蔚来正式发布 75 kWh 「三元铁锂」电池包

蔚来秘密研发了 2 年多的「三元铁锂」电池包系统正式发布了。

 

其实，就在 5 月份，我就写过这个电池包系统的专利解读，有兴趣的可以看看：「独家解读：蔚来「磷酸铁锂三元」电池系统专利」。

 

当时文章一发出来就引起了讨论，主要有两个观点：

 

一，这款电池包即可以解决铁锂电池的 SOC 估算精度，又可以降低成本还安全；

二，这个解决方案并不是新技术，实验室里已经可以做，重要的是蔚来能不能做出来。

 

从今天发布的产品来看，蔚来确实推出了量产版的「三元铁锂」电池包，但能不能解决铁锂电池的问题还需要实际体验后才知道。

 

新电池系统在蔚来 APP 社区内上线后，又引发了蔚来车主的讨论，主要有几点：

 

• 蔚来车主并不看好铁锂电池，主要原因是不了解三元电池的作用；

• 铁锂电池的成本问题，引发 75 kWh 和 70 kWh 电池之间谁好的问题。

 

下面我们带着这些问题展开聊聊。

 

再介绍「三元铁锂」电池系统

 

 

磷酸铁锂和三元锂动力电池，是目前车载动力电池应用最多的两个材料体系，两种材料的电池因材料不同，优缺点也非常明显： 

 

• 铁锂：优点，成本低、高寿命、安全性高；缺点，相对能量密度低、耐低温性差、SOC 精度低。

• 三元：优点，电压平台高、能量密度大、电池容量高、倍率性能好；缺点，相对安全性能差、循环寿命差，成本高。

 

因此，在综合考量之后车企大多数还是选择三元电池，铁锂只是少部分车型或者部分车企在用。

 

而磷酸铁锂电池做不好的主要原因是：

 

一，低温性能差：低温性能不好的原因是锂离子从负极到正极传输的速度变慢，而电池包中间和边缘的电芯温度不一致，就会出现电压压差，这其实就是续航的损失，特别在低电量续航经常会从 10% - 50% 直接跳 0。

二，SOC 估算精度不够：SOC 估算的不准确，会出现例如北方放隔夜掉电情况、10% 状态下直接表显为 0 等情况，这个原因是铁锂的的 BMS 算法估算不精准，无法确切剩下多少电，用户体验也很差。

 

蔚来表示：「在早期他们就曾经研发过 68 kWh 磷酸铁锂电池包，不过磷酸铁锂相较于三元锂在低温性能和 SOC 估算方面存在着用户使用体验方面的差距，结果就是，被李斌总给否了。」

为了解决这两个问题，蔚来整个电池研发团队用了 1 年多的时间研发，最终诞生了「三元铁锂」电池包。

 

蔚来对铁锂电池包进行了低温测试，实验数据发现铁锂电池包的中间部位的温度和位于边缘的温度存在温差，这些温差会影响电池的电压稳定，所以就需要将整个电池包的温度做到适中。

 

具体的做法是：

 

一，电池 Pack 层面的「保温」。

• 全散热路径物理阻隔：蔚来将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。

• 简单理解就是，给 Pack 上容易失温的地方都包上保温材料。

• 双体系控制算法：蔚来开发了双体系算法，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。

 

• 耦合电池产热智能热管理：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，也就是说，哪里过冷加热哪里，就想给电池用了电热毯。

• 辐射式主动热补偿：铁锂电池怕冷，特别是在北方冬天电池静置状态下，温度可以讲得很低，在这样的情况下，蔚来会让电池包一直处于通电状态，利用自加热的方式使电池包一直处于恒温状态，并且自加热不是一直开启，车辆检测到车主长期不开车后则会自动下电。

 

二，精准的双体系 SoC 估算法。

 

这个就是这次 75 kWh 电池包的核心了。

 

「因为三元锂和磷酸铁锂在不同区间精度不同，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，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 。

 

通过算法、硬件、双体系电芯的有机结合，做到 SoC 的精准估算，将传统铁锂 SoC 计算误差从10% 降低到 3%。」以上是官方的表述。

什么是荷电状态（SOC）？电池荷电状态（下面简称：SOC），代表电池剩余可用电量占总容量的百分比，是电池管理系统中最为重要状态之一，为电动汽车的电池安全管理、充放电控制、整车能量管理等功能提供重要参考。

简单理解就是，工程师可以根据 SOC 的数据，来匹配 BMS 算法，以达到准确显示电池系统剩余电量，缓解用户里程焦虑，SOC 估算精度越高，越能显示真实续航水平。

