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蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企

汽车小丸子 2021-09-26 13:40:52

9月23日,蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布。顾名思义,这款电池包既有三元电芯也有磷酸铁锂电芯,蔚来也因此成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企。


三元锂和磷酸铁锂是目前电动汽车市场上动力电池的两大技术流派,它们在能量密度、低温性能、电池成本上各有优缺点。磷酸铁锂电池的突出优点是稀有金属如钴使用量少,成本低,缺点是低温性能差,SoC估算不准。


历时一年多的研发,蔚来解决了磷酸铁锂电池低温性能和SoC估算体验差的问题,推出了能量密度更高、续航更长的75kWh三元铁锂电池包。


相比磷酸铁锂电池包,蔚来三元铁锂电池包低温续航损失降低25%。并且,通过算法、硬件、双体系电芯的有机结合,能做到SoC的精准估算,将传统铁锂SoC计算误差从10%降低到3%。


另外,该电池包应用了宁德时代新一代CTP(Cell to Pack)技术。制造装配简化10%,体积利用率提升5%,能量密度提升14%,达142Wh/kg。


这款75kWh电池包在9月23日正式上线配置器,替换原70kWh三元电池包。搭载该电池包的车型当天上线接受预定,将于今年11月开始向用户交付。


一种全新的排布方式


蔚来的三元铁锂电池包采用三元锂电芯和磷酸铁锂电芯混合排布的方式,电池包主体还是磷酸铁锂电芯,在电池包的四角布有12个三元锂电芯。


蔚来电池系统副总裁曾士哲告诉汽车商业评论,三元锂电芯和磷酸铁锂电芯的比例为12:106。这个排布方案是经过反复试验确定下来的。


早期蔚来就有使用磷酸铁锂的计划,曾经研发过68kWh磷酸铁锂电池包。但电量相对于蔚来已有的70kWh三元锂电池包有差距,担心用户体验不好,就没有继续推这个方案。


后来又尝试在磷酸铁锂电芯中间加几排三元电芯,把电池包的电量做高。从工程角度没有问题,但是成本拉高,于是这个方案也被否定了。


再后来还尝试过在电池包的角落放一颗三元电芯的方案,这样一是性价比比较高,二是这一颗三元电芯就可以作为标尺,解决磷酸铁锂电芯的SoC问题。


但是后来又发现,低温环境下整个电池包不是所有地方都冷,而是中间温暖,最外圈比较冷。经过测算,电池包周围的电芯的电压在温度大概到了-5℃的时候,突然往下掉,但是中间电压很稳定。


蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企


蔚来电池技术团队由此想到,可以在电池包的边缘放三元电芯做保暖。于是,最终的方案就变成:一颗三元电芯变成多颗,放进电池包四角,替换掉边缘最冷位置的磷酸铁锂电芯。


曾士哲表示:“我们是根据大数据分析确定三元位置的,目的是把整个电池的温差降在3℃以内,常用温和的工况可以做到1-2℃以内,所以电池包每个角落三元数量不一样的,前面两个、后面四个。”


他还补充说,在机械设计上,这种混搭的难点在于电芯膨胀的问题,因为三元和铁锂的膨胀行为是不一样的,所以两个电芯中间的界面材质要经过特殊设计,否则,材质用得不对会造成电芯的形变,进而会影响整个电池的性能。


最难的是算法


通过蔚来专利技术,该电池包实现了优秀的低温续航表现以及精准的SoC估算。蔚来表示,其可以为用户提供“与三元锂电池包同级”的性能表现。


蔚来针对标准续航电池包(75kWh)设计了完整的热管理软硬件体系,采用了全散热路径物理阻隔、耦合电池产热智能热管理、辐射式主动热补偿等手段,使该电池包相比磷酸铁锂电池包低温续航损失降低25%。


蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企


更重要的,蔚来开发了双体系加热算法,这个双体系加热算法除了在BMS端,云端也做。“因为每个人驾驶习惯、车辆行驶区域不太一样,涉及到多少能量保温是必须要回收的,所以给每个用户设定一个K值,有稳定指标的值,这个值会随着车一直在用的过程当中,自己去学习,就可以知道应该怎么样控制这个温度,利用最少的能力来保温。”


