新能源汽车技术杂谈

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新能源汽车技术杂谈
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全球最大新能源车市场 专家:不投新能源就像20年前没买房
在欧洲国家加速发展新能源汽车的同时，中国已成为全球最大新能源汽车市场。数据显示，2022年1-5月全球狭义新能源乘用车累计销量321万辆，其中中国新能源乘用车销量190万辆，全球市占率为59%，超越欧洲的82万辆和北美洲的41万辆。

据外媒CleanTechnica统计的新能源汽车销量排名来看，前三依旧是比亚迪、特斯拉和上汽通用五菱，销量分别为506868辆、406869辆、183054辆，三家车企占新能源汽车市场34%份额。此外，在榜单中，除了比亚迪和上汽通用五菱外，包括上汽、奇瑞、广汽、东风、长安、吉利、长城等自主品牌以及小鹏等新势力品牌据出现在榜单中，这也是为什么中国能够成为全球新能源最大市场的原因。

细分车型更能体现出中国新能源汽车的优势，来自美国特斯拉旗下的Model Y和Model 3车型蝉联前二，全球销量分别为214927辆、165343辆。需要注意的是，目前中国是特斯拉全球最大单一市场。据特斯拉最新数据显示，上半年全球交付新车56.4万辆，虽然中国市场的销量未知，但是2022年1-5月特斯拉中国累计销量215851辆，市占率为38%。

除了Model Y和Model 3外，90%以上的车型来自中国品牌。具体产品来看，排名第三的是来自上汽通用五菱的宏光MINIEV，其全球销量为161579辆，进入2022年后表现并没有那么强劲。排名第四至第八的车型均来自比亚迪，其中宋PLUS为127304辆，秦PLUS为109319辆，汉为71869辆，唐为48532辆，海豚为48201辆。此外，排名第九车型来自新势力品牌理想ONE，2022年累计销量为47380辆，是前十榜单中唯一一款中国新势力车型。榜单前十之外，有六款国产新能源车型上榜，分别是奇瑞QQ冰淇淋（44434辆）、长安奔奔EV（41343辆）、元PLUS（38206辆）、奇瑞eQ1（37222辆）、广汽埃安Y（32450辆）、广汽埃安S（31025辆）。总的来说，中国新能源汽车表现十分强劲，不管是从品牌上还是车型上均表现如此，特别是车型畅销榜，榜单中有13款来自中国，而海外品牌表现最好的是特斯拉的Model Y/3，其次是大众ID.4。

从全球新能源汽车格局来看，特斯拉保持世界第一，目前市场份额持续提升，而伴随着电动化趋势，以及特斯拉良好的市场表现，从而推动了奔驰、宝马、奥迪等传统豪华品牌，以及大众、丰田、本田、日产等主流品牌加大加快在新能源汽车领域的投入，但从目前来看，仅有大众在新能源汽车方面取得初步成效，旗下的ID.4相对畅销，而奔驰、宝马、奥迪的新能源产品表现并不好。与此同时，来自中国的比亚迪、上汽集团、奇瑞、长安等车企表现优秀，特别是比亚迪，其在中国市场表现远超特斯拉，而中国新势力品牌小鹏、理想、哪吒、零跑等车企表现整体走强。
乘联会秘书长崔东树表示，中国新能源乘用车占比世界新能源59%的表现优秀，这主要是中国的新能源需求强，而欧洲的传统车和新能源车产销偏低，中国发展优势明显。数据显示，2022年1-5月中国新能源渗透率为18%，而欧洲为16%，北美洲为6%，除中国以外的亚洲新能源渗透率仅为1%。

18%的渗透率是什么概念？这意味着在一季度每卖出100辆车，就有18辆是新能源汽车，传统燃油车市场份额已经被撕开巨大的裂口。此外，18%的新能源汽车渗透率有着更特殊意义。所谓渗透率，指的是“商品现有需求量”和“商品潜在需求量”的比值，而18%的渗透率往往表明行业发展将迎来“主升浪”。
2021年底，蔚来李斌一句“完全不理解，怎么现在还有人买油车？油车除了能闻点汽油味，别的还有什么好？听个响？”引发激烈讨论，而伴随着国家以及地方加快落地新能源发展优惠政策，海内外车企加快推进新能源产品布局，不可否认的是汽车市场的变革正在悄然发生。

