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36氪 09-28

蔚来副总裁曾士哲谈三元铁锂电池:方案难以被复制,最难的是控制算法

特斯拉、小鹏汽车之后,蔚来也加入到磷酸铁锂大军。 不过,蔚来没打算继续忍受磷酸铁锂电池的顽疾。

日前,蔚来推出了 75 度(kW · h)三元铁锂混装电池包,用以对该公司的 70 度三元锂电池包进行升级,预计 11 月开始交付。

70 度电池包是蔚来投放的第一代电池包产品,在 2017 年 12 月的首届 NIO Day 上发布,于 2018 年 6 月交付,至今已经服役 3 年多,是蔚来汽车的基础款电池包,也是蔚来交付量最广的电池包。但这款电池显然难以匹配今天的用户需求,可用范围加上冬季低温,续航打折到 200 多公里的情况并不鲜见。

而对这样的基础配置进行替代性升级,蔚来的动作既要快,又要十分谨慎。

从命名上能看出,蔚来下了功夫。动力电池最常用的有两种技术方案,即三元锂和磷酸铁锂。三元铁锂则相对陌生。它的秘密是什么?

如字面意思,三元铁锂电池正是将磷酸铁锂和三元锂电池进行混装搭配,抽取两种电池的优势,让磷酸铁锂电池的可用性,达到替代常规三元锂电池包的水平。

磷酸铁锂电池是一个成熟的体系,最大优势是没有钴金属,成本上有明显优势,其次,磷酸铁锂电池内部结构稳定,可以耐高温和过充,因此,自燃起火的概率也相对较低。这也是为什么,小鹏汽车和特斯拉都在入门车型中,采用了磷酸铁锂电池。

但磷酸铁锂电池的劣势也很明显,首先是 SoC(剩余电量)的估算不准,难以提供给用户准确的用电参照,更大的问题是,低温环境下,电化学活性低,也就导致了冬天续航和充电效率缩水明显。特斯拉去年冬季收到的一个集中反馈,就是北方的磷酸铁锂车型续航缩水严重。小鹏汽车 CEO 何小鹏也坦言," 铁锂电池更适合温暖气候。"

蔚来电池系统副总裁曾士哲向 36 氪在内的媒体直言,三元铁锂混装版电池包就是该公司所找到的、用以解决上述两大问题的方案。据介绍,蔚来的三元铁锂电池包总共有 118 颗电芯,其中,磷酸铁锂电芯 104 颗。三元锂电芯只有 14 颗,分布在电池包的四个角。

蔚来三元铁锂电池包结构示意,来自蔚来官方

曾士哲说,磷酸铁锂电量估算不准,但三元锂电池则不存在这个问题,后者每天可以有 100 多次机会来评估电量,所以在就可以在磷酸铁锂电池包中,加入三元电池,作为标尺,来校准整个电池包的电量。

" 三元电池可以当做标尺,告诉我们实际电量是多少,等于在里面放了教练,教练会告诉我,现在 SoC 实际剩下多少。" 曾士哲说,蔚来的混装铁锂电池,已经把行业公认的铁锂电量估算精度从 10% 降到 3% 之内。

除了解决铁锂电池的 SoC 电量估算问题,蔚来还通过结构和材料改良,来解决铁锂电池的低温衰减问题,包括采用新的保温的材料、更换电池壳体,以及采用加热膜等技术。蔚来官方提供的信息显示,相比磷酸铁锂电池包,三元铁锂混装电池包低温续航损失降低 25%。

三元电池和铁锂电池混装的方案不是蔚来首创,而蔚来能将其工程落地,做到量产,则主要依靠其自研的控制算法。

曾士哲也自信表示,蔚来的电池包设计难以被复制的,因为里面有一个复杂的算法,要结合两种电池最优的容量保持率、两种电池最优的功率特性推导出来," 我们开发了很复杂的双体系的加热算法,这个双体系加热算法除了在 BMS 端,在云端也做。"

三元铁锂混装电池包,是蔚来在企业成本和用户体验之间,努力找到的一个平衡点,如果这一方案通过市场检验,将不仅是蔚来的工程和研发能力的体现,也会加速铁锂电池的普及。

以下是 36 氪等媒体与蔚来电池系统副总裁曾士哲对话,略经摘编:

问:蔚来电池研发团队有多少人,通过混装 CTP 技术,蔚来积累大量的研发和工程经验,未来有没有设计电芯,走代工生产的计划?

