發表日期 4/7/2022, 4:28:36 PM
動力電池作為新能源汽車的“命脈”,品質、供應、成本無不影響新能源汽車整體的發展。在整車企業中,蔚來汽車總是走在行業探索電池的前列,去年11月裝車交付的三元鐵鋰電池,正是這種探索下的産物。
去年9月的一場溝通會上,蔚來電池係統副總裁曾士哲透漏,隨著磷酸鐵鋰市場應用擴大,此前發布100kWh三元鋰電池時,蔚來電池團隊就已經完成瞭68kWh磷酸鐵鋰電池包研發工作,但磷酸鐵鋰相較於三元鋰在低溫性能和SOC估算方麵存在著一定差距,團隊上報後,董事長李斌否定瞭該方案,原因是‘蔚來是一傢服務用戶的車企,推齣該電池無法給用戶交代’。為此,蔚來汽車電池研發團隊尋找新的方嚮,曆時1年多的時間,團隊研發齣瞭由三元鋰電芯+磷酸鐵鋰電芯混裝組成的三元鐵鋰電池包,這也使得蔚來成為行業首傢將三元鐵鋰技術量産的車企。
在動力電池品類當中,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是目前市場上最常見的兩類,蔚來的三元鐵鋰電池到來之前,它們涇渭分明,互不“打擾”,但是自身的物理特性讓它們有長處,也有短闆,正因如此,蔚來將它們二者有序組閤在一起,混裝成為新的電池組類型。那麼這種奇妙的組閤,會帶來什麼樣的錶現呢?
眾所周知,磷酸鐵鋰電池的優勢在於安全性能好、循環壽命長,而且成本也比三元鋰電池要低,而劣勢則在於低溫性能不佳、SOC測量精準性差,並且能量密度也不如三元鋰電池。蔚來的三元鐵鋰電池,通過使用三元鋰與磷酸鐵鋰混裝的方式,對兩種電池進行取長補短、優勢互補,從而相比於老款70kWh電池包有續航與循環壽命上的提升,75kWh容量的電池包相較老款電池包能夠提升約35km的綜閤續航裏程。
前不久,有媒體測試瞭搭載75kWh三元鐵鋰電池的蔚來EC6在低溫中的實際錶現,與一同測試的搭載磷酸鐵鋰電池的特斯拉Model Y、使用三元鋰電池的寶馬iX3相比,裝配三元鐵鋰電池的EC6在低溫環境中,無論是在冷車高速行駛、冷車充電都有著優秀的錶現。
把三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池通過串聯的方式混裝在同一電池組中,看上去有些“腦洞大開”,但實際測試效果已經證明瞭這樣做的優勢。那麼,蔚來的三元鐵鋰電池是如何解決磷酸鐵鋰電池低溫性能差、SOC估算不準以及由電池混裝帶來的電控難題的呢?
剛纔我們提到瞭,在低溫條件下,磷酸鐵鋰電池的性能會遜於三元鋰電池,因此,把磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這兩種不同材料體係的電池裝入同一個電池組,首先要麵臨的是問題就是兩種電芯的耐寒性能不同。通過串聯方式組閤在一起的兩種電芯,如果個彆電芯溫度低於臨界溫度後,會導緻整個電池包的放電性能變差,不僅會影響車輛續航能力,同時也會對電池安全性造成影響。
為瞭能讓兩種電芯在低溫環境中盡可能保持相同的溫度變化,蔚來通過結構優化和布置隔熱材料兩種硬件管理方式,共同保證電池包內部的溫度均衡以及保溫性能。
生活常識告訴我們,車輛無論是行駛還是靜置狀態,電池包的四個角落都是受外界溫度影響最大的地方,因此,蔚來這這部分區域放置瞭耐寒性能更好的三元鋰電池,其他區域則由磷酸鐵鋰電池填滿,這就相當於給不經凍的磷酸鐵鋰電池包瞭一層“棉被”。
