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今天下午 14 时许,蔚来正式发布了传言许久的三元铁锂标准续航电池包(75kWh),并开始接受预订,预计 11 月开始向用户交付。
这也意味着从 11 月份开始,蔚来的交付车辆只会搭载了两款电池包:75KWH 的三元铁锂标准续航电池包,以及 100KWH 的三元锂长续航电池包。
消息发布后,可谓是一石激起千层浪,车主和行业内都就此进行了激烈讨论。
有人点赞。
因为老车主同样可以通过换电站使用上 75KWH 三元铁锂电池包,以 EC6 运动版为例,NEDC 续航可以从目前的 430 公里增长至 475 公里,相当于加量不加价。
也有人担心甚至开喷。
有人担心三元铁锂电池包不能解决铁锂电池(磷酸铁锂)的固有弊病,也就是「低温下续航崩」的问题。也有人觉得「三元最珍贵」的,认为五度电的差距不足以磨平三元锂与磷酸铁锂的成本差距;
那么,三元铁锂电池包技术到底是什么?真能完美解决铁锂电池冬季低温性能差、SOC估算不准等「续航崩」的问题?对于用户而言,是体验更佳了,还是更糟了呢?
今天上午,我们参加了蔚来75KWH 三元铁锂电池包技术的 Workshop,现在就拆碎了来聊聊会上得知的讯息。
以下 Enjoy!
一、用户体验第一
全球范围来看,磷酸铁锂可谓是卷土重来。
上面这张图是 2021 年的国内动力电池装车量统计。从增速来看,磷酸铁锂同比增长 338.6%,远超三元材料的111.2%。8月份的装车量,磷酸铁锂更是远超了三元材料。
八月底,特斯拉CEO 马斯克也在推特上盛赞铁锂电池:「铁锂电池的使用体验和三元电池一样!而且它可以充电到 100%。」详情请看我们此前的报道( 马斯克盛赞磷酸铁锂电池好,三元锂要完? )
但是,磷酸铁锂电池包因为其材料特性,也存在许多影响用户体验的问题,譬如 SOC 估算不准,又譬如冬季低温下性能不佳。
尤其是 SOC 估算不准,让磷酸铁锂的用户体验有时很糟糕。
我们在实测某磷酸铁锂版本车型时, 就出现过 SOC还剩下 20% ,突然骤降到 5% 的情况。实际跑一公里,表显续航最多时能掉 10 公里。
为什么这样?因为 SOC (荷电状态 ) 的估算大多要依赖开路电压的校准。
理论上,开路电压的曲线越陡,估算越精。但磷酸铁锂开路电压曲线如图所示,在大部分区间是平的,这就麻烦了。这也是表显续航突然「崩」了的关键原因。
今天上午,蔚来电池系统副总裁曾士哲在 Workshop 上就透露, 他们曾开发过 68 KWH 的磷酸铁锂电池包,但被蔚来高层直接予以否决。原因,就是用户体验不过关。
而在此前的财报电话会议上,李斌也曾表态:「磷酸铁锂的成本优势是毫无疑问的,但在成本之前,解决好用户体验是蔚来使用磷酸铁锂的前提。」
那么,这次发布的三元铁锂技术,真的「解决好了用户体验」?
二、尺子、防火林和 CTP
其实,早在今年 4 月,中国专利局就曾公开过蔚来的一项专利申请:「一种电池系统、用于其 SOC 估算方法以及计算机装置和介质」。曾士哲就是发明人之一。
今天,他告诉我们,蔚来磷酸铁锂电芯大规模上车,其实比预期推迟了一年多。原因,就在于他们必须攻克磷酸铁锂低温性能差、SOC 估算不准的行业难题。
而在他们研发出三元铁锂电池包技术之前,所有的供应商都没提供有效的可行方案。
「有一次做实验,我们突然想到, 可以将三元锂电芯做了尺子,是的,标尺,就能解决磷酸铁锂 SOC 估算不准的问题。 」曾士哲说。
那么,我们就先从尺子讲起。
1、尺子
在三元铁锂电池包中,三元锂电芯首先是作为「标尺」存在的。
简单来说,就是磷酸铁锂的 SOC 虽然估算不准,但三元锂的 SOC 估算准呀。那就用三元锂 SOC 的上限和下限去做映射,从而实现整个电池包的 SOC 估算准确。
上面这张图,就是将三元作为估算标尺的示意图。 大家注意看图片左边,三元电芯的上限和下限都要比磷酸铁锂电芯多很多。
之所以这样,是为了必须做寿命匹配。
磷酸铁锂电芯相对使用周期长,三元电芯相对使用周期短。但通过不满充满放,三元电芯的使用周期可以与磷酸铁锂电芯对齐, 从而实现「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。」
从我们现场了解的情况来看,一块 75KWH 三元铁锂电池包总计使用了 14 块三元电芯,分布在如图的四个角上。
这样布置的另一个好处是,在主动热管理时,三元电芯这样的布置,会让整车的温度均匀性更好。
接下来要说的是这张图。
红框框中的部分是电池包内置的大功率 DCDC。这是在三元电芯作为校准标尺外的另一件利器——「可实现快速、实时、均衡的电量校准。」
