锂电池/镁合金 探通用汽车前瞻科研中心
【 技术频道】通用汽车“科技日”活动自2011年以来每年都会举办一次，向我们展示通用汽车部分前沿的汽车技术研发成果。12月9日，通用汽车中国公司2013科技日活动如期进行，我们再一次来到了通用汽车上海前瞻技术科研中心。这次以“探秘车之未来”为主题的科技日带来了怎样的技术研发成果？下面随我去看看。(由于科研实验室为高度机密之地，不允许拍照，文中的图片均由厂家提供)
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● 关于通用汽车中国前瞻科研中心
作为通用汽车全球产品开发战略的重要组成部分，通用汽车中国前瞻科研中心于2010年7月份在上海通用汽车园区内破土动工，一期和二期分别于2011年和2012年已落成。
通用汽车中国前瞻科研中心主要是为通用汽车在华乃至全球未来车型提供技术发展解决方案，目前研究的项目主要涵盖5个重点领域：电池、轻量化材料、先进制造工艺、发动机与变速箱系统以及车联网的驾驶体验。由于时间安排原因，这次活动我们并未能一一参观，下面我们主要来看看通用汽车在电池技术、轻量化材料等方面的研究成果。
● 电池实验室：三元锂电池
电池的技术瓶颈是目前电动汽车发展的一大障碍，研发出体积小、能量密度大、高效安全的电池，是各大汽车厂商致力发展的方向。在去年的科技日活动上，厂商仅展出了单体锂电池样本，而这一次将有机会深入到电池实验室了解更多的技术细节。
目前实验室研发的是第三代单体锂电池，会应用到未来新能源车型上，采用的是三元材料(即锰、镍、钴)。目前常见的动力电池有磷酸铁锂电池和三元锂电池两种，据了解三元锂电池的能量密度以及充放电性能都要优于磷酸铁锂电池，不过安全性就受到质疑。
实验室已具备单体电池的组装工艺能力，即电池材料制备（粉末到浆料）、电极涂布、电池制造等一系列工序。目前研发的第三代单体电池，能量密度达到150-170瓦时/公斤，现阶段看来已经比较理想。由于从单体电池到电池组，会存在能量密度下降的情况，因此如何保证最终电池组拥有较高的能力密度也是至关重要的。
另外，由于三元材料(锰、镍、钴)的特性原因，三元锂电池的安全性能备受质疑，因此保证其安全性能是非常重要的，这部分由电池系统测试实验室来完成。目前通用汽车在全球拥有三大电池系统实验室，分别位于中国上海、美国沃伦(Warren)和德国Mainz-Kastel。电池系统测试实验室可以对单体电池以及电池包在各种环境温度下进行充放电性能测试，以验证电池效能以及安全稳定性能。
当然了，电池包的试验要比单体电池实验复杂很多，比如沃蓝达的T型电池（内含96组电池共288个单体电池），充放电测试所需的充电功率非常大，同时要对各个电池单元的电压、电流以及温度等电池管理系统的试验，处理的信息量非常大，对于设备的要求也是非常高的。除了上面提到的这些安全性能测试外，还有一个更重要的是电池碰撞安全。目前上海的这个电池系统实验室还没具备这个测试能力，未能了解更多的细节。
● 轻量化材料实验室：镁合金材料
目前轻量化材料的应用也越来越受到汽车厂商的重视，比如为了降低车重，采用铝合金发动机缸体、铝合金车身等等，显然，在保证安全性能的前提下，更轻的车身，可以实现更高的经济燃油性以及更好的驾驶性能。车辆重量每减少10%，就相应提高6-8%燃油经济性。
铝合金材料比钢轻，目前在汽车的应用已比较常见，镁合金而则更轻，只有铝合金的三分之二，钢的四分之一，是一种更为理想的轻量化材料。
在实验室里，科研人员给我们展示了镁合金铸造的车门内饰板、发动机安装支架、后尾箱内板，轻量化效果非常明显。当然，目前镁合金的造价也不菲。据了解，目前镁合金贵主要体现在材料成本以及工艺成本上，而目前镁合金材料成本比铝贵20-30%，如通过改进生产工艺以及扩大规模，未来有望降低使用成本。
另外，由于镁金属化学性质比较活泼，因此镁合金在高温下的稳定性也会影响其应用范围。不过据工作人员介绍，通用汽车中国科学研究院和通用汽车北美研发中心已携手开发的一种新型专利镁合金材料已经突破了传统镁合金所能耐受的摄氏120度高温上限，达到摄氏175度，这使得这种新型镁合金材料可以直接应用于发动机部件上(科尔维特)。
● 概念车整车集成实验室
据介绍，概念车整车集成实验室总面积大约为1000平方米，配备5个功能区，包括测绘室、金属车间、机械加工车间、木工车间及制备区域等字实验室，不过这次我们只参观了测绘室和木工车间。
蓝光扫描仪在汽车研发中心比较常见，原理是先在零件表面贴上标识点，然后使用蓝光扫描仪在不同角度对零件进行扫描，最后通过计算机进行组合计算，就能得出3D图。扫描出来3D图的精确度取决于扫描的角度和标识点的多少，这套蓝光扫描仪最高能精确到0.05mm。此外用蓝光扫描仪扫描加工出来的零件，还可以显示与原设计图的差异，通过热力图直观显示出来，方便技术人员做进一步的调整。
5轴加工机的加工可以说是全方位的，除了常规的X/Y/Z轴外，还包括水平与垂直两个旋转矢量，因而可以加工表面非常复杂的零件。设计人员设计出的三维图，可以通过这个机床按照一定比例高精度的加工出来，便于对模型的修改与调整，同时可以节约加工的时间。显然，拥有先进的实验设备，可以帮助工程师们进行快速评估、快速决策，更加直观地触摸产品的雏形，提高研发速度。
● 结构底盘实验室
结构及底盘实验室主要针对底盘零部件、变速器换挡杆、轮胎及车轮零件开展测试。除此之外，还具备进行车身结构、前/后盖系统、车门系统以及玻璃升降器耐久性的实验能力，以及相关验证试验。
工程人员给我们展示了变速器换挡杆的耐久性测试。连接好传感器的变速器换挡杆被置于一个密封舱里，可以通过机器对换挡的快慢进行调节，而密封舱可以模拟周围环境(温度、相对湿度等)，这样在模拟实际的用车环境进行耐久性测试。
工程人员介绍，通过这套设备对变速器换挡杆进行了22万次(相当于实际用车6年)的测试，通过电脑记录的数据，不断其进行改善，尽可能地减少设计缺陷。一辆车从设计到量产到用户手中，都必须经过各种测试和改进，才能保障车的使用可靠性，而这些拥有先进设备的实验室提供了很好的基础。
总结：通过这次的科技日活动，我们可以了解到，通用汽车目前在轻量化材料、电池技术等方面都取得了积极进展，作为消费者的我们更希望汽车厂商更快地将这些先进技术应用到汽车制造中，让更多的消费者可以享受科技进步带来的好处。
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