为什么新势力车企之前扩张很快,包括在自动驾驶领域和电池技术领域,这两年却像到达瓶颈了,反观传统车企这两年的销量却步步攀升。新势力会再次力压传统车企,最终取代合资品牌吗?
汽车的产品设计与生产制造,哪个更重要
要放在以前,这个问题的答案很明显。汽车行业是一个「产品为王」的行业,长期的制造工艺提升与短期的活动规划,都必须紧紧围绕「产品」的核心来进行。
这个结论其实有一个前提:传统车企燃油车的供应链与生产体系非常成熟,制造能力都比较强。
来到新能源车时代,情况有所变化。新能源车的技术升级迭代太快、核心零部件的电芯/芯片供应常常遇到挑战,一个优秀的产品若不能配上优秀的制造能力,也很难成为爆款产品!
比如说蔚来ET5这款产品,发布之初据说收到了几万订单,由于制造难产每月只能交付小几千辆,大量小定车主实在等不及就转投别家了。制造能力的薄弱,使传说中的爆款车型名不符实,也使蔚来总销量始终徘徊在1万辆左右。另一个更极端的例子,自游家因为拿不到制造资质而“出师未捷身先死”。
反过来,比亚迪的产品与技术有长足进步,但仅凭这一点难以解释销量的成倍增长。在我看来,比亚迪自研自产电芯、电机、IGBT芯片带来的制造能力优势,像催化剂一样成倍放大了它的产品与技术进步,最终带来了销量的崛起!类似的,40万元级别的理想L9上市之初就连续月交付破万,也是因为同时在产品与制造两方面做得不错!
从比亚迪、蔚来、理想的案例可以看出,新能源汽车时代的生产制造与产品能力同等重要! 如果你有很强的制造能力,只需要在产品上赢一次,就可以迅速扩大战果!否则,无论推出再多优秀的产品,销量只能在原地徘徊。
一、平台化与制造能力
了解制造很重要之后,是不是可以先埋头提升制造能力,然后再进行产品设计呢?
也不行!因为产品设计与生产制造是息息相关的。进行产品设计的时候,必须考虑到制造难度、生产成本、质量管理等因素;反过来,提升制造能力的时候,也必须提前知道将来的产品方向是什么。
那咋办呢? 把产品经理和制造组长凑在一个办公室,多交流交流不就可以了吗?这显然不是一个聪明的办法。汽车行业经过摸爬滚打,已经摸索出了更有效的方法,那就是制造与产品的联结点:汽车平台(Platform)。
所谓「平台化」,就是先投入较多的成本、较长的时间开发出若干平台,将大部分通用零部件给确定下来,并留有一定的调整余地,未来3-5年在平台上进行类似「套娃」的设计开发,这样可以大大缩减开发工作量。
3-5年之后,老平台过时了,那就再开发新平台。有时候,有老平台基础上改一改,也就成新平台了。

平台化示意图:先重金开发平台,再设计具体车型
举例说明,某车企有10款车,每款车有1000个零件。平台化之前零件复用率为10%,那么10款车有900*10+100=9100个不同的零件。平台化之后,零件复用率达到70%,那么10款车型有300*10+700=3700个不同的零件。

平台化可有效降低零件种类数量
在智能电动车时代,电子电气架构与软件平台也可以看作是平台化的一种「零件」。
以蔚来为例,第二代NT2.0车型共享同一套Banyan车机系统和辅助驾驶硬件,工作量就大大降低;反过来,小鹏G3、P7、P5、G9四款车的车机芯片、电子电气架构、辅助驾驶传感器与芯片各不一样,平台化程度低就意味着OTA的维护升级工作量很大。
新能源汽车时代,国内外的平台化搞得怎么样呢?
先看国内,比亚迪虽然不怎么提平台化的概念,但热销车型大多应用了相同的刀片电池、DM-i、底盘悬架技术,这事实上也是平台化的思路。平台化搞得好,制造优势就可以充分放大技术产品优势,完成销量上的突破。特斯拉虽然也不提平台化,但Model 3与Model Y的零件复用率在76%,也是一种极致的平台化思路。
再看国外的情况。日系代表丰田汽车,燃油车时代的TNGA架构玩得挺溜,但在新能源时代总体来说还没有发力,目前的策略是通过购买比亚迪的技术来过渡。
德系代表大众汽车,燃油车时代的PQx、MQB平台大获成功,进入新能源汽车时代,延续历史思路先搞MEB平台再出车型。整体思路是对的,但是本地化不够,一些小毛病使ID车型的销量表现不及预期。尽管如此,ID车型也是合资电动车中的榜首了,可见平台化的策略还是威力十足。

