鉅大LARGE | 點擊量：631次 | 2021年09月29日
鋰離子電池/鎂合金 探通用汽車前瞻科研中心
通用汽車“科技日”活動自2011年以來每年都會舉辦一次，向我們展示通用汽車部分前沿的汽車技術(shù)研發(fā)成果。十二月九日，通用汽車我國公司2013科技日活動如期進行，我們再一次來到了通用汽車上海前瞻技術(shù)科研中心。這次以“探秘車之未來”為主題的科技日帶來了怎么樣的技術(shù)研發(fā)成果？下面隨我去看看。(由于科研實驗室為高度機密之地，不允許拍照，文中的圖片均由廠家供應(yīng))
●有關(guān)通用汽車我國前瞻科研中心
作為通用汽車全球產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略的重要組成部分，通用汽車我國前瞻科研中心于2010年七月份在上海通用汽車園區(qū)內(nèi)破土動工，一期和二期分別于2011年和2012年已落成。
通用汽車我國前瞻科研中心重要是為通用汽車在華乃至全球未來車型供應(yīng)技術(shù)發(fā)展解決方法，目前研究的項目重要涵蓋5個重點領(lǐng)域：電池、輕量化材料、先進制造工藝、發(fā)動機與變速箱系統(tǒng)以及車聯(lián)網(wǎng)的駕駛體驗。由于時間安排原因，這次活動我們并未能一一參觀，下面我們重要來看看通用汽車在電池技術(shù)、輕量化材料等方面的研究成果。
●電池實驗室：三元鋰離子電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池的技術(shù)瓶頸是目前電動汽車發(fā)展的一大障礙，研發(fā)出體積小、能量密度大、高效安全的電池，是各大汽車廠商致力發(fā)展的方向。在去年的科技日活動上，廠商僅展出了單體鋰離子電池樣本，而這一次將有機會深入到電池實驗室了解更多的技術(shù)細節(jié)。
目前實驗室研發(fā)的是第三代單體鋰離子電池，會應(yīng)用到未來新能源車型上，采用的是三元材料(即錳、鎳、鈷)。目前常見的動力鋰離子電池有磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池兩種，據(jù)了解三元鋰離子電池的能量密度以及充放電性能都要優(yōu)于磷酸鐵鋰離子電池，不過安全性就受到質(zhì)疑。
實驗室已具備單體電池的組裝工藝能力，即電池材料制備（粉末到漿料）、電極涂布、電池制造等一系列工序。目前研發(fā)的第三代單體電池，能量密度達到150-170瓦時/公斤，現(xiàn)階段看來已經(jīng)比較理想。由于從單體電池到電池組，會存在能量密度下降的情況，因此如何保證最終電池組擁有較高的能力密度也是至關(guān)重要的。
另外，由于三元材料(錳、鎳、鈷)的特性原因，三元鋰離子電池的安全性能備受質(zhì)疑，因此保證其安全性能是非常重要的，這部分由電池系統(tǒng)測試實驗室來完成。目前通用汽車在全球擁有三大電池系統(tǒng)實驗室，分別位于我國上海、美國沃倫(Warren)和德國Mainz-Kastel。電池系統(tǒng)測試實驗室可以對單體電池以及電池包在各種環(huán)境溫度下進行充放電性能測試，以驗證電池效能以及安全穩(wěn)定性能。
當然了，電池包的試驗要比單體電池實驗復(fù)雜很多，比如沃藍達的T型電池（內(nèi)含96組電池共288個單體電池），充放電測試所需的充電功率非常大，同時要對各個電池單元的電壓、電流以及溫度等電池管理系統(tǒng)的試驗，處理的信息量非常大，有關(guān)設(shè)備的要求也是非常高的。除了上面提到的這些安全性能測試外，還有一個更重要的是電池碰撞安全。目前上海的這個電池系統(tǒng)實驗室還沒具備這個測試能力，未能了解更多的細節(jié)。
●輕量化材料實驗室：鎂合金材料
