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| 本文作者： 李雨晨 | 2024-03-25 14:47 |
智能化，是近幾年新能源車的核心賣點。
過去幾年，我們正經(jīng)歷一場從油到電的汽車智能化浪潮。但是，很多人忽略的一個問題是，2016年買電車的車主，將要開始陸續(xù)面臨電池脫保的問題。
因為在這一年，乘用車動力電池8年或者12萬公里的質(zhì)保標(biāo)準(zhǔn)開始實施。
蔚來董事長兼CEO李斌表示，行業(yè)內(nèi)更多關(guān)注的是電池的容量、續(xù)航和充電速度，很少有人會關(guān)注電池的壽命。但正是電池壽命，決定了長期使用后的剩余續(xù)航里程，以及車輛后續(xù)的安全性?！斑^了質(zhì)保期不是不能開，而是出了質(zhì)保期，可用的續(xù)航里程會急劇下降，可能突破電池安全的底線。
所以，在行業(yè)面臨動力電池脫保、“車電不同壽”以及電池更換成本高昂等難題的背景下，蔚來提出了長壽命電池解決方案的計劃，目標(biāo)是實現(xiàn)電池使用15年后健康度依舊可以保持在85%以上。
長壽命電池方案包含兩個核心，如何通過電化學(xué)材料技術(shù)上的創(chuàng)新生產(chǎn)出一款長壽命電池，以及如何通過電池管理優(yōu)化讓電池的壽命達(dá)到這一預(yù)期目標(biāo)。
蔚來做長壽命電池，有一個最直白的理由——節(jié)省成本。
2019年，有國外媒體報道，國外一位特斯拉車主，于2014年購買了一輛特斯拉轎車，歷時5年行駛到了100萬公里，車主一共換過3次電池，好在質(zhì)保期內(nèi)這位車主的維修費用總共僅花了1.3萬歐元。如果不是保修期內(nèi)，一塊特斯拉電池的更換成本大約在17萬元左右，相當(dāng)昂貴。
所以，為電池做好保養(yǎng)，延長電池壽命從而減少換電成本，這是一個算得過來的經(jīng)濟(jì)賬。
蔚來副總裁、電池系統(tǒng)負(fù)責(zé)人曾士哲認(rèn)為，“長壽命電池的科學(xué)路徑，是電池的本征研發(fā)加上電池的運營創(chuàng)新?！?/p>
電池為什么會衰竭，無外乎來自于電芯設(shè)計里面的正極、負(fù)極、電解液的衰竭。
從本征研發(fā)的角度說，蔚來的創(chuàng)新之處主要也是圍繞上面這三部分：多元素分子級調(diào)控，減少電池正極三元材料相變；介孔結(jié)構(gòu)及包覆層納米級優(yōu)化，降低負(fù)極石墨結(jié)構(gòu)形變；自研高熵低阻快離子電解液（HPSE），降低化學(xué)反應(yīng)活性。
曾士哲表示，具體而言，三元材料原本結(jié)構(gòu)比較緊密，聚集大量鋰離子，多次充電放電之后結(jié)構(gòu)就會松散出現(xiàn)新裂痕，正極材料會與電解液反應(yīng)，進(jìn)一步消化掉鋰離子，從而影響使用壽命。
蔚來的做法是，在正極中摻雜一些吸收能量的金屬元素——使用鋯元素改性后，電池正極材料相變減少。數(shù)據(jù)顯示，蔚來電池團(tuán)隊通過這番改變，讓電芯正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升22%，過渡金屬溶出率降低43%。
解決電池正極材料穩(wěn)定性外，第二個層面就是完善負(fù)極。
負(fù)極材料是石墨，石墨是由碳原子構(gòu)成的一種晶體材料，具有六角形晶格結(jié)構(gòu)，其層狀結(jié)構(gòu)使得其具有多孔性。
石墨的表面孔隙結(jié)構(gòu)是決定電池嵌鋰能力的基礎(chǔ)。石墨材料表面微孔的存在可以增加Li+的擴(kuò)散通道，減小Li+的擴(kuò)散阻力，從而有效提高材料的倍率性能。
蔚來電池研發(fā)團(tuán)隊通過體相介孔結(jié)構(gòu)設(shè)計和包覆層的納米級優(yōu)化，改變石墨孔洞的數(shù)量、分布和排列。傳統(tǒng)的石墨結(jié)構(gòu)，其孔隙體積占比是0.19%，而蔚來的電池可以將孔隙體積占比提升至3.35%。