大众汽车的平台化历史
目光来到了美系车企,那就要看通用汽车的Ultium奥特能平台了。

通用Ultium奥特能平台
二、奥特能平台的技术特点 —— 金刚钻的瓷器活
在技术路线的选择上,每家车企其实都是有自己的性格。例如,混动构型选择上,丰田选择了精妙繁复的行星齿轮功率分流式技术路线,而本田、比亚迪则选择了大道至简的单档串并联路线;在可变气门控制上,宝马选择了机械结构复杂、气门升程无级可调的ValveTronic技术,本田则选择了大道至简、大力出奇迹的VTEC技术。
那么上汽通用汽车是哪种性格呢?
在我看来,它喜欢玩最复杂的「黑科技」,总是拿出一套几乎不可能的技术组合把我震惊得目瞪口呆。概括一下就是:因为有金刚钻,所以上汽通用汽车总爱钻研瓷器活!
例如在混动构型上,通用Volt就采用了比丰田还复杂的双行星齿轮功率分流式技术;在早期电动车的热管理上,一般人是「穷则风冷,达则液冷」,而通用汽车却像少林扫地僧一样,掏出了一套复杂到让其它车企望而却步、而性能又非常好的「毛细血管」热管理设计。

通用某电动车型的电池热管理系统:电芯间水冷散热鳍片
电池包外部由压铸铝板进行相应的保护,电芯间加入了水冷散热鳍片。这种独创的水冷散热鳍片的设计,可以保证各个单体的均衡性,温度差可控制在2°C以内。这种「毛细血管」水冷散热鳍片的设计实在是太黑科技了,历史上只有通用汽车曾经做到过。

电芯间水冷散热鳍片的示意图
关于上汽通用汽车的技术性格,大家应该了解得差不多了吧?那咱们回到正题,看看奥特能平台上的「黑科技」。
纯电平台,当然主要看电池技术。
去年我曾拆过奥特能的电池包。打开电池包的那一刻就可以发现一个「黑科技」:电池包外壳是焊接出来的,而不是铸造出来的。

奥特能平台车型的电池包
你可能会说,觉得老实人好骗了是吧,怎么焊接都成了黑科技了??其实,焊接谈不上有什么优势,关键在于采用焊接工艺的原因:为了实现超高强度,电池包采用了61%的高强度钢、37.5%的超高强度钢,总体占比约98.5%的高强度材料铸造不出来,只能焊接。

为了考验这块超高强度的电池包,我们设计了一个变态严苛的试验:让电池包垂直方向跌落,狠狠地砸在圆柱刚体上。

这让人想起新能源车最害怕的侧面柱碰试验。区别在于:侧面柱碰试验中,电池包还有车身帮忙抵抗圆柱刚体的冲击;而在我们设计的试验中,电池包则直面圆柱刚挤的冲击。

左:我们设计的试验 右:CNCAP 2022年新规的侧面柱碰试验
刚想出这个点子的时候,我们也觉得这有点过于苛刻了,执行起来怕是要翻车。没想到的是,泛亚工程师经过仿真计算之后答复:没问题,这个试验可以做,电池包扛得住!有了泛亚工程师的仿真计算结果,我们就执行起这个试验来。

通用奥特能平台电池包的垂直跌落试验
当时场面非常震憾,试验结果也让人震惊:奥特能电池包的外壳承受住了冲击,里面的电芯毫发无损。我敢打赌,它在将来的C-NCAP侧面柱碰测试中,肯定可以非常从容地拿到「GOOD」成绩 —— 别家考99分,是因为实力刚到99分;它能考100分,因为满分只有100分。
除了碰撞安全之外,奥特能电池包内部还采用了多重安全措施以扼制热失控,例如:
- 电芯之间:使用加厚设计的纳米级气凝胶,降低电芯之间的热传递。这样一来,在单体电芯发生失效时,可以有效抑制电芯之间的热扩散。
- 模组层面:模组内设计了快速排气通道,在电芯单体热失控时,可以快速排出高温气体。
- 电池系统:整包也有快速排气通道,通过大面积防爆阀排出高温气体。

