混合动力汽车为什么突然火了？

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"\u003Cdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E混合动力车型第一次采用锂电池来自通用，随着锂电池技术大量的研发投入与技术日渐成熟，安全可靠性方面大大提升，在之后的沃蓝达车型上大量应用，特斯拉受其启发大规模应用到特斯拉上。主要讲锂电池在新能源汽车领域的应用于发展，同时突出通用在锂电池方面的贡献，对比丰田从第一代普锐斯到第四代普锐斯采用镍铬电池到现在也开始采用锂电池的发展路线。再引申到现在上汽通用的混动车型采用的锂电池上比丰田要领先。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002F6b310cb6-b2e1-4eab-9eb0-58128e8cee81\" img_width=\"1200\" img_height=\"800\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E混动产生的哪些流派？这真是一个大问题。个人觉得有3个角度是可以论一论“流派”的：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E1) 系统构型\u003C\u002Fstrong\u003E：行星齿轮派与非行星齿轮派\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E2) 电池技术\u003C\u002Fstrong\u003E：锂电池派与镍氢电池派\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E3) 电机技术\u003C\u002Fstrong\u003E：永磁同步派与感应电机派\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E关于系统构型的角度，本题下的 @Brandon Lu的答案已有了概览的回答，我也曾详细比较过丰田本田混动路线对比\u003Ca class=\"pgc-link\" data-content=\"mp\" href=\"https:\u002F\u002Fwww.toutiao.com\u002Fi6677087847687651847\u002F?group_id=6677087847687651847\" target=\"_blank\"\u003E本田的混动和丰田比有什么优势和劣势？\u003C\u002Fa\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Ca class=\"pgc-link\" data-content=\"mp\" href=\"https:\u002F\u002Fwww.toutiao.com\u002Fi6677087847687651847\u002F?group_id=6677087847687651847\" target=\"_blank\"\u003E各大汽车厂研发强混车型是如何从技术上规避丰田混动专利的？目前有哪些主要类型呢？\u003C\u002Fa\u003E 我就不再重复论述。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E本文主要从电池技术的角度来捋一捋不同的混动流派，电池技术哪家强呢？\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E\u003Cstrong\u003E锂电池路线vs镍氢电池路线\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cp\u003E正如谈纯电动避不开特斯拉一样，谈混合动力的时候，也都要和丰田普锐斯进行对比。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E丰田普锐斯的混动系统构型堪称完美，近20年都无需大改，沿用至今。但其在电池类型的选择上，却是另外一番景象——丰田一直以镍氢电池为主，直至\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002F04d31794-b37b-4f6a-af39-1326eba284ab\" img_width=\"1023\" img_height=\"682\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E才提供了锂电池与镍氢电池两个版本，锂电池组，仅有56个Cells，而镍氢电池组则有168个Cells，因此两者在成本价格上相去不远，且输出电压也在伯仲之间，但锂电池组的重量较镍氢电池组轻了16公斤。与锂电池相比，镍氢电池有固有的劣势，可以预见到，丰田在不远的将来，将不得不转为以锂电池为主。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002F2e9718a5-ce88-4808-8158-4e0f9cc26e6c\" img_width=\"1200\" img_height=\"799\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E而作为对比的通用，则从最原始的BAS系统（皮带助力微混）到插电的沃蓝达、以及SPARK电动车，都坚决采用了锂电池路线。最近看过一篇很有意思的文章《原来特斯拉的电动车技术来自于TA》，文中讲到通用是锂电池路线的倡导者，通用EV1项目的负责人和特斯拉Roadster也颇有渊源。通用涉足电动车的历史可能要追溯到1990年（甚至更早），通用当年推出了一款电动车“Impact”，并提供给用户进行试用。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E尽管该项目后来搁浅，试用的样车也被尽数回收，但是通过该项目积累了大量的电动车经验和技术，用在后续的VOLT、BEV以及BOLT上。后续从VOLT开始，大规模使用锂电池技术。即使只有0.5kWh电池的上一代君越eAssist，都采用了锂电池，要知道同时代别的微混车都在用铅酸。因此，通用在锂电池应用这一领域可谓占尽了先机，是第一个在所有从混动到纯电动都使用锂电池的厂家。可以说，通用是锂电池车用领域“第一个吃螃蟹的人”，这也是为什么要把通用单独拎出来，作为“锂电池派”的典型。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E通用锂电池派与丰田镍氢电池派相比，有以下区别：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Ea) 能量密度：\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E电池的主要用途是储存能量，因此能量密度是电池的最重要参数，在这方面锂电池对比镍氢电池有较大的优势。以2012年推出的第三代普锐斯镍氢电池为例，1.3kWh容量，重量却达到53.3kg，能量密度才24.4Wh\u002Fkg；而同时代通用推出的VOLT，采用锂电池，电池包容量16kWh，重量为181.4kg，能量密度为88.2 Wh\u002Fkg，两者能量密度差了差不多4倍。