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蔚来的三元磷酸铁锂电池系统有何优点?

2021-09-24 汽车电子设计 阅读:
我第一次听三元磷酸铁锂这个方案,是听C家前瞻的经理说的。这个方案最大的优点是降低了热失控隔热的成本,也可以比单纯铁锂多一些电,用两套BMS的管理来做。我当时的判断是:没必要用这么复杂的技术去做这个方案。

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我第一次听三元磷酸铁锂这个方案,是听C家前瞻的经理说的。这个方案最大的优点是降低了热失控隔热的成本,也可以比单纯铁锂多一些电,用两套BMS的管理来做。我当时的判断是:没必要用这么复杂的技术去做这个方案。LRSednc

我个人的理解蔚来选择这个方案的理由主要是:LRSednc

(1)有效降低成本:之前蔚来70kwh的制造模式,是从宁德时代购买模组,然后去正力蔚来组装,整体的成本按照估计是在1块每Wh以上。这里贵在原来模组的降价空间很低,是0.8-0.9元/Wh以上,加上Pack成本,算算可高了。而这套基于主要铁锂CTP大模组的方案,可以有效降低成本,预期能到0.75-0.8元每Wh左右,这将为后面蔚来出牌奠定基础。LRSednc

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图1 使用铁锂是全行业降本策略,不跟是不行的LRSednc

(2)提供给用户的能量:给用户换成铁锂的,如果能量减少,这个事情就比较麻烦了。电池包的数据增量,我们可以从某个电池系统来做对比(我仅仅只是做个参考),两个电池设计的共通性就是整体包络不变。LRSednc

  • 蔚来 70kwh(355模组)=>6模组(CTP)的68kwh全铁锂版本=>6模组(CTP)的75kwh的混合版本LRSednc

  • 某个电池 52kwh(355模组)=>6模组 Ni55的70kwh版本,铁锂版本420公里,也是在50kwh基本和这个持平,略少一些LRSednc

我理解在电芯的体积能量密度下,即使做了CTP,绝对容量很难做得上去,然后即使是可用能量窗口,一个可能是85%,一个是92%,差距在7%左右,但是客户心理来说,比几年前的70kwh还少,这个技术迭代虽然说起来好听,但是电少了。所以在少2度电还是多5度电,对于蔚来来说非常重要。但是这7kwh是怎么加出来的,特别是按照后面的说法容量并不是一致的到底怎么加出来,我还要琢磨下。LRSednc

备注:在这条线里面,宁德时代推荐方案是关键的串联要素,他们的推荐开始决定整体的格局走向。LRSednc

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图2 这个混合电池包的设计和100kwh的设计不同,倒是和某款设计相似LRSednc

一、蔚来工程师做了什么LRSednc

我能理解蔚来的工程部门,在有限的空间里面做了什么。所有从三元切回铁锂的工程师都有几个核心的问题:SoC估算怎么办,低温怎么办?后续不同种类电芯膨胀不同怎么办?LRSednc

(1)SoC怎么算LRSednc

从分工来看,蔚来的BMS团队是自己做软件的,所以对铁锂这事情,是有挑战的。而基于之前的两个理由,木已成舟的情况下,怎么做好,选择把三元和铁锂混合。我的理解这里应该是电芯的尺寸是一样的,三元的容量高,但是三元锂的使用窗口只用了10-90%,留了20%没用,三元只用中间一段。这里用四个电池,最主要是使用原有的三元电压斜率最优段来校正整个铁锂的全部区间。LRSednc

在这里最有趣的地方还有平衡三元电池和铁锂的循环寿命的差异,这两个差一半。蔚来现在的做法是三元容量大开低SoC窗口,铁锂开大容量窗口。LRSednc

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图3 这个图的特点是,两个电池的尺寸是一样的,三元电池的容量是大于铁锂LRSednc

(2)模组布局和熔丝的布置LRSednc

在宁德推荐的方案中,是有各种间隔的布局,但是目前来看,蔚来的方案是以磷酸铁锂为主,三元主要增加7kwh,所以个数是有限的,主要在6个模组也就是24个电芯的增量上来做替换。当然这里可能需要实物拿到以后做一些确认,这张示意图让我困惑了好久。LRSednc

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图4 蔚来的布局LRSednc

现场发布会上特意强调了熔丝盒子。我的理解原有的配电盒和BMS都在前端,因为换电的位置是确定的,在这里中间的那个模组(CTP下可能叫电池块)的长度和两边不一致,这里留出了主熔丝位置。所以这里6个电池块的尺寸是不一致的。LRSednc

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图5 一些细节LRSednc

(3)DCDC是什么?LRSednc

发布会上强调了DCDC的作用,这里我现在也没看明白是啥意思。当然可能有两种,一个是给电池检测和电池均衡专门开了一个DCDC,来进行均衡。那这个DCDC来做主动均衡的可能性比较低,就是单独给电池包一个不断电的机制来做均衡策略。LRSednc

(4)低温管理LRSednc

现场的说法是开发过程中,通过大数据找到自己家电池容易冷的部分去调整放置三元的位置,经过多次测试和试验。LRSednc

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图6 就是通过感温的设计来做均衡温度设计

小结:我感觉还要花点时间多想一想这个电池包的设计,挺有意思的。

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