豐田普銳斯的混動系統(tǒng)構型堪稱完美，近20年都無需大改，沿用至今。但其在電池類型的選擇上，卻是另外一番景象——豐田一直以鎳氫電池為主，直至第4代普銳斯才提供了鋰電池與鎳氫電池兩個版本，鋰電池組，僅有56個Cells，而鎳氫電池組則有168個Cells，因此兩者在成本價格上相去不遠，且輸出電壓也在伯仲之間，但鋰電池組的重量較鎳氫電池組輕了16公斤。與鋰電池相比，鎳氫電池有固有的劣勢，可以預見到，豐田在不遠的將來，將不得不轉為以鋰電池為主。

 

而作為對比的通用，則從最原始的BAS系統(tǒng)（皮帶助力微混）到插電的沃藍達、以及SPARK電動車，都堅決采用了鋰電池路線。最近看過一篇很有意思的文章《原來特斯拉的電動車技術來自于TA》，文中講到通用是鋰電池路線的倡導者，通用EV1項目的負責人和特斯拉Roadster也頗有淵源。通用涉足電動車的歷史可能要追溯到1990年（甚至更早），通用當年推出了一款電動車“Impact”，并提供給用戶進行試用。

 

盡管該項目后來擱淺，試用的樣車也被盡數(shù)回收，但是通過該項目積累了大量的電動車經(jīng)驗和技術，用在后續(xù)的VOLT、BEV以及BOLT上。后續(xù)從VOLT開始，大規(guī)模使用鋰電池技術。即使只有0.5kWh電池的上一代君越eAssist，都采用了鋰電池，要知道同時代別的微混車都在用鉛酸。因此，通用在鋰電池應用這一領域可謂占盡了先機，是第一個在所有從混動到純電動都使用鋰電池的廠家。

 

可以說，通用是鋰電池車用領域“第一個吃螃蟹的人”，這也是為什么要把通用單獨拎出來，作為“鋰電池派”的典型。

 

a) 能量密度：

 

電池的主要用途是儲存能量，因此能量密度是電池的最重要參數(shù)，在這方面鋰電池對比鎳氫電池有較大的優(yōu)勢。以2012年推出的第三代普銳斯鎳氫電池為例，1.3kWh容量，重量卻達到53.3kg，能量密度才24.4Wh/kg；而同時代通用推出的VOLT，采用鋰電池，電池包容量16kWh，重量為181.4kg，能量密度為88.2 Wh/kg，兩者能量密度差了差不多4倍。通用的最新產(chǎn)品，BOLT使用的電池包為LG的層狀電池60kWh, 435kg,其能量密度達到了138 Wh/kg，最近上市的君越混動版本，采用了第二代Voltech，使用1.5 kWh電池包，可為60kW和54kW的兩個電機提供動力，功率密度可見一斑。從這個角度來看，豐田還停留在中度混合動力的階段，以短期降低油耗為目的，而對未來的戰(zhàn)略并不明朗；而通用是沖著深度混合動力方向去的，甚至為純電動做好了技術鋪墊，混合動力-插電式-純電動的技術路線已經(jīng)非常明確。

 

b) 電池容量：

 

從電池容量來說，普銳斯的電池容量僅能提供不到10公里的純電動行駛，而通用VOLT則可以提供多達60km的純電動續(xù)駛里程。因此，豐田對于電池的思路就是輔助系統(tǒng)，而通用則把電池放到了和發(fā)動機同等重要的位置上。也就是說，豐田的混合動力還是以發(fā)動機為主，比如研發(fā)了阿特金森循環(huán)發(fā)動機，而通用的混合動力則把電池放在了較為重要的地位。

 

c) 電池管理技術水平

 

從技術角度，鋰離子電池系統(tǒng)比鎳氫電池系統(tǒng)要復雜，技術難度更大。鋰電池雖然能量密度高，使用壽命長，但對溫度更加敏感，需要設計復雜的熱管理系統(tǒng)。例如，通用第二代VOLT設計了多種模式的熱管理系統(tǒng)，可以用廢熱給電池加熱，也可以用空調(diào)給電池冷卻，設計非常節(jié)能和精妙，有效地增加了電池壽命和性能。而鎳氫電池對溫度敏感性較差，設計簡單的熱管理系統(tǒng)即可。另一方面，通用鋰離子電池包較大（比如VOLT電池容量是普銳斯的十多倍），使用更先進的均衡技術、充放電控制技術等，使得Volt的電池組內(nèi)的溫度差可控制在2°C以內(nèi)，有力地支持了8年的電池組壽命保證期。

 

