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9月23日，蔚來(lái)汽車正式發(fā)布三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)，該電池包采用了三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，并應(yīng)用新一代CTP技術(shù)。據(jù)悉，蔚來(lái)搭載三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)的車型已接受預(yù)定，并將于今年11月開(kāi)始向用戶交付。
眾所周知，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池一直被視為全球電動(dòng)車行業(yè)的兩大主流電池技術(shù)路線，蔚來(lái)此次推出的三元鐵鋰電池包顯然有別于二者。顧名思義，三元鐵鋰電池包，即采用三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布方式的電池包，而上次一次采用這種混合排布方式的還是寧德時(shí)代。今年7月，寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池的同時(shí)推出AB電池解決方案，該方案將鈉離子電池與鋰離子電池集成混合共用，實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短。不過(guò)，作為車企，蔚來(lái)此次為何會(huì)選擇三元鐵鋰技術(shù)路線？該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中有何難點(diǎn)？應(yīng)用該技術(shù)的電池包性能又如何？
為什么選擇三元鐵鋰技術(shù)？
對(duì)于三元鋰和磷酸鐵鋰，業(yè)界一直頗為關(guān)注。從材料角度來(lái)看，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是全球電動(dòng)車行業(yè)的兩大主流電池技術(shù)路線，二者在能量密度、低溫性能以及電池成本上也是各有優(yōu)劣，其中三元電池能量密度高、低溫性能好；磷酸鐵鋰電池成本較低、高溫性能好、壽命長(zhǎng)、安全性高?；诖?，二者在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)從未停止過(guò)。
根據(jù)蓋世汽車研究院觀察分析，從2016年到2021年，磷酸鐵鋰電池和三元電池呈現(xiàn)出明顯的此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)。2016年，磷酸鐵鋰電池憑借19.98GWh的裝機(jī)量一度拿下73%的市場(chǎng)份額。此后，三元鋰電池快速崛起，市場(chǎng)占有率從2016年的27%飆升至2019年的65%。磷酸鐵鋰電池則一路開(kāi)始走低，2019年市場(chǎng)占有率僅32%。
不過(guò)，這一局面在2020年出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)的勢(shì)頭。且進(jìn)入2021年，磷酸鐵鋰電池回暖趨勢(shì)愈發(fā)明顯，今年5月和7月，磷酸鐵鋰電池在產(chǎn)量和裝機(jī)量上分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)三元鋰電池的反超，且單月增長(zhǎng)速度均遠(yuǎn)大于三元鋰電池。
對(duì)于磷酸鐵鋰電池的強(qiáng)勢(shì)回歸，業(yè)界普遍認(rèn)為與其自身具備的兩大優(yōu)勢(shì)密不可分，一個(gè)是性價(jià)比，另一個(gè)則是安全性。基于此，在原材料價(jià)格上漲、動(dòng)力電池安全性進(jìn)一步加強(qiáng)的情況下，不少車企開(kāi)始廣泛應(yīng)用磷酸鐵鋰電池包。據(jù)了解，目前多家明星車企和造車新勢(shì)力推出磷酸鐵鋰車型，國(guó)際汽車品牌也有意向試水采用磷酸鐵鋰電池。且工信部新能源汽車申報(bào)目錄中，磷酸鐵鋰車型占比已有所提升，其中乘用車裝機(jī)占比提升更為顯著。
在眾多參加紛紛采用磷酸鐵鋰電池之際，蔚來(lái)不是沒(méi)有過(guò)想法。據(jù)了解，早期蔚來(lái)也有使用磷酸鐵鋰的計(jì)劃，還曾研發(fā)過(guò)68kWh磷酸鐵鋰電池包，但相較于三元鋰，磷酸鐵鋰在低溫性能和SoC估算方面存在著用戶使用體驗(yàn)方面的差距，所以蔚來(lái)沒(méi)有選擇量產(chǎn)該電池包，而是著手研究新的解決方案。
經(jīng)過(guò)1年多的研發(fā)，蔚來(lái)通過(guò)三元鋰電池+磷酸鐵鋰的組合，推出能量密度更高、續(xù)航更長(zhǎng)的三元鐵鋰電池包(75kWh)。由此，蔚來(lái)成為全球首家將三元鐵鋰技術(shù)量產(chǎn)的車企。
三元鐵鋰電池包性能如何？
如上所述，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是稀有金屬使用減少，生產(chǎn)成本降低，缺點(diǎn)則是低溫性能差、SoC估算不準(zhǔn)。面對(duì)此，蔚來(lái)創(chuàng)新性地采用三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，并應(yīng)用新一代CTP(Cell to Pack)技術(shù)的三元鐵鋰電池包有效地解決了上述痛點(diǎn)。
據(jù)蔚來(lái)電池系統(tǒng)副總裁曾士哲介紹，通過(guò)蔚來(lái)專利技術(shù)，蔚來(lái)標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀的低溫續(xù)航表現(xiàn)和精準(zhǔn)的電量估算能力，可以為用戶提供與三元鋰電池包同級(jí)的性能表現(xiàn)。
低溫續(xù)航損失降低25%
首先，蔚來(lái)三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)采用了全方位的保溫設(shè)計(jì)，相比磷酸鐵鋰電池包，低溫續(xù)航損失降低25%。而實(shí)現(xiàn)這一性能，還要仰賴于蔚來(lái)完整的熱管理軟硬件體系設(shè)計(jì)：
