9 月 23 日,蔚来正式发布三元铁锂电池。这款电池采用三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式,并应用了宁德时代的新一代 CTP(Cell to Pack)技术。


蔚来表示,三元铁锂电池解决了磷酸铁锂电池的两大问题——低温性能差和 SoC 估算不准。


事实上,蔚来早在几年前就有推出磷酸铁锂电池的规划。蔚来原计划将磷酸铁锂电池与 100kWh 的三元锂电池(2020年11月上线)一同发布。


「最早的规划是直接推出 2 款电池,70 度电和 100 度电。100 度电采用三元锂技术,特点是只冒烟不起火,70 度电采用磷酸铁锂技术。最终 70 度电因为低温性能差等问题尚未解决,考虑到磷酸铁锂的用户体验等问题,向上汇报后就推迟了。」蔚来电池系统副总裁曾士哲表示。


在 2020 年磷酸铁锂电池包推迟发布后,又过了一年左右的时间,蔚来的三元铁锂电池技术成功,并最终在本月发布了 75kWh 的标准续航的三元铁锂电池包。


目前,搭载 75kWh 标准续航三元铁锂电池包的车型已经接受预定,并将于今年 11 月开始向用户交付。


虽然比原计划延迟了将近一年,但这款电池对于蔚来和行业的意义都非常重要。它意味着一种更好的磷酸铁锂电池来了。


1三元铁锂电池到底是怎么回事?
蔚来现在推出的这个三元铁锂电池包,研发基础是一款纯的磷酸铁锂电池包,那款电池包采用宁德时代的 CTP 封装技术,布置了满满当当的磷酸铁锂电芯,电池容量为 68kWh。


只不过,在向李斌汇报时,68kWh 的电池包被否决了。

 


当时的磷酸铁锂电池存在两大行业难题:


一是,低温性能差。磷酸铁锂电池的电量是由锂离子的传输生成,在低温下电压下降会非常快,从而导致掉电很快。


二是,SoC 估算不准。因为磷酸铁锂的电压有非常强的平台区,导致系统的 BMS 算法不能像查看三元电池一样那么容易查看磷酸铁锂的剩余电量。在实际使用中,系统每天可以查看三元电池 100 次,但系统只能在 15 天或者 30 天才有一次机会磷酸铁锂电池的电量。


李斌的担忧是,由于磷酸铁锂存在低温性能差等问题,如果就这么上线,用户体验肯定不好。


而且,鉴于磷酸铁锂电池还不成熟,那我们要多给用户一些电量。


李斌提出来,希望团队解决低温性能差和 SoC 估算不准等问题,同时将电池电量增加到 75kWh。


经过将近一年的研发,电池团队交出了新的作品——三元铁锂电池。


三元铁锂电池,是以磷酸铁锂电芯为主,同时将三元锂电芯分别排布在电池包的四角位置,再通过大功率 DCDC 高低压转换系统、新一代 CTP 封装技术和算法、大数据等的共同作用,形成的全新电池包。

 

 


这一次,蔚来的电池团队顺利完成了李斌交代的期望:在增加电量的基础上,同时解决了磷酸铁锂电池的低温性能差和 SoC 估算不准两大难题。


据曾士哲回忆,团队在初期先是找供应商帮助,但发现大家都没有解决方案。


只有宁德时代给出了两套增加电量的方案:一种是采用新一代的 CTP 封装技术,另一种是在电池包内部增加几排三元电芯。


增加三元电芯,从工程设计的理论角度上看,的确会增加电量。但同时会将电池成本大幅提高,所以这套方案被很快否决了。


另一种是新一代 CTP 方案,也就是 CTP 的升级版——「CTP-S」。


当时升级版的封装技术还不成熟,蔚来担心无法满足碰撞标准,但初代 CTP 的封装已经将电池包挤满了,电池团队最终决定尝试挑战一下新的封装技术。


后来在实验过程中,蔚来的电池团队发现,三元电芯不应该拿来增加电量,而是应该充当电量的标尺。


通过串联结构,也就是将一颗三元电芯作为一个标尺,反映 SoC 的实际电量。


在设计过程中,通过 BMS 算法和用户大数据分析,团队又发现电池包的最外层和中间层温度并不一样,最外层的电压在低温状态下会很快下降。


面对这种情况,团队又在四个角落增加了三元电芯,同时增加了周边的保暖设计。

 

