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| 本文作者： 李雨晨 | 2024-03-25 14:47 |
智能化，是近几年新能源车的核心卖点。
过去几年，我们正经历一场从油到电的汽车智能化浪潮。但是，很多人忽略的一个问题是，2016年买电车的车主，将要开始陆续面临电池脱保的问题。
因为在这一年，乘用车动力电池8年或者12万公里的质保标准开始实施。
蔚来董事长兼CEO李斌表示，行业内更多关注的是电池的容量、续航和充电速度，很少有人会关注电池的寿命。但正是电池寿命，决定了长期使用后的剩余续航里程，以及车辆后续的安全性。“过了质保期不是不能开，而是出了质保期，可用的续航里程会急剧下降，可能突破电池安全的底线。
所以，在行业面临动力电池脱保、“车电不同寿”以及电池更换成本高昂等难题的背景下，蔚来提出了长寿命电池解决方案的计划，目标是实现电池使用15年后健康度依旧可以保持在85%以上。
长寿命电池方案包含两个核心，如何通过电化学材料技术上的创新生产出一款长寿命电池，以及如何通过电池管理优化让电池的寿命达到这一预期目标。
蔚来做长寿命电池，有一个最直白的理由——节省成本。
2019年，有国外媒体报道，国外一位特斯拉车主，于2014年购买了一辆特斯拉轿车，历时5年行驶到了100万公里，车主一共换过3次电池，好在质保期内这位车主的维修费用总共仅花了1.3万欧元。如果不是保修期内，一块特斯拉电池的更换成本大约在17万元左右，相当昂贵。
所以，为电池做好保养，延长电池寿命从而减少换电成本，这是一个算得过来的经济账。
蔚来副总裁、电池系统负责人曾士哲认为，“长寿命电池的科学路径，是电池的本征研发加上电池的运营创新。”
电池为什么会衰竭，无外乎来自于电芯设计里面的正极、负极、电解液的衰竭。
从本征研发的角度说，蔚来的创新之处主要也是围绕上面这三部分：多元素分子级调控，减少电池正极三元材料相变；介孔结构及包覆层纳米级优化，降低负极石墨结构形变；自研高熵低阻快离子电解液（HPSE），降低化学反应活性。
曾士哲表示，具体而言，三元材料原本结构比较紧密，聚集大量锂离子，多次充电放电之后结构就会松散出现新裂痕，正极材料会与电解液反应，进一步消化掉锂离子，从而影响使用寿命。
蔚来的做法是，在正极中掺杂一些吸收能量的金属元素——使用锆元素改性后，电池正极材料相变减少。数据显示，蔚来电池团队通过这番改变，让电芯正极材料结构稳定性提升22%，过渡金属溶出率降低43%。
解决电池正极材料稳定性外，第二个层面就是完善负极。
负极材料是石墨，石墨是由碳原子构成的一种晶体材料，具有六角形晶格结构，其层状结构使得其具有多孔性。
石墨的表面孔隙结构是决定电池嵌锂能力的基础。石墨材料表面微孔的存在可以增加Li+的扩散通道，减小Li+的扩散阻力，从而有效提高材料的倍率性能。
蔚来电池研发团队通过体相介孔结构设计和包覆层的纳米级优化，改变石墨孔洞的数量、分布和排列。传统的石墨结构，其孔隙体积占比是0.19%，而蔚来的电池可以将孔隙体积占比提升至3.35%。
最后一点就是电解液，蔚来自研了高熵低阻的快离子电解液（HPSE)。传统的电解液里，以有机成分为主，力学稳定性差的保护膜、不稳定溶剂与正极材料反应会放出大量热量。HPSE则是以无机成分为主，采用了稳定性较好的保护膜以及溶剂，从而使得反应的热量大幅减少。
在这样的设计下，按照曾士哲的说法，“（材料）不会乱反应，降低衰减速度。”
目前，蔚来已经具备了材料合成、电芯试制、系统组装、验证测试的电芯全栈研发能力，并拥有整车厂中规模最大的电池研发实验室 。
据蔚来电池战略沟通会的数据显示，蔚来电池实验室超过两万平，拥有先进材料、理化测试等6大技术实验室，截至目前，蔚来在材料、电芯、系统、软件、云端策略已拥有1435项科技专利，其中电池寿命相关专利达104项。
