揭秘蔚來新電池研發(fā)歷程：李斌曾否決了磷酸鐵鋰，75度「三元鐵鋰」如何涅槃重生

9 月 23 日，蔚來正式發(fā)布三元鐵鋰電池。這款電池采用三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，并應(yīng)用了寧德時代的新一代 CTP（Cell to Pack）技術(shù)。

蔚來表示，三元鐵鋰電池解決了磷酸鐵鋰電池的兩大問題——低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)。

事實上，蔚來早在幾年前就有推出磷酸鐵鋰電池的規(guī)劃。蔚來原計劃將磷酸鐵鋰電池與 100kWh 的三元鋰電池（2020年11月上線）一同發(fā)布。

「最早的規(guī)劃是直接推出 2 款電池，70 度電和 100 度電。100 度電采用三元鋰技術(shù)，特點是只冒煙不起火，70 度電采用磷酸鐵鋰技術(shù)。最終 70 度電因為低溫性能差等問題尚未解決，考慮到磷酸鐵鋰的用戶體驗等問題，向上匯報后就推遲了?！刮祦?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B1%A0%E7%B3%BB%E7%BB%9F/">電池系統(tǒng)副總裁曾士哲表示。

在 2020 年磷酸鐵鋰電池包推遲發(fā)布后，又過了一年左右的時間，蔚來的三元鐵鋰電池技術(shù)成功，并最終在本月發(fā)布了 75kWh 的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航的三元鐵鋰電池包。

目前，搭載 75kWh 標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航三元鐵鋰電池包的車型已經(jīng)接受預(yù)定，并將于今年 11 月開始向用戶交付。

雖然比原計劃延遲了將近一年，但這款電池對于蔚來和行業(yè)的意義都非常重要。它意味著一種更好的磷酸鐵鋰電池來了。

1三元鐵鋰電池到底是怎么回事？
蔚來現(xiàn)在推出的這個三元鐵鋰電池包，研發(fā)基礎(chǔ)是一款純的磷酸鐵鋰電池包，那款電池包采用寧德時代的 CTP 封裝技術(shù)，布置了滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)牧姿徼F鋰電芯，電池容量為 68kWh。

只不過，在向李斌匯報時，68kWh 的電池包被否決了。

當(dāng)時的磷酸鐵鋰電池存在兩大行業(yè)難題：

一是，低溫性能差。磷酸鐵鋰電池的電量是由鋰離子的傳輸生成，在低溫下電壓下降會非?？?，從而導(dǎo)致掉電很快。

二是，SoC 估算不準(zhǔn)。因為磷酸鐵鋰的電壓有非常強的平臺區(qū)，導(dǎo)致系統(tǒng)的 BMS 算法不能像查看三元電池一樣那么容易查看磷酸鐵鋰的剩余電量。在實際使用中，系統(tǒng)每天可以查看三元電池 100 次，但系統(tǒng)只能在 15 天或者 30 天才有一次機會磷酸鐵鋰電池的電量。

李斌的擔(dān)憂是，由于磷酸鐵鋰存在低溫性能差等問題，如果就這么上線，用戶體驗肯定不好。

而且，鑒于磷酸鐵鋰電池還不成熟，那我們要多給用戶一些電量。

李斌提出來，希望團隊解決低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)等問題，同時將電池電量增加到 75kWh。

經(jīng)過將近一年的研發(fā)，電池團隊交出了新的作品——三元鐵鋰電池。

三元鐵鋰電池，是以磷酸鐵鋰電芯為主，同時將三元鋰電芯分別排布在電池包的四角位置，再通過大功率 DCDC 高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、新一代 CTP 封裝技術(shù)和算法、大數(shù)據(jù)等的共同作用，形成的全新電池包。

這一次，蔚來的電池團隊順利完成了李斌交代的期望：在增加電量的基礎(chǔ)上，同時解決了磷酸鐵鋰電池的低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)兩大難題。

據(jù)曾士哲回憶，團隊在初期先是找供應(yīng)商幫助，但發(fā)現(xiàn)大家都沒有解決方案。

只有寧德時代給出了兩套增加電量的方案：一種是采用新一代的 CTP 封裝技術(shù)，另一種是在電池包內(nèi)部增加幾排三元電芯。

增加三元電芯，從工程設(shè)計的理論角度上看，的確會增加電量。但同時會將電池成本大幅提高，所以這套方案被很快否決了。

另一種是新一代 CTP 方案，也就是 CTP 的升級版——「CTP-S」。

當(dāng)時升級版的封裝技術(shù)還不成熟，蔚來擔(dān)心無法滿足碰撞標(biāo)準(zhǔn)，但初代 CTP 的封裝已經(jīng)將電池包擠滿了，電池團隊最終決定嘗試挑戰(zhàn)一下新的封裝技術(shù)。

