丰田混动汽车为何另辟蹊径选择镍氢电池？

  最近，丰田的“双极性镍氢电池”已经开启量产应用，目前在海外上市的新新一代AQUA混动车型已完成装车。虽然丰田的混动技术在全球独树一帜，但恰恰在混动系统最重要的部分之一——电池领域，丰田却一直执着于市场上“非主流”的镍氢材料。

  这不禁引起了小编的兴趣，镍氢电池究竟有哪些独特之处能一直得到汽车巨头丰田的青睐？镍氢电池的技术探讨研究对于中国混动企业的发展到底有什么启发？

  镍氢电池是在镍镉电池的发展下产生的，是由电解液(KOH)、碱式氧化镍形成的正极与吸氢合金(MH) 形成的负极组成。

  镍氢动力电池在新能源汽车的实际应用中占据非常非常重要的地位，至今已有2019年的实际装车运行历史。在应用层面，镍氢动力电池相比于锂电池也具备一定的优势。比如，在充放电效率方面，镍氢动力电池的效率更加高，使用的温度范围也较宽。其次，在常规使用的寿命方面，在浅充浅放的前提下镍氢电池的循环充放电寿命接近20万次以上，寿命非常的长。另外，镍氢电池在安全方面也要远优于锂电池，丰田全球1800万多辆新能源汽车，没有一辆自燃爆炸的。[1]

  但是大家都知道，目前市面上最主流的动力电池是锂电池。（关于锂电池的科普，在《电池材料价格暴涨，从锂电池技术现状看未来产业高质量发展》一文中）因为对于纯电动汽车来说，拥有一颗“充满力量且快速的心脏”至关重要。镍氢电池由于其能力密度和充放电性能远低于锂电池所以没办法在纯电动汽车中广泛普及。

  但是在混动车型中镍氢电池则优势显著，特别是丰田基于二十多年来在混动领域的持续深耕。丰田已经可以通过电机与发动机间的优势互补，使得发动机时刻保持在最佳、最经济的工作区间，以达到最省油的效果，极大减少了对电池的依赖。比如丰田的混动系统对电池的能力密度要求并不高，只需要2千瓦时。其次，在充放电性能方面，丰田的混动车型只需要用电池40%的电量，完美的避开了镍氢电池充放电性能弱的缺陷。能这么说，镍氢电池就是为丰田混动量身定做的。

  那么一直以来，在镍氢电池领域丰田真的“难逢敌手，孤独求败”吗？其实不然，最初的镍氢动力电池分两大流派，一派是美系通用，另一派则是日系松下＆丰田。

  美系最早的可量产的镍氢电池是由Stanford R.Ovshinsky最先发明并申请了专利，1982年成立了Ovonic电池公司。后来，通用汽车1994年购买了Ovonic专利，随后用在了EV1车型的后期版本上。但由于不盈利等别的方面的原因，最终被通用回收集中销毁。此后，该专利多次辗转到博世的子公司Cobasys名下。所以镍氢电池并没有在美国市场激起太大的水花。

  而另一个派系的松下与丰田合资成立的Panasonic EV Energy（PEVE）公司，该公司在90年代推出了适用于新能源车的高容量（28-95Ah）镍氢动力电池，用于1997年开始生产的丰田普锐斯，以及之后的本田Insight混动、本田思域混动、福特等车型。其中，多款车型变成全球畅销款，比如普锐斯从始至终保持着世界上最受喜爱、售卖最多的混动车型，且全世界内1600万辆无自燃记录。

  从智慧芽全球专利数据库的最近20年数据发现，镍氢电池的专利申请从始至终保持稳定的态势，年专利数量维持在320-760件之间，年均专利申请545件。根据智慧芽预测，2021、2022、2023三年专利申请量分为513、559和560件。（如图2）

  从技术来源国/地区排名中不难发现，日、中和美在镍氢电池产业的专利申请中三分天下，分别占比32.68%、28.45%、16.05%。说明在全球范围内，日本、中国和美国更为注重镍氢电池领域技术的研发。（如图3）

  而国外在镍氢电池的研制和生产方面依旧比较领先，技术和产业化相对成熟。主要有日本松下(三洋) 电池公司、美国Cobasys 公司、德国Varta 公司和法国 Saft 公司等。尤其是松下(三洋) 公司已有十多年生产车用镍氢动力电池的经验;丰田和松下合资成立的 PEVE 电池公司，主要生产方形镍氢动力电池;Cobasys 公司、Varta 公司和 Saft 公司已进行了多年的车用镍氢动力电池研制，目前也已具备量产的水平。

  国内的镍氢电池技术发展较为缓慢。主要由于我国没有将混动车型划入新能源汽车行列，无法受到国家和地方财政的双向补贴政策、限购政策、电池回收利用补贴政策和新能源汽车不限行等刺激。现如今国产品牌中也只有长安和吉利两家企业倾向使用镍氢电池技术。

  从日本镍氢电池的简单法律状态中能够准确的看出，虽然日本企业在镍氢电池的研发、生产技术和专利申请量上都领先于中国，但是由于大量专利申请时间早，近86.6%的专利都已经处于失效状态。从中国企业的专利申请趋势能够准确的看出，中国企业正在快速、大量的抢占日本企业原先形成的技术壁垒，重新打造属于自身个人的技术壁垒，进而促进国内自主品牌的混合动力汽车的发展。（如图4）

  而且，虽然纯电动汽车已经是公认的新能源发展的主流方向，但在续航里程和充电问题等方面依旧是制约其普及的技术瓶颈，所以在电池技术没取得实质性的进步之前，镍氢电池的混动汽车作为清洁能源汽车的一种过渡形态，也将成为用户在选择新能源汽车的一种可靠的备选项。

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