【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】關(guān)于蔚來(lái)即將推出全新75kWh電池包的消息，其實(shí)已經(jīng)傳了好一陣子，筆者終于在今年9月末來(lái)到蔚來(lái)上海實(shí)驗(yàn)室一探究竟。

　　全新75kWh電池包的精彩之處，在于使用了三元鋰配方與磷酸鐵鋰配方混裝的方式，相比于老款70kWh電池包有續(xù)航與循環(huán)壽命上的提升，每款車(chē)換裝新75kWh電池包之后均能提升約35km綜合續(xù)航里程，且這批電池包可在蔚來(lái)?yè)Q電站得到免費(fèi)更換。

　　這篇文章沒(méi)有寫(xiě)得很深?yuàn)W，大可放心閱讀，我也沒(méi)納入《電池研究院》欄目中。等相關(guān)知識(shí)積累更多之后，再另辟一片關(guān)于混合電池的文章發(fā)到專(zhuān)欄里，

　　從下表可知，搭載全新75kWh電池包之后，蔚來(lái)三個(gè)車(chē)系多款車(chē)型的NEDC續(xù)航值均增加大約35km。

　　因?yàn)閾Q電模式的基層邏輯，蔚來(lái)可以輕松實(shí)現(xiàn)電池升級(jí)，老用戶(hù)不會(huì)覺(jué)得自己又被割了韭菜。

　　磷酸鐵鋰的安全性能遠(yuǎn)高于三元鋰，熱失控的可能性大大降低，但因?yàn)閮煞N配方電池混用，電控難度增加了非常多。

　　磷酸鐵鋰本身的循環(huán)壽命就比三元鋰長(zhǎng)，而三元鋰循環(huán)壽命短是因?yàn)殡妷悍秶锰M了，經(jīng)常滿(mǎn)充會(huì)造成負(fù)極鋰枝晶生長(zhǎng)速度過(guò)快。

　　以NCM三元鋰為例，一般鋰離子動(dòng)力電池的標(biāo)稱(chēng)電壓在3.7V左右，工作電壓范圍寬達(dá)3.0-4.2V，換成磷酸鐵鋰配方之后，標(biāo)稱(chēng)電壓降低至3.2V，工作電壓范圍在3.0-3.3V之間，充電的終止電壓只有3.6V左右。

　　如果把這套混合電池的電壓都標(biāo)成磷酸鐵鋰的3.6V，三元鋰就不需要用盡電壓，鋰枝晶生長(zhǎng)速度變緩。在蔚來(lái)這套電池上，三元鋰的電量只用了10%-90%這部分，上下共計(jì)10%沒(méi)用，可以利用電壓斜率最優(yōu)段來(lái)較正整個(gè)鐵鋰的全部區(qū)間。

　　磷酸鐵鋰配方可以減少稀有金屬的使用，減少環(huán)境污染負(fù)擔(dān)。

　　這批可以增加續(xù)航的75kWh新電池會(huì)陸續(xù)鋪到全國(guó)各換電站，換電群體可以免費(fèi)獲得，新購(gòu)車(chē)用戶(hù)也可以選這款新電池，跟老款是同價(jià)的。

　　為什么電池內(nèi)部分換裝成本更低的磷酸鐵鋰之后，沒(méi)有降價(jià)呢？雖然部分電芯價(jià)格下降，但電控難度增加了，加了很多料才能造出來(lái)一款混合電池。

　　75kWh電池包在9月23日14:00正式上線配置器，替換原70kWh電池包。同時(shí)，蔚來(lái)發(fā)布了全新電池包產(chǎn)品體系： 

　　A、標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包： 75kWh三元鐵鋰電池包 

　　B、長(zhǎng)續(xù)航電池包： 100kWh三元鋰電池包 

　　C、固態(tài)電池包：150kWh固態(tài)電池包（未量產(chǎn)，裝上之后2018款ES8將超過(guò)730km，新ES8將超過(guò)850km，ES6和EC6將超過(guò)900km，ET7超過(guò)1000km。）

　　毫無(wú)疑問(wèn)，還是寧德時(shí)代。

　　相比電池橫跨數(shù)百年的歷史，磷酸鐵鋰配方的歷史只能算“近期”發(fā)生的事。

　　我們今天能用著刷著智能手機(jī)、聽(tīng)著真無(wú)線耳機(jī)、吃著電動(dòng)車(chē)送來(lái)的外賣(mài)宅家度日，還得感謝三位2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主——邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆（Michael Stanley Whittingham）、約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough）、吉野彰（Akira Yoshino）。