通用的凱迪拉克CT6電池管理技術來源于第二代Volt電池管理的技術基礎，也充分展示了在電池集成與管理方面的最高水平：由3段96S2P電池（96個電芯Cell，每個電芯包含2個電芯對Cell Pair）組成，外部由高壓壓鑄鋁板進行相應的保護，內(nèi)部還包含必須的高低壓線束以及散熱管Thermal Plumbing，并在電芯間加入了水冷散熱鰭片，模塊化設計使得可以靈活配置電池組的外形與容量。

 

多個電芯組成的電池組

 

作為一名工程師，在我看來，特斯拉的電池管理水平已不低，但在通用這種“老司機”炫技一般的水平看來，還是略顯稚嫩。不僅特斯拉，豐田在電池管理技術上的投入也較少。鋰電池派與鎳氫電池派在電池管理水平上的差距，主要是由于豐田認為電池處于輔助地位，自然投入的研發(fā)成本較低，以投入性價比為主；而通用則認為電池是動力系統(tǒng)的半壁江山，對電池及其管理技術進行了深入研究。

 

不知道為什么，看到通用的雙行星齒排系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)，令人眼花繚亂，讓人感嘆鬼斧神工，這總是讓我想到另外兩個工程師向往的企業(yè)：摩托羅拉與索尼。不管怎么說吧，這技術水平是杠杠的。

 

2. 層狀鋰電池 vs 圓柱形鋰電池

 

雖然題目是混動流派之爭，但我還是忍不住要和特斯拉的電池對比一下。無論混動還是純電動，電池技術是大體相通的，因此應該不算是跑題。

 

這兩三年來，經(jīng)常有人問，特斯拉的電池管理算法太厲害了，可以使電動汽車跑400公里，而一般的電動汽車跑一兩百公里就不行了啊，那他們的電池管理算法究竟是怎么厲害的??？

 

首先，必須承認把幾千節(jié)電池組成電池包來用，確實挺牛的，但是特斯拉跑得遠真的和電池管理算法關系不大，主要是電池塞得多…… 而這樣的回答，一般都不能讓提問者信服，這不得不說是特斯拉營銷的成功，讓普羅大眾相信“算法是可以發(fā)電的”。

 

圓柱形電池與層狀電池相比，缺點是非常明顯的：

 

a)       體積利用率：圓柱形電池在成組時必然會比層狀電池占用更大的空間，從而影響車內(nèi)總體空間。

 

b)       熱管理難度：層狀電池的接觸面積較大，更有利于散熱和電池單體之間的熱平衡，BOLT的電池包可以控制單體溫差在2度之內(nèi)，對電池的一致性和耐久性有很好的提高。

 

c)       一致性與可靠性：特斯拉Model S一共有7000多個單體，而VOLT上只用了288個，單體太多導致的失效增加以及一致性問題，可能會隨著時間的推移而慢慢顯現(xiàn)出來

 

事實上，特斯拉之所以使用18650電池，更多出于價格和商務而不是技術上的考慮，當時松下急于尋找合作伙伴，因此報出了低于成本的價格。而GM的全球供應商體系較為完善，話語權也較多，因此有較大的空間去選擇技術上更先進的供應商。

 

3. 電池路線之爭的核心問題：電池安全

 

這里就要特別提到電池路線之爭的核心問題：電池安全問題。別看電動汽車發(fā)展得如火如荼，在量起來后頻發(fā)的著火爆炸事故有可能使這個行業(yè)倒掉；別看特斯拉如日中天，如果集中爆發(fā)安全問題引起集中召回與賠償，企業(yè)也很難撐往住。

 

簡而言之，安全問題就是汽車企業(yè)的黑天鵝。忽視安全問題，也許像是掙脫了枷鎖，可以發(fā)展得更快，但也面臨著發(fā)展道路戛然而止的風險(也可能風險未爆發(fā)，從而取得先機，這叫“機會主義路線”)。而特斯拉在這方面，不得不說是有點冒進的：

 

下圖1是特斯拉的BMS，可以看出來左右兩個接插件都不是汽車級的，中間的兩個插排更像是調(diào)試接口，而不是產(chǎn)品，這種接口在IT上經(jīng)常使用，但是能否適應車輛的惡劣環(huán)境還待考證。

 

使用的芯片方面，特斯拉的IT基因促使他們使用了一些IT行業(yè)的芯片，比如DSP、ARM、FPGA等。而通用則完全使用傳統(tǒng)的汽車級芯片，單片機一般都是飛思卡爾，硬件設計滿足ISO26262的ASIL C等級。

 

在高壓安全方面，通用的方案是使用MSD（Manual Service Disconnect），就是下圖這個黃色的接頭，這個黃色接頭可以從物理上斷開電池包和外界的高壓，保證維修人員的安全。所有和高壓安全相關的信號，都采用了雙路備份處理，甚至專門為了電池管理系統(tǒng)設計了雙路CAN總線的冗余備份，確保高壓安全萬無一失。