芯耀
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9 月 23 日，蔚來正式發(fā)布三元鐵鋰電池。這款電池采用三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，并應(yīng)用了寧德時(shí)代的新一代 CTP（Cell to Pack）技術(shù)。
蔚來表示，三元鐵鋰電池解決了磷酸鐵鋰電池的兩大問題——低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)。
事實(shí)上，蔚來早在幾年前就有推出磷酸鐵鋰電池的規(guī)劃。蔚來原計(jì)劃將磷酸鐵鋰電池與 100kWh 的三元鋰電池（2020年11月上線）一同發(fā)布。
「最早的規(guī)劃是直接推出 2 款電池，70 度電和 100 度電。100 度電采用三元鋰技術(shù)，特點(diǎn)是只冒煙不起火，70 度電采用磷酸鐵鋰技術(shù)。最終 70 度電因?yàn)榈蜏匦阅懿畹葐栴}尚未解決，考慮到磷酸鐵鋰的用戶體驗(yàn)等問題，向上匯報(bào)后就推遲了?！刮祦?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B1%A0%E7%B3%BB%E7%BB%9F/">電池系統(tǒng)副總裁曾士哲表示。
在 2020 年磷酸鐵鋰電池包推遲發(fā)布后，又過了一年左右的時(shí)間，蔚來的三元鐵鋰電池技術(shù)成功，并最終在本月發(fā)布了 75kWh 的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航的三元鐵鋰電池包。
目前，搭載 75kWh 標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航三元鐵鋰電池包的車型已經(jīng)接受預(yù)定，并將于今年 11 月開始向用戶交付。
雖然比原計(jì)劃延遲了將近一年，但這款電池對(duì)于蔚來和行業(yè)的意義都非常重要。它意味著一種更好的磷酸鐵鋰電池來了。
1三元鐵鋰電池到底是怎么回事？
蔚來現(xiàn)在推出的這個(gè)三元鐵鋰電池包，研發(fā)基礎(chǔ)是一款純的磷酸鐵鋰電池包，那款電池包采用寧德時(shí)代的 CTP 封裝技術(shù)，布置了滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)牧姿徼F鋰電芯，電池容量為 68kWh。
只不過，在向李斌匯報(bào)時(shí)，68kWh 的電池包被否決了。
當(dāng)時(shí)的磷酸鐵鋰電池存在兩大行業(yè)難題：
一是，低溫性能差。磷酸鐵鋰電池的電量是由鋰離子的傳輸生成，在低溫下電壓下降會(huì)非?？欤瑥亩鴮?dǎo)致掉電很快。
二是，SoC 估算不準(zhǔn)。因?yàn)榱姿徼F鋰的電壓有非常強(qiáng)的平臺(tái)區(qū)，導(dǎo)致系統(tǒng)的 BMS 算法不能像查看三元電池一樣那么容易查看磷酸鐵鋰的剩余電量。在實(shí)際使用中，系統(tǒng)每天可以查看三元電池 100 次，但系統(tǒng)只能在 15 天或者 30 天才有一次機(jī)會(huì)磷酸鐵鋰電池的電量。
李斌的擔(dān)憂是，由于磷酸鐵鋰存在低溫性能差等問題，如果就這么上線，用戶體驗(yàn)肯定不好。
而且，鑒于磷酸鐵鋰電池還不成熟，那我們要多給用戶一些電量。
李斌提出來，希望團(tuán)隊(duì)解決低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)等問題，同時(shí)將電池電量增加到 75kWh。
經(jīng)過將近一年的研發(fā)，電池團(tuán)隊(duì)交出了新的作品——三元鐵鋰電池。
三元鐵鋰電池，是以磷酸鐵鋰電芯為主，同時(shí)將三元鋰電芯分別排布在電池包的四角位置，再通過大功率 DCDC 高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、新一代 CTP 封裝技術(shù)和算法、大數(shù)據(jù)等的共同作用，形成的全新電池包。
這一次，蔚來的電池團(tuán)隊(duì)順利完成了李斌交代的期望：在增加電量的基礎(chǔ)上，同時(shí)解決了磷酸鐵鋰電池的低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)兩大難題。
據(jù)曾士哲回憶，團(tuán)隊(duì)在初期先是找供應(yīng)商幫助，但發(fā)現(xiàn)大家都沒有解決方案。
只有寧德時(shí)代給出了兩套增加電量的方案：一種是采用新一代的 CTP 封裝技術(shù)，另一種是在電池包內(nèi)部增加幾排三元電芯。
增加三元電芯，從工程設(shè)計(jì)的理論角度上看，的確會(huì)增加電量。但同時(shí)會(huì)將電池成本大幅提高，所以這套方案被很快否決了。
另一種是新一代 CTP 方案，也就是 CTP 的升級(jí)版——「CTP-S」。
當(dāng)時(shí)升級(jí)版的封裝技術(shù)還不成熟，蔚來?yè)?dān)心無法滿足碰撞標(biāo)準(zhǔn)，但初代 CTP 的封裝已經(jīng)將電池包擠滿了，電池團(tuán)隊(duì)最終決定嘗試挑戰(zhàn)一下新的封裝技術(shù)。
