智车科技

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2021-10-09

借三元铁锂电池,蔚来开启新一轮成本攻势

作者:大眼

导读

在电池包上,蔚来进行了一个工程微创新,开发了一款三元铁锂电池包。也就是说蔚来推出的这款电池,既有磷酸铁锂,也有三元锂,是一个混合物。从配置角度看,蔚来希望用这款 75 kWh 的三元铁锂电池包来替换原来的 70 kWh 三元锂电池的电池包。

和三元锂电相比,磷酸铁锂在成本、寿命以及安全性能方面的优势,足以让包括蔚来在内的厂家将下一代电池关注重点放到磷酸铁锂电池上。尤其是随着比亚迪刀片电池的横空出世,通过工艺的手段,极大地提升了搭载磷酸铁锂电池的电动车车型的续航里程。因而从特斯拉、蔚来、比亚迪这些较为主流的车企,都将目光投向了磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂电池的优势

成本,是磷酸铁锂电池最大的优势。对于三元锂电来说,最不可或缺的材料之一就是钴元素。钴在全球储量并不多,价格一直处在水涨船高的局面。各大主机厂以及电池厂家都希望能够使用无钴电池,因而磷酸铁锂电池天生就是一个比较好的无钴电池的解决方案。

化学性质稳定是磷酸铁锂电池另外一大优势。之前比亚迪刀片电池的针刺试验就足以证明其比三元锂电池的可靠性更高。我们不是说三元锂电就一定不安全,磷酸铁锂电池的更加安全是由其更加稳定的化学性质所决定,具体来看就是磷酸铁锂电池的自燃温度远远高于三元锂电。

磷酸铁锂电池还有最后一个优势就是其使用寿命较长。和三元锂电相比,其充放循环次数更多。而造成三元锂电电池循环寿命较短的最大原因是因为其电压范围用太尽了,经常满充会造成负极锂枝晶生长速度过快。

磷酸铁锂电池的劣势以及蔚来的应对之道

凡事皆有两面性,对磷酸铁锂电池来说,电池容量、SOC(state of charge,即电池剩余容量)估算准确率以及低温性能三个问题亟待解决。

能量密度不够,是磷酸铁锂电池最大的弊端。蔚来在反复比较之后,选择了宁德时代新一代的 CTP-S 无模组技术,将电池包的容量从现在的 70 度提升到了 75 度,而电池包的能量密度提升到了 142 wh/kg。而随着电池电量的提升,即便是使用了能量密度相对较低的磷酸铁锂电池,蔚来车型的续航里程依然可以提升 35 km 左右,确保消费者的使用体验不会出现下滑。

至于 SOC 的估算,是蔚来三元铁锂电池最大的亮点所在。一般情况下,我们利用电池满电时电压高、亏电时电压低的特性,通过测量电压来计算校准电池剩余电量的。但是磷酸铁锂电池有一个比较独特的地方,就是其在充放电的中间阶段电压会有一个「平台期」。此时即便不断地充放电,电池电压的情况变化较小。而一旦达到临界值,电压又会突然发生变化。所以蔚来给出的解决方案是采用充放电电压变化更加线性的三元锂电作为电池包 SOC 的标尺,来估算电池包的剩余电量。

为了提升 SOC 估算的准确性,蔚来还应用了电池包内置 DCDC 的策略,让整车在不工作时,DCDC 依然可以和电池包一起工作,时时计算电池包的电量。避免车辆如果长时间停放,再次启动时,车子就容易在电量将耗尽时出现 SOC 跳变这种情况的出现。

至于低温性能,同样也是磷酸铁锂电池一个比较让人挠头的问题。之前以擅长 BMS 出名的特斯拉,在旗下车型部署了磷酸铁锂电池之后,同样面临在北方低温环境下续航里程下降较为明显的问题。为此,蔚来的工程团队在通过前期收集大量数据的基础上,将三元锂电电芯放置在电池包的边角上;对电池包的四边贴上加热垫,并对整个电池施加主动式热补偿。

小创新,大效用

虽然原理很简单,但按照蔚来官方的描述来看,其三元锂铁电池远远不是在磷酸铁锂电池中排布几块三元锂电那么简单。而这其中最为核心的是蔚来团队开发了一套专属的三元铁锂电池的算法,以此对三元锂和磷酸铁锂的状态进行实时匹配和校准。在这套算法的支持下,三元锂的只在 10%~90% 的区间工作,不仅便于 SOC 的估算,同时也能够有效延长三元锂的寿命。

其实蔚来在开发三元铁锂电池的道路和模式上,与特斯拉之前开发专属的自动驾驶芯片比较类似。彼时特斯拉的芯片在算力上远远甩掉了英伟达的产品,并不在于特斯拉在这款芯片上取得了多大的突破,而是因为特斯拉的这款芯片仅仅只需要为 AutoPilot 系统服务,不用去承担其他的责任,因此才能够胜过英伟达芯片一筹。所以很多时候,创新并不需要惊天动地,一个小小的变更就足以影响很多项目的进程。

电池的成本占整车成本 1/3,是决定一款电动车性能的最关键指标之一。蔚来所做的工程创新,虽然没有走到改变电芯材料那一步,但依然在现有三元锂电和磷酸铁锂电池的基础上大大迈进了一步。从某种程度上看,其所取得的成就甚至大于比亚迪在刀片电池上所实现的突破和创新。今后,蔚来或者其他车企能不能在现有三元铁锂电池的基础上,再有什么新的突破和创新,带给消费者更好的使用体验,让厂家能够在成本上更好的进行控制的电池产品,值得我们期待。不积跬步无以至千里,不积小流无以成江河,只有这种点点滴滴的创新汇聚在一起,我们自己的电动车品牌的竞争力才会得到持续的增强。

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