鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:716次 | 2023年07月24日
鐵鋰、三元哪個(gè)更安全?蔚來或?qū)⑾破餚ACK混搭風(fēng)
9月23日,蔚來召開電池技術(shù)溝通會(huì),正式發(fā)布75kWh三元鐵鋰電池,詳細(xì)介紹了磷酸鐵鋰+三元鋰的AB電池。這也是行業(yè)內(nèi)首次將兩種電池結(jié)合起來并進(jìn)行量產(chǎn)的方案,為車企提供了一個(gè)新思路。
蔚來三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包75kWh在蔚來App上線后,用戶留言最關(guān)心兩個(gè)問題:
為什么多了5度電?電池低溫衰減如何?
電池一旦沾了磷酸鐵鋰,自然大家就覺得成本降了。事實(shí)上,從降低成本方面考慮,大多數(shù)企業(yè)會(huì)選擇直接上磷酸鐵鋰電池,比如特斯拉,用磷酸鐵鋰并增加續(xù)航降低售價(jià),就一下子堵住了用戶的嘴。
但是蔚來卻選擇了一種更為復(fù)雜的方式。三元+磷酸鐵鋰,外加5度電,價(jià)格不變,可是很多用戶還是覺得虧了。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對(duì)于5度電的質(zhì)疑,主要來自于磷酸鐵鋰電池成本更低,性能不如三元鋰電池,所以很多用戶覺得,蔚來多送5度電是為了找補(bǔ)一下。
那就先說說三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包75kWh的來歷。
三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)
多送5度電背后的用戶思維
從9月23日14時(shí)開始,三元鐵鋰電池包(75kWh)正式開放預(yù)定,蔚來新購車用戶可以選擇三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)或者三元鋰長續(xù)航電池包(100kWh)。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
如果按照預(yù)期,應(yīng)該是一款68kWh磷酸鐵鋰電池包在一年前與100kWh三元鋰電池包一起發(fā)布,但是生生被蔚來創(chuàng)始人、董事長、CEO李斌否決了。
68kWh磷酸鐵鋰電池包是典型的研發(fā)角度和成本角度出發(fā),這太不用戶型企業(yè)了。所以李斌提出了一個(gè)想法,“如果多送5度電呢?”
多送用戶5kWh,加量不加價(jià),這才符合用戶型企業(yè)蔚來的宗旨,所以,推翻重來,延遲一年,蔚來推出了三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包75kWh。這樣,相比此前三元鋰70kWh電池包,同一車型的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航還可以增加35公里。
其實(shí),在今年Q1的財(cái)報(bào)會(huì)議上,對(duì)于是不是會(huì)采用磷酸鐵鋰電池的問題,李斌也回答過,磷酸鐵鋰電池的成本優(yōu)勢很高,但在此之前,蔚來會(huì)先解決鐵鋰電池的用戶體驗(yàn),這將是核心基礎(chǔ)。
三元+磷酸鐵鋰這種混裝形式,蔚來是全球首家量產(chǎn)下線。采用了部分磷酸鐵鋰看似降成本的方式,其實(shí)對(duì)于技術(shù)開發(fā)的難度大大提高了,從電芯分布形式、雙體系電量估算,到新一代CTP(CelltoPack)技術(shù),都是全新的設(shè)計(jì)和技術(shù),蔚來在搞定這個(gè)新電池包的過程中,同時(shí)獲得了十多項(xiàng)專利及專利申請。
并且由于生產(chǎn)制造過程的成本也有所提高,所以整個(gè)電池包的成本并沒有下降。
所以從最終結(jié)果來看,價(jià)格不變,續(xù)航里程增加,并且BaaS價(jià)格、換電權(quán)益、續(xù)航升級(jí)權(quán)益等與原三元鋰70kWh電池包車型相同,所以用戶確實(shí)不虧。
