混合动力汽车需要什么样的电池

前不久，中国汽车工程学会通过线上直播的方式召开“节能与新能源汽车技术路线图系列年度研究成果发布会”，提出了2021年节能与新能源汽车技术的九大动向，其中“集成混动专用发动机、机电耦合系统、大功率电机等专用部件的重度混动系统技术实现油耗降到4L/100km以下”引发关注。

自《节能与新能源汽车技术路线图2.0》2020年发布以来，行业发展混动技术的热情在极短的时间内被再度点燃，及至2021年年底，几乎所有主流自主品牌车企都推出了自家的混动系统架构。而随着市场的发展，对混动系统专用部件的需求也成为题中应有之义。具体到电池上，混动汽车究竟需要什么类型的电池，又是什么因素决定着市场的选择？这些问题少有人谈及，但却很有必要深入探讨。

混动热潮席卷而来，多家企业都推出了自己的技术和产品方案，但“混动”这一个语义包含了太多内容，不仅普通消费者容易一头雾水，即便业内人士想要在某一语境下厘清所指恐怕也需费一番工夫。目前来看，插电式混合动力汽车（PHEV）归入了新能源汽车序列，而混合动力汽车（HEV）则属于节能汽车的范畴。

根据工信部2020年6月发布的《关于修改〈乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法〉的决定》，插混汽车可以获得1.6个新能源汽车积分；而混动汽车（HEV）则归入“低油耗乘用车”；同时，“2021年度、2022年度、2023年度，低油耗乘用车的生产量或进口量分别按照其数量的0.5倍、0.3倍、0.2倍计算”的规定也坚定了企业发展混动技术的决心。

从市场反馈情况来看，比如2021年12月，根据中国汽车工业协会的统计，当月纯电动汽车产销量分别为43.4万辆、44.8万辆，同比均增长1.1倍；插混汽车产销量分别为8.4万辆和8.2万辆，同比增长1.6倍、1.2倍，其中，比亚迪、理想汽车、上汽大众、宝马、上汽乘用车是主要的市场参与者。另据相关机构的统计，2021年上半年，我国混动乘用车（HEV）销量合计约为24.7万辆，同比增长72%，代表企业以本田系、丰田系为主，自主品牌车企暂未取得较大突破。

在行业政策及市场发展的背景下，大部分自主品牌车企推出的混动系统架构，都从整车开发设计的一致性，以及市场营销等不同角度出发，将目标定位在实现包含混动（HEV）和插混的“大一统”混动技术发展上。

以长城汽车柠檬混动DHT为例，据官方介绍，该系统集成了1.5L/1.5T混动专用发动机、发电/驱动双电机、定轴式变速器、双电机控制器、集成DC/DC。“由于混动（HEV）和插混系统都是由高效率混动燃油发动机、高集成度双电机混动变速器、高效能混合动力电池三大部分组成，拥有相同的架构，因此柠檬混动DHT可以适用于这两种动力形式。”长城汽车相关人士告诉《中国汽车报》记者。

“混动对于零部件的需求非常独特，从大的构型来看，混动（HEV）和插混汽车对于电池的要求与纯电动汽车大不相同，而前两者之间又有不小的差异；同样是发动机和变速器，混动汽车的需求与传统燃油车也是截然不同。”广汽乘用车有限公司技术中心产品技术室主任刘建国介绍道。

蜂巢能源相关人士告诉记者，纯电动汽车采用能量型电池，插混汽车采用能量兼功率型电池，而混动汽车（HEV）采用的是功率型电池。目前，纯电动汽车在纯电模式下行驶里程一般超过350km，前期在补贴政策的影响下，企业主要追求电池的高能量密度，电量普遍大于40kWh。电池电量大对功率有较大贡献。因此，除低SOC、低温等极限情况外，纯电动汽车对功率密度需求普遍不高。

插混汽车具备纯电动和混动两种模式，前者针对城市通勤的使用场景，后期兼顾长里程需求，解决里程焦虑。插混汽车在纯电模式下行驶里程一般为50~80km，电量普遍不大，根据产品的不同定位，配套电池的电量为8~25kWh。

换句话说，对于插混汽车，企业一般会综合考虑电池的能量密度和功率密度，能量密度与纯电动汽车的电池相比略低，功率密度是其1.5~2倍；而且，为保证混动模式的动力性及助力性能，SOC使用范围一般为15%~95%；同时，因车辆兼具纯电动及混动特性，也需要特别关注纯电动里程的占比，在80km每循环的前提下，纯电动里程占比高，对电池循环寿命的挑战较大。