當然瞭,電芯結構優化僅僅能夠被動的減少磷酸鐵鋰電池受低溫環境的影響,想要更好的發揮性能,它們還需要一層“電熱毯”。在極端低溫環境中,蔚來三元鐵鋰電池包將通過輻射式主動熱補償,均勻加熱電芯,確保整個電池包工作溫度的同時兼顧能耗。
除此之外,蔚來三元鐵鋰電池在熱管理軟件層麵也有所建樹。比如,基於蔚來大數據分析和雙體係控製算法,能夠充分利用三元鋰電芯的低溫性能優勢和對兩種電芯的精準控製,提升整個電池係統低溫能量效率。外層包著“棉被”,裏麵還有“電熱毯”持續升溫,還有大數據層麵的軟件加持,最終讓整個電池包相比磷酸鐵鋰電池包低溫續航損失降低瞭25%。
蔚來要解決的第二個,也是睏擾很多車主的問題,就是磷酸鐵鋰電池SOC估算不準的問題。弄明白蔚來的解決方法之前,我們需要先明白幾個概念,一是SOC是什麼,二是為什麼需要估算SOC。
SOC是英文單詞State of Charge的簡稱,意思是電池的荷電狀態,顧名思義就是指電池中剩餘電荷的可用狀態,一般用百分比來錶示,我們也可以簡單的把它理解為電池容量。
那麼為什麼要估算SOC呢?在燃油車中,一箱汽油的所剩容量可以通過簡單的物理方法進行測算錶示,再通過車輛係統對油耗分析,便可以得知車輛剩餘的續航裏程,這個數據簡單、綫性,容易測算。而在純電動車中,電池的SOC無法像燃油車的油箱一樣可以通過簡單的物理方式進行估算,而如果無法準確估算SOC,係統將無法準確計算車輛的充電時間和續航裏程,極容易引起電池的過充或過放問題,從而引發安全隱患。因此,電動車精準的SOC估算十分必要。
目前,主流的電池SOC估算方法是安時積分法與OCV-SOC開路電壓對應法,關於這部分我們先按下不錶,我們隻需要知道兩件事情,一是OCV與SOC存在一一對應關係,我們通過測量電壓OCV,就可以精確地知道當前SOC是多少;二是這兩種方法的結閤讓我們可以更加準確的估算電池SOC。
理想很豐滿,現實卻很骨感。雖然我們可以通過安時積分法與OCV-SOC方法來估算電池SOC,但磷酸鐵鋰電池本身的特性,導緻其OCV-SOC麯綫在10%-90%區間中十分平緩,這也意味著其SOC估算精度很低,無法準確反映電池的放電情況。
如果按照磷酸鐵鋰電池的SOC來估算整個電池係統的SOC,可能會導緻車輛續航裏程不準、電量突然降低等情況。不過幸好,三元鋰電池的物理特性與磷酸鐵鋰電池相反,其SOC麯綫相對綫性,從而更容易估算,這也就是為什麼搭載三元鋰電池的電動車,在續航裏程的估算上要強於磷酸鐵鋰電池電動車的原因。
明白瞭這些原理之後,蔚來的三元鐵鋰電池解決估算不準的方法就很好理解瞭。三元鐵鋰電池中的每個電芯之間通過串聯方式連接,蔚來新研發的雙體係電量估算法,以三元鋰電池的SOC上限、下限來映射到整個電池組的SOC區間,也就是說測量整個電池組SOC的“標尺”,不再是數量更多的磷酸鐵鋰電池,而是估算更準確的三元鋰電池,從而使電量估算誤差降低至瞭3%以內。另外,蔚來的這套SOC估算技術還可以根據電池的衰減程度以及衰減速率來動態調整電池SOC區間,從而讓三元鋰電池的SOC始終能夠準確反映電池係統的荷電狀態。
這樣,大量使用的磷酸鐵鋰電池能夠有效降低整個電池組的成本,同時,三元鋰電池也能藉自身特性,幫助整個係統完成對電池組SOC的準確估算,可謂一舉兩得。
三元鐵鋰這種巧妙的“混搭”風格,是蔚來不斷精進電池技術的最好體現。隨著電池技術的持續升級,加上成熟的換電方式,讓用戶體驗隨之提升的同時,也讓蔚來汽車竪起瞭電池技術壁壘。