后來在實(shí)驗(yàn)過程中，蔚來的電池團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，三元電芯不應(yīng)該拿來增加電量，而是應(yīng)該充當(dāng)電量的標(biāo)尺。
通過串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也就是將一顆三元電芯作為一個(gè)標(biāo)尺，反映 SoC 的實(shí)際電量。
在設(shè)計(jì)過程中，通過 BMS 算法和用戶大數(shù)據(jù)分析，團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)電池包的最外層和中間層溫度并不一樣，最外層的電壓在低溫狀態(tài)下會(huì)很快下降。
面對(duì)這種情況，團(tuán)隊(duì)又在四個(gè)角落增加了三元電芯，同時(shí)增加了周邊的保暖設(shè)計(jì)。
蔚來還為三元鐵鋰電池包設(shè)計(jì)了完整的熱管理軟硬件體系，包括：
全散熱路徑物理阻隔：針對(duì)極冷環(huán)境下的熱量損失來源，運(yùn)用了低導(dǎo)熱材料及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效提升被動(dòng)保溫性能；
耦合電池產(chǎn)熱智能熱管理：結(jié)合電池產(chǎn)熱動(dòng)態(tài)調(diào)整熱控制目標(biāo)，平衡駕駛體驗(yàn)和能耗；
輻射式主動(dòng)熱補(bǔ)償：均勻加熱電芯，確保電池包工作溫度的同時(shí)兼顧能耗；
雙體系控制算法：實(shí)現(xiàn)了對(duì)三元鋰和磷酸鐵鋰電芯低溫性能的精準(zhǔn)控制，提高了電池系統(tǒng)低溫能量效率。
最終，由單顆三元電芯充當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)尺，系統(tǒng)會(huì)取整個(gè)電池包電芯的平均值。
再通過雙體系控制算法、大功率 DCDC 高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電池包內(nèi)的 300 多個(gè)傳感器以及大數(shù)據(jù)算法，共同解決了 SoC 估算不準(zhǔn)的問題。
由于引入三元電芯，電池團(tuán)隊(duì)還需要解決一些衍生問題，比如，磷酸鐵鋰與三元的壽命不一致。
磷酸鐵鋰壽命更長(zhǎng)，三元相對(duì)短一些。
蔚來的做法是，將三元電芯進(jìn)行過量設(shè)計(jì)，「如果三元電池只用 80% 的區(qū)間，它的壽命會(huì)非常長(zhǎng)，通俗地說就是，用的少就活得久?！?/p>
三元電芯的加入，也讓保溫設(shè)計(jì)的思路發(fā)生了改變。
蔚來在主動(dòng)加熱上曾考慮過加入相變材料等加熱方式，但由于相變材料設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致重量太重，四個(gè)角加相變材料需要增加 15 公斤，最終選擇了用三元電芯來做保溫。
2蔚來電池新陣容：三元鋰、三元鐵鋰雙線并行
三元鐵鋰電池上車，對(duì)于蔚來車主的影響有哪些？
根據(jù)蔚來公布的一組數(shù)據(jù)：
通俗地講，車主使用車輛的續(xù)航里程增加了。
三元鐵鋰電池包，相比純磷酸鐵鋰電池包，低溫續(xù)航損失降低 25%；
三元鐵鋰電池包，將 Soc 電量估算誤差降低至 3% 以內(nèi)，達(dá)到三元鋰電池的水平。
值得注意的是，新的三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）車型，其售價(jià)、BaaS 價(jià)格等與原三元鋰 70kWh 電池包車型一致。
也就是對(duì)于車主來說，續(xù)航里程增加，但并不需要增加額外費(fèi)用——「加量不加價(jià)」。
三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）比原三元鋰 70kWh 電池包，重量有所增加。
在不同蔚來的不同車型上，75kWh 三元鐵鋰也將續(xù)航里程普遍提高了約 30 公里。
搭載三元鐵鋰電池包后，除了「老八」（2018 款蔚來 ES8）外，剩下的蔚來車型續(xù)航均來到 450 公里以上。
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)期使用來看，二者衰減程度持平，整體均優(yōu)于傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池。
由于尺寸規(guī)格一致，三元鐵鋰電池包也不影響蔚來車主的換電。
在蔚來?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）」。
這意味著，選擇原三元鋰 70kWh 電池包的用戶，通過換電體系，同樣有機(jī)會(huì)用到三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）。
實(shí)際上，從 2018 年到 2020 年，蔚來先后發(fā)布了 70kWh、84kWh、100kWh 容量的電池包。如今，隨著時(shí)間推移，蔚來的電池產(chǎn)品陣容正發(fā)生變化。
