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《【Nature Energy】现有电动汽车电池的使用寿命可能比预期长约三分之一》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2024-12-10

  • 根据SLAC-斯坦福电池中心（斯坦福大学Precourt能源研究所和SLAC国家加速器实验室的联合中心）的科学家们的一项新研究，电动汽车的电池在现实世界中的正常使用，如繁忙的交通、长途公路旅行、短途城市旅行，以及大多数情况下的停车时间，可能比研究人员通常预测的要长三分之一。

    这表明，普通电动汽车的车主可能在未来几年内都不需要更换昂贵的电池组或购买新车。 几乎所有的电池科学家和工程师都会在实验室测试新电池设计的循环寿命，测试方法是先恒定放电，然后再充电。 根据12月9日发表在Nature Energy（Nature Energy）上的研究报告，这并不是预测电动汽车电池寿命的好方法，尤其是对于拥有电动汽车用于日常通勤的人来说。 虽然电池价格在过去15年里暴跌了约90%，但电池仍占新电动汽车价格的近三分之一。"我们一直没有用正确的方法测试电动汽车电池，"该研究的资深作者、斯坦福大学多尔可持续发展学院能源科学与工程系副教授西蒙娜-奥诺里（Simona Onori）说，"令我们惊讶的是，在实际驾驶过程中，频繁加速、刹车给电池充点电、停车去商店买东西，以及让电池休息几个小时，都有助于延长电池的使用寿命，而不是我们根据行业标准实验室测试所认为的那样。"

    研究人员设计了四种电动汽车放电曲线，从标准的持续放电到基于真实驾驶数据的动态放电。 研究小组对 92 块商用锂离子电池进行了为期两年多的放电曲线测试。 最终，放电曲线越真实地反映了实际驾驶行为，电动汽车的预期寿命就越长。 研究发现，有几个因素促成了意想不到的长寿命。 研究团队根据收集到的所有数据训练了一种机器学习算法，该算法有助于找出动态放电曲线对电池降解的影响。 例如，研究显示，电动汽车急剧、短暂加速与电池降解较慢之间存在相关性。 这与包括本研究团队在内的电池研究人员长期以来的假设--加速峰值对电动汽车电池不利--背道而驰。 用力踩踏板并不会加速电池老化。  

    研究小组还研究了多次充放电循环导致的电池老化与时间导致的电池老化之间的差异。 我们的电池工程师认为，循环老化比时间老化更重要。 这主要适用于商用电动汽车，如公交车和送货车，它们几乎总是在使用或充电，"Geslin 说，"对于使用电动汽车上班、接送孩子、去杂货店，但大多不使用甚至不充电的消费者来说，时间成为比循环老化更主要的原因。 这项研究确定了一个平衡时间老化和循环老化的平均放电率甜蜜点，至少对于他们测试的商用电池来说是这样。 幸运的是，这个窗口在消费者实际驾驶电动汽车的范围内。 汽车制造商可以更新他们的电动车电池管理软件，以利用这些新发现，并在实际条件下最大限度地延长电池寿命。

    原文链接: Dynamic cycling enhances battery lifetime, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01675-8. www.nature.com/articles/s41560-024-01675-8