 


蔚来还为三元铁锂电池包设计了完整的热管理软硬件体系,包括:


全散热路径物理阻隔:针对极冷环境下的热量损失来源,运用了低导热材料及创新的结构设计,有效提升被动保温性能;


耦合电池产热智能热管理:结合电池产热动态调整热控制目标,平衡驾驶体验和能耗;


辐射式主动热补偿:均匀加热电芯,确保电池包工作温度的同时兼顾能耗;


双体系控制算法:实现了对三元锂和磷酸铁锂电芯低温性能的精准控制,提高了电池系统低温能量效率。

 

 


最终,由单颗三元电芯充当系统标尺,系统会取整个电池包电芯的平均值。


再通过双体系控制算法、大功率 DCDC 高低压转换系统、电池包内的 300 多个传感器以及大数据算法,共同解决了 SoC 估算不准的问题。

 

 


由于引入三元电芯,电池团队还需要解决一些衍生问题,比如,磷酸铁锂与三元的寿命不一致。


磷酸铁锂寿命更长,三元相对短一些。


蔚来的做法是,将三元电芯进行过量设计,「如果三元电池只用 80% 的区间,它的寿命会非常长,通俗地说就是,用的少就活得久。」


三元电芯的加入,也让保温设计的思路发生了改变。


蔚来在主动加热上曾考虑过加入相变材料等加热方式,但由于相变材料设计会导致重量太重,四个角加相变材料需要增加 15 公斤,最终选择了用三元电芯来做保温。


2蔚来电池新阵容:三元锂、三元铁锂双线并行


三元铁锂电池上车,对于蔚来车主的影响有哪些?


根据蔚来公布的一组数据:

 

 

通俗地讲,车主使用车辆的续航里程增加了。

 

 

三元铁锂电池包,相比纯磷酸铁锂电池包,低温续航损失降低 25%;


 

三元铁锂电池包,将 Soc 电量估算误差降低至 3% 以内,达到三元锂电池的水平。

 


值得注意的是,新的三元铁锂标准续航电池包(75kWh)车型,其售价、BaaS 价格等与原三元锂 70kWh 电池包车型一致。


也就是对于车主来说,续航里程增加,但并不需要增加额外费用——「加量不加价」。


三元铁锂标准续航电池包(75kWh)比原三元锂 70kWh 电池包,重量有所增加。


在不同蔚来的不同车型上,75kWh 三元铁锂也将续航里程普遍提高了约 30 公里。


搭载三元铁锂电池包后,除了「老八」(2018 款蔚来 ES8)外,剩下的蔚来车型续航均来到 450 公里以上。


在第一年的使用周期内,三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的电池衰减,会略高于原三元锂 70kWh 电池包;从中长期使用来看,二者衰减程度持平,整体均优于传统磷酸铁锂电池。


