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鐵鋰、三元哪個更安全?蔚來或將掀起PACK混搭風

鉅大LARGE  |  點擊量:731次  |  2023年07月24日  

9月23日,蔚來召開電池技術溝通會,正式發布75kWh三元鐵鋰電池,詳細介紹了磷酸鐵鋰+三元鋰的AB電池。這也是行業內首次將兩種電池結合起來并進行量產的方案,為車企提供了一個新思路。


蔚來三元鐵鋰標準續航電池包75kWh在蔚來App上線后,用戶留言最關心兩個問題:


為什么多了5度電?電池低溫衰減如何?


電池一旦沾了磷酸鐵鋰,自然大家就覺得成本降了。事實上,從降低成本方面考慮,大多數企業會選擇直接上磷酸鐵鋰電池,比如特斯拉,用磷酸鐵鋰并增加續航降低售價,就一下子堵住了用戶的嘴。


但是蔚來卻選擇了一種更為復雜的方式。三元+磷酸鐵鋰,外加5度電,價格不變,可是很多用戶還是覺得虧了。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

對于5度電的質疑,主要來自于磷酸鐵鋰電池成本更低,性能不如三元鋰電池,所以很多用戶覺得,蔚來多送5度電是為了找補一下。


那就先說說三元鐵鋰標準續航電池包75kWh的來歷。


三元鐵鋰標準續航電池包(75kWh)


多送5度電背后的用戶思維


從9月23日14時開始,三元鐵鋰電池包(75kWh)正式開放預定,蔚來新購車用戶可以選擇三元鐵鋰標準續航電池包(75kWh)或者三元鋰長續航電池包(100kWh)。

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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應用領域:勘探測繪、無人設備

如果按照預期,應該是一款68kWh磷酸鐵鋰電池包在一年前與100kWh三元鋰電池包一起發布,但是生生被蔚來創始人、董事長、CEO李斌否決了。


68kWh磷酸鐵鋰電池包是典型的研發角度和成本角度出發,這太不用戶型企業了。所以李斌提出了一個想法,“如果多送5度電呢?”


多送用戶5kWh,加量不加價,這才符合用戶型企業蔚來的宗旨,所以,推翻重來,延遲一年,蔚來推出了三元鐵鋰標準續航電池包75kWh。這樣,相比此前三元鋰70kWh電池包,同一車型的標準續航還可以增加35公里。


其實,在今年Q1的財報會議上,對于是不是會采用磷酸鐵鋰電池的問題,李斌也回答過,磷酸鐵鋰電池的成本優勢很高,但在此之前,蔚來會先解決鐵鋰電池的用戶體驗,這將是核心基礎。


三元+磷酸鐵鋰這種混裝形式,蔚來是全球首家量產下線。采用了部分磷酸鐵鋰看似降成本的方式,其實對于技術開發的難度大大提高了,從電芯分布形式、雙體系電量估算,到新一代CTP(CelltoPack)技術,都是全新的設計和技術,蔚來在搞定這個新電池包的過程中,同時獲得了十多項專利及專利申請。


并且由于生產制造過程的成本也有所提高,所以整個電池包的成本并沒有下降。


所以從最終結果來看,價格不變,續航里程增加,并且BaaS價格、換電權益、續航升級權益等與原三元鋰70kWh電池包車型相同,所以用戶確實不虧。


負責研發三元鐵鋰電池包的曾士哲說,在實際研發中,所有的技術研發和設計都是基于用戶反饋的大數據進行的。“甚至我們相信75kWh三元鐵鋰電池會比很多友商的三元鋰電池好很多。”


在研發和設計階段,蔚來就會每周根據用戶反饋,對三元鐵鋰電池包做相應的改變和閉環。


但是,對于這種新型混裝形式,實際表現究竟怎樣,終究還是有疑問的。


長久以來三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都有著各自明確的優缺點,像磷酸鐵鋰電池在耐低溫能力和能量密度方面較差,三元鋰電池則在安全性能等方面較弱。根據官方消息,與主流雙雄三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池相比,三元鐵鋰標準續航電池包低溫續航損失降低25%,實現整包低溫性能提升,并且在SoC預估方面,采用了雙體系SoC算法,將傳統鐵鋰SoC計算誤差從10%降低到3%;同時相比原三元鋰70kWh電池包,三元鐵鋰標準續航電池包(75kWh)做到了同體系能量密度提升14%,也使得ES6,ES8等各款汽車的續航里程相應的增加了30-35KM。但是缺點也是有的,三元鐵鋰標準續航電池包(75kWh)整體電池包的重量有所增加。


磷酸鐵鋰和三元鋰電池哪個更安全,磷酸鐵鋰和三元鋰電池的區別?