通用奥特能平台的另一个黑科技则是无线BMS技术(wBMS, wireless BMS)。

模组之间、模组与控制器之间通过射频芯片无线通讯
初闻wBMS技术时,我心中产生无数问号:三电系统安全强相关,用无线信号靠谱吗?就算靠谱,那有必要吗?
传统BMS采用的CAN总线通讯,BMS控制器通讯一根CAN总线与各模组进行沟通。通用奥特能平台的wBMS采用的是SmartMesh无线网络结构:BMS控制器通过射频信号与各模组进行无线通讯(图中绿色线),各相邻模组之间也可以进行无线通讯(图中橙色线)。

当BMS控制器与某个模组的无线通讯出现问题时,就可以通过它的邻居进行中继通讯。这其实与咱们家用的路由器Mesh组网功能类似 —— 当你在客厅时,手机连的是主路由器;当你在卧室时,手机通过Mesh网络中的子路由器实现中断通讯,无感切换实现可靠通讯。
它还采用了随机跳频技术:当前频段出现干扰时,所有节点自动切换到其它频段进行通讯 —— 这其实与咱们家用路由器的「2.4G/5G双频自动切换」功能类似。
此外,该wBMS系统还采用了时间戳和循环冗余校验(CRC)来实现信号的连贯性和完整性检查。重重措施保障之下,SmartMesh可实现99.999%的数据可靠性和功能安全ASIL D的标准,完全满足BMS系统的通讯需求。
正因为无线BMS有诸多优势,它渐渐成为一种行业趋势。例如,锂电池行业龙头老大宁德时代前一段推出的巧克力换电块,就采用了无线BMS技术。从量产时间来看,宁德时代的无线BMS技术要晚于通用奥特能平台。

宁德时代的巧克力换电块也采用了无线BMS技术
三、支撑平台技术的武汉奥特能工厂
正因为有了奥特能平台,所以在提升制造能力的时候,就可以针对平台技术来做专项优化;在做奥特能车型的产品设计的时候,就可以围绕平台技术来做设计,既减少工作量、又实现较高的产品水平。关于制造、平台、产品之间的辩证关系,大家是不是很清楚了呢?

引入奥特能平台之后,上汽通用汽车于2021年启用了上海金桥奥特能超级工厂、泛亚新能源试验大楼和广德电池安全试验室,今年底的武汉奥特能超级工厂日前也宣布竣工投产!

上汽通用汽车武汉奥特能超级工厂
说到武汉,大家可能觉得有点突然 —— 上汽通用汽车不是在上海吗,怎么武汉还建了一个新工厂?
其实,通用与武汉的渊源挺深了,上汽通用汽车的武汉基地自2012年落地以来,10年累计生产整车超391万辆,发动机近552万台,创造产值超3472亿元,占江夏区工业产值的40%以上。此外,还带动131家零部件供应商发展,可以说是扎根发展、地方与企业互相促进的典型。
说到工厂,大家最容易看到的就是眼花缭乱的先进设备、先进工艺。当年李斌说了一句大话「江淮工厂比保时捷强」,也并不能说全无道理。因为中国汽车行业最不缺的就是新建工厂,新工厂里的设备肯定是先进的。
先进设备看多了,大家也有点审美疲劳,也分不出高下。今天咱们不妨从更深入的角度来观察武汉奥特能工厂!
1.从「制造-平台-产品」协同的角度
就比如说,咱们前面提到了奥特能平台的无线BMS技术。将平台技术应用到车上,可以把线束的空间腾出来,增加更多安全措施,从而使产品的安全性能更强 —— 这是平台技术与产品设计的联结点。
最酷的一点是,电池模组的每一个wBMS模块,在生产过程中就可以发挥作用!生产系统通过视觉读取模组出厂信息,通过无线通信技术来检测电池模组信息,自动完成电芯压差、模组温度、无线通信部件的联通性等参数的判断。

生产系统通过无线通信技术进行上线前检测
如此一来,既可以提升生产效率,也可以降低传统接触式测试对模组造成的损作风险 —— 这就是平台技术与生产制造的联结点。可以看到,奥特能虽然采用了更先进的技术,但并没有因此增加了生产难度,反而提高了生产效率。
此时我们再回顾一下制造、平台、产品之间的辩证关系,是不是更清楚了呢?

