鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：702次 | 2023年07月24日
蔚來(lái)準(zhǔn)備第一個(gè)“吃螃蟹”的混裝電池到底厲害在哪，又難在哪？
蔚來(lái)汽車第一個(gè)“吃螃蟹”——推混裝電池，能吃的香嗎？
就在最近，蔚來(lái)汽車推出了一個(gè)“三元鋰電池”和“磷酸鐵電池”混裝組成的75kWh新電池包（官方稱為三元鐵鋰電池），在售價(jià)不變的情況下能給車輛提升35公里的續(xù)航，同時(shí)還兼具了磷酸鐵與三元鋰兩種電池的優(yōu)點(diǎn)——比三元鋰電池更安全，比磷酸鐵電池低溫性能更好。
無(wú)獨(dú)有偶，中國(guó)動(dòng)力電池龍頭企業(yè)寧德時(shí)代在此前發(fā)布鈉電池時(shí)也表示，在量產(chǎn)時(shí)將采用鈉電芯和其它電芯混裝的策略，制造“AB電池”，不過(guò)這一設(shè)想需要到2025年之后才會(huì)落地。
反觀蔚來(lái)，該電池在今年11月份就將量產(chǎn)裝車，三元鐵鋰電池毫無(wú)疑問(wèn)也將成為全球首款量產(chǎn)銷售的混裝電池，甚至目前其它車企根本就還沒(méi)提出過(guò)類似的方案，蔚來(lái)就是第一個(gè)吃螃蟹的企業(yè)。
在動(dòng)力電池材料體系突破比較困難的當(dāng)下，混裝電池顯然是現(xiàn)階段在動(dòng)力電池領(lǐng)域一個(gè)可以進(jìn)行嘗試的新路徑，一位行業(yè)人士直接表示“這些創(chuàng)新很值得敬仰?！?/p>
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
表面上看，蔚來(lái)的混裝電池兼具了兩種電芯的優(yōu)點(diǎn)，很適合電動(dòng)汽車。但凡事都有正反兩面，三元鐵鋰電池肯定也存在一些天然的缺點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)，這顯然是在發(fā)布會(huì)上沒(méi)有詳細(xì)講述的。
因而另一位新造車公司技術(shù)負(fù)責(zé)人評(píng)論稱電芯混裝帶來(lái)的挑戰(zhàn)并不算少，技術(shù)難度仍然客觀存在。
那么混裝電池到底是怎么回事兒？核心的技術(shù)難點(diǎn)在哪里？蔚來(lái)又是如何解決這些困難的？通過(guò)與多位動(dòng)力電池企業(yè)、新能源車企的技術(shù)專家交流后，試圖揭開(kāi)混裝電池的神秘面紗。
01.寧德時(shí)代率先發(fā)布蔚來(lái)即將裝車
顧名思義，混裝電池就是同一個(gè)電池包由至少兩種不同類型的電芯來(lái)組成。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始著手研發(fā)了。在今年的7月29日，寧德時(shí)代正式推出了鈉電池，同時(shí)也推出了AB電池方案。
寧德時(shí)代的方案是將鋰離子電池和鈉離子電池按一定的比例進(jìn)行混搭，放到同一個(gè)電池系統(tǒng)里面，形成一個(gè)“夾心電池”，然后通過(guò)BMS算法對(duì)不同的電池體系進(jìn)行均衡的控制，解決了現(xiàn)階段鈉離子電池能量密度的短板，又能發(fā)揮出其高功率、低溫性能好的優(yōu)勢(shì)。
不過(guò)，寧德時(shí)代的產(chǎn)品還沒(méi)有走到量產(chǎn)階段，而蔚來(lái)則直接將這種電池帶到了現(xiàn)實(shí)中。
9月23日，蔚來(lái)正式發(fā)布了三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包，這種電池也是一種混裝電池，蔚來(lái)方面將三元鋰電芯和磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行了混合排布。
從官方發(fā)布的信息來(lái)看，蔚來(lái)的三元鐵鋰電池仍然以磷酸鐵鋰電芯為主，僅在電池包的四周放置了6個(gè)三元鐵鋰電芯。