一、磷酸鐵鋰和三元鋰電池的區別


磷酸鐵鋰電池


簡而言之,就是以磷酸鐵鋰作為正極材料,石墨亦或碳作為負極材料,正負之間允許電子相通,而金屬離子則不能通過隔膜材料。


三元鋰電池


三元鋰電池通俗來說就是以三元復合材料作為正極材料,并以碳硅復合材料作為負極材料,隔膜材料與磷酸鐵鋰電池的隔膜材料一致。三元鋰電池由鎳鈷鋁、鎳鈷錳兩種技術路線。


二、磷酸鐵鋰和三元鋰電池的優缺點


磷酸鐵鋰電池


優點:


磷酸鐵鋰作為動力電池有高溫性能和安全良好,當電池在放電的過程中,內部溫度比外部溫度高出30度,這個時候的電池依舊完好如初,一旦電池內部結構遭受損壞,不用擔心電池出現自然、爆炸等危險。


不僅如此磷酸鐵鋰電池還有循環壽命長的優點,經過2000次以0.5C倍率充電、1C倍率電池充放之后,電池容量仍舊能保持在93%,由此可見電池的續航能力是多么強大啊!


缺點:


俗話說得好,凡事都有利有弊,磷酸鐵鋰電池好處多多,但是也不乏有弊端。首先要說的就是磷酸鐵鋰電池的能量密度,相比其它鋰電池較低,在相同質量下,其續航里程則遠不如三元鋰電池。


由于磷酸鐵鋰電池具有良好的安全性和循環壽命長的優勢,故此磷酸鐵鋰電池被廣泛應用于公交車、出租車等。


三元鋰電池


優點:


三元鋰作為動力電池,能量密度相對較高。在相同容量下,三元鋰電池的能量密度是磷酸鐵鋰電池的1.7~2.2倍。


不僅如此,三元鋰電池體積更為輕巧,在相同電池容量下,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,后者要遠比前者重60%。


三元鋰電池除了以上兩大優勢之外,還有就是低溫性能良好,在低溫條件下,三元鋰電池容量和能量衰減率都遠比磷酸鐵鋰電池出色。


缺點:


三元鋰電池自然也有不足之處,就是安全性相對較差,這種電池在200℃環境下會發生分化,內部的化學反應,在高溫下則更為劇烈,反應過程中會產生氧分子,進而加劇電解液材料的燃燒。


如何突破技術瓶頸


那就先說最關心的低溫衰減問題。


蔚來公布的數字顯示,75kWh三元鐵鋰電池包采用了全方位保溫設計,低溫續航損失降低25%。當然,這是相較于磷酸鐵鋰電池的低溫性能而言的。


解決低溫衰減問題,從靈活的電芯排布方式,算法,到阻隔方式、主動熱補償等方式,蔚來都經過了全新的設計。


在電池包設計上,蔚來采用的是CTP封裝設計。曾士哲說,這種設計上沒有模組概念,而是根據大數據分析確定三元電池的位置,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。


獨創的雙體系算法,根據三元和鐵鋰電池低溫特性進行模型化控制,經過多輪標定,有效提升了低溫下電池系統的能量使用效率。


同時,根據電池低溫下內阻升高的特性,開發電池的產熱模型,結合整車的熱管理,動態調整電池控制目標,達到能耗最小與駕駛體驗的平衡。


電池包整包所有散熱路徑進行熱量流通分析,根據大數據分析得出極冷天氣下的熱量損失來源,運用低導熱材料及創新的結構設計,在所有路徑上的關鍵結合點進行熱量阻隔設計,有效提升駐車時電池的溫度,避免電池溫度低帶來的能量損失。


