鉅大LARGE | 點擊量：991次 | 2021年12月27日
三元和磷酸鐵鋰的混合電池，蔚來是怎么做出來的？
汽車市場籠罩在缺芯的陰影之下，但新能源車市場上升的步伐卻沒有停下。2021年八月，新能源車市場新車上險數達到220,649輛，同比上升145.58%，占乘用車銷量比例達到了歷史最高的14.41%。
隨著消費者有關電動汽車的接納程度越來越高，有關電池的需求和技術要求也會逐漸增高。在目前電動汽車市場上，主流的電池種類分為三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池，兩者在能量密度、低溫性能、制造成本上都各有優(yōu)劣。由于磷酸鐵鋰離子電池在制造成本上有優(yōu)勢，化學性質也更加穩(wěn)定，在電池能量密度已經接近現有材料體系的上限時，越來越多的廠商開始重新使用磷酸鐵鋰離子電池包。
不過，磷酸鐵鋰離子電池的劣勢也非常突出，低溫性能，尤其是低溫下SoC的估算不準問題，讓磷酸鐵鋰離子電池在冬季的使用，并不那么友好。
于是，如何充分發(fā)揮磷酸鐵鋰離子電池在成本、穩(wěn)定性上的優(yōu)勢，規(guī)避其低溫性能的劣勢，就成了今天眾多新能源車企的一大課題。這其中，也包括蔚來。
蔚來早期也有使用磷酸鐵鋰離子電池的計劃，曾經還嘗試研發(fā)過68kWh的磷酸鐵鋰離子電池包。但用戶使用體驗方面的差距，讓蔚來最終沒有量產此電池包。但是，蔚來有關磷酸鐵鋰離子電池的探索并沒有因此而停止，歷時一年多的研發(fā)后，蔚來量產了全球首個三元鋰+磷酸鐵鋰的混合電池。而這也成為磷酸鐵鋰離子電池“揚長避短”的又一全新思路。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
上文我們有提及，磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)點是稀有金屬的使用減少，因此制造成本比較低，而缺點就是低溫性能差、SoC估算不準。而蔚來研發(fā)的三元鐵鋰離子電池，就是將三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池混合配制在一起，借三元鋰離子電池之手，擁有了低溫下更加精準的SoC估算能力。那么，兩種電池的巧妙組合，是如何能規(guī)避降低磷酸鐵鋰離子電池的缺點對用戶使用體驗造成的影響呢？
低溫續(xù)航損失降低25%
有關磷酸鐵鋰離子電池低溫性能差的問題，究其源頭是電池的工作溫度太低，因此最直接的解決辦法就是做好保溫。
蔚來針對三元鐵鋰離子電池包，設計了完整的熱管理軟硬件體系，使該電池包相比磷酸鐵鋰離子電池包低溫續(xù)航損失降低25%。重要方式包括如下四點：
其一，全散熱路徑物理阻隔。有關電池包整體所有散熱路徑進行了熱量流通分析，根據大數據分析得出極冷環(huán)境下的熱量損失來源，運用了低導熱材料及創(chuàng)新的結構設計，在所有路徑上的關鍵結合點進行熱量阻隔設計，因此能夠提升駐車時電池包的溫度，防止了電池溫度低帶來的能量損失，有效提升被動保溫性能。
其二，耦合電池產熱智能熱管理。根據電池低溫下內阻升高的特性，開發(fā)出了電池的產熱模型，結合整車的熱管理和電池產熱動態(tài)調整熱控制目標，以此來達到駕駛體驗和能耗的完美平衡，提升低溫性能。
其三，輻射式主動熱補償。假如車輛長時間處在低溫環(huán)境下，電池包會主動開啟輻射加熱系統(tǒng)，均勻加熱電芯，確保電池包快速到底最優(yōu)的工作溫度，同時兼顧能耗。根據測試，12小時極冷環(huán)境下，電池的最低溫度能夠提升40%，溫度均勻性可以提升60%。
其四，雙體系控制算法。由于三元鋰離子電池擁有更好的低溫性能，因此蔚來獨創(chuàng)了一套雙體系算法，實現了對三元鋰和磷酸鐵鋰電芯低溫性能的精準控制，提高了電池系統(tǒng)低溫能量效率，保證了整包的低溫性能。
電量估算精度與三元鋰離子電池一致
在廣泛認知中，磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池在不同區(qū)間的SoC估算精度是不同的，那么有了三元鋰離子電池的加入，就可以利用三元鋰離子電池作為一把標尺，來實時校準磷酸鐵鋰離子電池在平臺段的SoC，而在高低段就可以利用磷酸鐵鋰的優(yōu)勢，校準三元鋰離子電池的SoC。為此蔚來自主研發(fā)了雙體系SoC算法，充分利用三元鐵鋰雙體系的優(yōu)勢。
與此同時，三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池各自特性也有不同，比如自放電的不同。為此，蔚來在電池包內放入了自主開發(fā)的大功率DC-DC高低壓轉換系統(tǒng)，以此實現快速、實時、均衡的SoC校準，甚至還可以幫助電池降低靜態(tài)功耗且延長電池壽命。
蔚來的這套自主研發(fā)的三元鐵鋰離子電池包電量估算體系，結合了軟件算法與硬件應用的創(chuàng)新，將電量估算誤差降低至3%以內，與三元鋰離子電池水平相當。
除了解決電池低溫性能和SoC估算問題，使用磷酸鐵鋰材料后，電池能量密度也是必須要面對的問題。與眾多使用磷酸鐵鋰離子電池的車企思路一致，蔚來也在全新的三元鐵鋰離子電池包中應用了CTP技術，即電芯不經過模組直接整合成為電池包，以此提升電池包的體積能量密度。
相比之前70kWh的三元電池包，蔚來的三元鐵鋰離子電池包，在應用CTP技術后，能量達到了75kWh，制造裝配簡化10%，體積利用率提升5%，能量密度提升14%，可達142Wh/kg。
寫在最后
蔚來的目標，是成為汽車行業(yè)內第一家用戶型公司，用戶體驗一直都是蔚來最為看重的。所以新的三元鐵鋰離子電池包，不僅是蔚來要攻克的技術壁壘，更重要的是它要給用戶帶去與三元鋰離子電池同樣甚至更好的使用體驗。蔚來給出的答案，是更長的續(xù)航、同樣的價格、不必焦慮的冬季性能。
有了這組全新的三元鐵鋰離子電池包，蔚來的電池包體系也將更新換代，全新的75kWh三元鐵鋰離子電池將會取代之前的70kWh三元鋰離子電池，蔚來新購車用戶可以選擇三元鐵鋰標準續(xù)航電池包（75kWh）或三元鋰長續(xù)航電池包（100kWh）。從十月份正式開始，所有交付的標準續(xù)航版本車型，搭載的都將是全新的三元鐵鋰離子電池包，而其售價、BaaS價格等與原三元鋰70kWh電池包相同。