　　今年98歲高齡的“足夠好先生”——約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough），其實(shí)從54歲才開(kāi)始研發(fā)電池。古迪納夫博士是鋰電池領(lǐng)域最大的功臣，三大鋰電池正極材料（鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰）都是他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)找出來(lái)的。

　　德州大學(xué)的古迪納夫教授是公認(rèn)的最早利用磷酸鐵鋰制作鋰離子正極材料的研究者，其團(tuán)隊(duì)在1997年報(bào)道了LiFePO₄這種新型橄欖石結(jié)構(gòu)嵌入與脫出鋰的可逆性，并表示新的磷酸鐵鋰配方物料更低廉且環(huán)境污染更少。

　　其中要說(shuō)明的是，LiFePO₄是LiMPO₄（含鋰磷酸鹽）的其中一種，其中M可以是Fe、Co、Mn、Ti，LFP則是的LiFePO₄簡(jiǎn)寫(xiě)。

　　當(dāng)前我們正在使用的磷酸鐵鋰配方電池，全稱(chēng)磷酸鐵鋰鋰離子電池，屬于鋰離子電池的一種。正極即是上文提到的LiFePO₄，可見(jiàn)磷酸鐵鋰的主要反應(yīng)機(jī)理是由正極決定的，所以命名源于正極材料。

　　A、一款真正的“無(wú)鈷”鋰離子電池。

　　B、循環(huán)壽命長(zhǎng)。

　　C、熱失控概率低，安全性能好。

　　D、成本比三元鋰大約低19%。

　　E、沒(méi)有記憶效應(yīng)，有研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為有且?guī)缀蹩珊雎裕?/p>

　　A、較差的導(dǎo)電性。

　　B、較低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。

　　C、電壓低。

　　D、SoC測(cè)量精準(zhǔn)性太差。

　　E、快充極限差。

　　F、能量密度不如三元鋰。

　　G、低溫性能差。

　　我們都知道，當(dāng)前沒(méi)有一款完美的動(dòng)力電池，三元鋰又貴又易燃，磷酸鐵鋰腿短且冬季不經(jīng)用，混合多種主流配方電池的方案其實(shí)早在多年前就有車(chē)企提出，其中不乏大眾集團(tuán)這種行業(yè)巨子，但最終還是由蔚來(lái)給定制出來(lái)了。

　　下面我們會(huì)說(shuō)到蔚來(lái)的幾個(gè)解決方案：

　　磷酸鐵鋰的重要特征便是低溫性能不佳，非常的不佳，北方車(chē)主叫苦不迭。

　　磷酸鐵鋰電池的工作溫度范圍為-20℃至75℃，有些磷酸鐵鋰電動(dòng)汽車(chē)一旦到達(dá)0℃以下的環(huán)境溫度就有啟動(dòng)困難的風(fēng)險(xiǎn)，若在-20℃的外部溫度下，磷酸鐵鋰電池的放電容量只相當(dāng)于25℃時(shí)的38%左右，我就問(wèn)你還敢不敢開(kāi)暖氣……

　　因?yàn)榈蜏匦阅懿患?，所以磷酸鐵鋰電池的熱管理系統(tǒng)變得尤為重要，最高效率的方式是采用PTC電阻來(lái)給電池包加熱。雖然會(huì)耗費(fèi)一定的電量，但也好過(guò)因?yàn)榈蜏貙?dǎo)致內(nèi)部活性物質(zhì)電化學(xué)性能大幅降低帶來(lái)的續(xù)航銳減問(wèn)題。

　　磷酸鐵鋰電池正極的導(dǎo)電性本身就不佳，在低溫環(huán)境下更是容易發(fā)生極化，電解液粘度增加并增加鋰離子的遷移阻抗，導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的崩塌，電池?fù)p壞。

　　因?yàn)榱姿徼F鋰天生的低溫性能不佳問(wèn)題，中國(guó)甚至出現(xiàn)了“北三元 南鐵鋰”的產(chǎn)業(yè)布局，當(dāng)然另一個(gè)重要的方面是南派比亞迪與北派松下LG的產(chǎn)業(yè)話語(yǔ)權(quán)之爭(zhēng)、