在長時間極低溫環境下,主動開啟輻射加熱系統,兼顧電池能耗和溫度均勻性,保證電池快速達到最優工作溫度。12小時極冷環境下,電池最低溫度提升40%,溫度均勻性提升60%。


同時,蔚來還要解決的一個問題就是SoC(車輛電池的荷電狀態)估算問題。


SoC代表電池剩余可用電量占總容量的百分比,是電池管理系統中最為重要的狀態之一,工程師可以根據SoC的數據,來匹配BMS算法,以達到準確顯示電池系統剩余電量,緩解用戶里程焦慮,SoC估算精度越高,越能顯示真實續航水平。


但是相比于三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池SoC的估算精度并不高。而對于兩種電芯混裝的新電池系統,如何進行新電池系統SoC估算是對算法的巨大考驗。


這里蔚來采用的技術方案是將三元電池的SoC上限和下限映射到電池系統的SoC區間內,以建立一組三元電池的SoC的上限、下限與電池系統的SoC區間之間的映射關系。


同時基于三元鋰和磷酸鐵鋰的特性,如自放電的不同,首次開發大功率電池包內DCDC高低壓轉換系統,實現快速、實時、均衡的SoC校準。同時還具有降低靜態功耗,延長電池壽命等多個特點。


通過算法、硬件、雙體系電芯的有機結合,做到SoC的精準估算,將傳統鐵鋰SoC計算誤差從10%降低到3%。


簡單來說,即使你照搬蔚來三元鐵鋰電池的電芯排布方式和阻隔方式,沒有算法,一切都是白搭。


相比于三元鋰70kWh電池包,重量重15公斤。


關于電池衰減周期:在第一年的使用周期內,三元鐵鋰標準續航電池包的電池衰減,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,整體均優于傳統磷酸鐵鋰電池。


關于安全:分布在四周的三元電池觸發后的高溫熱會傳播,測試上蔚來做了很多升級測試包括多點觸發,所以即便一次把兩個點同時觸發,也不會有問題。


在碰撞安全方面,曾士哲說,現在市面上很多電池包為了方便組裝會把保險絲盒放在前端。但是如果前向的碰撞發生,有可能導致的短路點繞過前面的保險,引發危險。75kWh三元鐵鋰電池包把保險是放在最后端就能避免這個問題。


這一設計是在寧德時代的幫助下共同實現的,同時還在前艙加了結構梁,當整個車大力碰撞完以后還有空間,所以整個在碰撞安全性都有升級。


關于換電標定問題:蔚來的BMS軟件里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ID,BMS會根據電池包的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。


事實上,從用戶角度出發,卻并不能解決所有用戶的問題。常常是一部分用戶覺得很滿意,一部分用戶依然有諸多不滿。


就如此次蔚來更換新電池包一樣,用戶依然分為兩派。


蔚來舍棄磷酸鐵鋰電池,非要研發三元鐵鋰電池,不但給自己增加難度,還有點費力不討好。


技術迭代的市場檢驗和用戶認可總是需要一個過程,就如電動車的發展一樣,沒有技術迭代,電動車的使用體驗就會始終停留在初級階段,電動車市場也就不能經歷飛速發展。電池技術作為提升電動車使用體驗的一部分,也正在經歷這一過程。


蔚來這次公布的和科技,總的來說就是用三元鐵鋰標準續航電池包(75kWh)來替換之前的原三元鋰70kWh電池包,由于在三元電芯中混搭了磷酸鐵鋰電池電芯,所以毫無疑問會降低能量密度,然后再通過新一代CTP(CelltoPack)技術來實現空間利用率的優化來彌補這缺失的能量密度。


而往大的方面來看,這種混搭方案,不管是寧德時代的鈉離子電池和鋰離子電池混搭使用,還是蔚來的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池混搭使用,都是一種新的趨勢,想要做到合理的串聯、并聯以達到發揮各自特色,同時彌補各自的缺點。但是這種方式的混搭,會對BMS的算法提出更高的要求,因為要做到在單個不同種類的電芯上的電壓、內阻、容量等方面進行匹配,所以穩定性也需要進行進一步驗證,能否在未來成為新的趨勢還是要經過實踐檢驗才行。品玩,華爾街見聞,浩歌娛樂


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