在通用汽车位于底特律郊外庞大的沃伦技术中心园区内,众多建筑地标之中隐藏着一座新的基石——这是该汽车制造商为其电动化未来投入9亿美元的关键赌注。这两座不起眼的、总面积达50万平方英尺的灰白色建筑内设通用汽车新成立的电池开发中心。它们看起来或许并不起眼,但其中却锁藏着通用汽车计划将其电动车成本削减近10%的关键。
在一些车企纷纷缩减电动车业务之时,通用汽车的新电池开发中心是其战略重启的一部分。通用汽车向TechCrunch表示,该中心将使其能够比原计划提前一年推出一系列成本更低的电池。通用汽车也未能免受美国电动车市场低迷的影响。去年,这家汽车制造商因调整电动车产能而计提了16亿美元费用,并在此过程中裁减了数千名员工。据报道,它还搁置了(即便是暂时性的)全尺寸电动卡车和SUV的更新计划。为了让电动车战略重回正轨,通用汽车电池与可持续发展副总裁库尔特·凯尔蒂将公司的成功押注于一种名为LMR的新型电池化学体系。凯尔蒂曾在特斯拉领导电池技术,加入公司两年来,这已成为他的标志性产品。“这真的将成为我们的主要依靠,”凯尔蒂告诉TechCrunch。“这将成为我们的主打产品线。”
电池战略重启
通用汽车电动车业务的断断续续推进,也反映了美国电池行业在过去几十年中间歇性发展的状况。早期的初创公司未能兑现承诺,而最近来自中国企业的激烈竞争,促使汽车制造商和电池生产商重新思考五年前制定的计划。在通用汽车,这种压力导致其现有电动车所依赖的Ultium品牌电池平台寿命缩短。与行业内多数公司一样,该汽车制造商曾大力押注于一种昂贵但性能强大的NMC(镍锰钴)电池化学体系。原材料成本上涨以及中国在关键矿产领域的主导地位,使得电动车价格持续高于预期。NMC不会消失,但在通用汽车,它将仅限于高端车型使用。
取而代之的是,通用汽车一直在开发LMR(富锂锰基)电池。该公司表示,这种电池的能量密度几乎与NMC相当,但成本却能与LFP(磷酸铁锂)等更廉价的化学体系相媲美——后者用于雪佛兰Bolt等低端车型。通用汽车在去年推出LMR时表示,在像雪佛兰Silverado EV这样的卡车上,这种新化学体系应能保留该车型超过400英里续航里程的大部分,同时至少削减6000美元的成本。对于中配车型而言,这将使其价格与汽油版相差无几。
发现一种新的电池化学体系是一回事,制造出吉瓦时级别的产量则是另一回事,尤其是在电动车行业快速发展的节奏下。面对比亚迪等汽车巨头和宁德时代等电池巨头的压力,通用汽车表示希望在2028年前让搭载LMR电池的车辆上路。而要赶上这一期限,通用汽车就需要新落成的电池开发中心拿出成果。
这座新大楼是通用汽车电池战略的基石。该公司于2022年启用了华莱士电池创新中心和其首家超级工厂。当时缺失的环节,是缺少一种将华莱士中心的技术突破与田纳西州和俄亥俄州的工厂生产连接起来的方式。内部人士称之为BCDC的这座设施,有点像一条中试线,但规模更大。全面投产后,它每天可生产约2500个电芯,相当于每年0.5吉瓦时的产能。它负责承接隔壁华莱士电池研究中心小批量(每天约30至50个)开发的电池,并判断它们是否已具备量产条件。
掌握电池配方
许多新电池配方在扩大到商业规模时往往无法达到预期效果,而企业又没有数年时间去解决其中的问题。根据麦肯锡的一份报告,如果一种新化学体系在生产线上18个月内无法达到85%的良品率,就不应被视为具备商业可行性。其挑战类似于将一份供四口之家使用的食谱放大到供400位宾客的婚宴。这不仅仅是工厂的产能问题。研究中心生产的小型纽扣电池,而电动车电池组中的电芯看起来更像一块小砧板。
“一旦你在华莱士中心学会了配方,接下来就要琢磨:如何才能大批量生产?”凯尔蒂说。“从纽扣电池到大尺寸电芯,这个过程中你真的会学到很多,因为配方并不能完美地迁移。”
BCDC的设立就是为了让这一过渡不那么艰难。在该设施进行一次试运行的成本约为20万美元,远低于在完整规模的Ultium工厂的成本。凯尔蒂表示,当BCDC团队确信已掌握工艺流程后,过渡到全面生产应该会更容易。“两者之间的设备几乎相同,因此交接应该不会那么困难。”
BCDC的规模比特纳西州那座280万平方英尺的Ultium电池工厂小一到两个数量级。Ultium工厂每年生产约30万个电芯,相当于45吉瓦时的产能。BCDC的生产线更少,电芯产量约为前者的百分之一,其混合电池材料的搅拌罐容量为40升,而非2000升。尽管规模较小,但BCDC仍比隔壁的华莱士中心大一个数量级。
“BCDC旨在弥合这一差距,”通用汽车BCDC负责人莫·加列戈斯告诉TechCrunch。
借助人工智能模型
为了进一步降低成本,通用汽车一直致力于使用各种AI模型来模拟尽可能多的流程。该公司在算力上投入巨资,虽然没有人愿意给出具体数字,但据我了解,这已达到“国家实验室级别”。这家汽车制造商开发了基于物理的模型,用于模拟化学体系或生产工艺的变化将如何影响电芯的性能。
“在LMR上,我们已累计使用了超过1.5亿CPU小时,”通用汽车全球虚拟电气化与动力总成总监拉杜·泰云尼告诉TechCrunch。“大多数发动机项目都消耗不了这么多核心计算时间。”
此外,整个BCDC还有一个数字孪生系统,包括设备控制面板、线缆,甚至搅拌罐内的叶片。在我踏入BCDC之前,团队让我戴上VR头显,带我走了一遍数字孪生系统,在那里我可以从头到尾跟踪整条生产线。随着BCDC的成型,数字孪生系统已被用于一系列任务。有一次,团队用它来确定设计方案是否为设备周围留出了足够的操作和维护空间。另一次,他们模拟了设备的控制系统,以确保一切按预期运行。
“设备运行是否符合预期?是否安全运行?是否完成了我们认为这个控制系统应该做的一切?这缩短了我们的调试和爬坡时间,”加列戈斯说。通用汽车表示,总体而言,这些模拟已为其节省了数百万美元。通用汽车需要尽可能快的速度。
尽管美国电动车市场近期有所降温,但去年全球电动车市场仍增长了20%。高油价的潜在威胁加上电池成本的持续下降,表明从化石燃料的转型终将发生,甚至可能比预期更快。如果LMR能及时准备就绪,它可以帮助通用汽车提供具有成本竞争力的电动车,并拥有足够的续航里程来安抚焦虑的美国消费者。但首先,LMR需要通过BCDC的验证。加列戈斯预计,第一批电池将于今年晚些时候下线。
未来十年,电池开发对汽车制造商的重要性将不亚于发动机开发在过去一个世纪中的地位。通用汽车的电动化未来取决于其能否成功将新化学体系从研发推向生产。凯尔蒂喜欢说,通用汽车正在开发“适用于不同场景的合适电池”,这或许呼应了该公司那句古老的口号——“一款适合每一种钱包和每一种用途的汽车”。
LMR可能是BCDC面临的第一个考验,但不太可能是最后一个。