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2021-09-23

蔚来电池大升级:三元铁锂双拼饭

  1. 蔚来
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作者:常岩

「打不过就加入」有了更高级:打不过就联合。

三元锂电池和磷酸铁锂电池这对生死冤家在今年的关系有了质的变化,原本被大家认为是有着明显高低之分的两个技术路线,却逐渐变成了各具优势、分庭抗礼的两大选择。

电池包结构的优化,让磷酸铁锂电池的整包密度得到了大幅提升,而可以随便满充满放的特点更是让磷酸铁锂电池的常用容量比三元锂大上不少,再算上祖传的「便宜」优势,简直就是便宜大碗的性价比代言人。

不过,随着以往很多被认为有超强三电能力的企业入局磷酸铁锂,大家也还是无奈地发现,低温性能差和 SoC 估算不准这两个问题,一时半会看来难以解决。

可能是从晚上食堂的双拼饭上找到了灵感,蔚来想出了一个办法:既然两者各有各的优势,那为什么不把三元锂和磷酸铁锂拼起来呢?

这就有了我们今天见到的蔚来三元铁锂标准续航电池包(75 kWh)。

一个延迟一年的项目

蔚来电池系统副总裁曾士哲在一开始介绍的时候就告诉我们:这电池包比计划中晚了一年。

理由也很简单:李斌不满意。

最开始立项的时候,蔚来只想做一个磷酸铁锂电池包,经过一番技术优化之后,电池团队拿出了一个完善的解决方案,总容量为 68 kWh。

虽然经过了各种验证和标定,整体容量也和之前 70 kWh 的三元锂电池包基本一致,但这依然没能让从用户思维出发的李斌满意,一方面,基础容量还是小了 2 kWh,;另一方面,如果在北方寒冷地区使用,那么低温对续航的显性影响会更大。

不解决这两个问题,就没法把采用磷酸铁锂的电池包交给用户,这也是这次 75 kWh 电池包重新设计的源头所在。

怎么混,是个好问题

如果凭直觉,可能很多人会以为三元铁锂电池结构上就会跟它的名字一样,三元和铁锂各占一半。

但现实可没那么简单,如果一半一半布置的话,那么大量使用的三元电池就让整个电池包失去了成本上的优势,同时两种电芯的物理膨胀系数等都不相同,密集放在一起也很难确保稳定性。

于是,我们看到了蔚来的最终方案:电池包大部分为磷酸铁锂电芯,而在电池的四角,则换装了三元锂电芯。

理由很简单,既然磷酸铁锂怕的是低温,那么就把容易处于低温的位置换成温度稳定性更好的三元锂就好了。

蔚来对电池包整体进行了温度分析,电池四角除了本身就远离电池温度中心之外,还因为蔚来电池可换的特征,导致电池模组在前后两个边缘会容易有气旋出现,也会加速电池包的温度散失,因此在这里布置三元锂电池更为合理。

另一个所需要解决的,就是电池包的保温问题,蔚来的目标是,无论外部温度如何,要将电池包内部温度控制在最低 -5 度以上,这样在车辆开始行驶大约 10 分钟之内,整体就能升温到适宜电池性能释放的程度。因此,整个 75 kWh 电池包,做了全散热路径的物理阻隔,根据大数据分析之后,在电池包内外的关键结合点布置了大量的热量阻隔材料,同时,还加强了电池产热的智能热管理,在严寒情况下主动进行辐射加热系统,可以在不太增加电池能耗的情况下,大幅提升电池的温度均匀性。

也就是说,在会让人担心磷酸铁锂性能的低温范围里,蔚来已经让磷酸铁锂电芯尽可能地告别了低温。

是时候展现真正的技术了

对于这套电池包的开发过程,蔚来也并不掩盖宁德时代在当中所给的巨大帮助。

在蔚来的 100 kWh 电池包率先采用了宁德时代的 CTP-0 结构之后,本次的 75 kWh 电池包又一次使用了全新的结构设计:CTP-S。

这使得整个电池包制造装配简化 10%,体积利用率提升 5%,能量密度提升 14%,达 142 Wh/kg,这一整包密度,也保证了这个电池包可以得到国家的对应补贴。

于是我们也很好奇,当蔚来把这个结构全部展示出来之后,是不是意味着全部厂商都可以跟进这一方案了?

从硬件结构上分析,是这样的,但是从完整实现上讲,还有一个极高的门槛,那就是软件标定。

在这套电池包方案中,三元锂电池还扮演着标尺的重要角色,非常简单的道理是,在磷酸铁锂不准确的平台段,可以使用三元锂的 SoC 作为校准,这种双体系的 SoC 算法,最终将传统铁锂 SoC 计算误差从 10% 降低到 3%。

在介绍相关元器件时,蔚来还着重谈了两个创新,他们这次采用了大功率 DCDC,可实现快速、实时、均衡的电量校准,原话是「我们都想给所有的电池包装上了」,同时,针对当下沸沸扬扬的缺芯事件,蔚来在关键部件方面都同时准备了多套可以相互替代的方案,就不用担心某个方案断供对整体生产的影响。

没太便宜,但是个好选择

说实话,当 PPT 放到最后,出现「加量不加价」这句话的时候,我确实有点错愕,向来车企使用磷酸铁锂电池不就是为了便宜降价吗?啥时候还轮得着加价了?

从长期看,75 kWh 电池包相对之前的 70 kWh 电池包,一定在成本上有更大的优势,特别是如果三元锂中的稀有元素进一步涨价的情况出现的时候,这种成本的优势会更为明显。

但除了蔚来所说的研发成本巨大的原因之外,75 kWh 不降价也有自己的理由,毕竟在核心体验上,它甚至可能更好了。

比如,之前友商就出现了换装磷酸铁锂电池之后充电功率下降的问题,但蔚来表示,75 kWh 电池包最大充电的 C-Rate 可以达到 1.6,换算过来就是 120 kW,导致整体充电时间甚至还能节省十来分钟。

更大的好处,还是在容量提升带来的续航帮助上,本身容量提升了 5 kWh,三元铁锂还可以比单纯的三元电池提供更大的使用百分比,对于当前换电站只充到 93% 的情况来说,实用度提升还是很明显的。

而 75 kWh 对于蔚来的意义,不仅是多了一个电池配方和技术路线作保障这么简单,它本身长寿命的特点,可以实现大概单块 100 万公里以上的使用寿命,对于蔚来换电体系和有可能出现的 Robotaxi 服务来说,都是很重要的基础特点。

在几年之前,大家谈蔚来总喜欢用一个词,叫「硬件升级」,而现在可能是电池体系研究多了,这个词用的反而少了,但在我看来,这确实是蔚来车型的一次重大体系升级。

而且,11 月就来了。

本文著作权归作者所有,并授权 42 号车库独家使用,未经 42 号车库许可,不得转载使用。
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