根据测算,低温环境下,整个电池包的温度维持在-5℃是最合适的。如果在-30℃的情况下,电池包还需要维持-5℃的话,实际耗电量是0.3-0.6kWh。


磷酸铁锂最被诟病的,除了低温性能不佳,还有一点就是SoC估算不准。


SoC(State of Charge,动力电池荷电状态)是电池的一个重要参数,用来表示电池的剩余电量。SoC估算是BMS(动力电池管理系统)的主要功能之一,车辆的表显续航里程就是通过它计算而来的,同时,电池充放电时要依靠SoC做出相应的控制,以防止过充放电导致不良后果。


日常电动汽车用车过程中,经常让用户苦恼的就是,表显续航里程和实际续航里程有差距,比如,剩余续航50公里突然掉到20公里。究其根源就在于SoC不够精准。因此,SoC精度直接影响用户的用车体验。


蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企


为了解决这一痛点,蔚来自主研发了三元铁锂电池包电量估算法。


因为三元锂和磷酸铁锂在不同区间精度不同。铁锂的电压有非常长的平台区,这样在做BMS算法时没有办法确切算出需要多少电。蔚来的办法是将三元锂作为标尺,实时校准磷酸铁锂在平台段的SoC,而在高低段则利用磷酸铁锂的优势来校准三元锂的SoC。这种双体系SoC算法充分利用了三元铁锂双体系的优势。


通过算法、硬件、双体系电芯的有机结合,蔚来的技术方案能做到SoC的精准估算,将传统铁锂SoC计算误差从10%降低到3%,达到三元锂电池的水平。


曾士哲表示,团队开发了七八个月,才开发出来相对比较合理的算法和做法。“这个算法其实是SoC算法的量十倍之多,这是最难的一个点,如果别人模仿,其实没有那么简单。”


蔚来三元铁锂电池包由蔚来自主研发,其拥有10多项相关专利。这款电池包由宁德时代提供电芯,并应用了宁德时代最新的CTP技术。


蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企


相比老的70kWh三元电池包,新的三元铁锂电池包可以为车型提升35km的综合续航里程。以2020款ES8为例,搭载70kWh三元锂电池包的续航为415km,搭载75kWh三元铁锂电池包的续航为450km。


电量提升,续航提升,搭载三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的蔚来车型,售价、BaaS价格等还与原三元锂70kWh电池包车型相同。


不过,相比三元锂70kWh电池包,三元铁锂标准续航电池包大概增重15kg。在蔚来APP里,就有用户提出质疑,“换什么电池我不管你,如果你换的电池让我车身重量加大,我提速减慢,影响性能,我就要维权。”


所以,蔚来三元铁锂电池包推出之后,用户的接受度究竟如何,还需要进一步观察。


对磷酸铁锂技术路线的完善


根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据,2021年1-8月,我国动力电池装车量中,三元电池占比53.6%,磷酸铁锂电池占比46.2%;产量中,三元电池占比47.7%,磷酸铁锂电池占比52.1%。


可以看出,虽然论装车量磷酸铁锂还比不过三元锂,但在产量上已经是磷酸铁锂占据上风。而且,磷酸铁锂的装车量比例在不断攀升,同比环比增幅超均过三元锂。


蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)正式发布,成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企


曾士哲解释说,磷酸铁锂电池用量越来越大,是因为铁锂发展到了相对稳定期,现在密度可以做到190-200Wh/kg,已经接近早期三系三元(Ni含量——33%)或者五系三元(Ni含量——50%)的状态。


“我们做工程的人开玩笑说铁锂已经发展到尽头,为什么呢?因为它的能量密度再往上压榨一些、再怎么增它的电压、做其他事,锂离子已经用完了。这是完整的从0-100用完的体系,所以大家感觉用这个体系比较划算。”


这可以用来解释,为什么现在不管是国内新能源汽车还是国外新能源汽车,采用磷酸铁锂版本的车型越来越多。


特斯拉CEO马斯克今年7月已经表示,特斯拉未来将会逐步转向采用磷酸锂铁电池方案,未来三分之二的特斯拉电池将使用磷酸铁锂,三分之一可能采用三元电池。


现在,蔚来也终于要三元和磷酸铁锂两条技术路线并行了。


蔚来创造性地推出三元铁锂电池包,从本质上看,是对单一磷酸铁锂技术路线的进一步完善。它的量产或许会带起电池包三元与磷酸铁锂混搭的行业风潮。


来源:汽车商业评论

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