　　之前磷酸鐵鋰版本的特斯拉Model 3在北方就遇到了靜置后掉電嚴(yán)重的問(wèn)題，解決方案是特斯拉建議用戶(hù)一周充滿(mǎn)一次，幫助特斯拉磷酸鐵鋰電池BMS系統(tǒng)積累北方地區(qū)的用戶(hù)數(shù)據(jù)，更高的數(shù)據(jù)量可以帶來(lái)更精準(zhǔn)的SOC監(jiān)測(cè)能力。等等，這玩意沒(méi)標(biāo)定完成就上市了然后等用戶(hù)數(shù)據(jù)OTA完善？

　　蔚來(lái)三元鐵鋰電池的解決方案呢？主要分為以下4個(gè)：

　　A、雙體系控制算法：  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(guò)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，保證低溫性能?；旌吓浞诫姵匕慕Y(jié)構(gòu)雖然被公布了，但算法是內(nèi)部資料，其他車(chē)企想要復(fù)制蔚來(lái)的電池，還是繞不過(guò)算法機(jī)密。

　　B、耦合電池產(chǎn)熱智能熱管理：根據(jù)電池低溫下內(nèi)阻升高的特性，開(kāi)發(fā)電池的產(chǎn)熱模型，結(jié)合整車(chē)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，提升低溫性能。

　　C、全散熱路徑物理阻隔： 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(lái)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(chē)時(shí)電池的溫度，避免電池溫度低帶來(lái)的能量損失。

　　D、輻射式主動(dòng)熱補(bǔ)償： 在長(zhǎng)時(shí)間極低溫環(huán)境下，主動(dòng)開(kāi)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%。

　　因?yàn)橐陨系募夹g(shù)補(bǔ)充，75kWh三元鐵鋰電池包得到了全方位保溫，低溫續(xù)航損失降低25%。 

　　磷酸鐵鋰電池的電壓比其他鋰離子電池要低，而且工作電壓范圍比較窄，充放電曲線非常平緩，SOC監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度很低，電壓一直都在3.2V左右所以很難監(jiān)測(cè)出此時(shí)究竟是多高的SoC。

　　蔚來(lái)之前嘗試過(guò)用一節(jié)三元鋰電池給整個(gè)磷酸鐵鋰電池包當(dāng)“尺子”用，串聯(lián)進(jìn)電池包內(nèi)部當(dāng)SoC測(cè)量專(zhuān)員。

　　如今蔚來(lái)引入了更多的三元鋰電池，可以補(bǔ)足磷酸鐵鋰在能量密度上的短板。蔚來(lái)還開(kāi)發(fā)這套雙體系SoC算法，利用了三元鐵鋰雙體系優(yōu)勢(shì)去做SoC精準(zhǔn)估算。

　　三元鋰和磷酸鐵鋰在不同區(qū)間精度不同，蔚來(lái)用三元鋰作為標(biāo)尺，實(shí)時(shí)校準(zhǔn)磷酸鐵鋰在平臺(tái)段的SoC；在高/低段還可以利用磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)，校準(zhǔn)三元鋰的SoC。

　　同時(shí)，蔚來(lái)基于三元鋰和磷酸鐵鋰的特性，如自放電的不同，還開(kāi)發(fā)了大功率電池包內(nèi)DCDC高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)、均衡的SoC校準(zhǔn)。

　　均衡得好的電池包，全包可以增加1kWh左右的能量，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

　　通過(guò)雙體系電芯和配套算法，75kWh電池包解決了磷酸鐵鋰電池SoC估算誤差過(guò)大的問(wèn)題，誤差從10%縮減至3%，沒(méi)了之前的SoC跳變問(wèn)題。

　　SoC跳變，就是表顯還有10%的時(shí)候，突然就給你顯示“0%”或者“--”，不是不想告訴你，而是真的測(cè)不出來(lái)。

　　磷酸鐵鋰的能量密度短板是天生的，沒(méi)辦法根治，只能依靠外部力量去解決。

　　一個(gè)方式是混合三元鋰電池去均衡能量密度，但因?yàn)殡妷浩脚_(tái)要調(diào)到一起去，所以三元鋰的能量是沒(méi)用盡的，前文我們也說(shuō)到過(guò)這個(gè)事。

　　另一個(gè)方式是使用CTP技術(shù)（Cell to Pack）去提升整包能量密度。在單體能量密度無(wú)法取得革命性突破的前提下，必須對(duì)模組結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，直接省去了模組和一大堆控制模塊，把大塊的電芯（單體Cell）直接安裝到電池包（整包Pack）當(dāng)中。