整個(gè)電池包的容量為75kWh，與原來(lái)的70kWh三元鋰電池包相比，續(xù)航里程可以提升35公里，但在售價(jià)上并沒(méi)有變化。
▲三元鐵鋰電池
根據(jù)蔚來(lái)方面介紹，這一電池已經(jīng)開(kāi)始接受用戶預(yù)定了，11月份就將會(huì)正式開(kāi)始交付，目前蔚來(lái)已經(jīng)下架了此前的70kWh電池包，后續(xù)用戶將直接搭載75kWh電池包，新款的75kWh電池也同樣支持換電。
現(xiàn)階段就只有蔚來(lái)和寧德時(shí)代向外部宣布了正在進(jìn)行混裝電池的研發(fā)，不過(guò)在向國(guó)軒高科方面求證之后，相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，國(guó)軒高科也正在進(jìn)行這方面的嘗試和研究。
整體上來(lái)看，在材料體系突破比較困難的情況下，混裝電池也是現(xiàn)階段在動(dòng)力電池領(lǐng)域一個(gè)可以進(jìn)行嘗試的路徑，一位行業(yè)人士就表示“這些創(chuàng)新還是很值得敬仰的?！?/p>
02.一致性存在挑戰(zhàn)鐵鋰電池短板仍需彌補(bǔ)
作為一種新的電池技術(shù)，三元鐵鋰電池也面臨著比較多的技術(shù)難點(diǎn)。
此前也和多個(gè)行業(yè)人士進(jìn)行了交流，其中一位傳統(tǒng)車企的電池負(fù)責(zé)人表示，不同的電池體系下，平臺(tái)電壓存在不一致的情況，這種情況下控制相對(duì)比較難，另外不同電芯的膨脹力、整包壽命和冷卻邏輯都有可能面臨挑戰(zhàn)。
一位傳統(tǒng)車企新造車品牌的新能源技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為將三元鋰電芯和磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行混搭，最大的挑戰(zhàn)在于電池管理系統(tǒng)，不同的化學(xué)體系、工作電壓、SOC檢測(cè)和計(jì)算、電芯壽命預(yù)測(cè)都需要兩套算法。
從兩位車企人士的回答來(lái)看，這種混裝電池的難點(diǎn)主要在算法層面，不同電池的算法邏輯都不太相同。
蔚來(lái)的三元鐵鋰電池采用了新的封裝技術(shù)，此前并沒(méi)有太多的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，所以在硬件方面也可能會(huì)存在一定的難題。
另外，一位資深的電池行業(yè)專家則認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)并不存在很復(fù)雜的東西，他在十年前就曾做過(guò)嘗試，在現(xiàn)下的芯片算力和BMS下，完全可以實(shí)現(xiàn)。
不過(guò)，作為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的結(jié)合體，蔚來(lái)的三元鐵鋰電池主要需要解決的就是這兩種電池各自的缺點(diǎn)，而磷酸鐵鋰電池作為主要的構(gòu)成部分，解決磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)也就成了主要的任務(wù)。
所以，三元鐵鋰電池面臨的主要有三個(gè)問(wèn)題：1、磷酸鐵鋰電池能量密度過(guò)低；2、磷酸鐵鋰電池的低溫性能太差；3、磷酸鐵鋰電池的SOC估算不準(zhǔn)確。
03.三元電池做標(biāo)尺算法是重中之重
針對(duì)這些問(wèn)題，蔚來(lái)也做了一定的措施。
為了彌補(bǔ)磷酸鐵鋰電池能量密度低的問(wèn)題，蔚來(lái)方面直接采用了新一代的CTP技術(shù)，制造過(guò)程中可以簡(jiǎn)化10%的流程，電池的體積利用率提升了5%，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，電池的能量密度提升了14%，達(dá)到了142Wh/kg。
▲三元鐵鋰電池采用新一代CTP技術(shù)