由于尺寸规格一致,三元铁锂电池包也不影响蔚来车主的换电。


在蔚来换电流通体系内,75kWh 电池包与 70kWh 电池包将被视为同一级别电池包,在换电体系内均显示为「标准续航电池包(70/75kWh)」。


这意味着,选择原三元锂 70kWh 电池包的用户,通过换电体系,同样有机会用到三元铁锂标准续航电池包(75kWh)。


实际上,从 2018 年到 2020 年,蔚来先后发布了 70kWh、84kWh、100kWh 容量的电池包。如今,随着时间推移,蔚来的电池产品阵容正发生变化。


先是在 2019 年 4 月,蔚来公布了 2019 年度的续航升级方案。用户可根据自身需求选择将 70kWh 电池包升级为 84kWh 电池包。


2020 年 11 月,随着发布 100kWh 的电池包,蔚来又向车主提供了 84 度电升级到 100 度方案,同步 84kWh 的电池包不再提供。


今年 9 月,随着此次 75kWh 三元铁锂电池包的上线,原来的 70kWh 三元锂电池包将不再提供。


蔚来官网上,现在已经没有 70kWh 电池包的选项,只剩下 75kWh 的三元铁锂电池包,又称为标准续航电池包,以及 100kWh 的长续航电池包两大产品。

 

 


那么,接下来 100kWh 的三元锂长续航是否会增加三元铁锂版本?


蔚来方面给出的答案是,「其实,一些技术比如 DCDC 是有规划应用到 100kWh 电池包上面的,但是现在从整体密度来说,100kWh 电池包的布置难度会比较大。我们觉得各有所长,100 度有 100 度的好处,100 度再往上走还有增长空间,当然也需要其它的解决方案,我们也在研究。当有一天这个东西更加成熟、铁锂再次提升,我们还会往上走。」

 

 


也就是说,在未来一段时间内,75kWh 标准续航电池包以三元铁锂为主,100kWh 长续航电池包以三元锂为主,会是一个相对比较稳定的阵容。


由于磷酸铁锂的成本相对更低,对于续航不那么敏感,而且注重成本的车主用户来说,75kWh 三元铁锂标准续航电池包将成为很好的选择。


3为什么一定要推出三元铁锂电池?


蔚来的三元铁锂电池包从立项到成功研发,前后用了接近两年,最后才解决了低温性能差和 SoC 估算不准的问题。其中的投入也非常大。


举个例子,由于电芯排布方式发生了改变,仅机械振动实验就做了超过 20 次,每次大概一两个电池包,实验费 2 万,但每个电池包大概 20 万,光实验投入就投入大几百万。


那么,蔚来为什么一定要投入三元铁锂的研发呢?


从技术趋势看,车企推出磷酸铁锂电池的需求越来越强烈,磷酸铁锂电池中使用的稀有金属少,不含镍、钴,相比三元锂电池成本较低且更加环保。


比亚迪、特斯拉和小鹏汽车都在推出磷酸铁锂电池版本。

 

 


但从技术实现上,磷酸铁锂的能量密度已经提升到极限,从早期的 100 Wh/Kg 到现在的 200Wh/Kg,想要再提升能量密度已经很难。


基于此,蔚来并未放弃磷酸铁锂路线,同时在这一路线的基础上,引入三元电池解决了磷酸铁锂的普遍难题。


通过之前的 100kWh 电池包和现在的 75kWh 三元铁锂电池包研发,也可以看到蔚来在电池研发上有一些共同特点:


不吝惜投入,由于在电池研发过程中需要应用最新技术,蔚来在与宁德时代合作中,其实要涉及到许多技术的探索和实验,为了完善产品,蔚来需要与电池供应商一同承担新技术的试验成本。


以用户体验为导向。从最初否决「68kWh 磷酸铁锂电池包」,到今天推出「75kWh 三元铁锂」产品,蔚来三元铁锂电池包虽然仅增加了几度电量,但再次折射出一家用户型企业应该做什么,那就是敬畏车主的用车体验。


微创新,而非颠覆性变革。与特斯拉直接从化学元素层面进行电池变革不同,蔚来的电池研发采取了小步快走的方式,主要基于现有的技术成果,再进行一定程度的微创新。


今年 1 到 8 月,中国汽车动力电池产业创新联盟披露的数据显示,三元电池的国内动力电池装车量为 40946MWh,同比增长 111.2%。


同期,磷酸铁锂电池装车量为 35235.6MWh,同比增长 338.6%。


继比亚迪刀片电池之后,蔚来的三元铁锂电池包上线,将让磷酸铁锂阵营再增加一位重磅玩家。