后來在實驗過程中，蔚來的電池團隊發(fā)現(xiàn)，三元電芯不應(yīng)該拿來增加電量，而是應(yīng)該充當(dāng)電量的標(biāo)尺。

通過串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也就是將一顆三元電芯作為一個標(biāo)尺，反映 SoC 的實際電量。

在設(shè)計過程中，通過 BMS 算法和用戶大數(shù)據(jù)分析，團隊又發(fā)現(xiàn)電池包的最外層和中間層溫度并不一樣，最外層的電壓在低溫狀態(tài)下會很快下降。

面對這種情況，團隊又在四個角落增加了三元電芯，同時增加了周邊的保暖設(shè)計。

蔚來還為三元鐵鋰電池包設(shè)計了完整的熱管理軟硬件體系，包括：

全散熱路徑物理阻隔：針對極冷環(huán)境下的熱量損失來源，運用了低導(dǎo)熱材料及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效提升被動保溫性能；

耦合電池產(chǎn)熱智能熱管理：結(jié)合電池產(chǎn)熱動態(tài)調(diào)整熱控制目標(biāo)，平衡駕駛體驗和能耗；

輻射式主動熱補償：均勻加熱電芯，確保電池包工作溫度的同時兼顧能耗；

雙體系控制算法：實現(xiàn)了對三元鋰和磷酸鐵鋰電芯低溫性能的精準(zhǔn)控制，提高了電池系統(tǒng)低溫能量效率。

最終，由單顆三元電芯充當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)尺，系統(tǒng)會取整個電池包電芯的平均值。

再通過雙體系控制算法、大功率 DCDC 高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電池包內(nèi)的 300 多個傳感器以及大數(shù)據(jù)算法，共同解決了 SoC 估算不準(zhǔn)的問題。

由于引入三元電芯，電池團隊還需要解決一些衍生問題，比如，磷酸鐵鋰與三元的壽命不一致。

磷酸鐵鋰壽命更長，三元相對短一些。

蔚來的做法是，將三元電芯進行過量設(shè)計，「如果三元電池只用 80% 的區(qū)間，它的壽命會非常長，通俗地說就是，用的少就活得久?！?/p>

三元電芯的加入，也讓保溫設(shè)計的思路發(fā)生了改變。

蔚來在主動加熱上曾考慮過加入相變材料等加熱方式，但由于相變材料設(shè)計會導(dǎo)致重量太重，四個角加相變材料需要增加 15 公斤，最終選擇了用三元電芯來做保溫。

2蔚來電池新陣容：三元鋰、三元鐵鋰雙線并行

三元鐵鋰電池上車，對于蔚來車主的影響有哪些？

根據(jù)蔚來公布的一組數(shù)據(jù)：

通俗地講，車主使用車輛的續(xù)航里程增加了。

三元鐵鋰電池包，相比純磷酸鐵鋰電池包，低溫續(xù)航損失降低 25%；

三元鐵鋰電池包，將 Soc 電量估算誤差降低至 3% 以內(nèi)，達(dá)到三元鋰電池的水平。

值得注意的是，新的三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）車型，其售價、BaaS 價格等與原三元鋰 70kWh 電池包車型一致。

也就是對于車主來說，續(xù)航里程增加，但并不需要增加額外費用——「加量不加價」。

三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）比原三元鋰 70kWh 電池包，重量有所增加。

在不同蔚來的不同車型上，75kWh 三元鐵鋰也將續(xù)航里程普遍提高了約 30 公里。

搭載三元鐵鋰電池包后，除了「老八」（2018 款蔚來 ES8）外，剩下的蔚來車型續(xù)航均來到 450 公里以上。

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（75kWh）的電池衰減，會略高于原三元鋰 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。

由于尺寸規(guī)格一致，三元鐵鋰電池包也不影響蔚來車主的換電。

在蔚來換電流通體系內(nèi)，75kWh 電池包與 70kWh 電池包將被視為同一級別電池包，在換電體系內(nèi)均顯示為「標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（70/75kWh）」。

這意味著，選擇原三元鋰 70kWh 電池包的用戶，通過換電體系，同樣有機會用到三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包（75kWh）。

實際上，從 2018 年到 2020 年，蔚來先后發(fā)布了 70kWh、84kWh、100kWh 容量的電池包。如今，隨著時間推移，蔚來的電池產(chǎn)品陣容正發(fā)生變化。