曾士哲:目前大约电池研发有一百多人,对于电芯部分,目前还没有相关规划。

问:从做 100 度电 CTP,到这次混装的 CTP 技术,蔚来都是行业较早应用,想问一下在生产制造这一块,有没有积累到一些体系化的经验?

曾士哲:另外想说一下,这次我们的供应商管理跟以前不一样,加了很多质量人员,因为车用电池包是个比较专业的、增速很快的业务,所以现在很多公司可以依赖这个产业为生,我们也是在这样时代背景下面开发了很多更优质的供应商。无论是这种像焊接的工艺,像品质的质量的控制,其实都比以前好的特别多。

以前在 100 度电的时候,我们其实人手也比较有限,我们甚至为了把质量提升请了很多这种外包公司的质量人员驻场,然后这一次是我们完全的扩大了我们的质量团队,在各个供应商一级、二级,都有安排驻厂。

问:关于三元跟铁锂的电芯分布,三元在电池包边缘是吗?是单个电芯还是有自己的三元模组?

曾士哲:我们采用的是 CTP 的设计,设计上是没有模组概念的,我们是根据大数据分析确定三元位置的,目的是把整个电池的温差降在三度以内,常用温和的工况可用做到 1-2 度以内,所以每个角落三元数量不一样的,前面两个、后面四个。

问:我想问三元锂和磷酸铁锂放电平台、电压不一样,这两种串联下来对电池寿命是否有影响?

曾士哲:有影响,不同电流、不同平台对电池寿命确实有影响,常规来说磷酸铁锂的寿命相对长,这也是为什么要在我们在三元电池上做了容量的冗余,同时结合大功率 DCDC,我们还做了动态调节。当有影响的时候,可利用大功率 DCDC 做区间上的动态调整,就会解决这问题,但是算法上会很比较复杂,团队也花了很对精力在解决这个问题上。

问:听您说这种标定方式跟普通三元锂的标定方式不一样,那么普通三元锂的用户想换电池包,是重新标定?还是怎么样?

曾士哲:我们的 BMS 软件里面已经兼容了多种电池的初始标定设置,而且每一个电池包有自己的唯一的 ID (身份证),BMS 会更具电池包的 ID 信息再进行识别对应,所以不需要重新设置,直接换上去之后,就可以自适应工作。而且现在把云端平台打通了, 可用针对性的更新标定设置,提升用户体验。

问:有人建议行业将针刺再次回归国家常规标准,如何看待这个问题?

曾士哲:电芯的针刺解决方案之前就有,就测试方案来说,是直接在大面的中心刺进去、但是实际真正发生意外可能不是这样的情况,从不同角度发生刺入电芯的可能都存在,所以我们一直认为安全还是要用从真实的环境去考虑,不是为针刺而搞针刺,为了过而过,我们的思考如果整个把电芯的放热峰稳定下来、反而可以解决这个问题。

问:还有没有讲充电装置问题,因为现在友商换了电池后充电曲线发生变化、导致充电速度下降,这个有没有解决?

曾士哲:有些友商在切换后,由于电传导路径相对变长,导致充电速度受影响。可是我们不一样,我们设计的时候就考虑了这个问题,现在其实充电比以前更快,我们实测数据大概提升了十分钟,当然到用户端可能会不一样,这和实际的充电场景相关,比如充电桩的最大功率,但是实际上是提升的。功率最高到 1.8C,其实这个一开始设计时就考虑到了与时俱进。

问:想问一下咱们新的技术为什么没有应用在 100 度电池上面?

曾士哲:其实有的新的技术像 DCDC 是有规划应用到 100kWh 上的,但是现在从整体密度来说,100 度电池布置难度会比较大。我们觉得各有所长,100 度有 100 度的好处,100 度再往上走还有增长空间,当然也需要其它的解决方案,我们也在研究。当有一天这个东西更加成熟、铁锂再次提升,我们还会往上走。

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