蔚來副總裁曾士哲談三元鐵鋰電池：方案難以被復制，最難是控制算法
時間:2021-09-29 11:10來源:36氪 作者:綜合報道
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特斯拉、小鵬汽車之后，蔚來也加入到磷酸鐵鋰大軍。 不過，蔚來沒打算繼續忍受磷酸鐵鋰電池的頑疾。
日前，蔚來推出了75度（kW·h）三元鐵鋰混裝電池包，用以對該公司的70度三元鋰電池包進行升級，預計11月開始交付。
70度電池包是蔚來投放的第一代電池包產品，在2017年12月的首屆NIO Day上發布，于2018年6月交付，至今已經服役3年多，是蔚來汽車的基礎款電池包，也是蔚來交付量最廣的電池包。但這款電池顯然難以匹配今天的用戶需求，可用范圍加上冬季低溫，續航打折到200多公里的情況并不鮮見。
而對這樣的基礎配置進行替代性升級，蔚來的動作既要快，又要十分謹慎。
從命名上能看出，蔚來下了功夫。動力電池最常用的有兩種技術方案，即三元鋰和磷酸鐵鋰。三元鐵鋰則相對陌生。它的秘密是什么？
如字面意思，三元鐵鋰電池正是將磷酸鐵鋰和三元鋰電池進行混裝搭配，抽取兩種電池的優勢，讓磷酸鐵鋰電池的可用性，達到替代常規三元鋰電池包的水平。
磷酸鐵鋰電池是一個成熟的體系，最大優勢是沒有鈷金屬，成本上有明顯優勢，其次，磷酸鐵鋰電池內部結構穩定，可以耐高溫和過充，因此，自燃起火的概率也相對較低。這也是為什么，小鵬汽車和特斯拉都在入門車型中，采用了磷酸鐵鋰電池。
但磷酸鐵鋰電池的劣勢也很明顯，首先是SoC（剩余電量）的估算不準，難以提供給用戶準確的用電參照，更大的問題是，低溫環境下，電化學活性低，也就導致了冬天續航和充電效率縮水明顯。特斯拉去年冬季收到的一個集中反饋，就是北方的磷酸鐵鋰車型續航縮水嚴重。小鵬汽車CEO何小鵬也坦言，“鐵鋰電池更適合溫暖氣候。”
蔚來電池系統副總裁曾士哲向36氪在內的媒體直言，三元鐵鋰混裝版電池包就是該公司所找到的、用以解決上述兩大問題的方案。據介紹，蔚來的三元鐵鋰電池包總共有118顆電芯，其中，磷酸鐵鋰電芯104顆。三元鋰電芯只有14顆，分布在電池包的四個角。
蔚來三元鐵鋰電池包結構示意，來自蔚來官方
曾士哲說，磷酸鐵鋰電量估算不準，但三元鋰電池則不存在這個問題，后者每天可以有100多次機會來評估電量，所以在就可以在磷酸鐵鋰電池包中，加入三元電池，作為標尺，來校準整個電池包的電量。
“三元電池可以當做標尺，告訴我們實際電量是多少，等于在里面放了教練，教練會告訴我，現在SoC實際剩下多少。”曾士哲說，蔚來的混裝鐵鋰電池，已經把行業公認的鐵鋰電量估算精度從10%降到3%之內。
除了解決鐵鋰電池的SoC電量估算問題，蔚來還通過結構和材料改良，來解決鐵鋰電池的低溫衰減問題，包括采用新的保溫的材料、更換電池殼體，以及采用加熱膜等技術。蔚來官方提供的信息顯示，相比磷酸鐵鋰電池包，三元鐵鋰混裝電池包低溫續航損失降低25%。
三元電池和鐵鋰電池混裝的方案不是蔚來首創，而蔚來能將其工程落地，做到量產，則主要依靠其自研的控制算法。
曾士哲也自信表示，蔚來的電池包設計難以被復制的，因為里面有一個復雜的算法，要結合兩種電池最優的容量保持率、兩種電池最優的功率特性推導出來，“我們開發了很復雜的雙體系的加熱算法，這個雙體系加熱算法除了在BMS端，在云端也做。”
三元鐵鋰混裝電池包，是蔚來在企業成本和用戶體驗之間，努力找到的一個平衡點，如果這一方案通過市場檢驗，將不僅是蔚來的工程和研發能力的體現，也會加速鐵鋰電池的普及。
以下是36氪等媒體與蔚來電池系統副總裁曾士哲對話，略經摘編：
問：蔚來電池研發團隊有多少人，通過混裝CTP技術，蔚來積累大量的研發和工程經驗，未來有沒有設計電芯，走代工生產的計劃？