先是在 2019 年 4 月，蔚來公布了 2019 年度的續(xù)航升級方案。用戶可根據(jù)自身需求選擇將 70kWh 電池包升級為 84kWh 電池包。

2020 年 11 月，隨著發(fā)布 100kWh 的電池包，蔚來又向車主提供了 84 度電升級到 100 度方案，同步 84kWh 的電池包不再提供。

今年 9 月，隨著此次 75kWh 三元鐵鋰電池包的上線，原來的 70kWh 三元鋰電池包將不再提供。

蔚來官網(wǎng)上，現(xiàn)在已經(jīng)沒有 70kWh 電池包的選項，只剩下 75kWh 的三元鐵鋰電池包，又稱為標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包，以及 100kWh 的長續(xù)航電池包兩大產(chǎn)品。

那么，接下來 100kWh 的三元鋰長續(xù)航是否會增加三元鐵鋰版本？

蔚來方面給出的答案是，「其實，一些技術(shù)比如 DCDC 是有規(guī)劃應(yīng)用到 100kWh 電池包上面的，但是現(xiàn)在從整體密度來說，100kWh 電池包的布置難度會比較大。我們覺得各有所長，100 度有 100 度的好處，100 度再往上走還有增長空間，當(dāng)然也需要其它的解決方案，我們也在研究。當(dāng)有一天這個東西更加成熟、鐵鋰再次提升，我們還會往上走。」

也就是說，在未來一段時間內(nèi)，75kWh 標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包以三元鐵鋰為主，100kWh 長續(xù)航電池包以三元鋰為主，會是一個相對比較穩(wěn)定的陣容。

由于磷酸鐵鋰的成本相對更低，對于續(xù)航不那么敏感，而且注重成本的車主用戶來說，75kWh 三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包將成為很好的選擇。

3為什么一定要推出三元鐵鋰電池？

蔚來的三元鐵鋰電池包從立項到成功研發(fā)，前后用了接近兩年，最后才解決了低溫性能差和 SoC 估算不準(zhǔn)的問題。其中的投入也非常大。

舉個例子，由于電芯排布方式發(fā)生了改變，僅機械振動實驗就做了超過 20 次，每次大概一兩個電池包，實驗費 2 萬，但每個電池包大概 20 萬，光實驗投入就投入大幾百萬。

那么，蔚來為什么一定要投入三元鐵鋰的研發(fā)呢？

從技術(shù)趨勢看，車企推出磷酸鐵鋰電池的需求越來越強烈，磷酸鐵鋰電池中使用的稀有金屬少，不含鎳、鈷，相比三元鋰電池成本較低且更加環(huán)保。

比亞迪、特斯拉和小鵬汽車都在推出磷酸鐵鋰電池版本。

但從技術(shù)實現(xiàn)上，磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)提升到極限，從早期的 100 Wh/Kg 到現(xiàn)在的 200Wh/Kg，想要再提升能量密度已經(jīng)很難。

基于此，蔚來并未放棄磷酸鐵鋰路線，同時在這一路線的基礎(chǔ)上，引入三元電池解決了磷酸鐵鋰的普遍難題。

通過之前的 100kWh 電池包和現(xiàn)在的 75kWh 三元鐵鋰電池包研發(fā)，也可以看到蔚來在電池研發(fā)上有一些共同特點：

不吝惜投入，由于在電池研發(fā)過程中需要應(yīng)用最新技術(shù)，蔚來在與寧德時代合作中，其實要涉及到許多技術(shù)的探索和實驗，為了完善產(chǎn)品，蔚來需要與電池供應(yīng)商一同承擔(dān)新技術(shù)的試驗成本。

以用戶體驗為導(dǎo)向。從最初否決「68kWh 磷酸鐵鋰電池包」，到今天推出「75kWh 三元鐵鋰」產(chǎn)品，蔚來三元鐵鋰電池包雖然僅增加了幾度電量，但再次折射出一家用戶型企業(yè)應(yīng)該做什么，那就是敬畏車主的用車體驗。

微創(chuàng)新，而非顛覆性變革。與特斯拉直接從化學(xué)元素層面進行電池變革不同，蔚來的電池研發(fā)采取了小步快走的方式，主要基于現(xiàn)有的技術(shù)成果，再進行一定程度的微創(chuàng)新。

今年 1 到 8 月，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟披露的數(shù)據(jù)顯示，三元電池的國內(nèi)動力電池裝車量為 40946MWh，同比增長 111.2%。

同期，磷酸鐵鋰電池裝車量為 35235.6MWh，同比增長 338.6%。

繼比亞迪刀片電池之后，蔚來的三元鐵鋰電池包上線，將讓磷酸鐵鋰陣營再增加一位重磅玩家。