混动汽车（HEV）的电池主要用于加速助力及能量回收，电量普遍较小，根据车型不同，约为0.8~2.1kWh；此外，由于仅有混动模式，其对电池的功率及循环寿命有很高的要求。

“增程式插混汽车由于发动机不直接参与驱动，而是依靠电机，对电池也有自己的要求。”刘建国补充道，增程式插混技术路线中，发动机（增程器）仅用来发电，车辆电控策略相对简单。

“由于增程式插混汽车对电池电量需求较大，纯电动模式下行驶里程一般要达到200km甚至更长，增程器在高效率区间发电，延长车辆的续驶里程，匹配40kWh或更高电量的电池，通常采用高能量密度电芯进行方案设计。”蜂巢能源相关人士表示。

不过，记者也了解到，遵循整车企业的设计思路，不同混动构型对电池的需求也有共性可循。“目前，自主品牌车企常见的混动技术路线，基本还是动力分流和双电机串并联两大类。从这个角度来看，行业对于混动电池的需求具有一定的一致性。”刘建国认为。

科力远相关人士向记者表示：“混动技术更关注电池的瞬间功率、脉冲循环寿命、日历寿命及低温启动性能等，需要的是更具瞬间爆发力的功率型电池。纯电动汽车动力电池的核心是能量密度、成本、循环寿命和安全性，更倾向于扩大续驶里程优势，需要的是可持续输出的能量密度型电池。”

“电池的安全性始终是整车企业的首要关注点。现阶段，在混动汽车（HEV）的电池选型中有两条比较主流的路线，一是镍氢电池，一是NCM523三元锂电池。插混汽车采用的一般为三元锂和磷酸铁锂电池。”刘建国告诉记者，“无论NCM523锂电池，还是镍氢电池，都已有大量的应用实绩，安全性得到了充分的验证。

那么，排在第二位的关注点就是如何帮助混动系统及整车尽可能的省油。以混动汽车（HEV）为例，研发人员需要通过各部件的配合，让发动机始终在最节油、最经济的工况区间运行，需要关注电池的充放电性能。对比来看，一般纯电动汽车的电池放电倍率约为1~3C，而混动汽车（HEV）专用电池的放电倍率要达到10C。”

除此之外，混动汽车（HEV）专用电池的循环寿命非常重要。刘建国介绍说，从设计经验及测试结论来看，电池充放电深度一般为40%~80%，但由于在行驶过程中需要频繁充放电，循环寿命一般要超过2万次（约等于30万km的行驶里程），而这一指标（尽管充放电深度有所不同）在纯电动或插混汽车上约为2千次。

科力远相关人士佐证了这一观点：“不同混动车型以追求发动机效率最高目标来制定电池配套策略。功率分流路线以发动机为主，以动力电池为辅，需要快速大功率放电能力的电池；串并联路线以电驱动（动力电池）为主，以发动机为辅，对电池的功率要求更高。”

“自主品牌车企的混动架构，以双电机串并联路线为主。插混汽车由于有更长的纯电续驶里程，必然会要求一个容量较大的电池包，电芯一般70Ah左右，而混动汽车（HEV）的电池容量只有5Ah左右。这意味着，混动电池要在体积小的前提下，做到较高的充放电倍率，对隔膜、电芯、涂层材料等关键部件要求更高，加工工艺也会更复杂，精度误差控制要更精确。”刘建国解释道。

随着不同技术路线混动汽车的发展，相关整车的电池配套正沿着各自的产业逻辑不断进化。通过比亚迪超混系列车型的上市，刀片式磷酸铁锂电池开始在插混汽车上应用，而混动汽车（HEV）领域，本田大量应用三元锂电池，丰田还坚持着镍氢电池路线，并不断进行新的尝试。这是原有格局出现变化的信号，抑或是一种新博弈的开始？

“三元锂、镍氢、磷酸铁锂电池在特性上各有所长，三元锂电池能量密度高，但成本也较高；磷酸铁锂电池成本低，稳定性好，但低温下放电性能相对较差；镍氢电池环保、可靠性更高、充放电倍率高，但能量密度再次之，且有一定记忆效应。”刘建国表示，“因此，整车企业还是要根据车辆设计要求，系统考虑电机、电控、发动机、变速器等重要零部件后再选择电池类型。”