磷酸鐵鋰電池的SOC估計(jì)不準(zhǔn)確也是一個(gè)老大難的問(wèn)題，北方用戶冬季對(duì)此均深有體會(huì)，看著表顯里程還有很多，但在走了一段之后，可能就沒(méi)剩下多少里程了。
這主要跟磷酸鐵鋰電池的特性相關(guān)，公開(kāi)信息顯示，電池SOC估算主要依賴開(kāi)路電壓的校準(zhǔn)，開(kāi)路電壓的曲線越陡估算越精準(zhǔn)，但磷酸鐵鋰電池的開(kāi)路電壓大部分時(shí)間都是平緩的。
蔚來(lái)的解決方法則是在磷酸鐵鋰電池中添加三元鋰電芯，一位電池企業(yè)技術(shù)專家表示，三元鋰電池的SOC估計(jì)更加準(zhǔn)確，只要容量接近，通過(guò)三元鋰電池的特性，就可以提升磷酸鐵鋰電池的SOC精度。
▲三元鋰電芯可以幫助提升磷酸鐵鋰電池的SOC估算
蔚來(lái)電池系統(tǒng)副總裁曾士哲在發(fā)布會(huì)上也表示，在三元鐵鋰電池中，三元鋰電芯是作為標(biāo)尺而存在的，主要用來(lái)解決磷酸鐵鋰電芯的SOC不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
上文的電池專家表示，在串聯(lián)的情況下，三元鋰電芯可以作為磷酸鐵鋰電芯的測(cè)量器，提升SOC的準(zhǔn)確性。
另一方面，磷酸鐵鋰電池在冬季的低溫性能也非常差，三元鐵鋰電池也彌補(bǔ)了這個(gè)問(wèn)題。這也離不開(kāi)其中摻雜的三元鋰電芯。
▲三元鐵鋰電池電芯布局
由于物理特性，三元鋰電芯的保溫性能比磷酸鐵鋰電池要更好一點(diǎn)，所以將三元鋰電芯放置在四周就相當(dāng)于給磷酸鐵鋰電池穿上了一個(gè)“羽絨服”，在冬季可以完成電池保溫。
除此之外，蔚來(lái)還在電池包外部署了多種隔溫材料，并且采用了輻射式主動(dòng)熱補(bǔ)償?shù)姆婪叮诙究梢詫㈦姵氐臏囟染鶆蛐蕴嵘?0%，電池的最低溫度可以提升40%，因而在冬季續(xù)航方面，蔚來(lái)的三元鐵鋰電池表現(xiàn)也能夠更加優(yōu)秀。
▲三元鐵鋰電池采用輻射式主動(dòng)熱補(bǔ)償
從蔚來(lái)的措施來(lái)看，無(wú)論是混合方法還是隔熱材料的使用都并不算復(fù)雜，但正如眾多行業(yè)人士說(shuō)法，三元鐵鋰電池的主要的壁壘在于算法問(wèn)題，將兩種電池體系糅合在一起的算法才是重中之重。
04.可彌補(bǔ)不同電池短板但仍難達(dá)完美
之所以會(huì)有三元鐵鋰電池這樣的混裝電池產(chǎn)生，其背后最大的原因就是現(xiàn)階段動(dòng)力電池還存在一定的短板。
目前所通用的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。三元鋰電池在近些年迅速崛起，各家車企的旗艦車型幾乎都采用了三元鋰電池，三元鋰電池也成為了高端車型的標(biāo)配。
這也跟三元鋰電池的特性分不開(kāi)。三元鋰電池的正極材料主要為鎳鈷錳，其中鎳元素的含量越高，電池的能量密度就越高，目前能量密度最高的三元鋰電池NCM811中鎳元素的占比超過(guò)了80%。
另一方面，三元鋰電池的充電性能也非常好，基本上都可以在30分鐘充電至80%，是量產(chǎn)動(dòng)力電池中充電速度最快的產(chǎn)品。在低溫環(huán)境下，三元鋰電池的表現(xiàn)也更加好，同時(shí)，電池的SOC檢測(cè)也會(huì)更加準(zhǔn)確，對(duì)用戶的駕駛行為有良好的參考作用。
相應(yīng)的，三元鋰電池也存在著成本高、安全性相對(duì)較低和使用壽命長(zhǎng)的問(wèn)題。
磷酸鐵鋰電池則恰恰相反，使用壽命更長(zhǎng)，出現(xiàn)熱失控的概率更小，同時(shí)成本也更加低。但也存在導(dǎo)電性差、電壓低、能量密度低、低溫性能差和SOC檢測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題。
仔細(xì)分析這兩種電池的優(yōu)缺點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池仿佛處在兩個(gè)極端，形成了一種互補(bǔ)關(guān)系。