能够实现这些技术创新，需要砸进去真金白银。这也可以理解，为什么蔚来2023年全年的研发投入为134.3亿元，连续两年突破百亿。2023年的第四季度，蔚来研发投入达39.7亿元，连续五个季度突破30亿元。当然，这些钱不仅仅是花在电池研发上，还有其他诸多方面。
电池的健康跟人的身体一样，既要先天好，还要有后期的锻炼和保养。
对于用户来说，面临如何保养电池的问题，并没有非常清晰的意识。比如，有时候电池的过放（电池太久不用以后，电量降到极低水平的状态），电池过放之后几乎很难激活，就算激活也会受到不可逆的物理损伤。
再比如现在各家厂商推出的快充技术。频繁使用高压快充，对电池寿命会有影响。因为电池在快速充电的过程中会产生更多的热量。长期来看，可能会加速电池老化，影响电池的整体使用寿命和续航里程。
所以，即便是非常抗造的电池，在一些不合适的行为下也会大大“折寿”，最后的结果就是导致用户要多掏钱买新电池，或者忍一忍但有安全隐患。
从电池成本的角度和安全的角度出来，2019年，蔚来开始建立了一个基于电池全生命周期数字智能大数据系统。
这个系统里对电池的运营与维护分为两个方面：怎么用更好的充电方式让电池寿命更长，以及电池出了问题后怎么及时发现。
从第一个层面看，动力电池的最佳充放电温度通常在15—35度之间，蔚来换电站自带水冷系统，相当于给电池提供了一个“电池温床”，能够在10分钟内将电池从零下20℃的严寒或50℃的酷暑环境中升温或降温，将环境温度调节到适合电池工作/存放的区间。
蔚来还自研了行业首个车云结合动力电池包保养算法，可实现对每块电池充电情况检测，并在换电站通过功率控制进行充电强度的均衡调节。比如当某块电池此前已经经过了多次的快充，内部状态已经达到了衰减的临界值，那蔚来的换电站就会获取到这块电池的数据，并对这块电池进行养护性的慢充保养。
截至目前，蔚来换电体系已经完成817万次云端电池检测，78万次电池保养式充电，保证电池最佳状态。
当然，除了频繁快充之外，影响电池寿命的因素是多方面的。
所以，蔚来的能源云有300多个算法模型，对每一块电池过去6个月里面电流、电压，包括使用工况各方面的数据进行分析，在换电站做每块电池的检测及健康检查，有问题的会被拿走维修或者退出换电循环，确保换电体系每一块电池都是健康的电池。李斌给出的数据是：系统判断风险较高电池的准确率接近98%。
所以，我们可以看到，想要好好保养电池，一个是离不开云端的数据检测，当然也离不开蔚来的换电站。这也是为什么蔚来会说，换电站是电池的养护站。
蔚来在全球市场建设和运营的换电站目前已超过2390座，已提供超4000万次换电服务。长安、吉利、江淮、奇瑞等头部车企先后与蔚来达成换电合作。2024年2月26日，南方电网储能科技也与蔚来签署了合作协议，推动换电站作为分布式储能参与虚拟电厂业务。
到了今天，蔚来的换电体系已经变成用户、企业、行业、社会多方共赢的有机体。
蔚来的换电服务，始于2018年。
这一年，蔚来的第一款车型ES8开始正式交付，当时也是一同提出了换电服务，蔚来推出了首个商用换电站——蔚来能源站，位于北京东方广场，为蔚来ES8车主提供电池更换服务。
作为以“换电”为服务特色的车企，蔚来比任何一家车企都在意电池的寿命。然而，“神龟虽寿犹有尽时”。任何一块无敌的电池，终究有衰老的一天。所以，车主最终还是要为电池的寿命买单。而电池本身的更换成本，是一个难以回避的问题。
曾经有车企高管直言动力电池价格太贵，已经占到了新能源汽车总成本的40%、50%、60%。
这张图里，展示的是部分车企品牌的售后更换电池包费用。
据雷峰网了解，李斌算过一笔张：即便容量为30.7kWh的混动车型，电池的更换费用也达到5.89万元，如果时按照上文提到的过了质保期的2000万辆新能源车，更换电池的费用达1万多亿。
从用户钱袋子的角度考虑，届时如果有一半的用户不用更换电池，省下的费用也是以千亿计。所以，这也是3月14日蔚来有底气下调BaaS销售政策的原因。
在蔚来公布的BaaS新方案中，用户选择Baas方案购车，相当于标准版车价降价7万元，长续航版车价降价12.8万元，并且还可以享受最高可达1.1万元以上购置税减免。