先是在 2019 年 4 月，蔚來公布了 2019 年度的續(xù)航升級(jí)方案。用戶可根據(jù)自身需求選擇將 70kWh 電池包升級(jí)為 84kWh 電池包。
2020 年 11 月，隨著發(fā)布 100kWh 的電池包，蔚來又向車主提供了 84 度電升級(jí)到 100 度方案，同步 84kWh 的電池包不再提供。
今年 9 月，隨著此次 75kWh 三元鐵鋰電池包的上線，原來的 70kWh 三元鋰電池包將不再提供。
蔚來官網(wǎng)上，現(xiàn)在已經(jīng)沒有 70kWh 電池包的選項(xiàng)，只剩下 75kWh 的三元鐵鋰電池包，又稱為標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包，以及 100kWh 的長(zhǎng)續(xù)航電池包兩大產(chǎn)品。
那么，接下來 100kWh 的三元鋰長(zhǎng)續(xù)航是否會(huì)增加三元鐵鋰版本？
蔚來方面給出的答案是，「其實(shí)，一些技術(shù)比如 DCDC 是有規(guī)劃應(yīng)用到 100kWh 電池包上面的，但是現(xiàn)在從整體密度來說，100kWh 電池包的布置難度會(huì)比較大。我們覺得各有所長(zhǎng)，100 度有 100 度的好處，100 度再往上走還有增長(zhǎng)空間，當(dāng)然也需要其它的解決方案，我們也在研究。當(dāng)有一天這個(gè)東西更加成熟、鐵鋰再次提升，我們還會(huì)往上走?！?/p>
也就是說，在未來一段時(shí)間內(nèi)，75kWh 標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包以三元鐵鋰為主，100kWh 長(zhǎng)續(xù)航電池包以三元鋰為主，會(huì)是一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的陣容。
由于磷酸鐵鋰的成本相對(duì)更低，對(duì)于續(xù)航不那么敏感，而且注重成本的車主用戶來說，75kWh 三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包將成為很好的選擇。
3為什么一定要推出三元鐵鋰電池？
蔚來的三元鐵鋰電池包從立項(xiàng)到成功研發(fā)，前后用了接近兩年，最后才解決了低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)的問題。其中的投入也非常大。
舉個(gè)例子，由于電芯排布方式發(fā)生了改變，僅機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)就做了超過 20 次，每次大概一兩個(gè)電池包，實(shí)驗(yàn)費(fèi) 2 萬(wàn)，但每個(gè)電池包大概 20 萬(wàn)，光實(shí)驗(yàn)投入就投入大幾百萬(wàn)。
那么，蔚來為什么一定要投入三元鐵鋰的研發(fā)呢？
從技術(shù)趨勢(shì)看，車企推出磷酸鐵鋰電池的需求越來越強(qiáng)烈，磷酸鐵鋰電池中使用的稀有金屬少，不含鎳、鈷，相比三元鋰電池成本較低且更加環(huán)保。
但從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)提升到極限，從早期的 100 Wh/Kg 到現(xiàn)在的 200Wh/Kg，想要再提升能量密度已經(jīng)很難。
基于此，蔚來并未放棄磷酸鐵鋰路線，同時(shí)在這一路線的基礎(chǔ)上，引入三元電池解決了磷酸鐵鋰的普遍難題。
通過之前的 100kWh 電池包和現(xiàn)在的 75kWh 三元鐵鋰電池包研發(fā)，也可以看到蔚來在電池研發(fā)上有一些共同特點(diǎn)：
不吝惜投入，由于在電池研發(fā)過程中需要應(yīng)用最新技術(shù)，蔚來在與寧德時(shí)代合作中，其實(shí)要涉及到許多技術(shù)的探索和實(shí)驗(yàn)，為了完善產(chǎn)品，蔚來需要與電池供應(yīng)商一同承擔(dān)新技術(shù)的試驗(yàn)成本。
以用戶體驗(yàn)為導(dǎo)向。從最初否決「68kWh 磷酸鐵鋰電池包」，到今天推出「75kWh 三元鐵鋰」產(chǎn)品，蔚來三元鐵鋰電池包雖然僅增加了幾度電量，但再次折射出一家用戶型企業(yè)應(yīng)該做什么，那就是敬畏車主的用車體驗(yàn)。
微創(chuàng)新，而非顛覆性變革。與特斯拉直接從化學(xué)元素層面進(jìn)行電池變革不同，蔚來的電池研發(fā)采取了小步快走的方式，主要基于現(xiàn)有的技術(shù)成果，再進(jìn)行一定程度的微創(chuàng)新。
今年 1 到 8 月，中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟披露的數(shù)據(jù)顯示，三元電池的國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝車量為 40946MWh，同比增長(zhǎng) 111.2%。
同期，磷酸鐵鋰電池裝車量為 35235.6MWh，同比增長(zhǎng) 338.6%。
繼比亞迪刀片電池之后，蔚來的三元鐵鋰電池包上線，將讓磷酸鐵鋰陣營(yíng)再增加一位重磅玩家。