最后一點就是電解液，蔚來自研了高熵低阻的快離子電解液（HPSE)。傳統(tǒng)的電解液里，以有機成分為主，力學(xué)穩(wěn)定性差的保護(hù)膜、不穩(wěn)定溶劑與正極材料反應(yīng)會放出大量熱量。HPSE則是以無機成分為主，采用了穩(wěn)定性較好的保護(hù)膜以及溶劑，從而使得反應(yīng)的熱量大幅減少。
在這樣的設(shè)計下，按照曾士哲的說法，“（材料）不會亂反應(yīng)，降低衰減速度?！?/p>
目前，蔚來已經(jīng)具備了材料合成、電芯試制、系統(tǒng)組裝、驗證測試的電芯全棧研發(fā)能力，并擁有整車廠中規(guī)模最大的電池研發(fā)實驗室 。
據(jù)蔚來電池戰(zhàn)略溝通會的數(shù)據(jù)顯示，蔚來電池實驗室超過兩萬平，擁有先進(jìn)材料、理化測試等6大技術(shù)實驗室，截至目前，蔚來在材料、電芯、系統(tǒng)、軟件、云端策略已擁有1435項科技專利，其中電池壽命相關(guān)專利達(dá)104項。
能夠?qū)崿F(xiàn)這些技術(shù)創(chuàng)新，需要砸進(jìn)去真金白銀。這也可以理解，為什么蔚來2023年全年的研發(fā)投入為134.3億元，連續(xù)兩年突破百億。2023年的第四季度，蔚來研發(fā)投入達(dá)39.7億元，連續(xù)五個季度突破30億元。當(dāng)然，這些錢不僅僅是花在電池研發(fā)上，還有其他諸多方面。
電池的健康跟人的身體一樣，既要先天好，還要有后期的鍛煉和保養(yǎng)。
對于用戶來說，面臨如何保養(yǎng)電池的問題，并沒有非常清晰的意識。比如，有時候電池的過放（電池太久不用以后，電量降到極低水平的狀態(tài)），電池過放之后幾乎很難激活，就算激活也會受到不可逆的物理損傷。
再比如現(xiàn)在各家廠商推出的快充技術(shù)。頻繁使用高壓快充，對電池壽命會有影響。因為電池在快速充電的過程中會產(chǎn)生更多的熱量。長期來看，可能會加速電池老化，影響電池的整體使用壽命和續(xù)航里程。
所以，即便是非常抗造的電池，在一些不合適的行為下也會大大“折壽”，最后的結(jié)果就是導(dǎo)致用戶要多掏錢買新電池，或者忍一忍但有安全隱患。
從電池成本的角度和安全的角度出來，2019年，蔚來開始建立了一個基于電池全生命周期數(shù)字智能大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
這個系統(tǒng)里對電池的運營與維護(hù)分為兩個方面：怎么用更好的充電方式讓電池壽命更長，以及電池出了問題后怎么及時發(fā)現(xiàn)。
從第一個層面看，動力電池的最佳充放電溫度通常在15—35度之間，蔚來換電站自帶水冷系統(tǒng)，相當(dāng)于給電池提供了一個“電池溫床”，能夠在10分鐘內(nèi)將電池從零下20℃的嚴(yán)寒或50℃的酷暑環(huán)境中升溫或降溫，將環(huán)境溫度調(diào)節(jié)到適合電池工作/存放的區(qū)間。
蔚來還自研了行業(yè)首個車云結(jié)合動力電池包保養(yǎng)算法，可實現(xiàn)對每塊電池充電情況檢測，并在換電站通過功率控制進(jìn)行充電強度的均衡調(diào)節(jié)。比如當(dāng)某塊電池此前已經(jīng)經(jīng)過了多次的快充，內(nèi)部狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到了衰減的臨界值，那蔚來的換電站就會獲取到這塊電池的數(shù)據(jù)，并對這塊電池進(jìn)行養(yǎng)護(hù)性的慢充保養(yǎng)。
截至目前，蔚來換電體系已經(jīng)完成817萬次云端電池檢測，78萬次電池保養(yǎng)式充電，保證電池最佳狀態(tài)。
當(dāng)然，除了頻繁快充之外，影響電池壽命的因素是多方面的。