　　蔚來(lái)CTP結(jié)構(gòu)可以讓電池包體積利用率提升5%，同體系能量密度提升14%，制造裝配簡(jiǎn)化10%。

　　早期蔚來(lái)也有使用磷酸鐵鋰的計(jì)劃，曾經(jīng)研發(fā)過(guò)68kWh磷酸鐵鋰電池包。但磷酸鐵鋰相較于三元鋰在低溫性能和SoC估算方面存在著用戶(hù)使用體驗(yàn)方面的差距。所以蔚來(lái)沒(méi)有量產(chǎn)此電池包的計(jì)劃，而是著手研究新的解決方案。歷時(shí)1年多的研發(fā)，誕生了這款三元鐵鋰電池包，我們還沒(méi)拿到實(shí)車(chē)不好評(píng)價(jià)，但混合配方電池的確開(kāi)拓了一個(gè)全新的領(lǐng)域——內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)可以相互揚(yáng)長(zhǎng)避短形成Hybrid組合，為何電池與電池之間不能Hybrid一下呢？

　　在新的混裝型電池包中，三元鋰電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏?、更高?a class="cmsLink" target="_blank">功率密度、更好的低溫續(xù)航表現(xiàn)、更精準(zhǔn)的SoC估算能力，而磷酸鐵鋰電池?fù)碛谐叩难h(huán)壽命、更強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、更低的生產(chǎn)成本、更環(huán)保的原料，兩者互補(bǔ)。

　　同事@官煜 老師補(bǔ)充了一些觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為非常有建樹(shù)，因而摘錄給大家了解：

　　1、發(fā)布會(huì)之后，蔚來(lái)APP里面有很多車(chē)主反對(duì)替換掉自己的70度三元鋰電池，覺(jué)得這是蔚來(lái)在縮減成本的考慮下強(qiáng)行替車(chē)主做決定。

　　2、蔚來(lái)推出的電池包是75kWh，其實(shí)也是有考量的：一來(lái)不能太大，不然100度電池包的用戶(hù)有意見(jiàn)了，因?yàn)槊赓M(fèi)的居然跟我付費(fèi)買(mǎi)的差不多；但是又不能太小，不然磷酸鐵鋰的特性會(huì)讓用車(chē)體驗(yàn)相比之前下降。權(quán)衡之后就定這個(gè)75，能比原來(lái)的多一點(diǎn)點(diǎn)續(xù)航，對(duì)于用戶(hù)來(lái)講是好事，又不會(huì)影響成本，也不會(huì)影響大電池用戶(hù)的體驗(yàn)。

　　3、不影響賣(mài)車(chē)的殘值，因?yàn)?0和75都進(jìn)入了流通體系，可以隨意更換。

　　4、動(dòng)機(jī)是什么？按之前的預(yù)想，未來(lái)?yè)Q電站更大可能性只有100度和150度的電池包，標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航通過(guò)軟件鎖電方式限制。這樣一來(lái)減少換電站的電池種類(lèi)；二來(lái)軟件鎖電也可以讓電量升級(jí)更靈活，即使按天租賃都可以；第三就是100度電池包鎖電在70度的話，相當(dāng)于只用了70%的電量，這個(gè)范圍內(nèi)基本上是峰值功率超級(jí)快充，不用涓流了。

　　因?yàn)楦迤诰o迫，這篇4000字文章寫(xiě)得有點(diǎn)“簡(jiǎn)短”，之后我會(huì)在《電池研究院》專(zhuān)欄里面開(kāi)一篇更深度的內(nèi)容發(fā)給大家看。

　　這幾年寫(xiě)了好些萬(wàn)字長(zhǎng)文，但我一直不認(rèn)為“深度”就是“字?jǐn)?shù)多”，有些短文也能寫(xiě)出很深度、很有見(jiàn)地的內(nèi)容，而長(zhǎng)篇都市言情小說(shuō)跟裹腳布一樣長(zhǎng)卻不見(jiàn)得有任何深度。

　　技術(shù)方面的長(zhǎng)文，是作者用來(lái)挑選讀者群體的，現(xiàn)在很多人不具備或者已經(jīng)丟失了深度內(nèi)容閱讀能力，還嫌別人寫(xiě)得太深太長(zhǎng)，這純粹是返祖。

（圖/文/攝：太平洋汽車(chē)網(wǎng) 黃恒樂(lè)）