通用的最新产品，BOLT使用的电池包为LG的层状电池60kWh, 435kg,其能量密度达到了138 Wh\u002Fkg，最近上市的君越混动版本，采用了第二代Voltech，使用1.5 kWh电池包，可为60kW和54kW的两个电机提供动力，功率密度可见一斑。\u003Cstrong\u003E从这个角度来看，丰田还停留在中度混合动力的阶段，以短期降低油耗为目的，而对未来的战略并不明朗；而通用是冲着深度混合动力方向去的，甚至为纯电动做好了技术铺垫，混合动力-插电式-纯电动的技术路线已经非常明确。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Eb) 电池容量：\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E从电池容量来说，普锐斯的电池容量仅能提供不到10公里的纯电动行驶，而通用VOLT则可以提供多达60km的纯电动续驶里程。\u003Cstrong\u003E因此，丰田对于电池的思路就是辅助系统，而通用则把电池放到了和发动机同等重要的位置上。也就是说，丰田的混合动力还是以发动机为主，比如研发了阿特金森循环发动机，而通用的混合动力则把电池放在了较为重要的地位。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Ec) 电池管理技术水平\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E从技术角度，锂离子电池系统比镍氢电池系统要复杂，技术难度更大。锂电池虽然能量密度高，使用寿命长，但对温度更加敏感，需要设计复杂的热管理系统。例如，通用第二代VOLT设计了多种模式的热管理系统，可以用废热给电池加热，也可以用空调给电池冷却，设计非常节能和精妙，有效地增加了电池寿命和性能。而镍氢电池对温度敏感性较差，设计简单的热管理系统即可。另一方面，通用锂离子电池包较大（比如VOLT电池容量是普锐斯的十多倍），使用更先进的均衡技术、充放电控制技术等，使得Volt的电池组内的温度差可控制在2°C以内，有力地支持了8年的电池组寿命保证期。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002Fc8e8c302-4be8-463f-8514-e308ea9d0fd8\" img_width=\"1200\" img_height=\"799\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E通用的凯迪拉克CT6电池管理技术来源于第二代Volt电池管理的技术基础，也充分展示了在电池集成与管理方面的最高水平：由3段96S2P电池（96个电芯Cell，每个电芯包含2个电芯对Cell Pair）组成，外部由高压压铸铝板进行相应的保护，内部还包含必须的高低压线束以及散热管Thermal Plumbing，并在电芯间加入了水冷散热鳍片，模块化设计使得可以灵活配置电池组的外形与容量。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F0e74dab16c2a4fd18bd1b933da11155a\" img_width=\"545\" img_height=\"380\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E电芯间水冷散热鳍片的示意图\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F29f0134bc31e4d5494d7cad252be99e7\" img_width=\"596\" img_height=\"324\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E模块化电芯的组装示意图\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fa7a21eaf2a8a4f94a0c9aaea0c10ac34\" img_width=\"597\" img_height=\"494\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E多个电芯组成的电池组\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E作为一名工程师，在我看来，特斯拉的电池管理水平已不低，但在通用这种“老司机”炫技一般的水平看来，还是略显稚嫩。不仅特斯拉，丰田在电池管理技术上的投入也较少。锂电池派与镍氢电池派在电池管理水平上的差距，主要是由于丰田认为电池处于辅助地位，自然投入的研发成本较低，以投入性价比为主；而通用则认为电池是动力系统的半壁江山，对电池及其管理技术进行了深入研究。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E不知道为什么，看到通用的双行星齿排系统与电池管理系统，令人眼花缭乱，让人感叹鬼斧神工，这总是让我想到另外两个工程师向往的企业：摩托罗拉与索尼。不管怎么说吧，这技术水平是杠杠的。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E\u003Cstrong\u003E层状锂电池 vs 圆柱形锂电池\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cp\u003E虽然题目是混动流派之争，但我还是忍不住要和特斯拉的电池对比一下。无论混动还是纯电动，电池技术是大体相通的，因此应该不算是跑题。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E这两三年来，经常有人问，特斯拉的电池管理算法太厉害了，可以使电动汽车跑400公里，而一般的电动汽车跑一两百公里就不行了啊，那他们的电池管理算法究竟是怎么厉害的啊？\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E首先，必须承认把几千节电池组成电池包来用，确实挺牛的，但是特斯拉跑得远真的和电池管理算法关系不大，主要是电池塞得多…… 而这样的回答，一般都不能让提问者信服，这不得不说是特斯拉营销的成功，让普罗大众相信“算法是可以发电的”。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E圆柱形电池与层状电池相比，缺点是非常明显的：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Ea) 体积利用率\u003C\u002Fstrong\u003E：圆柱形电池在成组时必然会比层状电池占用更大的空间，从而影响车内总体空间。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Eb) 热管理难度\u003C\u002Fstrong\u003E：层状电池的接触面积较大，更有利于散热和电池单体之间的热平衡，BOLT的电池包可以控制单体温差在2度之内，对电池的一致性和耐久性有很好的提高。