所以，蔚來的能源云有300多個算法模型，對每一塊電池過去6個月里面電流、電壓，包括使用工況各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在換電站做每塊電池的檢測及健康檢查，有問題的會被拿走維修或者退出換電循環(huán)，確保換電體系每一塊電池都是健康的電池。李斌給出的數(shù)據(jù)是：系統(tǒng)判斷風(fēng)險較高電池的準(zhǔn)確率接近98%。
所以，我們可以看到，想要好好保養(yǎng)電池，一個是離不開云端的數(shù)據(jù)檢測，當(dāng)然也離不開蔚來的換電站。這也是為什么蔚來會說，換電站是電池的養(yǎng)護(hù)站。
蔚來在全球市場建設(shè)和運營的換電站目前已超過2390座，已提供超4000萬次換電服務(wù)。長安、吉利、江淮、奇瑞等頭部車企先后與蔚來達(dá)成換電合作。2024年2月26日，南方電網(wǎng)儲能科技也與蔚來簽署了合作協(xié)議，推動換電站作為分布式儲能參與虛擬電廠業(yè)務(wù)。
到了今天，蔚來的換電體系已經(jīng)變成用戶、企業(yè)、行業(yè)、社會多方共贏的有機體。
蔚來的換電服務(wù)，始于2018年。
這一年，蔚來的第一款車型ES8開始正式交付，當(dāng)時也是一同提出了換電服務(wù)，蔚來推出了首個商用換電站——蔚來能源站，位于北京東方廣場，為蔚來ES8車主提供電池更換服務(wù)。
作為以“換電”為服務(wù)特色的車企，蔚來比任何一家車企都在意電池的壽命。然而，“神龜雖壽猶有盡時”。任何一塊無敵的電池，終究有衰老的一天。所以，車主最終還是要為電池的壽命買單。而電池本身的更換成本，是一個難以回避的問題。
曾經(jīng)有車企高管直言動力電池價格太貴，已經(jīng)占到了新能源汽車總成本的40%、50%、60%。
這張圖里，展示的是部分車企品牌的售后更換電池包費用。
據(jù)雷峰網(wǎng)了解，李斌算過一筆張：即便容量為30.7kWh的混動車型，電池的更換費用也達(dá)到5.89萬元，如果時按照上文提到的過了質(zhì)保期的2000萬輛新能源車，更換電池的費用達(dá)1萬多億。
從用戶錢袋子的角度考慮，屆時如果有一半的用戶不用更換電池，省下的費用也是以千億計。所以，這也是3月14日蔚來有底氣下調(diào)BaaS銷售政策的原因。
在蔚來公布的BaaS新方案中，用戶選擇Baas方案購車，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)版車價降價7萬元，長續(xù)航版車價降價12.8萬元，并且還可以享受最高可達(dá)1.1萬元以上購置稅減免。
從BaaS模式來看，用戶可以降低購車門檻。同時，由于換電體系的存在，用戶完全不用擔(dān)心電池的健康狀況。
一言以蔽之，車電分離的最終目的是實現(xiàn)車電同壽。
另一方面，盡管現(xiàn)在諸多車企都在布局超快充，但是根據(jù)蔚來最新的第三代換電站的數(shù)據(jù)，自動泊車入位、更換電池、三電自檢這一套流程下來只要不到5分鐘。
第二個層面，是從行業(yè)角度來審視。去年以來，長安、吉利、奇瑞、江淮等4家整車企業(yè)已陸續(xù)和蔚來簽署合作，宣布加入換電聯(lián)盟，未來將推出換電技術(shù)的新能源汽車。此舉能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的整合，包括電池制造、換電站建設(shè)、運營等環(huán)節(jié)。此次戰(zhàn)略會上蔚來與寧德時代在電池研發(fā)上的合作就是一個縮影。
第三個層面，換電體系還有一個更大的視角是，國家的能源穩(wěn)定。
2021年10月，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動方案》、以及國家發(fā)改委和國家能源局印發(fā)的《“十四五” 現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》里都提到，“開展用戶側(cè)儲能、新能源汽車與電網(wǎng)（V2G）能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范。”