4月，比亚迪宣布停止燃油汽车整车生产，专注纯电动和插电式混合动力汽车业务，成为全球首家宣布停产燃油车的车企。5月，长城汽车旗下长征汽车发布《新能源宣言》，宣布6月5日起全面停产燃油车，从传统能源转向氢燃料电池、纯电动等清洁能源能运输技术路线。
6月22日晚，国务院常务会议提到，确定加大汽车消费支持的政策。会议指出，要进一步释放汽车消费潜力，其中提及支持新能源汽车消费。车辆购置税应主要用于公路建设等，考虑当前实际，研究免征新能源汽车购置税政策年底到期后延期问题。破除新能源汽车市场地方保护。
随后，《广州市贯彻落实国务院〈扎实稳住经济的一揽子政策措施〉实施方案》（即“稳经济152条”）正式发布。其中提出宣传落实好广东省汽车以旧换新专项行动政策，鼓励购置新能源汽车，办好汽车消费节，鼓励生产端、贸易端、消费端联合促消费。
6月14日，在2022年新能源汽车产业链投资年会上，经济学家任泽平发表了相关演讲。其表示，“从长远看，当下不投新能源，就像20年前没买房。在当下，新能源相关的产业是未来中国经济最有希望的，最具爆发力的领域”。任泽平称，“中国在传统汽车领域，无论是市场还是技术包括品牌，客观来讲和欧洲、美国、甚至日本相比还有巨大差距，但是在新能源汽车，无论是整车是有电池等核心零部件，是有可能实现换道超车的”。

今年6月，国内汽车资本市场走出独立行情，包括安凯客车、金龙汽车、小康股份、长安汽车、东风汽车、长城汽车、江淮汽车、上汽集团等车企市值大涨，港股蔚来、理想、小鹏等涨幅居前。其中，比亚迪市值再次突破万亿，最高达到359元/股，创下历史新高。与此同时，汽车零部件板块也表现不俗，包括英搏尔、松芝股份等触及涨停。相比之下，海外汽车制造商整体表现一般，多数车企市值跌幅超两位数，其中特斯拉跌11%，大众跌19%，这在一定程度上也反映出中国汽车市场的良好发展环境。
AB电池解决方案

AB电池解决方案是什么？
基于BMS的全新算法，提出并实现了在单个电池包中布置AB两种不同电芯的设计方案，AB既可以是铁锂+三元，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。
铁锂/三元AB电池方案
据了解，纯电动换电轿车ET7采用三元&磷酸铁锂混排电池包后，ES7也可选装70kWh三元锂电池包、75kWh三元&磷酸铁锂混用电池包、100kWh 三元锂电池包，续航里程预计为500km和600km两个级别。其中，75kWh三元&磷酸铁锂混排电池包由江苏时代提供。三元&磷酸铁锂混排电池包，其中三元锂电芯可以提高能量密度，弥补磷酸铁锂电芯低温性能短板;而磷酸铁锂电芯则可以发挥其低成本、高温稳定性等优势。
锂电池/钠电AB电池方案
CATL第一代钠离子电池：
1）正极材料方面：普鲁士白和层状氧化物两类材料，克容量已经达到了160mAh/g，与现有的锂离子电池正极材料相当。
2）负极材料方面：宁德时代开发了能够让大量的钠离子存储和快速通行、具有独特孔隙结构的硬碳材料，这种硬碳材料克容量可350mAh/g以上，还具备优异的循环性能，整体性能指标与现有的石墨相当。
3）电解液方面：CATL开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系。
4）制造工艺方面可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。
5）电芯单体能量密度160Wh/kg，常温下充电15min，电量可达80%；-20度低温环境下，有90%以上的放电保持率。系统集成效率方面超过80%。
当前钠离子电池在能量密度方面明显低于LFP电池，但是在低温性能和快充方面具有明显优势。