曾士哲说,内置 DCDC 是他们在三年前开始研发的,现在看好处非常多。有了内置的 DCDC,就不需要去唤醒整车或者使用小电瓶来做电池的自检均衡。
「整车下电时电池不下电。」
内置的 DCDC 今后可能会拓展到蔚来所有的电池包,无论是安全性、云端 BMS 的精准校准,还是用户体验、寿命等各个方面,蔚来电池的表现都会得到提升。
至于 SOC 最后的估算精度, 蔚来表示,三元铁锂电池包的电量估算精度实现了与三元锂电池一致,误差降低至3%以内。
2、防火林
低温性能差是磷酸铁锂的材料特性,因此它的热管理变得比三元电芯更为重要。
这次在 Workshop 上,蔚来提出的解决办法主要有两个。
其中的被动热管理,被曾士哲形象地称为「防火林」——也就是上面图中说的「全散热路径物理阻隔」。
这是一套非常精妙的物理阻隔系统。
他们首先是对电池包的主体框架穿了个「外套」。图中红色标记的部分,就是「外套」,一种柔软的保温材质 。
曾士哲说,这些点都是通过科学测量得出的。「电池的散热就像一个瓶子在漏水,需要知道漏点在哪里。」而这些漏点,与蔚来可换电的电池包结构也是紧密相关的。
为此,他们在测试时,在电池包周边布置了 300 多个传感器,去测量热通量,也就是「漏点」。
这张图中的黄色部分则是另一种保温材质。但与其他厂商不同,蔚来将这层材质贴在了框架上,而不是电芯上。
之所以这样,是因为这样才能起到「防火林」的作用,确保在低温情况下的热量传导可控。
他们甚至还把电池包的外部框架做了切断。如上图红框标识部分。目的,同样也是为了避免热的传导。
通过这样的主动热管理,三元铁锂电池包能够在低温条件下,相比磷酸铁锂电池包低温续航损失降低25%。
说完被动热管理器,接着来说主动热管理 。
首先是通过均匀加热电芯的方式,来实现整车温度均匀性的提升。蔚来给出的数据是温度均匀性提升了 60%,电池最低温度提升了 40%。
曾士哲说,通过这样的辐射式主动热补充, 他们可以在极寒条件下,将电池包的静置温度控制在零下五度左右。
之所以是零下五度,是因为根据算法测量后发现,这才是电池包需要的温度。 太高了,在加热时消耗的能量不划算;跌破这个点,损失也会很大。
「在内蒙、东北,只要稳住这个点,整体续航提升是非常惊人。」
热管理最后要说的是这张图,双体系控制算法。
在 Workshop 上,曾士哲说布局、思路大家都可以学,但真要做出来,算法才是关键。
譬如,你需要 结合电池产热动态调整热控制目标,平衡驾驶体验和能耗;
又譬如,需要结合每个人驾驶习惯,每个用户设定个 K 值,去决定怎么控制角落的温度,怎么控制面的温度等等
这些都是别人学不了的,他们自己也调试了七八月。「被动、主动、包含了算法、大数据,综合在一起,才能攻克的。」
甚至,仅 SOC 的估算, 「整套算法已经是传统 SOC 算法的十倍。」
要「实现了优秀的低温续航表现和精准的电量估算能力,为用户提供与三元锂电池包同级的性能表现」,不仅仅是硬件,其实也包括算法这样的软件。
这才是自研的力量。
3、CTP
CTP 本质上是工艺和结构的变化。在此前的 100KWH 电池包上,蔚来已经使用了宁德时代的 CTP 技术。
曾士哲说,他们其实也用刀片电池做了实验,整体容量可以再提升,但重量却会上去。此外,与宁德时代的合作,曾士哲也给予了高度的评价。这也是三元铁锂电池包最终选用 CTP 的一个很重要原因。
从数据来看,三元铁锂电池包采用了新一代的 CTP 技术,制造装配简化10% ,体积利用率提升5%,能量密度提升14%,达142Wh/kg。
毕竟不是宁德时代的主场,相关的技术细节,这场 Workshop 并没有展开来说。
三、充满期待
这是一位微博朋友两小时前发出的内容,我看到觉得很有道理。
作为 EC6 的车主,我其实对三元铁锂电池充满期待。
一方面因为下图,EC6 性能版的 NEDC 续航提升至了 475 公里,我想尽快能够在换电站换上。
一方面也是因为蔚来在电池技术上展现出了软硬一体化的能力。而 EC6 目前的高级辅助驾驶能力,在 3.0 之后,我也明显感觉到了稳定性、可用性的提升。
当然,我也看到蔚来社区内有人有不同意见,在算一下小账。
我认为社区应该有不同的声音。但具体到三元铁锂上,扎扎实实两年的纯自研不是投入?不是成本?算法不是价值的一种?成本不是包括了硬件,也包括了软件吗?
有一些算账的方式,其实真没有必要。
关键还在于实测,在于蔚来放出的这些指标,最终是否证明在日常驾驶、在极寒条件下有好的表现。
包括但不限于:
1、相较于磷酸铁锂电池包,低温续航损失降低 25%;
2、电量估算精度与三元锂电池一致,误差降低至 3% 以内;
最重要的,是能不能持续让用户拿到电池技术进步带来的红利。
蔚来的 Flag 立在这里了,回头一定实测下。