V2G是Vehicle to Grid的縮寫，“從電動車到電網(wǎng)”，其實就是反向輸電，讓新能源車把車?yán)锏碾姺颠€給電網(wǎng)的特殊技術(shù)。李斌就說到，“換電最大的一個優(yōu)點是，換電站本身就是儲能站。20多塊100度的電池，一小時就可以存兩萬度的電?！?/p>
對于整個社會的能源穩(wěn)定，換電模式有其優(yōu)勢。
就在3月18日，蔚來首座高速光儲充放一體換電站，在G50滬渝高速枝江西服務(wù)區(qū)正式投入運營。該站不僅可以給車輛提供換電服務(wù)，還能響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令，對電網(wǎng)反向放電，從而進(jìn)一步提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善本地清潔能源隨機性、波動性的弱點，促進(jìn)有序消納。
可以看到，這座站就是幫助能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的一個具體實踐。
蔚來電源管理副總裁沈斐在長壽命電池戰(zhàn)略會上接受采訪時表示，“企業(yè)左右不了電價，但是普通用戶可以利用電價做很多調(diào)節(jié)電網(wǎng)的事情。國家的電價政策是峰谷平尖，分3-4個時段。從趨勢來講，峰谷平尖一定會拉大。”
因為風(fēng)電跟光伏發(fā)電越來越多，而電網(wǎng)的特征是，用電跟發(fā)電要隨時平衡，風(fēng)電光伏不太可控，那就通過價格調(diào)控。比如中午光伏發(fā)電多，但是很多工廠的員工在吃飯，那就降低光伏發(fā)電的價格，鼓勵工廠中午繼續(xù)用電。
所以，在這樣的社會背景下，蔚來的換電網(wǎng)絡(luò)甚至可以通過車網(wǎng)互動創(chuàng)造更大的利益，比如利用電價機制進(jìn)行自我調(diào)節(jié)——在電費價格低的用電谷段進(jìn)行充電，在用電高峰期反向輸出給電網(wǎng)進(jìn)行削谷填峰。這既幫助換電站減少了運營成本，也可以幫助維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定。
2023年時，蔚來還發(fā)布了V2G充電樁，這樣用戶就可以在電費低時充電，電費高時給電網(wǎng)放電，進(jìn)而獲取電價差的收益。
早在2019年，蔚來就已經(jīng)在上海試點通過“能源云”組織換電站、家充樁參與全市電網(wǎng)的削峰填谷。到了2021-2022年度，參與到車網(wǎng)互動的用戶已經(jīng)超4000名，消納清潔能源超過230萬度，相當(dāng)于減少了1179噸的碳排放。
蔚來董事兼總裁秦力洪也補充道，“利用蔚來的充換電體系，我們可以在隨時變換的電價體系里面，做到電網(wǎng)、公司和用戶三方收益的共贏和最大化，別人做不到?！?/p>
所以，蔚來在長壽命電池+換電模式方面的持續(xù)投入，是一個兼顧了新能源與燃油各自優(yōu)點的行業(yè)更優(yōu)解。
其一，換電與燃油車加油的效率相當(dāng)，將燃油的續(xù)航體驗平移到新能源領(lǐng)域；其二，利用長壽命電池與換電模式，將車與電池剝離，通過BaaS方案降低了用戶的購車門檻。同時，將電池保值的事情交給電池運營方，免去電池衰減帶來的價值降低和安全隱患。最后，換電模式融入了國家能源安全的大戰(zhàn)略中，幫助實現(xiàn)能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型。
長壽命電池+換電運營，已經(jīng)幫我們描繪出“純電取代燃油”的終極形態(tài)。雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))
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