前不久，中國汽車工程學會通過線上直播的方式召開“節能與新能源汽車技術路線圖系列年度研究成果釋出會”，提出了2021年節能與新能源汽車技術的九大動向，其中“內建混動專用發動機、機電耦合系統、大功率電機等專用部件的重度混動系統技術實作油耗降到4L/100km以下”引發關注。
自《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》2020年釋出以來，行業發展混動技術的熱情在極短的時間内被再度點燃，及至2021年年底，幾乎所有主流自主品牌車企都推出了自家的混動系統架構。而随着市場的發展，對混動系統專用部件的需求也成為題中應有之義。具體到電池上，混動汽車究竟需要什麼類型的電池，又是什麼因素決定着市場的選擇？這些問題少有人談及，但卻很有必要深入探讨。
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混動汽車
平台化成為趨勢
混動熱潮席卷而來，多家企業都推出了自己的技術和産品方案，但“混動”這一個語義包含了太多内容，不僅普通消費者容易一頭霧水，即便業内人士想要在某一語境下厘清所指恐怕也需費一番工夫。目前來看，插電式混合動力汽車（PHEV）歸入了新能源汽車序列，而混合動力汽車（HEV）則屬于節能汽車的範疇。
根據工信部2020年6月釋出的《關于修改〈乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法〉的決定》，插混汽車可以獲得1.6個新能源汽車積分；而混動汽車（HEV）則歸入“低油耗乘用車”；同時，“2021年度、2022年度、2023年度，低油耗乘用車的生産量或進口量分别按照其數量的0.5倍、0.3倍、0.2倍計算”的規定也堅定了企業發展混動技術的決心。
從市場回報情況來看，比如2021年12月，根據中國汽車工業協會的統計，當月純電動汽車産銷量分别為43.4萬輛、44.8萬輛，同比均增長1.1倍；插混汽車産銷量分别為8.4萬輛和8.2萬輛，同比增長1.6倍、1.2倍，其中，比亞迪、理想汽車、上汽大衆、寶馬、上汽乘用車是主要的市場參與者。另據相關機構的統計，2021年上半年，大陸混動乘用車（HEV）銷量合計約為24.7萬輛，同比增長72%，代表企業以本田系、豐田系為主，自主品牌車企暫未取得較大突破。
在行業政策及市場發展的背景下，大部分自主品牌車企推出的混動系統架構，都從整車開發設計的一緻性，以及市場營銷等不同角度出發，将目标定位在實作包含混動（HEV）和插混的“大一統”混動技術發展上。
以長城汽車檸檬混動DHT為例，據官方介紹，該系統內建了1.5L/1.5T混動專用發動機、發電/驅動雙電機、定軸式變速器、雙電機控制器、內建DC/DC。“由于混動（HEV）和插混系統都是由高效率混動燃油發動機、高內建度雙電機混動變速器、高效能混合動力電池三大部分組成，擁有相同的架構，是以檸檬混動DHT可以适用于這兩種動力形式。”長城汽車相關人士告訴《中國汽車報》記者。
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不同混動構型
電池需求各異
“混動對于零部件的需求非常獨特，從大的構型來看，混動（HEV）和插混汽車對于電池的要求與純電動汽車大不相同，而前兩者之間又有不小的差異；同樣是發動機和變速器，混動汽車的需求與傳統燃油車也是截然不同。”廣汽乘用車有限公司技術中心産品技術室主任劉建國介紹道。
蜂巢能源相關人士告訴記者，純電動汽車采用能量型電池，插混汽車采用能量兼功率型電池，而混動汽車（HEV）采用的是功率型電池。目前，純電動汽車在純電模式下行駛裡程一般超過350km，前期在補貼政策的影響下，企業主要追求電池的高能量密度，電量普遍大于40kWh。電池電量大對功率有較大貢獻。是以，除低SOC、低溫等極限情況外，純電動汽車對功率密度需求普遍不高。
插混汽車具備純電動和混動兩種模式，前者針對城市通勤的使用場景，後期兼顧長裡程需求，解決裡程焦慮。插混汽車在純電模式下行駛裡程一般為50~80km，電量普遍不大，根據産品的不同定位，配套電池的電量為8~25kWh。