雙體系控制算法：
獨(dú)創(chuàng)的雙體系算法，根據(jù)三元和鐵鋰電池低溫特性進(jìn)行模型化控制，經(jīng)過(guò)多輪標(biāo)定，有效提升了低溫下電池系統(tǒng)的能量使用效率，保證低溫性能。
耦合電池產(chǎn)熱智能熱管理：
根據(jù)電池低溫下內(nèi)阻升高的特性，開(kāi)發(fā)電池的產(chǎn)熱模型，結(jié)合整車的熱管理，動(dòng)態(tài)調(diào)整電池控制目標(biāo)，達(dá)到能耗最小與駕駛體驗(yàn)的平衡，提升低溫性能。
全散熱路徑物理阻隔：
電池包整包所有散熱路徑進(jìn)行熱量流通分析，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析得出極冷天氣下的熱量損失來(lái)源，運(yùn)用低導(dǎo)熱材料及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在所有路徑上的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行熱量阻隔設(shè)計(jì)，有效提升駐車時(shí)電池的溫度，避免電池溫度低帶來(lái)的能量損失。
輻射式主動(dòng)熱補(bǔ)償：
在長(zhǎng)時(shí)間極低溫環(huán)境下，主動(dòng)開(kāi)啟輻射加熱系統(tǒng)，兼顧電池能耗和溫度均勻性，保證電池快速達(dá)到最優(yōu)工作溫度。12小時(shí)極冷環(huán)境下，電池最低溫度提升40%，溫度均勻性提升60%。
雙體系SoC估算法
考慮到三元鋰和磷酸鐵鋰在不同區(qū)間精度不同，蔚來(lái)用三元鋰作為標(biāo)尺，實(shí)時(shí)校準(zhǔn)磷酸鐵鋰在平臺(tái)段的SoC；在高低段利用磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)，校準(zhǔn)三元鋰的SoC，為此開(kāi)發(fā)了雙體系SoC算法，充分利用三元鐵鋰雙體系的優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)基于三元鋰和磷酸鐵鋰的特性，如自放電的不同，蔚來(lái)首次開(kāi)發(fā)大功率電池包內(nèi)DCDC高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)、均衡的SoC校準(zhǔn)。同時(shí)還具有降低靜態(tài)功耗，延長(zhǎng)電池壽命等多個(gè)特點(diǎn) 。
通過(guò)算法、硬件、雙體系電芯的有機(jī)結(jié)合，做到SoC的精準(zhǔn)估算，將傳統(tǒng)鐵鋰SoC計(jì)算誤差從10%降低到3%。
新一代CTP技術(shù)
值得一提的是，蔚來(lái)三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)應(yīng)用了新一代CTP技術(shù)，即由單個(gè)電池單體直接組成電池包，制造裝配簡(jiǎn)化了10%；同時(shí)電池包體積利用率提升5%，能量密度提升14%，達(dá)到142Wh/kg。
電池衰減周期
在第一年的使用周期內(nèi)，三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)的電池衰減，會(huì)略高于原三元鋰70kWh電池包；從中長(zhǎng)期使用來(lái)看，二者衰減程度持平，整體均優(yōu)于傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池。
新電池包已開(kāi)放預(yù)定，換電權(quán)益不變
隨著三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)的正式發(fā)布，搭載該電池包的車型已于當(dāng)天14:00時(shí)上線接受預(yù)定，蔚來(lái)新購(gòu)車用戶可以選擇三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)或三元鋰長(zhǎng)續(xù)航電池包(100kWh)。選擇三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)的用戶，預(yù)計(jì)將于今年11月開(kāi)啟交付車輛。
需要指出的是，三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)車型，其售價(jià)、BaaS價(jià)格、換電權(quán)益、續(xù)航升級(jí)權(quán)益等與原三元鋰70kWh電池包車型相同。也就是說(shuō)，在蔚來(lái)?yè)Q電流通體系內(nèi)，75kWh電池包與70kWh電池包將被視為同一級(jí)別電池包，在換電體系內(nèi)均顯示為“標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(70/75kWh)”，不作區(qū)分。這意味著，選擇原三元鋰70kWh電池包的用戶，通過(guò)換電體系，同樣有機(jī)會(huì)能夠使用到三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)。
蓋世小結(jié)：
為了解決低溫性能差、SoC估算不準(zhǔn)的痛點(diǎn)，蔚來(lái)沒(méi)有直接采用磷酸鐵鋰的技術(shù)路線，而是獨(dú)辟蹊徑地將三元鋰與磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行混合排布，可以說(shuō)這樣的技術(shù)路線不但提升了用戶對(duì)于新能源汽車的使用體驗(yàn)，且在稀有金屬緊缺，電池成本水漲船高的當(dāng)下，這樣一套以磷酸鐵鋰電芯為主的電池包也在一定程度上降低了企業(yè)在電芯采購(gòu)方面的成本。可以想見(jiàn)，一旦這種的技術(shù)推廣開(kāi)來(lái)，磷酸鐵鋰電池將迎來(lái)更大的發(fā)展空間。
(原標(biāo)題：電芯混合排布再現(xiàn)，蔚來(lái)發(fā)布三元鐵鋰電池包)
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