鉅大LARGE | 點擊量：919次 | 2023年02月02日
電芯混合排布再現(xiàn)，蔚來為什么選擇三元鐵鋰技術(shù)路線？
九月二十三日，蔚來汽車正式公布三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh），該電池包采用了三元鋰和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，并將于今年十一月開始向用戶交付。
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汽車行業(yè)的兩大主流電池技術(shù)路線，蔚來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，即采用三元鋰和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CATL。今年七月，CATL公布鈉離子電池的同時推出AB電池解決方法，該方法將鈉離子電池和鋰電池集成混合共用，實現(xiàn)取長補(bǔ)短。不過，作為車企，蔚來此次為何會選擇三元鐵鋰技術(shù)路線？該技術(shù)在實現(xiàn)過程中有何難點？應(yīng)用該技術(shù)的電池包性能又如何？
為何選擇三元鐵鋰技術(shù)？
關(guān)于三元鋰和磷酸鐵鋰，業(yè)界一直頗為關(guān)注。從材料角度來看，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是全球電動汽車行業(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、安全性高。基于此，二者在市場上的競爭從未停止過。
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)出明顯的此消彼長的趨勢。2016年，磷酸鐵鋰電池憑借19．98GWh的裝機(jī)量一度拿下73％的市場份額。此后，三元鋰電池快速崛起，市場占有率從2016年的27％飆升至2019年的65％。磷酸鐵鋰電池則一路開始走低，2019年市場占有率僅32％。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
不過，這一局面在2020年出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)的勢頭。且進(jìn)入2021年，磷酸鐵鋰電池回暖趨勢愈發(fā)明顯，今年五月和七月，磷酸鐵鋰電池在產(chǎn)量和裝機(jī)量上分別實現(xiàn)了對三元鋰電池的反超，且單月上升速度均遠(yuǎn)大于三元鋰電池。
關(guān)于磷酸鐵鋰電池的強(qiáng)勢回歸，業(yè)界普遍認(rèn)為和其自身具備的兩大優(yōu)勢密不可分，一個是性價比，另一個則是安全性。基于此，在原材料價格上漲、動力鋰電池安全性進(jìn)一步加強(qiáng)的情況下，不少車企開始廣泛應(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力推出磷酸鐵鋰車型，國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，蔚來不是沒有過想法。據(jù)了解，早期蔚來也有使用磷酸鐵鋰的計劃，還曾研發(fā)過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方面的差距，所以蔚來沒有選擇量產(chǎn)該電池包，而是著手研究新的解決方法。
經(jīng)過1年多的研發(fā)，蔚來通過三元鋰電池＋磷酸鐵鋰的組合，推出能量密度更高、續(xù)航更長的三元鐵鋰電池包（75kWh）。由此，蔚來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)點是稀有金屬使用減少，生產(chǎn)成本降低，缺點則是低溫性能差、SoC估算不準(zhǔn)。面對此，蔚來創(chuàng)新性地采用三元鋰和磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，并應(yīng)用新一代CTP（CelltoPack）技術(shù)的三元鐵鋰電池包有效地解決了上述痛點。
據(jù)蔚來電池系統(tǒng)副總裁曾士哲介紹，通過蔚來專利技術(shù)，蔚來標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）實現(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，可以為用戶供應(yīng)和三元鋰電池包同級的性能表現(xiàn)。
低溫續(xù)航損失降低25％
首先，蔚來三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）采用了全方位的保溫設(shè)計，相比磷酸鐵鋰電池包，低溫續(xù)航損失降低25％。而實現(xiàn)這一性能，還要仰賴于蔚來完整的熱管理軟硬件體系設(shè)計：
雙體系控制算法：
獨創(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，開發(fā)電池的產(chǎn)熱模型，結(jié)合整車的熱管理，動態(tài)調(diào)整電池控制目標(biāo)，達(dá)到能耗最小和駕駛體驗的平衡，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源，運(yùn)用低導(dǎo)熱材料及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在所有路徑上的關(guān)鍵結(jié)合點進(jìn)行熱量阻隔設(shè)計，有效提升駐車時電池的溫度，防止電池溫度低帶來的能量損失。
輻射式主動熱補(bǔ)償：
在長時間極低溫環(huán)境下，主動開啟輻射加熱系統(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，蔚來用三元鋰作為標(biāo)尺，實時校準(zhǔn)磷酸鐵鋰在平臺段的SoC；在高低段利用磷酸鐵鋰的優(yōu)勢，校準(zhǔn)三元鋰的SoC，為此開發(fā)了雙體系SoC算法，充分利用三元鐵鋰雙體系的優(yōu)勢。
同時基于三元鋰和磷酸鐵鋰的特性，如自放電的不同，蔚來首次開發(fā)大功率電池包內(nèi)DCDC高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實現(xiàn)快速、實時、均衡的SoC校準(zhǔn)。同時還具有降低靜態(tài)功耗，延長電池壽命等多個特點。
通過算法、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計算誤差從10％降低到3％。
新一代CTP技術(shù)
值得一提的是，蔚來三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）應(yīng)用了新一代CTP技術(shù)，即由單個電池單體直接組成電池包，制造裝配簡化了10％；同時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，會略高于原三元鋰70kWh電池包；從中長期使用來看，二者衰減程度持平，整體均優(yōu)于傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池。
新電池包已開放預(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）的正式公布，搭載該電池包的車型已于當(dāng)天14：00時上線接受預(yù)定，蔚來新購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)計將于今年十一月開啟交付車輛。
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、BaaS價格、換電權(quán)益、續(xù)航升級權(quán)益等和原三元鋰70kWh電池包車型相同。也就是說，在蔚來換電流通體系內(nèi)，75kWh電池包和70kWh電池包將被視為同一級別電池包，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，通過換電體系，同樣有機(jī)會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，蔚來沒有直接采用磷酸鐵鋰的技術(shù)路線，而是獨辟蹊徑地將三元鋰和磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行混合排布，可以說這樣的技術(shù)路線不但提升了用戶關(guān)于新能源汽車的使用體驗，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公司在電芯采購方面的成本?？梢韵胍?，一旦這種的技術(shù)推廣開來，磷酸鐵鋰電池將迎來更大的發(fā)展空間。