換句話說，對于插混汽車，企業一般會綜合考慮電池的能量密度和功率密度，能量密度與純電動汽車的電池相比略低，功率密度是其1.5~2倍；而且，為保證混動模式的動力性及助力性能，SOC使用範圍一般為15%~95%；同時，因車輛兼具純電動及混動特性，也需要特别關注純電動裡程的占比，在80km每循環的前提下，純電動裡程占比高，對電池循環壽命的挑戰較大。
混動汽車（HEV）的電池主要用于加速助力及能量回收，電量普遍較小，根據車型不同，約為0.8~2.1kWh；此外，由于僅有混動模式，其對電池的功率及循環壽命有很高的要求。
“增程式插混汽車由于發動機不直接參與驅動，而是依靠電機，對電池也有自己的要求。”劉建國補充道，增程式插混技術路線中，發動機（增程器）僅用來發電，車輛電控政策相對簡單。
“由于增程式插混汽車對電池電量需求較大，純電動模式下行駛裡程一般要達到200km甚至更長，增程器在高效率區間發電，延長車輛的續駛裡程，比對40kWh或更高電量的電池，通常采用高能量密度電芯進行方案設計。”蜂巢能源相關人士表示。
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追求安全、高倍率、長壽命
不過，記者也了解到，遵循整車企業的設計思路，不同混動構型對電池的需求也有共性可循。“目前，自主品牌車企常見的混動技術路線，基本還是動力分流和雙電機串并聯兩大類。從這個角度來看，行業對于混動電池的需求具有一定的一緻性。”劉建國認為。
科力遠相關人士向記者表示：“混動技術更關注電池的瞬間功率、脈沖循環壽命、月曆壽命及低溫啟動性能等，需要的是更具瞬間爆發力的功率型電池。純電動汽車動力電池的核心是能量密度、成本、循環壽命和安全性，更傾向于擴大續駛裡程優勢，需要的是可持續輸出的能量密度型電池。”
“電池的安全性始終是整車企業的首要關注點。現階段，在混動汽車（HEV）的電池選型中有兩條比較主流的路線，一是鎳氫電池，一是NCM523三元锂電池。插混汽車采用的一般為三元锂和磷酸鐵锂電池。”劉建國告訴記者，“無論NCM523锂電池，還是鎳氫電池，都已有大量的應用實績，安全性得到了充分的驗證。
那麼，排在第二位的關注點就是如何幫助混動系統及整車盡可能的省油。以混動汽車（HEV）為例，研發人員需要通過各部件的配合，讓發動機始終在最節油、最經濟的工況區間運作，需要關注電池的充放電性能。對比來看，一般純電動汽車的電池放電倍率約為1~3C，而混動汽車（HEV）專用電池的放電倍率要達到10C。”
除此之外，混動汽車（HEV）專用電池的循環壽命非常重要。劉建國介紹說，從設計經驗及測試結論來看，電池充放電深度一般為40%~80%，但由于在行駛過程中需要頻繁充放電，循環壽命一般要超過2萬次（約等于30萬km的行駛裡程），而這一名額（盡管充放電深度有所不同）在純電動或插混汽車上約為2千次。
科力遠相關人士佐證了這一觀點：“不同混動車型以追求發動機效率最高目标來制定電池配套政策。功率分流路線以發動機為主，以動力電池為輔，需要快速大功率放電能力的電池；串并聯路線以電驅動（動力電池）為主，以發動機為輔，對電池的功率要求更高。”
“自主品牌車企的混動架構，以雙電機串并聯路線為主。插混汽車由于有更長的純電續駛裡程，必然會要求一個容量較大的電池包，電芯一般70Ah左右，而混動汽車（HEV）的電池容量隻有5Ah左右。這意味着，混動電池要在體積小的前提下，做到較高的充放電倍率，對隔膜、電芯、塗層材料等關鍵部件要求更高，加工工藝也會更複雜，精度誤差控制要更精确。”劉建國解釋道。
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混動市場的電池博弈
随着不同技術路線混動汽車的發展，相關整車的電池配套正沿着各自的産業邏輯不斷進化。通過比亞迪超混系列車型的上市，刀片式磷酸鐵锂電池開始在插混汽車上應用，而混動汽車（HEV）領域，本田大量應用三元锂電池，豐田還堅持着鎳氫電池路線，并不斷進行新的嘗試。這是原有格局出現變化的信号，抑或是一種新博弈的開始？
