让汽车变成“充电宝”动力电池算盘打得邦邦响

  日期：2024-12-08 作者: 新闻中心

  不久前，宁德时代发布了增程式和插电式混动汽车专用电池“骁遥”，按照官方宣传，搭载这款电池后，混动汽车在纯电状态下的续航能力可达400公里以上，也具备超充性能，号称“充电10分钟，续航280公里”。

  当然，电池量产上车后能不能真的达到这个效果还有争议，这点暂时按下不表，先从技术角度来看看这块混动专用电池是怎么做到以上这些宣传指标的。

  混动汽车介于燃油车与纯电动汽车之间，同时搭载电池与发动机，日常行驶可以完全用电；当电量不充足时，车辆又可以改由发动机烧油驱动，或者由发动机发电给电池充电。因此混动汽车基本没什么里程焦虑，要说缺点，最明显的就是电池续航能力普遍短，且充电时间比较久。宁德时代这款新推出的电池就是专对于这个问题。

  一般来说，混动汽车因为是双动力系统，燃油系统和电气系统布局互相影响，使得电池组的布局和容量都受限。因此，电池续航能力想要提升，就要增加单体电芯的材料单位体积内的包含的能量，并且优化电池使用效率。

  比如改变正极材料和电解液，让锂离子的摇篮式移动变快。改变电解液最明显的就是研发新的电解液添加剂，这从宁德时代一直以来的专利申请重点技术分布就能看出来，电解液添加剂能改善电池循环性能、倍率性能，提升极限环境和温度下的电池性能，具体来说就是改善电池过充时的安全性、降低锂离子循环内阻、减轻析锂现象等等。

  或者改善整个电池包管理系统（BMS）。动力电池厂商的产品多以电池包的形式出现，为了更好的提高电池包与具体型号车辆的匹配度，就需要在BMS领域下功夫。BMS的基本功能是管理和监控电池组的工作状态，宁德时代在发布会上提到的“SOC（tate of Charge，电池荷电状态）控制精度提升40%”也算是BMS的一部分。

  越精确的SOC控制，越能避免过度充放电，车主体验其实更明显。充电过程中，如果电池包电量过低，比如低于10%，则充电电流不能马力全开，而是限流充电，直至达到正常电量范围，方可放开限制；放电阶段，当电量已经比较低，但仍然在放电截止电量以上，比如低至20%，SOC会限制功率输出，防止大电流造成系统触及停车电压，并且期望以最节能的方式运行，跑更远的距离。

  现在还经常能看到电车车主吐槽电表里程显示不够准确，“明明显示电量还剩40%，肯定够回家了，结果一脚加速，就会报警电量过低。”这样的一种情况一般就是电池组SOC不够精准。

  这里再提一下快充技术，4C意味着要在四分之一小时内充满电，这款新电池估计是把宁德时代之前推出的“麒麟电池”4C快充技术直接移植了过来。

  锂离子电池能不能快充，和电池负极关系紧密。快充在电化学层面就要求锂离子快速从正极“跑”到负极，并且嵌入负极，而理论上，锂离子从正极大量快速地脱出不太难，难的是负极能不能快速接纳这些锂离子。若无法嵌入负极，这些锂离子就会在负极表面积聚，出现我们常提到的“析锂”现象，严重点就是爆炸。

  宁德时代的解决办法就是在传统石墨负极中添加硅元素形成，比如纳米硅碳复合材料等，这算是微观层面的变化，当然也要结合正极材料、电解液配方的改进才能实现。

  总的来说，这些技术上的提升还是在预料之内，虽然有挑战但也谈不上惊喜。但如果说到钠电池和锂电池的混装、组合、量产上车，关注钠电池起起伏伏许久的笔者更想知道它究竟有何创新？

  在发布会上，宁德时代乘用车事业部CTO高焕称，这款新电池“能够准确的通过客户需求，提供钠电池和锂电池混装版本。”也就是两种电池以特殊的比例混合组装，这样就能发挥钠电池耐低温性能，保障电池在严寒天气也能正常充电、放电——这种“混装”实际上的意思就是2021年宁德时代第一次发布钠电池时提到的、彼时尚在研发中的“AB电池系统”。