負(fù)責(zé)研發(fā)三元鐵鋰電池包的曾士哲說,在實(shí)際研發(fā)中,所有的技術(shù)研發(fā)和設(shè)計(jì)都是基于用戶反饋的大數(shù)據(jù)進(jìn)行的。“甚至我們相信75kWh三元鐵鋰電池會(huì)比很多友商的三元鋰電池好很多?!?/p>
在研發(fā)和設(shè)計(jì)階段,蔚來就會(huì)每周根據(jù)用戶反饋,對(duì)三元鐵鋰電池包做相應(yīng)的改變和閉環(huán)。
但是,對(duì)于這種新型混裝形式,實(shí)際表現(xiàn)究竟怎樣,終究還是有疑問的。
長久以來三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都有著各自明確的優(yōu)缺點(diǎn),像磷酸鐵鋰電池在耐低溫能力和能量密度方面較差,三元鋰電池則在安全性能等方面較弱。根據(jù)官方消息,與主流雙雄三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池相比,三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包低溫續(xù)航損失降低25%,實(shí)現(xiàn)整包低溫性能提升,并且在SoC預(yù)估方面,采用了雙體系SoC算法,將傳統(tǒng)鐵鋰SoC計(jì)算誤差從10%降低到3%;同時(shí)相比原三元鋰70kWh電池包,三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)做到了同體系能量密度提升14%,也使得ES6,ES8等各款汽車的續(xù)航里程相應(yīng)的增加了30-35KM。但是缺點(diǎn)也是有的,三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)整體電池包的重量有所增加。
磷酸鐵鋰和三元鋰電池哪個(gè)更安全,磷酸鐵鋰和三元鋰電池的區(qū)別?
一、磷酸鐵鋰和三元鋰電池的區(qū)別
磷酸鐵鋰電池
簡而言之,就是以磷酸鐵鋰作為正極材料,石墨亦或碳作為負(fù)極材料,正負(fù)之間允許電子相通,而金屬離子則不能通過隔膜材料。
三元鋰電池
三元鋰電池通俗來說就是以三元復(fù)合材料作為正極材料,并以碳硅復(fù)合材料作為負(fù)極材料,隔膜材料與磷酸鐵鋰電池的隔膜材料一致。三元鋰電池由鎳鈷鋁、鎳鈷錳兩種技術(shù)路線。
二、磷酸鐵鋰和三元鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)
磷酸鐵鋰電池
優(yōu)點(diǎn):
磷酸鐵鋰作為動(dòng)力電池有高溫性能和安全良好,當(dāng)電池在放電的過程中,內(nèi)部溫度比外部溫度高出30度,這個(gè)時(shí)候的電池依舊完好如初,一旦電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受損壞,不用擔(dān)心電池出現(xiàn)自然、爆炸等危險(xiǎn)。
不僅如此磷酸鐵鋰電池還有循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過2000次以0.5C倍率充電、1C倍率電池充放之后,電池容量仍舊能保持在93%,由此可見電池的續(xù)航能力是多么強(qiáng)大啊!
缺點(diǎn):
俗話說得好,凡事都有利有弊,磷酸鐵鋰電池好處多多,但是也不乏有弊端。首先要說的就是磷酸鐵鋰電池的能量密度,相比其它鋰電池較低,在相同質(zhì)量下,其續(xù)航里程則遠(yuǎn)不如三元鋰電池。
由于磷酸鐵鋰電池具有良好的安全性和循環(huán)壽命長的優(yōu)勢,故此磷酸鐵鋰電池被廣泛應(yīng)用于公交車、出租車等。
三元鋰電池
優(yōu)點(diǎn):
三元鋰作為動(dòng)力電池,能量密度相對(duì)較高。在相同容量下,三元鋰電池的能量密度是磷酸鐵鋰電池的1.7~2.2倍。
不僅如此,三元鋰電池體積更為輕巧,在相同電池容量下,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,后者要遠(yuǎn)比前者重60%。
三元鋰電池除了以上兩大優(yōu)勢之外,還有就是低溫性能良好,在低溫條件下,三元鋰電池容量和能量衰減率都遠(yuǎn)比磷酸鐵鋰電池出色。
缺點(diǎn):