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2024-12-ev-batteries-longer.html?deviceType=mobile
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比亚迪的电池技术在业内有着较高的认可度。此前，奔驰和比亚迪就已经成立合资公司，生产腾势品牌汽车。技术合资过程中，奔驰最看中的，就是比亚迪的动力电池。 6月1日，工信部网站显示，长安福特申报的一款插电式混合动力车型，将搭载比亚迪子公司西安众迪锂电池有限公司生产的动力电池。这是比亚迪首次为一家主流跨国车企在华合资公司供应电池。 此外，2019年，丰田和比亚迪也宣布达成合作，将在中国成立合资的新能源汽车公司，生产丰田牌汽车，比亚迪供应电池。从目前公开的信息看，比亚迪依靠动力电池，在这家新的合资企业中占据了绝对主导权。 主机厂的博弈 不过，比亚迪的电池外供之路注定会充满挑战。比亚迪本身也是一家汽车制造公司，生产整车是其最大的业务。使用竞争对手生产的电池会不会带来风险，是车企需要衡量的问题。 事实上，近几年，汽车主机厂和电池厂商的博弈中，不少车企陷入被动，优质的动力电池供应商有着更高的议价权。这让主机厂对动力电池有着日益强烈的掌控欲。 然而，电池与传统机械产业不同，对汽车企业而言，动力电池确实属于“隔行”的产业，特别是电池的组成部分“电芯”，与传统的汽车制造业之间有着天然的行业壁垒。目前，从产业分工来看，大部分车企在动力电池领域主要自己做电池包（Pack）和电池管理系统（BMS），而电芯则从外部采购。 目前，车企与电池企业的合作主要有四种模式：第一种，与传统汽车的供应链体系一样，通过全球的规模性采购，有效控制成本。和汽车产业传统的供应链体系类似，为了摆脱过于依赖一家供应商，很多车企都分别找了多家供应商。第二种，主机厂与电池企业合作，成立合资公司，保障电池供应的稳定和产品品质，并且在与电池企业的深度合作中掌握部分核心技术，促进自我技术水平的提升，比如丰田和松下，宁德时代与上汽、广汽、一汽等国内车企。第三种，自我研发，较为外界熟知的就是比亚迪，但比亚迪本身是从一家电池企业转型做整车，存在一定的研发基础。长城汽车也成立了蜂巢能源，进行电池的研发。第四种，收购电池企业。2019年，大众投资9亿欧元收购瑞典公司Northvolt 20%的股权，并于今年斥资11亿欧元，收购合肥国轩高科26%股权，成为其第一大股东。 宁德时代方面告诉21世纪经济报道记者，动力电池厂和主机厂之间并非是简单的零部件制造与装配整合的关系，动力电池作为新能源汽车的核心部件，是主机厂定向开发中的重要一环，需要企业之间不断交换测试验证数据，提升电池稳定性。动力电池企业在服务整车厂的过程中，可以积累下大量的实践数据与解决办法，庞大的数据库将为后续的研发提供重要的支撑。 主机厂做电池研发有天生的便利性和数据可获得性。但是如果想进行量产，实验室技术走向商业市场的道路十分漫长，更需要大量的资本投入，因此有实力的整车厂或更偏向于PACK以及BMS的研发与制造，中小整车厂由于不具备规模化的优势，受制于成本，或仍将以采购为主，辅以和电池厂合资建厂或者展开研发共建等方式，以达到双赢的效果。 当前，电池技术处于快速迭代和变化的时期，动力电池的竞争，将会上升到产业链竞争的高度。整车企业要想在新能源汽车领域取得优势，必须持续在电池产业链的各个环节上深入布局。 车企布局动力电池，也面临诸多风险。“在布局电池业务过程中，对车企来说，面临的困难主要是资金分散压力和技术路线选择问题。”中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教表示。 从传统燃油向新能源汽车转变过程中，传统的汽车巨头不愿离开舞台中心。这也是大众之所以牵手国轩高科的重要原因。“如果要推进大众集团的电动战略，电池上业务的投资是非常重要的一点。”5月29日，大众汽车集团CEO迪斯接受21世纪经济报道记者采访时表示，“根据大众集团的计划，到2025年要在中国交付150万辆新能源汽车，对于电池产能有着巨大的需求。因此，大众需要有多家供应商布局，不光满足更大需求的增量，同时在风险管理上能够帮助我们做到更加地均衡。在大众未来的电池电芯供应格局当中，国轩高科将会成为不可或缺的重要一环。” 对国轩高科而言，与大众的深度捆绑，也是其重获市场机会的重要途径。 经过几年市场化的竞争之后，国内的动力电池行业的格局已经初步形成，“结构性产能过剩，但优质产能不足”，经历过一轮优胜劣汰过后，形成宁德时代和比亚迪两家龙头企业领跑的局面，但二三线电池企业的生存环境并不乐观。2018年，曾经的中国第三大电池供应商沃特玛爆雷，最终被淘汰出局，也印证着这个行业的残酷性。 动力电池行业具有明显的规模优势。一方面，补贴政策的收紧，主机厂面临着巨大的降本压力，对电池企业形成冲击。另一方面，市场的要求不断提高，如果没有充足的资金提高研发水平，技术一旦落后就会被时代抛弃。这是行业向高质量发展过渡的必然结果。 中日韩“三国杀” 随着新能源汽车补贴的退坡，日韩电池企业卷土重来，中国动力电池市场将进入更加激烈的竞争。从目前来看，中国的宁德时代、比亚迪，韩国的三星SDI、LG化学、SKI以及日本的松下，处于全球电池行业的第一梯队，形成中日韩“三国杀”的局面。 得益于中国庞大的市场基数以及本土产业链优势，宁德时代是目前利润率最高的电池企业，2019年的净利润高达45.6亿元。其他的龙头动力电池企业均处于低利润甚至亏损的状态。韩国的LG化学和三星SDI在2018年越过盈亏平衡点，SKI目前仍处于亏损期，预计2022年能够盈利。松下的电池业务的营业利润则整体仍为亏损。 如同依靠中国实现盈利的特斯拉一样，中国市场也将是日韩电池企业的重要一环。 今年一季度，松下和LG化学依靠向国产特斯拉供应电池，挤入中国动力电池第一梯队。虽然电池装车量和宁德时代还有较大差距，但是与比亚迪之间体量相当。 随着在中国产能的不断扩张，以及与更多的中国车企达成合作，日韩电池有可能改写动力电池的格局。 面对日韩动力电池企业在华发力，宁德时代方面表示：“我们的能量密度、充电速度、循环寿命等指标与外资竞争对手相比具有竞争力，成本上也具有外资竞争者不具有的规模采购、本地化供应优势。” 全国乘联会秘书长崔东树告诉21世纪经济报道记者，对本土电池企业而言，在更加激烈的竞争中，除了本土化优势之外，本土企业更需要的是在研发上下功夫。 在2019年9月的法兰克福车展上，宁德时代推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台，由于省去了电池模组组装环节，较传统电池包，CTP电池包体积利用率提高了15%-20%，电池包零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%-15%，将大幅降低动力电池的制造成本。 据宁德时代董事长曾毓群透露，宁德时代已开发出可以使用16年、200万公里的电池，“我们已经准备就绪，随时可以投入量产。此外，宁德时代也有无钴电池的技术储备。”他说。 对中国电池企业来说，更加重要的是走出去。 目前，海外电池市场主要由日韩电池企业占据，中国电池企业出口的规模较小。而面对汽车产业全球化布局的特点，中国的电池企业也在加快海外建厂的节奏，比亚迪和宁德时代都有进军欧洲的计划。 2019年10月，宁德时代位于德国图林根州的首个海外工厂正式破土开工，根据计划，宁德时代将在全球形成以德国为中心，美国、法国、日本、加拿大为基点的海外供应基地圈，从而推动全球化战略。 中国新能源产业的快速发展成就了宁德时代这样的巨头，但是中国电池产业早晚需要直面与国际巨头们的竞争。未来十年，动力电池行业将随着电动车市场规模的扩大，进入新一轮的放量期，中日韩龙头企业的较量，有可能形成真正意义上的行业寡头。对以宁德时代和比亚迪为代表的中国电池企业来说，战事进入中场阶段，考验才刚刚开始。
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