  先大概回顾一下关于钠电池的“知识点”。钠离子电池跟锂离子电池一直有“既生瑜、何生亮”的历史情结：明明在元素周期表里属于同一主族，电池工作原理和结构也几乎相同，且研究都差不多同时起步，但偏偏锂离子电池先一步找到了合适的正负极材料，拉开了多年在电子科技类产品上的统治序幕。

  上世纪70年代，正值石油危机，学界业界急需替代能源，可重复充电的电池是当时的努力方向之一。钠电池和锂电池其实都属于“摇椅式电池”，即借助金属离子在电池正负极之间的移动穿梭，来实现电荷的搬运，也就是电能的储存和输出，且都能重复放电。

  区别在于，锂元素具有特殊优势。锂离子的重量和体积比很小，或者说离子半径比钠离子要小得多，所以在正负极之间移动更便利。此外，锂离子得失电子能力比较强，更容易实现电量存储和释放，美日两国科学家又在90年代先后找到了适合的锂电池正负极材料，量产在即。

  而钠离子的体积要比锂离子大得多，相应的，单位体积内的包含的能量要低一些，同时所用的正负极材料、隔膜和电解液不能照搬锂电池，都需进行适应性调整。但是都已经有了能不断的提高单位体积内的包含的能量的锂电池，谁又需要在另一条极相似的电池路线上倾注心血？因而在锂电池商用化快速的提升投射的阴影中，钠电池的冷板凳一下坐到了2010年左右。

  再看锂电池有多红火。2020年前后，锂电池已经走过了30年的商业化进程，从笔记本电脑到手机，从电动扳手到电瓶车，如今正在慢慢地替代汽柴油，成为汽车动力来源……锂几乎无处不在。

  汽车转型电动化，将动力电池推向风口浪尖；有必要注意一下的是，同期能源行业的转型也在加快，能源体系正从当前主要是依靠煤炭和石油转向“靠天吃饭”的可再次生产的能源，储能需求随之稳步上升。而在新型储能技术中，除了抽水蓄能，锂电池是最成熟的，具备大规模应用条件。

  在2021年8月之前，锂价已经长期在每吨10万元以下徘徊，当年9月开始启动涨势，2021年年末一下涨了接近四倍；2022年初短短三个月，锂价一口气冲破30万元、40万元、50万元大关，在第四季度逼近60万元/吨的历史高位。

  也正是在2021年，以宁德时代为代表的传统锂电企业切入钠电池领域。虽然英国、法国、美国和日本也都有企业在开展钠电池研究，但中国在钠电池基础研究和产品推进方面还是处于国际领头羊，也是最先开发出适合的钠电池正负极材料和电解液的国家。

  同年，宁德时代推出单体单位体积内的包含的能量高达160Wh/kg的钠电池，中科院背景、专注钠电领域的初创企业中科海钠参与的全球首套1MWh钠离子电池储能系统在陕西正式投运，且宣布要在陕西建立全球首条钠离子电池规模化量产线……

  正当业界对钠电池的押注好似到了一个新的临界点，没有踩点钠电池技术的企业都在疯狂补短板时，锂价却转头狂跌，引得市场对钠电池的热情迅速降温。

  时间进入2023年，锂现货价跌跌不休，一路从年初的50万元/吨跌到目前7.5万元/吨左右。上游原材料供应过剩的行情突然到来，除了储能领域尚有热度，动力电池方面的替代计划却止步不前，宁德时代等企业内部据传一度搁置了钠电池的商业计划。

  首先就是钠电池的低温优势，钠离子电池的理论工作温域是零下40摄氏度到80摄氏度，而锂电池理论工作温域是零下20摄氏度到60度。

  钠电池之所以能适应更低温度，且不会有太多能量损耗，一是因为钠电池用到的电极材料，比如正极的聚阴离子化合物、普鲁士蓝化合物以及负极的硬碳、金属合金等材料都属于全气候电极。

  全气候电极是指在不一样的温度条件下仍能够稳定工作的电极材料。在低温条件下，锂电池的电解液和电极面临离子传导性差、极化严重等问题，而高温条件则可能加速电解液与电极界面处的副反应，导致热失控。而全气候电极通过特别设计，能够改善低温下的离子传导性及高温下的界面稳定性，因此温度低了还是高了都不影响它正常发挥。

