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张云蕾 (先生)

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电芯混合排布再现 蔚来发布三元铁锂电池包
发布时间:2021-09-27        浏览次数:        

  汽车正式发布三元铁锂标准续航电池包(75kWh),该电池包采用了三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式,并应用新一代CTP技术。据悉,搭载三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的车型已接受预定,并将于今年11月开始向用户交付。

  众所周知,磷酸铁锂电池和三元锂电池一直被视为全球电动车行业的两大主流电池技术路线,此次推出的三元铁锂电池包显然有别于二者。顾名思义,三元铁锂标电池包,即采用三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布方式的电池包,而上次一次采用这种混合排布方式的还是宁德时代。今年7月,发布钠离子电池的同时推出AB电池解决方案,该方案将钠离子电池与锂离子电池集成混合共用,实现取长补短。不过,作为车企,蔚来此次为何会选择三元铁锂技术路线?该技术在实现过程中有何难点?应用该技术的电池包性能又如何?

  对于三元锂和磷酸铁锂,业界一直颇为关注。从材料角度来看,磷酸铁锂电池和三元锂电池被视为全球电动车行业的两大主流电池技术路线,二者在能量密度、低温性能以及电池成本上可谓各有优劣,其中三元电池能量密度高、低温性能好;磷酸铁锂电池成本较低、高温性能好、寿命长、安全性高。基于此,二者在市场上的竞争从未停止过。

  根据盖世汽车研究院观察分析,从2016年到2021年,磷酸铁锂电池和三元电池呈现出明显的此消彼长的趋势。2016年,磷酸铁锂电池凭借19.98GWh的装机量一度拿下73%的市场份额。此后,三元锂电池快速崛起,市场占有率从2016年的27%飙升至2019年的65%。磷酸铁锂电池则一路开始走低,2019年市场占有率仅32%。

  不过,这一局面在2020年出现了反转的势头。且进入2021年,磷酸铁锂电池回暖趋势愈发明显,今年5月和7月,磷酸铁锂电池在产量和装机量上分别实现了对三元锂电池的反超,且单月增长速度均远大于三元锂电池。

  对于磷酸铁锂电池的强势回归,业界普遍认为与其自身具备的两大优势密不可分,一个是性价比,另一个则是安全性。基于此,在原材料价格上涨、动力电池安全性进一步加强的情况下,不少车企开始广泛应用磷酸铁锂电池包。据了解,目前多家明星车企和造车新势力推出磷酸铁锂车型,国际汽车品牌也有意向试水采用磷酸铁锂电池。且工信部新能源汽车申报目录中,磷酸铁锂车型占比已有所提升,其中乘用车装机占比提升更为显著。

  在众多参加纷纷采用磷酸铁锂电池之际,蔚来不是没有过想法。据了解,早期蔚来也有使用磷酸铁锂的计划,还曾研发过68kWh磷酸铁锂电池包,但相较于三元锂,磷酸铁锂在低温性能和SoC估算方面存在着用户使用体验方面的差距,所以蔚来没有选择量产该电池包,而是着手研究新的解决方案。

  经过1年多的研发,蔚来通过三元锂电池+磷酸铁锂的组合,推出能量密度更高、续航更长的三元铁锂电池包(75kWh)。由此,蔚来成为全球首家将三元铁锂技术量产的车企。

  如上所述,磷酸铁锂电池的优点是稀有金属使用减少,生产成本降低,www.0104.com,缺点则是低温性能差、SoC估算不准。面对此,蔚来创新性地采用三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式,并应用新一代CTP(Cell to Pack)技术的三元铁锂电池包有效地解决了上述痛点。

  据蔚来电池系统副总裁曾士哲介绍,通过蔚来专利技术,蔚来标准续航电池包(75kWh)实现了优秀的低温续航表现和精准的电量估算能力,可以为用户提供与三元锂电池包同级的性能表现。

  首先,蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)采用了全方位的保温设计,相比磷酸铁锂电池包,低温续航损失降低25%。而实现这一性能,还要仰赖于蔚来完整的热管理软硬件体系设计:

  独创的双体系算法,根据三元和铁锂电池低温特性进行模型化控制,经过多轮标定,有效提升了低温下电池系统的能量使用效率,保证低温性能。

  根据电池低温下内阻升高的特性,开发电池的产热模型,结合整车的热管理,动态调整电池控制目标,达到能耗最小与驾驶体验的平衡,提升低温性能。

  电池包整包所有散热路径进行热量流通分析,根据大数据分析得出极冷天气下的热量损失来源,运用低导热材料及创新的结构设计,在所有路径上的关键结合点进行热量阻隔设计,有效提升驻车时电池的温度,避免电池温度低带来的能量损失。

  在长时间极低温环境下,主动开启辐射加热系统,兼顾电池能耗和温度均匀性,保证电池快速达到最优工作温度。12小时极冷环境下,电池最低温度提升40%,温度均匀性提升60%。

  考虑到三元锂和磷酸铁锂在不同区间精度不同,蔚来用三元锂作为标尺,实时校准磷酸铁锂在平台段的SoC;在高低段利用磷酸铁锂的优势,校准三元锂的SoC,为此开发了双体系SoC算法,充分利用三元铁锂双体系的优势。

  同时基于三元锂和磷酸铁锂的特性,如自放电的不同,蔚来首次开发大功率电池包内DCDC高低压转换系统,实现快速、实时、均衡的SoC校准。同时还具有降低静态功耗,延长电池寿命等多个特点 。

  通过算法、硬件、双体系电芯的有机结合,www.35789.com!做到SoC的精准估算,将传统铁锂SoC计算误差从10%降低到3%。

  值得一提的是,蔚来三元铁锂标准续航电池包(75kWh)应用了新一代CTP技术,即由单个电池单体直接组成电池包,制造装配简化了10%;同时电池包体积利用率提升5%,能量密度提升14%,达到142Wh/kg。

  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。

  随着三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的正式发布,搭载该电池包的车型已于当天14:00时上线接受预定,蔚来新购车用户可以选择三元铁锂标准续航电池包(75kWh)或三元锂长续航电池包(100kWh)。选择三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的用户,预计将于今年11月开启交付车辆。

  需要指出的是,三元铁锂标准续航电池包(75kWh)车型,其售价、BaaS价格、换电权益、续航升级权益等与原三元锂70kWh电池包车型相同。也就是说,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)”,不作区分。这意味着,选择原三元锂70kWh电池包的用户,通过换电体系,同样有机会能够使用到三元铁锂标准续航电池包(75kWh)。

  为了解决低温性能差、SoC估算不准的痛点,蔚来没有直接采用磷酸铁锂的技术路线,而是独辟蹊径地将三元锂与磷酸铁锂电芯进行混合排布,可以说这样的技术路线不但提升了用户对于新能源汽车的使用体验,且在稀有金属紧缺,电池成本水涨船高的当下,这样一套以磷酸铁锂电芯为主的电池包也在一定程度上降低了企业在电芯采购方面的成本。可以想见,一旦这种的技术推广开来,磷酸铁锂电池将迎来更大的发展空间。