“三元锂、鎳氫、磷酸鐵锂電池在特性上各有所長，三元锂電池能量密度高，但成本也較高；磷酸鐵锂電池成本低，穩定性好，但低溫下放電性能相對較差；鎳氫電池環保、可靠性更高、充放電倍率高，但能量密度再次之，且有一定記憶效應。”劉建國表示，“是以，整車企業還是要根據車輛設計要求，系統考慮電機、電控、發動機、變速器等重要零部件後再選擇電池類型。”
科力遠相關人士介紹道：“混動汽車（HEV）專用電池目前可在零下30℃環境下快速低溫啟動，淺充淺放下能做到循環壽命1萬次以上，相當于與汽車同壽命或行駛20萬km。鎳氫電池具有高安全、長壽命、大功率、寬溫域、易回收等産品特點，其正極由球鎳制成，負極活性物質則由儲氫合金構成，屬于相對穩定的材料，堿性水系電解液有良好的阻燃性能，不會發生爆炸燃燒事故；淺充淺放狀态下循環壽命可達1萬次以上；在零下40℃~60℃環境下保持高倍率充放電。”
記者整理相關資訊後發現，作為混動汽車市場重要一極的豐田，采用了THS功率分流技術路線，并堅持以鎳氫電池為主，其混動車型的經濟性、安全性、耐久性得到了市場的充分認可。而2021年8月，由科力遠與豐田中國、新中源和豐田通商等合資成立、專門生産供應鎳氫動力電池的企業科力美，完成了最新一期擴産，總産能達到48萬台。由此可見，在一定時期内，鎳氫電池對于混動汽車（HEV）的發展意義仍十分重要。
“三元锂電池在低溫、功率密度等領域有一定優勢，在插混和混動汽車（HEV）上均有比較廣泛的應用；磷酸鐵锂電池則主要應用于插混汽車。”蜂巢能源相關人士表示。
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未來多技術路線
仍将共存
“大陸幅員遼闊，跨越了多個氣候帶，單一技術路線無法應對複雜的工況需求。比如，在東北三省等冬季溫度較低的北方區域，锂電池充放電性能都會下降，影響車輛運作狀态。在高熱地區，過高的溫度也會給電池的安全性帶來考驗。鎳氫電池具備更好的低溫性和穩定性，由于采用堿性電解質水溶液，工作溫度可以低至零下40℃。”
科力遠相關人士認為，“從技術角度講，鎳氫、三元锂、刀片式磷酸锂電池各有其使用場景，分别适用于不同的混動架構。在高能量密度、高功率密度、高安全性和寬溫幅等關鍵性能名額的平衡上進行客觀分析，鎳氫電池和锂電池并不是替代關系，在很長的時間内，不同體系的電池技術将長期共存，并在各自适用的細分市場領域創新發展。此外，從全球電池材料資源特性以及大陸的資源禀賦來看，不同材料體系的動力電池共同發展，對于緩解電池材料供需、實作成本控制具有重要意義。”
“新能源汽車都以提高續駛裡程為目标，動力電池在向CTP（無模組）方向發展。刀片電池隻是一種電芯的結構形式，能提高電池系統的空間使用率，相同空間實作更多的電量儲備，提升了磷酸鐵锂電池車型的競争力。短刀電池布置靈活，相容性更好，是我們未來産品的重點布局之一。”蜂巢能源相關人士也較認同不同類型電池将共存的看法。
從整車企業的角度來看，未來混動汽車的發展趨勢是一個多因素共同作用的過程。在劉建國看來，理論上，随着“綠電”比例提升，純電動汽車的應用規模将不斷擴大，進一步展現出節能減排的優勢。插混汽車在短期内還會享受新能源汽車政策紅利，首先在一些區域市場能夠獲得專用牌照，享受使用便利，其次目前依然享受免購置稅政策。
另外，由于插混汽車“可油可電”，不少消費者出于對消費習慣和使用場景的考慮，對其情有獨鐘。而且，在這一細分市場将出現長續駛、短續駛版本共存的情況。不過，從長遠的角度來看，混動汽車（HEV）是幫助傳統燃油車實作碳達峰目标的重要途徑。“以廣汽傳祺GS8為例，配裝混動專用發動機的HEV車型，2噸多的整備品質NEDC油耗5.3L/100km相當優秀。”他說。
科力遠相關人士告訴記者，2021年，大陸混動汽車銷量同比增長121.6%，國内外車企紛紛加快了混動布局，技術路線和車型不斷豐富，帶動配套專用電池的市場規模持續提升，1~3年内的市場占比有望達到20%。“‘雙積分’等行業政策将有效提升車企發展混動的積極性。混動将成為快速替代燃油車的最佳選擇，配套專用電池的市場規模有着巨大的成長空間。未來，混動電池将朝着耐久性更強、安全性更高、成本更低、功率更大的方向進化，由此帶來更好的經濟性與行駛體驗。”
文：馬鑫 張雅慧 編輯：龐國霞 版式：王琨