大电池小油箱,宁德增混电池的电化学奇思妙想

汽车   2024-10-31 13:24   北京  

作者王飞
邮箱wf@pingwest.com

长期以来,人们对于插混增程(增混)动力的车型存在一个固有认知:就是市内通勤可以用电,他们通常拥有一个100公里-200公里左右续航的电池,这样日常开下来非常具有经济性。高速的场景可以用油,在拥有电动这种更好的驱动形式下,同时也可以兼顾出远门回乡的场景,一举两得。

正因为这样的场景可用性,增混车型的市场成为了如今消费者最能“用钱投票”的汽车动力类型的市场。

中汽协数据显示,今年1-9月新能源汽车销量同比增长32.5%,但插混增程车型增幅高达84.2%——并且,有越来越多的车企正在进入插混增程市场,推出相应产品。

但是如果我们以这个场景的体验来看一些产品,它们还是会有一些短板。比如,经常在高速超充桩上看到一些插混增程车长期“占桩”遭到吐槽,我们不去讨论这种行为,但从技术上来看,这说明了增混车型中还是有一些值得改进的产品特性:比如大多数插混、增程车型纯电续航太少,用户仍然希望大部分场景都用电来行驶,但依然希望有油箱作为辅助;大部分增混车型补能速度跟不上,很多增混车型在严寒的地区表现不是特别好,经常处于亏电状态,因为他们配备的电池技术还停留在更早的一代。

为此,宁德时代就针对增混市场推出一款电池产品——骁遥超级增混电池。

整体上看,骁遥是专门为增程和插混车型打造——续航超过400km,补能速度达到4C速率,在核心参数对齐目前的纯电车的电池性能。

另外一个特性则是,更安全和抗低温,从材料、电芯、模组、BMS到电池包,多级别、多维度、多场景,骁遥电池进行了超过400多项测试验证。骁遥电池设计寿命长达15年,具备4000次以上充放电循环能力——让增混车型的电池也实现代际级升级。

推出“大电量”增混正当时?

从产品序列上来看,宁德时代推出过一系列的细分市场的产品:宁德时代已经先后推出了麒麟电池和神行电池两大产品,前者以三元锂材料为主,高密度的特性,可以实现5C速率的快充,也配备更大的电芯散热性能。可以说是挑战高速率高性能的标杆产品。

后者随着全栈800V车型的铺开,以磷酸铁锂材料为基准,实现4C速率的超充,同时可根据不同需求,面向更广泛的车企群体和需要,主打“人人可用、车车可享的新能源车标配”。

宁德时代也是在这样的产品序列之后,再次开辟了增混电池的赛道。

但在战略强调纯电未来的当下,作为上游产业的宁德时代却推出了一块增混电池产品——这似乎是一个“违背老祖宗”的决定。

为什么要在这个时间点发布一块增混电池?

宁德时代市场部总经理罗坚首先在发布会上肯定了新能源(电动化)的路线,中国新能源乘用车9月份的渗透率是53%,从今年7月份开始渗透率已经连续三个月超过了50%,这意味着电动车已经彻底超越燃油车,成为多数消费者的选择。

但近三个月内,增混车型在新能源乘用车中占比43%,今年9月份增混车型的销量同比增长了将近120%。相关报告也预测,增混车型的份额会继续提升,未来有望突破50%。

从上游企业宁德时代来看,在新能源车市场,这也像是一个战略转弯。

实际上,宁德时代也不讳直言:

对新能源车动力路线的判断,其认为增混汽车应该被视为长期存在的独特品类。

今年不只是行业龙头在关心增混车型的电池产品体验,行业整体都在推动增混车体验接近纯电车。

自从以增程路线为代表的理想汽车成为了继特斯拉、比亚迪后全球第三家实现盈利的新能源车企后,增混赛道已经拥有了越来越多的玩家,问界、阿维塔等车企相继推出增程车型。事实上,不管是车企角度,还是市场增量的角度,纯电车型销量增速放缓明显,新能源车销量增速主力来源于混动车型。