  二是因为钠离子嵌入和脱出时，在电极与电解液的界面处的溶剂化、去溶剂化过程比较容易。

  不管是钠离子还是锂离子，在正负极间穿梭时，其实都是被电解液中的有机溶剂包裹了起来，而当金属离子要嵌入到正负极时，它就要摆脱溶剂的束缚，干干净净地进入正负极。而钠离子在电解液中就是比较干脆利落，而这也是影响电池低温性能的一个关键反应步骤。

  其次，也是因为以上提到的这些材料特性，钠电池的倍率性能也很不错。所谓倍率性能，指的是电池在短时间内充放电的能力，也就是电池在高倍率放电或充电条件下能否保持良好的性能。最早宁德时代公布的钠离子电池可以在15分钟内充满80%，实验室里的钠电池甚至能在24秒内实现完全的充放电，实在恐怖。

  最后一个优势其实也是最基本的——安全性。钠电池的正极材料本身相比于锂电池，耐热性就要好得多，电解质六氟磷酸钠又要比六氟磷酸锂相对来说比较稳定些，再加上单位体积内的包含的能量不算高，如果不幸遭遇热失控，那么单位时间内能释放的能量也没锂电池多。

  综合来看，就算抛开成本优势，钠电池的好处也可以多多利用。“AB电池设计”就是一种取长补短的结果。

  “AB”既可以是磷酸铁锂+三元锂，也可以是锂电池+钠电池，还可以是其他更多种不同组合的混搭，但显然在混动车型上，锂电池和钠电池最能互补：锂电池既弥补了钠离子电池在现阶段的单位体积内的包含的能量短板，也发挥出了它高功率、低温性能好的优势。

  宁德时代对于AB电池的具体技术细节透露的不多，只说是让钠离子与锂离子集成在同一个电池包内，并将钠离子布局在低温区，以此打破系统的低温瓶颈，以此来实现电池在低温度的环境下的续航能力提升5%。

  根据公开信息以及业内人士的推测，宁德时代AB电池系统并不是一种单一的电池技术，而是系统性的电池包集成方案。A电池为主，应该是高单位体积内的包含的能量的锂电池，会采用一些例如硅碳负极、高镍正极的改进；B电池为辅，快充性能要比较好，能量密度不做太多要求。

  这样的话关键就在于BMS的设计，它要智能地分配和管理A电池和B电池的充放电过程，以实现整体性能的平衡，这也就包括了开头提到的，对电池的电量、温度、电压等参数的实时监控和精确控制，以确保安全性和效率。

  电池包内部结构设计也有几种不同的组合方式。因为两种电池一定是按照某种比例和排列进行混搭、串联、并联、集成，一种可能是两种电池分别组成不同的pack，也就是多个电芯组成的电池组，每个pack里的电池类型是一样的，不同工况下调用不同的pack即可，就好比一台机器有多个不一样的功率的电源适配器，根据自身的需求选择合适的适配器。但这样灵活性不高，可能无法充分利用所有电池的能量，也不是特别依赖BMS的智能功率分配。

  另一种可能是，A电池和B电池单元以不同的串并联方式组合成电池组，以满足不同的电压和电流要求。例如，可以将多个A电池串联来提高电压，再将多个串联组并联来提高电流；B电池也采用类似方式组合。这样的话，系统在不同工况下该如何调用就是一个精密且复杂的过程。

  钠电池、锂电池两者电压平台不同，系统需要根据负载需求选择正真适合的电压；两种电池的功率密度也可能不同，这会影响系统在高功率需求下的性能；且两者循环寿命也不同，需要仔细考虑在不同工况下电池的损耗。

  但总的目标不变：不仅要高效地集成两种电池，还要最大限度地减少能量损失并提高总系统的电和热安全水平。

  从新能源市场变化来看，宁德时代推出增混专用电池也是为了获得增量而不得不做的事。

  自2022年新能源汽车中央财政补贴全面退出后，汽车市场价格战趋烈，纯电动车成本比较高，潜在消费者亦会担心长途充电不便。去年开始，纯电车的销量增速逐渐放缓，插电式和增程式混动汽车则异军突起。

  据中国汽车工业协会数据，今年前九个月纯电动汽车共销售498.8万辆，同比增长11.6%；而插电和增程混动汽车销售332.8万辆，同比增长84.2%。有车企市场部工作人员透露，插电与增程式汽车已经占了新能源效率的43%，“混动能更大范围的替代燃油车，必然是纯电之外不可忽视的细分市场”。