如果你对实现原理理解起来有难度，那么你只要知道，在磷酸铁锂 + 三元这套系统方案中，是使用三元锂电池的 SOC 来反映整个电池包系统的整体 SOC。结果是，蔚来可能设计出准确反映实际续航与衰减的磷酸铁锂电池包。

 

综上所述，三元铁锂解决了，纯铁锂电池的低温性能和 SOC 估算的问题，而三元电池在电池包内绝不是所谓的为铁锂保温这么简单，把三元电池布置在电池包四角是因为三元电池本身具有良好的抗低温性能，放在那里可以更好的做整包温控，最重要的是三元是来反映整包 SOC 精度的。

 

新电池系统的数据

 

 

我看了一下蔚来社区，蔚来车主的讨论主要是，这款新电池包是否比 70 kWh 的三元好。

 

这个问题目前还不能确定，但从技术方案上来说，如果没有作用蔚来用长达 1 年的时间去研发并且量产显然不符合逻辑。

 

看看这块电池包的一些数据：

 

• 将 SOC 精度误差从 10% 降到了 3%；

• 新一代 CTP 技术，由单个电池单体直接组成电池包，电池包体积利用率提升 5%，同体系能量密度提升 14%，制造装配简化 10%；

• 电池整包带电量提升 5 kWh，对产品续航增加最少 30km。

 

 

搭载 75 kWh 电池包的各车型续航里程：

从数据来看，新电池包确实要比 70 kWh 的三元电池包要具有一定的优势，这里也是有风险，就是这款新电池包还没有向消费者交付，而只有交付之后实际的体验后才能知道这款电池包的能力。

而至于这款电池包对蔚来的作用，主要有几个：

• 因为电池包的系统能量密度正好在国家对电池补贴的的范围内，所以这款电池包可能拿到国家约 5000 元的补贴，这部分钱可能会体现在车价上；

• 虽然在研发上这款电池包的成本不低，但取代 70 kWh 的电池包大规模投入后，因为主要电芯还是铁锂所以整包成本会降低；

• 这款电池包可以为将来蔚来要推出的低端品牌探路，将来可以直接使用；

• 在三元锂上有材料不断涨价和不确定性因素过多的情况下，铁锂也为蔚来分摊电池供应风险了。

写在最后 

 

这套技术总结起来其实非常简单，就是蔚来想要使用磷酸铁锂的电池，但因为磷酸铁锂电特性的原因，用户体验上会有极大的问题，那么蔚来就针对问题研发了一套技术来解决。 

 

这套技术包含三个关键词：电池系统、电池系统的 SOC 估算、系统安全。

 

基于此，蔚来开发了由三元材料电池与磷酸铁锂材料电池组成的新电池系统，而这套新电池系统满足高安全性与低成本，但因为磷酸铁锂的 SOC 曲线异常平缓，并不能准确估算出电池系统的 SOC，因此，无法准确计算充电时间与续航里程。 

 

而恰恰三元电池可以满足这些，因此，蔚来就用新电池系统中三元电池的 SOC 来反映系统 SOC。

 

因此，蔚来研发出了一套新的 SOC 估算方法，以三元的 SOC 上限、下限映射到系统 SOC 区间，简单说就是，通过三元锂实现对整个电池系统 SOC 的精确估算。这套方法还可以因为电池衰减以及衰减速率的不同进行动态调整，始终让三元的 SOC 能够精准反映电池系统的 SOC。 

 

有了对电池系统 SOC 估算的方法，但明显铁锂 + 三元双材料电池方案的难度比想象中要大的多，其中如何做铁锂与三元的耐低温性这非常重要。 

 

蔚来使用了，电芯灵活排列与结构性保温以及主动热补偿等方案。 使用了结构保温的设计，电池系统被动保温时间延长，这样就能够长时间在低温环境中存放和使用。 

 

汽车超长时间的静置后，电芯温度降低，电芯温差增加，个别区域温度低于临界值，会影响整包放电性能；这时采用三元电芯，形成 AB 组合的电池包，解决短板效应，使得整车在此条件下可以正常使用，拉低了使用的温度下限。 

 

极寒温度超长时间静置后，主动热补偿功能会开启，使得在低于某个温度值后，温度下降的趋势变慢，极大延长极寒环境下存放和使用的时间。在此基础上，继续极寒静置后，开启加热功能，将电芯温度升高至正常使用的温度区间。 

 

以上功能可基于电池包热仿真/热通量分析进行最优化求解，得出最经济最高效的解决方案。