这时候,宁德时代作为上游企业,其认为提升电池性能,改善增混车型的体验就变得尤为重要。

宁德的物理和电化学世界

过去,类似插混车型的架构其实更依赖发动机,尤其是小电池大油箱的方案,发动机作为主力的功率单元,提供输出或电力储备,仍然依托在过去的燃油车架构之上。

但增程,以及增混电池相关的技术架构的核心应该在于电池,这也意味着在技术方案上需要重新整合。在用户的角度,是更大的电池,更高的充放电倍率,更安全的产品,比如实现40度以上的大电池装机,覆盖250km以上纯电续航。

车辆结构上,宁德时代国内乘用车事业部CTO高焕称,增混车型拥有增程器和排气管等,占据了一定的车辆设计空间,留给电池包的空间相对较少,所以在增混车型上,就一定需要提升单体电芯的材料能量密度及优化电池使用效率,来提升整体续航表现。过去的电池产品其实并不一定是为这样的需要而开发。

提升电化学的特性,骁遥超级增混电池实现了材料级的升级——

骁遥电池采用了正极材料表面修饰技术,结合创新的高压电解液配方形成“纳米级防护层”,有效减少了活性层的副反应。正极材料中还引入了高活性激发态粒子,大幅提升锂离子在材料中的传输效率。

宁德时代还构建了SOC全场景高精模型,SOC控制精度提升了40%。材料创新结合BMS智能算法优化,让骁遥电池的纯电使用率整体提升了10%以上,实现了超过400km的纯电续航。此外,宁德时代通过对电池充放电极化特性建模,打造了电池多级功率预测控制策略,让增混车的功率性能也再次提升20%。

4C超充技术也“复刻”到了骁遥电池上,骁遥电池可以实现“充电10分钟,补能超280km”。正极快离子导体包覆技术、负极二代快充石墨和新型纳米包覆技术、多梯度分层极片设计和全新的超高导电解液配方,使锂离子的穿透“纵享丝滑”,让增混车型也能享受纯电般的极致充电体验。

从架构上看,锂电在提升能量密度,充放电活性方面有较好的体验。本次骁遥电池也首次混用了“钠电”,实现了“锂钠”混用,钠离子电池则在低温中具有较强的使用优势。

高焕表示,宁德时代的钠离子电池的技术在骁遥超级增混上实现应用,助力实现零下四十度极寒环境可放电,零下三十度可充电,零下二十度更是与常温驾驶体验没有差别。这也是既宁德时代发布钠离子电池后,官宣其第二个落地场景。

为此,宁德时代使用首创的AB电池系统集成技术,骁遥电池包将钠离子电池与锂离子电池按一定比例和排列进行混搭、串联、并联集成,实现电池低温续航提升5%。其次,宁德时代将钠离子电池作为AB电池系统的SOC监测标尺,来辅助标定锂离子电池的电量,使系统整体控制精度提升了30%,纯电续航里程额外增加10km以上。

针对锂离子电池、钠离子电池低温性能上的差异,宁德时代还开发了全温域电量精准计算BMS技术,在全天候场景下对不同化学体系针对性分区管理,有效解决了高低温恶劣环境下电量预测失真或动力性能降级等问题。

骁遥超级增混电池经过大量采用后,相信一定程度上也会推动增混车型架构的变化。

比如配置大电池之后,整个增程系统包括发动机控制器、发电机控制器、驱动电机和驱动电机控制器可以进一步做整合。高焕认为,类似增程系统的零部件产业可能会发生一些变化。

类似的,过去小电池大油箱的方案,也可能会演化出大电池小油箱的方案——既考虑到纯电的舒适和经济特性,同时又照顾到了远途的场景。

随着骁遥超级增混电池的推出,也会继续提高增混车型的市占率。“从中长期来看,跟纯电来比,可能会出现50:50的市场局面。”高焕表示。

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