  但是混动汽车电池搭载量少，这对电池厂商可不是好消息，况且宁王还要跟本身就在混动汽车市场占据优势地位的老对手比亚迪竞争，变被动为主动的压力就更大了。

  如果从更广阔的视角来看，混动汽车电池的单位体积内的包含的能量提高，意味着一样体积或重量下可以储存更多电能，向大电网提供更多的电力支持也更具有可行性。

  想象这样一个场景，新能源汽车作为移动“充电宝”，在电价低谷时段汽车去充电，在电价高峰时期汽车又向周边建筑或电网放电。车主不仅能套利，电网还能在固定储能装备之外，增加更多用于削峰填谷的工具，是不是一个非常理想的能源转型解决方案？但这又不仅仅要求电池厂商努力，电网的承载能力同样需要细细琢磨。

  “假设一位骁遥超级电池用户在工作日晚上的波谷去充电，白天在波峰放电，在电池的全生命周期可以累计向电网反向送电约3.3万度，以珠三角地区峰谷每度电价差0.89元计算，收益可以超过2万元。”——在前不久的宁德时代“骁遥”电池发布会上，宁德时代国内乘用车事业部CTO高焕不仅为大家介绍了宁德时代的钠离子电池技术也已经在骁遥超级增混上实现应用，更通过一笔账让人们看到“骁遥”电池的“理财”属性。

  高焕在发布会现场称，骁遥电池能成为创造经济效益的工具，通过“V2G”技术接入电网，可以变成一个可移动的大型充电宝，实现电池与电网的双向能量交流。

  这里的“V2G”是vehicle-to-grid的缩写，即新能源电动汽车和电网之间的能量和信息互动，而能量管理与互动是该技术的重点应用领域。

  随着我国新型电力系统的加快构建和新能源汽车的迅猛发展，大规模车网互动融合的需求将愈发迫切。

  V2G技术则是“车网互联”的重要组成部分。通过V2G技术，电动车可以充当储能设备，将多余的电能反馈到电网中，以供给其他用户使用。当电网需求高峰时，V2G技术能将车辆储存的能量释放回电网，帮助平衡电网负荷。相反，当电网需求低谷时，电动车可以从电网接收能量并进行充电。电动车在电网负荷低时，吸纳电能，在电网负荷高时释放电能，赚取差价收益。

  这样一来，电动汽车就可当作分布式储能装置，参与电网的调频、调峰等辅助服务，提高电网的稳定性和可靠性。不过新能源车要真正变身为电网的“移动充电宝”，实现大规模的车网互动，还存在着诸多制约。

  首当其冲的便是V2G充电桩数量较少问题，当前大多充电桩不具备向电网反向充电功能，通过改造升级充电桩或者投建新型充电桩成本均较高。其次便是新能源汽车动力电池使用寿命问题，新能源汽车通过充电桩频繁向电网放电，会消耗电池循环次数、对电池性能造成负面影响。最后才是商业模式和新能源汽车车主意识问题。

  但从长远来看，新能源汽车作为移动式电化学储能资源，可通过参与电力市场交易，为电力系统提供了更多的灵活性和调节能力。这不仅有助于提升电力市场的活跃度，也为新能源汽车用户更好的提供了新的收益渠道。未来还可以围绕新制式交通V2G系统拓展利用数据信息融合平台成果开发能源－交通能效数据模型，开展虚拟电厂、分布式充储站点电网响应服务、充电交通碳交易服务等。

  而随着V2G技术的持续不断的发展，慢慢的变多的商业化运营项目开始涌现，一些停车场和充电站慢慢的开始尝试利用电动汽车的储能能力进行电力交易和套利。

  “只要在APP中设置取走车的时间，选择剩余电量的区间，系统就会自动判断最近一段时间是用电高峰还是低谷，利用不一样时段的电价差进行充放电操作。”在北京中再中心车网互动示范站，闫女士操作手机上的“e充电”App，“参与车网互动三年半以来，利用电动汽车通过家里充电、单位放电的方式，获取的放电收入累计逾9000元，超过了车辆的充电支出，实现了‘免费开车’。”不过闫女士也解释说，因为工作使然，与普通车主相比，她参与车网互动频率较高，车辆深度参与放电次数比较多，长期累计下来收益会多一些。