目前輕量化材料的應(yīng)用也越來越受到汽車廠商的重視，比如為了降低車重，采用鋁合金發(fā)動機缸體、鋁合金車身等等，顯然，在保證安全性能的前提下，更輕的車身，可以實現(xiàn)更高的經(jīng)濟燃油性以及更好的駕駛性能。車輛重量每減少10%，就相應(yīng)提高6-8%燃油經(jīng)濟性。
鋁合金材料比鋼輕，目前在汽車的應(yīng)用已比較常見，鎂合金而則更輕，只有鋁合金的三分之二，鋼的四分之一，是一種更為理想的輕量化材料。
在實驗室里，科研人員給我們展示了鎂合金鑄造的車門內(nèi)飾板、發(fā)動機安裝支架、后尾箱內(nèi)板，輕量化效果非常明顯。當然，目前鎂合金的造價也不菲。據(jù)了解，目前鎂合金貴重要體現(xiàn)在材料成本以及工藝成本上，而目前鎂合金材料成本比鋁貴20-30%，如通過改進生產(chǎn)工藝以及擴大規(guī)模，未來有望降低使用成本。
另外，由于鎂金屬化學(xué)性質(zhì)比較活潑，因此鎂合金在高溫下的穩(wěn)定性也會影響其應(yīng)用范圍。不過據(jù)工作人員介紹，通用汽車我國科學(xué)研究院和通用汽車北美研發(fā)中心已攜手開發(fā)的一種新型專利鎂合金材料已經(jīng)突破了傳統(tǒng)鎂合金所能耐受的攝氏120度高溫上限，達到攝氏175度，這使得這種新型鎂合金材料可以直接應(yīng)用于發(fā)動機部件上(科爾維特)。
●概念車整車集成實驗室
據(jù)介紹，概念車整車集成實驗室總面積大約為1000平方米，配備5個功能區(qū)，包括測繪室、金屬車間、機械加工車間、木工車間及制備區(qū)域等字實驗室，不過這次我們只參觀了測繪室和木工車間。
藍光掃描儀在汽車研發(fā)中心比較常見，原理是先在零件表面貼上標識點，然后使用藍光掃描儀在不同角度對零件進行掃描，最后通過計算機進行組合計算，就能得出3D圖。掃描出來3D圖的精確度取決于掃描的角度和標識點的多少，這套藍光掃描儀最高能精確到0.05mm。此外用藍光掃描儀掃描加工出來的零件，還可以顯示與原設(shè)計圖的差異，通過熱力圖直觀顯示出來，方便技術(shù)人員做進一步的調(diào)整。
5軸加工機的加工可以說是全方位的，除了常規(guī)的X/Y/Z軸外，還包括水平與垂直兩個旋轉(zhuǎn)矢量，因而可以加工表面非常復(fù)雜的零件。設(shè)計人員設(shè)計出的三維圖，可以通過這個機床按照一定比例高精度的加工出來，便于對模型的修改與調(diào)整，同時可以節(jié)約加工的時間。顯然，擁有先進的實驗設(shè)備，可以幫助工程師們進行快速評估、快速決策，更加直觀地觸摸產(chǎn)品的雛形，提高研發(fā)速度。
●結(jié)構(gòu)底盤實驗室
結(jié)構(gòu)及底盤實驗室重要針對底盤零部件、變速器換擋桿、輪胎及車輪零件開展測試。除此之外，還具備進行車身結(jié)構(gòu)、前/后蓋系統(tǒng)、車門系統(tǒng)以及玻璃升降器耐久性的實驗?zāi)芰?，以及相關(guān)驗證試驗。
工程人員給我們展示了變速器換擋桿的耐久性測試。連接好傳感器的變速器換擋桿被置于一個密封艙里，可以通過機器對換擋的快慢進行調(diào)節(jié)，而密封艙可以模擬周圍環(huán)境(溫度、相對濕度等)，這樣在模擬實際的用車環(huán)境進行耐久性測試。
工程人員介紹，通過這套設(shè)備對變速器換擋桿進行了22萬次(相當于實際用車6年)的測試，通過電腦記錄的數(shù)據(jù)，不斷其進行改善，盡可能地減少設(shè)計缺陷。一輛車從設(shè)計到量產(chǎn)到用戶手中，都必須經(jīng)過各種測試和改進，才能保障車的使用可靠性，而這些擁有先進設(shè)備的實驗室供應(yīng)了很好的基礎(chǔ)。
總結(jié)：通過這次的科技日活動，我們可以了解到，通用汽車目前在輕量化材料、電池技術(shù)等方面都取得了積極進展，作為消費者的我們更希望汽車廠商更快地將這些先進技術(shù)應(yīng)用到汽車制造中，讓更多的消費者可以科技進步帶來的好處。