蔚來(lái)的三元鐵鋰電池正式看到了這兩種電池的結(jié)合體，對(duì)兩種電池的缺點(diǎn)都做了一定程度的彌補(bǔ)。
相比于磷酸鐵鋰電池，三元鐵鋰電池的低溫性能會(huì)更加突出一點(diǎn)，蔚來(lái)官方給出的數(shù)據(jù)顯示，三元鐵鋰電池的低溫續(xù)航損失降低了25%。
三元鐵鋰電池同時(shí)還彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰電池SOC估算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，將誤差降低到了3%以下，這樣的數(shù)據(jù)已經(jīng)和三元鋰電池基本一致。
同時(shí)，在搭載了蔚來(lái)75kWh的三元鐵鋰電池之后，車輛的續(xù)航較70kWh的三元鐵鋰電池也有所提升，全系車輛均可提升30——35公里。
▲搭載三元鐵鋰電池后，蔚來(lái)全系車型續(xù)航均有提升
在成本方面相比于三元鋰電池也有了明顯的下降，雖然蔚來(lái)的75KWh電池包和之前的70kWh電池包的售價(jià)一致，但是在容量上又了5kWh的提升，整體來(lái)看，成本還是有降低的。
而在能量密度方面，蔚來(lái)的三元鐵鋰電池也有了不小的提升。蔚來(lái)方面的數(shù)據(jù)顯示，三元鐵鋰電池的能量密度相比磷酸鐵鋰電池提升了14%，可以達(dá)到了142Wh/kg。
但從本質(zhì)上來(lái)看，三元鐵鋰電池更加接近于磷酸鐵鋰電池。一位行業(yè)人士表示，與三元鋰電池相比，三元鐵鋰電池仍然降低了能量密度，犧牲了低溫特性。
而且在電池衰減周期方面，蔚來(lái)的三元鋰電池包的電池衰減速度會(huì)略高于三元鐵鋰電池，如果從長(zhǎng)期來(lái)看的話，三元鐵鋰電池包的衰減周期會(huì)和三元鐵鋰電池持平，優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。
此外，由于三元鐵鋰電池的容量比之前的三元鋰電池增加了5kWh，所以三元鐵鋰電池的重量也有所增加。
今年以來(lái)，隨著特斯拉、比亞迪等車企的推動(dòng)，磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)量和裝機(jī)量也開(kāi)始水漲船高，也有越來(lái)越多的車企開(kāi)始選擇磷酸鐵鋰電池，但磷酸鐵鋰電池固有的能量密度低、低溫性差和SOC檢測(cè)不準(zhǔn)的信息仍然存在。
蔚來(lái)的三元鐵鋰電池則對(duì)這些問(wèn)題都做了一些彌補(bǔ)，讓磷酸鐵鋰電池的性能進(jìn)一步增強(qiáng)，在更多的地區(qū)都能夠使用。
05.結(jié)語(yǔ)：電池技術(shù)的探索仍未止步
隨著汽車四化的深入進(jìn)展，電動(dòng)汽車已經(jīng)成為一個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)了，作為電動(dòng)車核心零部件之一的動(dòng)力電池的作用也越發(fā)凸顯。
但動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展卻遭遇了一定的瓶頸，最近幾年，主要的技術(shù)路線就一直在磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池之間轉(zhuǎn)換，但這兩種動(dòng)力電池均存在一定的短板，行業(yè)始終無(wú)法找到一種更加均衡的動(dòng)力電池。
蔚來(lái)推出的三元鐵鋰電池，將三元電池和磷酸鐵鋰電池進(jìn)行了創(chuàng)新性的融合，給行業(yè)提供了一條思路，但這一產(chǎn)品目前還沒(méi)有裝車，最終用戶體驗(yàn)究竟會(huì)如何還不好說(shuō)。
從動(dòng)力電池的長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，三元鐵鋰電池也只是其中一個(gè)折中的方案，并不能代表動(dòng)力電池的最終形態(tài)，在動(dòng)力電池研發(fā)的道路上，電池企業(yè)和車企仍有很長(zhǎng)的道路要走。