  供电公司业内人士也给记者算了一笔账，以一辆电池容量为100千瓦时的新能源汽车为例，未来有关政策支持情况下，如车主将其中50千瓦时电卖给电网，“按照峰、谷时段之间每千瓦时最大0.9元差价计算，每次将获利30元以上，逐步降低车辆使用成本。”

  而今年一月，国家发展改革委等四部门发布《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施建议》提出，构建新能源汽车与供电网络的信息流、能量流双向互动体系，据了解，国家能源局将在长三角、珠三角等地区开展车网互动规模化试点示范，力争2025年底前建成5个示范城市以及50个以上双向充放电示范项目，通过示范形成可复制推广的经验模式。

  或许不久之后，让新能源汽车动力电池为我们打工挣钱将照进现实，随着电池、电网技术的完善，更多以电池为核心的商业模式也将加速落地。

  近日，我国首部专对于新能源车的安全检验测试标准《新能源汽车运行安全性能检验规程》正式对外发布，将于2025年3月1日正式实施。其中明确规定了多个必检项目，着重关注动力蓄电池、电气系统和驱动电机的安全性。具体来说，动力蓄电池的充放电温度限制为磷酸铁锂电池不超过65℃，三元锂电池不超过60℃。此外，驱动电机的温度不允许超出175℃，而电机控制器和DC/DC变换器的温度则不允许超出95℃。

  而按照现行的车辆年检政策，汽车使用的时间满6年，需上检测线进行各项安全检测。于是就有车主担心，如果新能源汽车电池在使用6年后没有通过安全检测，把车卖了可能也凑不够自费换电池的钱，这也正是车电分离，也就是换电模式在近期呼声慢慢的升高的关键原因。

  因为车电分离能够让车企在用户每次换电时，都对换电车辆进行三电自检，以确保整车和电池都处在一个安全和健康的一个状态。

  根据工信部规定，2016年起。乘用车生产企业执行对电池、电机等核心部件提供8年或者12万公里质保（先到达为准），如今已是2024年末，第一批上市的新能源汽车基本上已经到了电池脱保的临界期。根据中保研汽车技术研究院在10月12日发布的第十八期汽车零整比体系指标研究结果为，在59款纯电新能源样本车型中，动力电池包单件零整比均值为50.96%，这在某种程度上预示着消费者若更换电池包，需要投入整车市场售价一半的成本，考虑到当前新能源汽车高度“内卷”，这可不是一笔小支出，部分车型换电池甚至都能买一台低配版的新车了。

  而且无论消费者如何明智的选择，电池始终是要被换下来的，根据中商产业研究院发布的《2024—2028年中国动力电池回收产业高质量发展趋势及投资风险研究报告》，2019年至2023年，中国动力电池实际回收量由12.9万吨上涨至32.4万吨，预计2024年动力电池实际回收量将超35万吨，回收渠道则主要是电池厂（宁德时代、比亚迪等）和整车企业。

  既然在新规之下，电池银行模式开始受宠，再加上旧电池回收和锂、钴、镍等金属材料再生利用，新电池也在源源不断地生产以满足使用需求，而如何更好地利用这些电池创造经济价值，就成了相关产业的新目标。所以今年以来，集成了光伏发电、储能系统和充电设施的光储充一体化电站建设迎来一波热潮，购物中心、停车场、工业园区等应用场景持续落地。

  汽车也可以峰电时为电网反向充电，再换装谷电时充满的电池，打时间差赚积分

  而对于企业而言，如何节省本金，最大化收益才是关键，利用峰谷电打时间差是一个常用手段，因为各供电公司依据当地各自季节和峰谷负荷出现的时间不同，具体地划定电价的“谷峰时段”。如在低谷时段，风光新能源发电量较大、电价较低且用电负荷比较小时，储能系统就进行充电，而在电价相比来说较高的高峰和尖峰时段时放电，促进新能源消纳的同时，实现峰谷价差套利。

  研究表明，峰谷价差达到0.7元/度时，储能的收益率达到10%，所以谷峰电储能系统前景广阔，市场空间巨大，大到企业，小到动力电池都能靠这个来“反哺”电网：在峰电时间通过V2G充电桩，使用国家电网“e充电”APP电池启动放电，一个小时左右车内动力电池存储的60多度电就“反哺”到了国家电网，然后使用预留的电量开到换电站，换上一块在充电时充满的新电池，根据具体品牌不同，这样一次充放电互动能够得到一笔品牌的积分收益。

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