座艙配備了高性能車規級SoC、33英寸環幕式超視網膜屏、雙景深激光AR-HUD、新一代智能語音助手等硬件和技術，提供無感停車、智慧補能、異地出行、通勤規劃等場景服務，并與百度地圖、QQ音樂、愛奇藝等互聯應用合作。

　　全新一代虛擬座艙采用的硬件配置頗為硬核，就拿車規級SoC來說吧，來自高通的8195芯片是驍龍865的車規級版本，而后者是高通進入5G時代之后的第一款完全體SoC，內置5G基帶、原生支持全速率WiFi6、支持低功耗藍牙5.1，功耗不變前提下性能提升20%。

　　這款高配車規級芯片會給豪華品牌車輛提供強大的算力。

　　下圖的33英寸超視網膜屏有很高的動態對比度和分辨率，是一塊超寬柔性屏，具體到2022年率先在凱迪拉克品牌新車上投放。

　　人機交互軟件不用駕乘人員付出多少學習成本，直接運用了圖層式卡片界面，支持自定義排布，融合國內主流APP。

　　雙景深激光AR-HUD是HUD抬頭顯示的升級版，可以直接將HUD信息投到行車視野中，這在W223奔馳S級上也能見到。通用采用了“雙景深”功能，將本來二維的顯示信息做得更加立體化，駕駛者可以獲得更加直觀的信息。

　　延續去年首次開啟的大規模OTA升級的成功經驗，上汽通用汽車今年還將繼續實施大規模OTA遠程升級。

　　未來，通用還將支持多模塊的OTA并行刷新，不但速度更快，而且能夠保證功能升級的協同和可靠性。

　　在車載通訊技術部分，上汽通用2020年推出了業內首批搭載V2X（Vehicle-to-Everything）通信功能的量產車型，這是全面投放智能汽車的一個良好開端。

　　車聯網是智慧出行生態的關鍵組成部分，上汽通用汽車正在努力推進“2025車聯網戰略”。

　　2020年由別克品牌率先發布的量產版V2X（Vehicle to Everything）技術能夠實現車與車(V2V)、車與道路基礎設施(V2I)之間的信息交互及共享能力。同時，別克V2X技術未來還將融合高級駕駛輔助系統（ADAS）的功能。

　　在技術應用初期，別克V2X技術提供車與車通訊相關的緊急制動預警EBW、車輛失控預警CLW、異常車輛提醒AVW、交叉路口碰撞預警ICW以及車與道路基礎設施通訊相關的限速預警SLW、闖紅燈預警SVW、道路危險狀況提示HLW、綠波車速引導GLOSA共8項功能。

　　未來，V2X智能交通技術將配備在更多車型上，并隨著智能基礎設施的不斷完善，實現更完整的“車-路”和“車-車”感知。

　　同樣是在2020年，通用推出了Super Cruise超級智能駕駛系統，率先在凱迪拉克CT6上搭載。今年，增強型Super Cruise超級智能駕駛系統將在凱迪拉克車型上首發，增加指令變道等更多輔助功能。

　　未來5年內，Super Cruise超級智能駕駛系統將覆蓋凱迪拉克品牌大部分車型，并逐漸應用于別克和雪佛蘭品牌未來新車型。

　　車道居中智能巡航功能將應用到三大品牌超過80%的車型上，并在Ultium奧特能平臺車型實現100%全覆蓋。

　　新一代智能泊車輔助系統將通過更全面的感知技術，支持更多種類車位識別，同時引入遙控自動出入庫模式，以應對中國復雜的泊車場景。

　　未來，上汽通用汽車還將引入功能更強大的下一代智能駕駛系統，實現Door to Door出行等更多功能。

上汽通用的底氣在哪里？在500億人民幣這里，有錢就是可以為所欲為，拿著燃油車產品線的利潤使勁補電動車產品線的研發成本黑洞，總有補齊的那天。

到2025年，通用汽車將在全球推出超30多款純電動車。按照慣例，通用吹出去的牛總能實現，跟大眾豐田一樣。

（圖/文/攝：太平洋汽車網 黃恒樂）