三元鋰電池自然也有不足之處,就是安全性相對(duì)較差,這種電池在200℃環(huán)境下會(huì)發(fā)生分化,內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng),在高溫下則更為劇烈,反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生氧分子,進(jìn)而加劇電解液材料的燃燒。
如何突破技術(shù)瓶頸
那就先說最關(guān)心的低溫衰減問題。
蔚來公布的數(shù)字顯示,75kWh三元鐵鋰電池包采用了全方位保溫設(shè)計(jì),低溫續(xù)航損失降低25%。當(dāng)然,這是相較于磷酸鐵鋰電池的低溫性能而言的。
解決低溫衰減問題,從靈活的電芯排布方式,算法,到阻隔方式、主動(dòng)熱補(bǔ)償?shù)确绞?,蔚來都?jīng)過了全新的設(shè)計(jì)。
在電池包設(shè)計(jì)上,蔚來采用的是CTP封裝設(shè)計(jì)。曾士哲說,這種設(shè)計(jì)上沒有模組概念,而是根據(jù)大數(shù)據(jù)分析確定三元電池的位置,目的是把整個(gè)電池的溫差降在三度以內(nèi),常用溫和的工況可用做到1-2度以內(nèi),所以每個(gè)角落三元數(shù)量不一樣的,前面兩個(gè)、后面四個(gè)。
獨(dú)創(chuàng)的雙體系算法,根據(jù)三元和鐵鋰電池低溫特性進(jìn)行模型化控制,經(jīng)過多輪標(biāo)定,有效提升了低溫下電池系統(tǒng)的能量使用效率。
同時(shí),根據(jù)電池低溫下內(nèi)阻升高的特性,開發(fā)電池的產(chǎn)熱模型,結(jié)合整車的熱管理,動(dòng)態(tài)調(diào)整電池控制目標(biāo),達(dá)到能耗最小與駕駛體驗(yàn)的平衡。
電池包整包所有散熱路徑進(jìn)行熱量流通分析,根據(jù)大數(shù)據(jù)分析得出極冷天氣下的熱量損失來源,運(yùn)用低導(dǎo)熱材料及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在所有路徑上的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行熱量阻隔設(shè)計(jì),有效提升駐車時(shí)電池的溫度,避免電池溫度低帶來的能量損失。
在長時(shí)間極低溫環(huán)境下,主動(dòng)開啟輻射加熱系統(tǒng),兼顧電池能耗和溫度均勻性,保證電池快速達(dá)到最優(yōu)工作溫度。12小時(shí)極冷環(huán)境下,電池最低溫度提升40%,溫度均勻性提升60%。
同時(shí),蔚來還要解決的一個(gè)問題就是SoC(車輛電池的荷電狀態(tài))估算問題。
SoC代表電池剩余可用電量占總?cè)萘康陌俜直?,是電池管理系統(tǒng)中最為重要的狀態(tài)之一,工程師可以根據(jù)SoC的數(shù)據(jù),來匹配BMS算法,以達(dá)到準(zhǔn)確顯示電池系統(tǒng)剩余電量,緩解用戶里程焦慮,SoC估算精度越高,越能顯示真實(shí)續(xù)航水平。
但是相比于三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池SoC的估算精度并不高。而對(duì)于兩種電芯混裝的新電池系統(tǒng),如何進(jìn)行新電池系統(tǒng)SoC估算是對(duì)算法的巨大考驗(yàn)。
這里蔚來采用的技術(shù)方案是將三元電池的SoC上限和下限映射到電池系統(tǒng)的SoC區(qū)間內(nèi),以建立一組三元電池的SoC的上限、下限與電池系統(tǒng)的SoC區(qū)間之間的映射關(guān)系。
同時(shí)基于三元鋰和磷酸鐵鋰的特性,如自放電的不同,首次開發(fā)大功率電池包內(nèi)DCDC高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)、均衡的SoC校準(zhǔn)。同時(shí)還具有降低靜態(tài)功耗,延長電池壽命等多個(gè)特點(diǎn)。
通過算法、硬件、雙體系電芯的有機(jī)結(jié)合,做到SoC的精準(zhǔn)估算,將傳統(tǒng)鐵鋰SoC計(jì)算誤差從10%降低到3%。