从BaaS模式来看，用户可以降低购车门槛。同时，由于换电体系的存在，用户完全不用担心电池的健康状况。
一言以蔽之，车电分离的最终目的是实现车电同寿。
另一方面，尽管现在诸多车企都在布局超快充，但是根据蔚来最新的第三代换电站的数据，自动泊车入位、更换电池、三电自检这一套流程下来只要不到5分钟。
第二个层面，是从行业角度来审视。去年以来，长安、吉利、奇瑞、江淮等4家整车企业已陆续和蔚来签署合作，宣布加入换电联盟，未来将推出换电技术的新能源汽车。此举能促进产业链的整合，包括电池制造、换电站建设、运营等环节。此次战略会上蔚来与宁德时代在电池研发上的合作就是一个缩影。
第三个层面，换电体系还有一个更大的视角是，国家的能源稳定。
2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》、以及国家发改委和国家能源局印发的《“十四五” 现代能源体系规划》里都提到，“开展用户侧储能、新能源汽车与电网（V2G）能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。”
V2G是Vehicle to Grid的缩写，“从电动车到电网”，其实就是反向输电，让新能源车把车里的电返还给电网的特殊技术。李斌就说到，“换电最大的一个优点是，换电站本身就是储能站。20多块100度的电池，一小时就可以存两万度的电。”
对于整个社会的能源稳定，换电模式有其优势。
就在3月18日，蔚来首座高速光储充放一体换电站，在G50沪渝高速枝江西服务区正式投入运营。该站不仅可以给车辆提供换电服务，还能响应电网调度指令，对电网反向放电，从而进一步提升电网的稳定性，改善本地清洁能源随机性、波动性的弱点，促进有序消纳。
可以看到，这座站就是帮助能源绿色低碳转型的一个具体实践。
蔚来电源管理副总裁沈斐在长寿命电池战略会上接受采访时表示，“企业左右不了电价，但是普通用户可以利用电价做很多调节电网的事情。国家的电价政策是峰谷平尖，分3-4个时段。从趋势来讲，峰谷平尖一定会拉大。”
因为风电跟光伏发电越来越多，而电网的特征是，用电跟发电要随时平衡，风电光伏不太可控，那就通过价格调控。比如中午光伏发电多，但是很多工厂的员工在吃饭，那就降低光伏发电的价格，鼓励工厂中午继续用电。
所以，在这样的社会背景下，蔚来的换电网络甚至可以通过车网互动创造更大的利益，比如利用电价机制进行自我调节——在电费价格低的用电谷段进行充电，在用电高峰期反向输出给电网进行削谷填峰。这既帮助换电站减少了运营成本，也可以帮助维持电网安全稳定。
2023年时，蔚来还发布了V2G充电桩，这样用户就可以在电费低时充电，电费高时给电网放电，进而获取电价差的收益。
早在2019年，蔚来就已经在上海试点通过“能源云”组织换电站、家充桩参与全市电网的削峰填谷。到了2021-2022年度，参与到车网互动的用户已经超4000名，消纳清洁能源超过230万度，相当于减少了1179吨的碳排放。
蔚来董事兼总裁秦力洪也补充道，“利用蔚来的充换电体系，我们可以在随时变换的电价体系里面，做到电网、公司和用户三方收益的共赢和最大化，别人做不到。”
所以，蔚来在长寿命电池+换电模式方面的持续投入，是一个兼顾了新能源与燃油各自优点的行业更优解。
其一，换电与燃油车加油的效率相当，将燃油的续航体验平移到新能源领域；其二，利用长寿命电池与换电模式，将车与电池剥离，通过BaaS方案降低了用户的购车门槛。同时，将电池保值的事情交给电池运营方，免去电池衰减带来的价值降低和安全隐患。最后，换电模式融入了国家能源安全的大战略中，帮助实现能源的绿色低碳转型。
长寿命电池+换电运营，已经帮我们描绘出“纯电取代燃油”的终极形态。雷峰网(公众号：雷峰网)
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