图1 钠离子电池和LFP电池对比
钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用：将钠离子电池与锂离子电池同时集成到同一个电池系统里，将两种电池按一定的比例和排列进行混搭、串联、并联、集成。通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制，这样可以实现取长补短，既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发挥出了高功率、低温性能的优势。这样的锂-钠电池系统就能适配更多应用场景。

图2 钠电池与锂电池的混合动力系统
关于宁德时代的AB电池解决方案，没有发现更多信息。本文分享这方面的文献：介绍了使用具有不同电池类型的混合电池系统，以此了解AB电池系统技术。
通常锂离子电池可以通过不同的设计参数和正负极材料、隔膜和电解液的选择设计为高功率型或高能量密度型。新能源汽车动力一般由单一电池类型组成，其能量和功率依赖于特定的电池类型，这通常会导致电池不能同时满足多种需求。而混合动力系统可以更有效地满足电动汽车的功率和能量要求。混合动力电池系统的能量管理策略是基于电池单元的电化学和热学特性开发的，旨在最大限度地减少能量损失并提高整个系统的电和热安全水平。
混合电池动力系统包括以下几种情况：
（1）第一种情况：电池系统中，几种电池组成不同的pack，每个pack内部电池类型是一样的，在不同的工况条件下使用不同的pack作为动力；
（2）第二种情况：电池系统中，，几种电池组成不同的电池组，每个电池组内部电池类型是一样的，在不同的工况条件下通过BMS算法优化将需求功率分配到不同的电池组；
（3）第三种情况：两种不同类型的电池通过并联或串联的方式组成基本电池单元，然后基本电池单元再串并联组成电池系统；
（4）第四种情况：电芯内部混合，电池极片中混合高能量密度和高功率的活性材料，使电池兼具能量和功率特性。
（5）第五种情况：材料层级的混合，两种材料在材料结构上进行设计，如核壳结构。
第二种情况
a）单电机驱动系统
混合动力传动系统结构如图3所示，包括车轮、变速箱 (g)、电机 (EM) 和 DC-AC逆变器(=/≈)以及混合电池系统（Battery part1和part2），其中电池part2通过 DC-DC 转换器（=/=）连接。两种电池选择如表1所示，分别为松下NCA高能量型18650电池和东芝高功率钛酸锂电池，例如电池系统配置为20 kWh 电池组 1 和 3 kWh 的电池组2。

图3 混合动力传动系统结构，包括车轮、变速箱 (g)、电机 (EM) 和 DC-AC逆变器(=/≈)以及混合电池系统（Battery part1和part2），其中电池part2通过 DC-DC 转换器（=/=）连接。
表1 高能量型（松下NCR18650BD）和高功率型（东芝钛酸锂电池）电池规格

对于预先知道工况驱动任务以及对于未知的工况驱动任务，电池系统管理策略就是在能源效率方面找到混合动力电池系统内的最佳功率分配，具体算法可以参考文献。
参考文献：Wegmann R , Doege V , Becker J , et al. Optimized operation of hybrid battery systems for electric vehicles using deterministic and stochastic dynamic programming[J]. Journal of Energy Storage, 2017, 14(pt.1):22-38.
b）全轮驱动系统
如图4所示，全轮驱动系统包括两个电动机EM、一个高压 DC-DC 转换器、两个牵引逆变器DC-AC和两个不同类型的电池组。每个车轴由一个电动机驱动，从而形成全轮驱动配置。考虑系统灵活性和成本之间的平衡，设置了一个 DC-DC 转换器。高能量型HE 电池组直接连接到直流母线。高功率型HP 电池组通过DC-DC 转换器和直流母线连接。
高能量型HE电池组以锂镍钴铝氧化物 (NCA) 和石墨作为电极材料，容4.9 Ah，具有非常高的能量密度。高功率型HE电池以锂锰氧化物 (LMO) 和钛酸锂（LTO）为正极和负极材料，容量 2.9 Ah。具体厂家和电池规格如表2所示。

图4 全轮驱动电动汽车的混合动力电池系统结构示意图
表2 高能量型HE和高功率型HP电池规格

BMS算法采用机器学习训练模型，主要任务是优化HE和HP电池组之间的功率分配，目标是减少能量损失，

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