科力远相关人士介绍道：“混动汽车（HEV）专用电池目前可在零下30℃环境下快速低温启动，浅充浅放下能做到循环寿命1万次以上，相当于与汽车同寿命或行驶20万km。镍氢电池具有高安全、长寿命、大功率、宽温域、易回收等产品特点，其正极由球镍制成，负极活性物质则由储氢合金构成，属于相对稳定的材料，碱性水系电解液有良好的阻燃性能，不会发生爆炸燃烧事故；浅充浅放状态下循环寿命可达1万次以上；在零下40℃~60℃环境下保持高倍率充放电。”

记者整理相关信息后发现，作为混动汽车市场重要一极的丰田，采用了THS功率分流技术路线，并坚持以镍氢电池为主，其混动车型的经济性、安全性、耐久性得到了市场的充分认可。而2021年8月，由科力远与丰田中国、新中源和丰田通商等合资成立、专门生产供应镍氢动力电池的企业科力美，完成了最新一期扩产，总产能达到48万台。由此可见，在一定时期内，镍氢电池对于混动汽车（HEV）的发展意义仍十分重要。

“三元锂电池在低温、功率密度等领域有一定优势，在插混和混动汽车（HEV）上均有比较广泛的应用；磷酸铁锂电池则主要应用于插混汽车。”蜂巢能源相关人士表示。

“我国幅员辽阔，跨越了多个气候带，单一技术路线无法应对复杂的工况需求。比如，在东北三省等冬季温度较低的北方区域，锂电池充放电性能都会下降，影响车辆运行状态。在高热地区，过高的温度也会给电池的安全性带来考验。镍氢电池具备更好的低温性和稳定性，由于采用碱性电解质水溶液，工作温度可以低至零下40℃。”

科力远相关人士认为，“从技术角度讲，镍氢、三元锂、刀片式磷酸锂电池各有其使用场景，分别适用于不同的混动架构。在高能量密度、高功率密度、高安全性和宽温幅等关键性能指标的平衡上进行客观分析，镍氢电池和锂电池并不是替代关系，在很长的时间内，不同体系的电池技术将长期共存，并在各自适用的细分市场领域创新发展。此外，从全球电池材料资源特性以及我国的资源禀赋来看，不同材料体系的动力电池共同发展，对于缓解电池材料供需、实现成本控制具有重要意义。”

“新能源汽车都以提高续驶里程为目标，动力电池在向CTP（无模组）方向发展。刀片电池只是一种电芯的结构形式，能提高电池系统的空间利用率，相同空间实现更多的电量储备，提升了磷酸铁锂电池车型的竞争力。短刀电池布置灵活，兼容性更好，是我们未来产品的重点布局之一。”蜂巢能源相关人士也较认同不同类型电池将共存的看法。

从整车企业的角度来看，未来混动汽车的发展趋势是一个多因素共同作用的过程。在刘建国看来，理论上，随着“绿电”比例提升，纯电动汽车的应用规模将不断扩大，进一步体现出节能减排的优势。插混汽车在短期内还会享受新能源汽车政策红利，首先在一些区域市场能够获得专用牌照，享受使用便利，其次目前依然享受免购置税政策。

另外，由于插混汽车“可油可电”，不少消费者出于对消费习惯和使用场景的考虑，对其情有独钟。而且，在这一细分市场将出现长续驶、短续驶版本共存的情况。不过，从长远的角度来看，混动汽车（HEV）是帮助传统燃油车实现碳达峰目标的重要途径。“以广汽传祺GS8为例，配装混动专用发动机的HEV车型，2吨多的整备质量NEDC油耗5.3L/100km相当优秀。”他说。

科力远相关人士告诉记者，2021年，我国混动汽车销量同比增长121.6%，国内外车企纷纷加快了混动布局，技术路线和车型不断丰富，带动配套专用电池的市场规模持续提升，1~3年内的市场占比有望达到20%。“‘双积分’等行业政策将有效提升车企发展混动的积极性。混动将成为快速替代燃油车的最佳选择，配套专用电池的市场规模有着巨大的成长空间。未来，混动电池将朝着耐久性更强、安全性更高、成本更低、功率更大的方向进化，由此带来更好的经济性与行驶体验。”