曾士哲：目前大約電池研發有一百多人，對于電芯部分，目前還沒有相關規劃。
問：從做100度電CTP，到這次混裝的 CTP技術，蔚來都是行業較早應用，想問一下在生產制造這一塊，有沒有積累到一些體系化的經驗？
曾士哲：另外想說一下，這次我們的供應商管理跟以前不一樣，加了很多質量人員，因為車用電池包是個比較專業的、增速很快的業務，所以現在很多公司可以依賴這個產業為生，我們也是在這樣時代背景下面開發了很多更優質的供應商。無論是這種像焊接的工藝，像品質的質量的控制，其實都比以前好的特別多。
以前在100度電的時候，我們其實人手也比較有限，我們甚至為了把質量提升請了很多這種外包公司的質量人員駐場，然后這一次是我們完全的擴大了我們的質量團隊，在各個供應商一級、二級，都有安排駐廠。
問：關于三元跟鐵鋰的電芯分布，三元在電池包邊緣是嗎？是單個電芯還是有自己的三元模組？
曾士哲：我們采用的是CTP的設計，設計上是沒有模組概念的，我們是根據大數據分析確定三元位置的，目的是把整個電池的溫差降在三度以內，常用溫和的工況可用做到1-2度以內，所以每個角落三元數量不一樣的，前面兩個、后面四個。
問：我想問三元鋰和磷酸鐵鋰放電平臺、電壓不一樣，這兩種串聯下來對電池壽命是否有影響？
曾士哲：有影響，不同電流、不同平臺對電池壽命確實有影響，常規來說磷酸鐵鋰的壽命相對長，這也是為什么要在我們在三元電池上做了容量的冗余，同時結合大功率DCDC，我們還做了動態調節。當有影響的時候，可利用大功率DCDC做區間上的動態調整，就會解決這問題，但是算法上會很比較復雜，團隊也花了很對精力在解決這個問題上。
問：聽您說這種標定方式跟普通三元鋰的標定方式不一樣，那么普通三元鋰的用戶想換電池包，是重新標定？還是怎么樣？
曾士哲：我們的BMS軟件里面已經兼容了多種電池的初始標定設置，而且每一個電池包有自己的唯一的ID （身份證），BMS會更具電池包的ID信息再進行識別對應，所以不需要重新設置，直接換上去之后，就可以自適應工作。而且現在把云端平臺打通了， 可用針對性的更新標定設置，提升用戶體驗。
問：有人建議行業將針刺再次回歸國家常規標準，如何看待這個問題？
曾士哲：電芯的針刺解決方案之前就有，就測試方案來說，是直接在大面的中心刺進去、但是實際真正發生意外可能不是這樣的情況，從不同角度發生刺入電芯的可能都存在，所以我們一直認為安全還是要用從真實的環境去考慮，不是為針刺而搞針刺，為了過而過，我們的思考如果整個把電芯的放熱峰穩定下來、反而可以解決這個問題。
問：還有沒有講充電裝置問題，因為現在友商換了電池后充電曲線發生變化、導致充電速度下降，這個有沒有解決？
曾士哲：有些友商在切換后，由于電傳導路徑相對變長，導致充電速度受影響。可是我們不一樣，我們設計的時候就考慮了這個問題，現在其實充電比以前更快，我們實測數據大概提升了十分鐘，當然到用戶端可能會不一樣，這和實際的充電場景相關，比如充電樁的最大功率，但是實際上是提升的。功率最高到1.8C，其實這個一開始設計時就考慮到了與時俱進。
問：想問一下咱們新的技術為什么沒有應用在100度電池上面？
曾士哲：其實有的新的技術像DCDC是有規劃應用到100kWh上的，但是現在從整體密度來說，100度電池布置難度會比較大。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，當然也需要其它的解決方案，我們也在研究。當有一天這個東西更加成熟、鐵鋰再次提升，我們還會往上走。
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