簡單來說,即使你照搬蔚來三元鐵鋰電池的電芯排布方式和阻隔方式,沒有算法,一切都是白搭。
相比于三元鋰70kWh電池包,重量重15公斤。
關(guān)于電池衰減周期:在第一年的使用周期內(nèi),三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包的電池衰減,會(huì)略高于原三元鋰(70kWh)電池包,從中長期使用來看,二者衰減程度持平,整體均優(yōu)于傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池。
關(guān)于安全:分布在四周的三元電池觸發(fā)后的高溫?zé)釙?huì)傳播,測試上蔚來做了很多升級(jí)測試包括多點(diǎn)觸發(fā),所以即便一次把兩個(gè)點(diǎn)同時(shí)觸發(fā),也不會(huì)有問題。
在碰撞安全方面,曾士哲說,現(xiàn)在市面上很多電池包為了方便組裝會(huì)把保險(xiǎn)絲盒放在前端。但是如果前向的碰撞發(fā)生,有可能導(dǎo)致的短路點(diǎn)繞過前面的保險(xiǎn),引發(fā)危險(xiǎn)。75kWh三元鐵鋰電池包把保險(xiǎn)是放在最后端就能避免這個(gè)問題。
這一設(shè)計(jì)是在寧德時(shí)代的幫助下共同實(shí)現(xiàn)的,同時(shí)還在前艙加了結(jié)構(gòu)梁,當(dāng)整個(gè)車大力碰撞完以后還有空間,所以整個(gè)在碰撞安全性都有升級(jí)。
關(guān)于換電標(biāo)定問題:蔚來的BMS軟件里已經(jīng)兼容了多種電池的初始標(biāo)定設(shè)置,而且每一個(gè)電池包有自己的唯一ID,BMS會(huì)根據(jù)電池包的ID信息再進(jìn)行識(shí)別對(duì)應(yīng),所以不需要重新設(shè)置,直接換上去之后,就可以自適應(yīng)工作。
事實(shí)上,從用戶角度出發(fā),卻并不能解決所有用戶的問題。常常是一部分用戶覺得很滿意,一部分用戶依然有諸多不滿。
就如此次蔚來更換新電池包一樣,用戶依然分為兩派。
蔚來舍棄磷酸鐵鋰電池,非要研發(fā)三元鐵鋰電池,不但給自己增加難度,還有點(diǎn)費(fèi)力不討好。
技術(shù)迭代的市場檢驗(yàn)和用戶認(rèn)可總是需要一個(gè)過程,就如電動(dòng)車的發(fā)展一樣,沒有技術(shù)迭代,電動(dòng)車的使用體驗(yàn)就會(huì)始終停留在初級(jí)階段,電動(dòng)車市場也就不能經(jīng)歷飛速發(fā)展。電池技術(shù)作為提升電動(dòng)車使用體驗(yàn)的一部分,也正在經(jīng)歷這一過程。
蔚來這次公布的和科技,總的來說就是用三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)來替換之前的原三元鋰70kWh電池包,由于在三元電芯中混搭了磷酸鐵鋰電池電芯,所以毫無疑問會(huì)降低能量密度,然后再通過新一代CTP(CelltoPack)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)空間利用率的優(yōu)化來彌補(bǔ)這缺失的能量密度。
而往大的方面來看,這種混搭方案,不管是寧德時(shí)代的鈉離子電池和鋰離子電池混搭使用,還是蔚來的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池混搭使用,都是一種新的趨勢,想要做到合理的串聯(lián)、并聯(lián)以達(dá)到發(fā)揮各自特色,同時(shí)彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。但是這種方式的混搭,會(huì)對(duì)BMS的算法提出更高的要求,因?yàn)橐龅皆趩蝹€(gè)不同種類的電芯上的電壓、內(nèi)阻、容量等方面進(jìn)行匹配,所以穩(wěn)定性也需要進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證,能否在未來成為新的趨勢還是要經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)才行。品玩,華爾街見聞,浩歌娛樂