2.从「测量-统计推理-持续改进」的质量管理角度
20世纪90年代初,美国发起了一项「2毫米工程」的质量提升项目。参与其中的两大主机厂(通用汽车与Chrysler) 以「测量-统计推理-持续改进」的方式,将尺寸误差指标成功地控制在了2mm以内,提高了产品质量、降低了成本,可以说是成绩斐然。
更重要的是,「2毫米工程」形成了质量至上的制造思想和科学的质量管理方法,间接地带来了美国汽车质量的持续整体提升。
从「测量测试-统计推理-持续改进」的角度来看,我们看一个工厂先进不先进,先不要看它有多少炫酷的机械臂、也不要看车间的工人多不多,而应该着重观察两点:
- 测量能力:测量精度是否足够高、测量点位是否足够多、测量技术是否足够先进等等。
- 数字化能力:检测出大量数据,能否融入到数字化系统中,通过统计推理及时地发现质量问题、找到持续改进的方法。
测量能力方面,我发现武汉奥特能工厂有如下设计:
- 测量精度:电池包涂胶、合盖、拧紧工位的安装工艺实现测量精度小于0.1mm、闭环监控将电机装配精度控制在50微米以内。
- 测量点位:模组拧紧工位的拧紧过程关键参数扭矩/角度可100%监控与追溯、机加工线整线全线纳入「2微米工程」。其实,整个武汉奥特能工厂也是一个数字孪生工厂,也就是说工厂的每一个环节的数据都有一个数据模型来模拟,这一点也可以侧面说明测量点位有多全面。

武汉奥特能工厂:数字孪生工厂
- 测量技术:独特采用红外热成像设备实时监测电池包表面温度、电性能测试预检环节采用无线通讯技术、电驱系统最终下线前采用机器人智能视觉技术的质量检查。

应用机器人视觉识别技术的下线智能质量检查
数字化方面,上汽通用武汉奥特能工厂在多个环节以深度学习、数字孪生、仿真模拟、生产可视化等手段,将测量数据给充分利用起来。特别指出的是,电池测试方面的标准本来就比较高,例如热扩散温度接近国标要求2倍、电池包抗挤压力为国标的3倍、电池包跌落高度为国标2倍。


系统可模拟整车真实行车工况进行电池包电性能的全面检查
可以看出,上汽通用武汉奥特能工厂不仅追求制造质量,也很注重生产效率的提升。一旦奥特能平台的爆款产品面世,武汉奥特能工厂就可以迅速地将技术与产品优势充分释放出来。
四、体现平台技术的别克Electra E5
再好的平台技术和制造能力,也需要落实到具体的产品上才能体现。上汽通用武汉基地的第一款车型大五座纯电SUV 别克Electra E5将在年底亮相,明年一季度上市;明年第二款别克奥特能车型也会上市。
我们可以在工信部公告[3]中找到别克Electra E5的一些基本信息。别克Electra E5车长2892mm、轴距2954mm,确实是中大型SUV的尺寸。

别克Electra E5的外观比较方正大气,又具有科技质感,竖起来的新标也显得更酷了。

在别克Electra E5正式发布之前,我们可以通过奥特能平台推断出产品信息,这也是平台化的魅力吧!比如说:
- 电池:奥特能电池包,肯定采用无线BMS技术、扼制热扩散的安全措施等。
- 电驱:首先发布的是180kW后驱版本,将来应该会有四驱版本。
- 智能:Super Crusie辅助驾驶技术、8155芯片支持的VCS智能座舱。
与悍马EV、凯迪拉克Lyriq锐歌共享奥特能平台的别克Electra E5,可以说是含着金钥匙出生的越级配置。只要定价合理,那就可以打向别克新能源在中国市场的第一枪。
总结
新能源时代,生产制造与产品设计同等重要。拥有较强的制造能力,才能将技术与产品优势迅速扩大。生产制造与产品设计又密不可分,二者的联结点就是平台技术。
武汉奥特能工厂落成之后,上汽通用汽车的奥特能平台综合能力提升到了一个新的高度,期待定位走量车型的别克Electra E5在中国市场的首秀表现。个人建议可以定一个比消费者预期还低的价格,只要别克Electra E5一炮打响,那么奥特能的「制造-技术-产品」体系能力就可以充分发挥,为将来的产品铺平道路!赚钱的事,以后再说也不迟!