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不研究动力电池的车企,不是“好蔚来”

作者/来源:汽车公社
2021-09-24 10:16:11

广告图.png  9月23日,在上海蔚来汽车测试中心,蔚来正式推出了75kwh容量的“三元铁锂”标准续航电池包。而在今年4月份就传遍网络的蔚来某项专利,也在此时落在了实地。

  尽管就目前而言,蔚来已经拥有了70kwh、84kwh,以及100kwh等不同容量的动力电池,但在“三元铁锂”技术的加持下,蔚来的75kwh电池包,亦是有着不少的独到之处。

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  顾名思义,“三元铁锂”可以简单地理解为三元电芯与磷酸铁锂电芯混合使用的状态。而蔚来本次发布的75kwh电池包便是这样,其将三元电芯布局在了“四角”,而磷酸铁锂电芯则主要放在了中央。

  另外,为了更好的利用空间,蔚来75kwh电池包还采用了新一代CTP(Cell to Pack)技术,其所带来的一系列好处便是:体积利用率提升5%,能量密度提升14%,制造装配也是简化了10%。

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  然而事物往往具备两面性,尽管CTP技术的好处显而易见,但在另一方面,其对于电芯的一致性同样有着不低的要求。

  所以,蔚来又是凭借哪些技术,去保证整个动力电池的热平衡,以及较好的低温性能呢?

  低温性能保持“术”

  众所周知,磷酸铁锂电芯有着较为显眼的短板——低温性能差、SoC估算不准等。蔚来最新推出的三元铁锂电池,其“主力”电芯还是以磷酸铁锂为主,所以综合而言,该电池同样也需要解决在低温情况下,电池性能的保持问题。

  而据蔚来官方介绍,蔚来75kWh三元铁锂电池采用了全方位保温设计,低温续航损失可以降低25%。 之所以能够达到这个成绩,蔚来不仅在电池系统的物理硬件设计上花了心思,更是在软件算法方面也上了不小的心。

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  首先,在软件算法方面,蔚来的75kWh三元铁锂电池加持了双体系控制算法、耦合电池产热智能热管理,以及辐射式主动热补偿等技术 。

  简而言之,双体系控制算法就是根据三元和铁锂电池不同的低温特性,进行“模型化”的控制。经过多轮“K值”标定,以及传感器数据的校准之后,可以有效提升低温下电池系统的能量使用效率,并保证其低温性能。而且,解决电芯一致性难题,也主要是借助了该算法的调控。

  耦合电池产热智能热管理则是根据电池低温下内阻升高的特性,开发出电池的产热模型,再结合整车的热管理,去动态地调整电池控制目标,进而达到能耗最小与驾驶体验的平衡,借此来提升动力电池的低温性能。

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  而关于辐射式主动热补偿,其关键就在于“主动”和“热补偿”两词。换言之,在长时间极低温环境下,蔚来的75kWh三元铁锂电池可以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的工作温度。

  其次,便是在物理硬件设计方面,蔚来的75kWh三元铁锂电池不仅有着全散热路径物理阻隔,还在各关键节点布置有多属性材料。就比如其电池上盖上所采用的PCM材料,不仅强度比较高,而且散热性能也不错。

  全散热路径物理阻隔很好理解,就是在特定位置利用特殊材料,在电芯、Pack两两之间进行阻隔。但需要注意的是,所谓的特定位置有“学问”,这其中需要用到大数据技术。

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  具体而言,电池包整包所有散热路径都需要进行热量流通分析,并根据大数据分析得出极冷天气下的热量损失来源,再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,进而有效地提升驻车时电池的温度,避免电池温度低带来的能量损失。

  双体系SoC估算“法”

  事实上,蔚来三元铁锂电池内部配置着大量传感器,而其所感知到的温度、电压、电流等数据就会被共用于动力电池内部的各个系统。尽管目前三元铁锂电池内部的感知、计算等模块还是分立构成,但在软件算法层面,蔚来更讲究“组合拳”的方式。

  而关于蔚来所宣称的更为准确的SoC(State of Charge,指电池中剩余电荷的可用状态)估算,不仅有蔚来首次开发的大功率DCDC高低压转换系统发挥作用,双体系SoC算法更是必不可少的“点睛”之处。

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  基于三元和磷酸铁锂电芯的特性,如自放电的不同,蔚来首次开发了大功率DCDC高低压转换系统。蔚来电池系统副总裁曾士哲也表示,大功率DCDC早在3年前就已经开始研发,现在看来非常有用。

  简单理解的话,可以将大功率DCDC认作是一种控制电力输出的阀门,既能够调节电源输出,还具备稳定母线电压的功能。

  据蔚来官方介绍,其大功率DCDC不仅可以实现快速、实时、均衡的SoC校准,还具有降低静态功耗、延长电池寿命等多个特点 ,而且未来还将运用到蔚来100kwh的动力电池上。

  除此之外,三元电芯的“尺子”作用,以及双体系SoC估算法,也是可圈可点的关键技术所在。

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  具体而言,在低温情况下,磷酸铁锂电芯的“掉电”能力极强,甚至快到难以捕捉,所以也就很难进行电池SoC剩余电量的估算。但混合了三元电芯的蔚来三元铁锂电池,就可以按照三元电芯的电化学特性,对整个电池系统的剩余电量进行估算。

  正如上图所示,借助双体系SoC算法,以三元电芯作为标尺,便能够“带动”磷酸铁锂电芯修正到真实余电状态。而通过算法、硬件、双体系电芯的有机结合,蔚来三元铁锂的SoC估算误差也将由原先的10%降低到3%。

  所以需要认知到的一点是,多出5度电的75kWh三元铁锂电池,并不是因为混用了三元电芯而提升的电池容量,其很大功劳还是要归功于CTP技术扩充了空间,可以让更多的电芯布置进来,进而扩充了电池容量。而三元电芯的主要作用,也就显而易见,那就是做“尺子”。

  “推出”即“落地”

  尽管CTP技术的整体性较强,当单个电芯损坏故障时,只能将整个动力电池系统换掉,但关于“宁德时代+蔚来”的联合实力,其对于电芯质量和系统安全的把控想必也是不俗。

  更何况现在的75kwh的三元铁锂电池,已经进入到了量产阶段。

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  据蔚来官方介绍,搭载蔚来75kWh三元铁锂电池的车型在9月23日14:00时便已上线接受预定,今年11月份就会向用户进行交付。随之,蔚来也同时发布了全新电池包产品体系:标准续航电池包,75kWh三元铁锂电池包;长续航电池包,100kWh三元锂电池包。

  而在本次活动的最后,汽车公社记者亦是向蔚来电池系统副总裁曾士哲问及“第三波芯片荒”对于75kwh动力电池系统的影响,以及相关国产化芯片的替代情况。

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  好消息是蔚来做了多芯片适配,在确保不将“鸡蛋放在同一个篮子里”的同时,尽可能寻找到多方面的最优解。但关于国产化芯片替代的情况,国内相关的功率芯片、MCU等,可能还是有很长的路要走。

  不过,话又说回来,当需求足够大时,技术也会在时代的催促下,快速完善;而国内的相关产业链,也必将会在像蔚来这样企业的追逐下,逐渐成长起来。

  这不,作为车企的蔚来,已经研究起动力电池技术了不是。


来源:汽车公社

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