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003Ec) 一致性与可靠性\u003C\u002Fstrong\u003E：特斯拉Model S一共有7000多个单体，而VOLT上只用了288个，单体太多导致的失效增加以及一致性问题，可能会随着时间的推移而慢慢显现出来\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E事实上，特斯拉之所以使用18650电池，更多出于价格和商务而不是技术上的考虑，当时松下急于寻找合作伙伴，因此报出了低于成本的价格。而GM的全球供应商体系较为完善，话语权也较多，因此有较大的空间去选择技术上更先进的供应商。\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E\u003Cstrong\u003E电池路线之争的核心问题：电池安全\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cp\u003E@叶磊 Ray 提到：“德国汽车企业拿他们的技术标准去套Tesla的产品，无论是设计选型还是制造工艺根本就不成熟”。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E这里就要特别提到电池路线之争的核心问题：电池安全问题。别看电动汽车发展得如火如荼，在量起来后频发的着火爆炸事故有可能使这个行业倒掉；别看特斯拉如日中天，如果集中爆发安全问题引起集中召回与赔偿，企业也很难撑往住。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E简而言之，安全问题就是汽车企业的黑天鹅。忽视安全问题，也许像是挣脱了枷锁，可以发展得更快，但也面临着发展道路戛然而止的风险(也可能风险未爆发，从而取得先机，这叫“机会主义路线”)。而特斯拉在这方面，不得不说是有点冒进的：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E下图1是特斯拉的BMS，可以看出来左右两个接插件都不是汽车级的，中间的两个插排更像是调试接口，而不是产品，这种接口在IT上经常使用，但是能否适应车辆的恶劣环境还待考证。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F53054f1f08ab4e4c89ba62d07a69c372\" img_width=\"588\" img_height=\"299\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E图1 特斯拉BMS\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E图2是通用VOLT上用的BMS电路板，可以看出布局非常工整，使用的接插件都是汽车级接插件，完全可以满足车辆使用和运输过程中震动、温度、腐蚀等苛刻环境。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F20dac481c0714d47b93ef1f3dfeb578f\" img_width=\"605\" img_height=\"566\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E图2通用的BMS\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E使用的芯片方面，特斯拉的IT基因促使他们使用了一些IT行业的芯片，比如DSP、ARM、FPGA等。而通用则完全使用传统的汽车级芯片，单片机一般都是飞思卡尔，硬件设计满足ISO26262的ASIL C等级。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在高压安全方面，通用的方案是使用MSD（Manual Service Disconnect），就是下图这个黄色的接头，这个黄色接头可以从物理上断开电池包和外界的高压，保证维修人员的安全。\u003Cstrong\u003E所有和高压安全相关的信号，都采用了双路备份处理，甚至专门为了电池管理系统设计了双路CAN总线的冗余备份，确保高压安全万无一失。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E而特斯拉则为了节约成本，省去了这个零件，而是依靠高压继电器来进行断开。这种方案，当高压继电器发生粘连故障时，无法断开，有安全方面的风险。不过考虑到特斯拉的产量一个月也就几千台，量产时间也不长，出现问题的概率也不大。而如果量上来了，那可能会遇到问题。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002F5bb36164-5862-4bec-9e98-2742d7089060\" img_width=\"1200\" img_height=\"824\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E当然，马斯克能把火箭发上天再收回来，他对安全性、可靠性的理解也不会差。而上述的特斯拉的安全性、可靠性问题，可能只是他的一种发展策略——既然现在只能卖几千的量，那就按照几千的量来设计安全性；当我能卖几十万辆的时候，自然会按照几十万的量来设计安全性。如果真是如此，不得不说，特斯拉还是比传统车企要灵活得多；如果不是这样，那很可能在量上来后要出问题。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F9942d0ec2f4e4fa1860da6f4ff77591d\" img_width=\"560\" img_height=\"409\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E在电池技术方面，包括通用在内的德美日大型传统车企，作为年销量数百万的百年老店，更加注重产品的可靠性、一致性以及耐久性。而特斯拉作为带有IT基因的新兴企业，将注意力更多放在用户体验上，其产品也未经过大量、长时间的验证。\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fdfic-imagehandler\u002Fa6c43a64-ad86-47d7-bdf3-006dea32d715\" img_width=\"1200\" img_height=\"871\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F7f1e1493d5b34eca9cf27888da4107b2\" img_width=\"640\" img_height=\"70\" alt=\"混合动力汽车为什么突然火了？\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E"'.slice(6, -6),      groupId: '6716330196997259784
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