中杯、大杯、超大杯!蔚來100kWh高鎳55電池包厲害在哪?

中杯、大杯、超大杯!蔚來100kWh高鎳55電池包厲害在哪?
易車原創 蔚來在2020年11月發佈100kWh電池包和具有影響整個新能源市場的BaaS電池租用服務。隨着搭載100kWh電池的車型12月開始交付,“加量不長胖”的100kWh電池包的科技也越來越多展示出來。今天我們就來説説同樣大小的電池包是怎麼做到“加量不長胖”的。

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ES6兩種電池包選項

目前電動汽車搭載的主流動力電池主要為三元鋰電池和磷酸鐵鋰兩種,磷酸鐵鋰電池的優點是穩定可靠(自燃風險低)以及相對成本低,磷酸鐵鋰電池能量密度約在130Wh/kg;三元鋰電池的能量密度顯著高於磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池中分為523(能量密度約180Wh/kg)、622(能量密度約200Wh/kg)和811電池。

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代號中的首位數字代表了電池中鎳的含量,811電池的鎳含量高達80%,能量密度高達280Wh/kg,也自然是三元鋰電池中的佼佼者,所以目前市場上大部分追求高續航里程的車型青睞於使用811電池,而不是622或523電池。

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從最簡單的層面理解,提高電池包的容量最簡單的辦法就是在電池包裏塞進更多的電芯,當然造電池包肯定不是像“奧迪雙鑽”這麼簡單——塞進更多的電芯先不説電池包體積會變大,更多的電芯擠在一起散熱就是一大問題,高温不但會降低電池性能和壽命,更容易出現不安全的隱患,811電池的穩定性是當今所有電動車都不能迴避的話題。

蔚來採用與寧德時代合作的最新技術——高鎳55電池,來取代在之前70kWh和84kWh電池包內的811三元鋰電池。

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三元鋰電池中的“三元”指的是鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn),簡單來講鎳元素負責儲能,鎳含量越高電池的能量密度越大,鈷元素負責穩定結構,錳元素不直接參與電池反應,是負責提升安全性和降低成本。通過調整三者之間的配比,在電池能量密度和穩定性中追求平衡點。

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高鎳55電池的三元素比重為55%鎳、12%鈷、33%錳,相比811的80%鎳、10%鈷、10%錳,降低了鎳元素,大幅度提升了錳佔比,這也是寧德時代宣稱的“只冒煙不起火”的安全電芯。

那麼鎳元素減少了能量密度會下降怎麼辦?解決辦法就要從鎳鈷錳三元電池的核心材料下手。

高鎳55電池採用了單晶化結構的鎳鈷錳材料,單晶體鎳材料在原子內部的結構為對稱、有規律、幾何形狀排列,這樣的單晶體結構相對穩定得多,從而改善了電芯的安全性。

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有了更穩定的電芯,接下來就要在體積不變的情況,在電池包內塞進更多的電芯。利用寧德時代的CTP技術和搭配寧德時代的高鎳55電芯,將電池包中的空間利用率提升,來實現從70kW到100kWh之間這42%的能量提升。

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70kWh電池包結構

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100kWh電池包結構

蔚來官方表示,通過工藝的改善,電池包內部零件減少了40%,體積利用率提升了19.8%,系統能量密度提升37%。從兩種電池包的圖片也能看出明顯不同。

看似使用了鎳含量更低電池,但是提高了電芯的穩定性,為容納更多電池提供了可能,再結合CTP技術更合理的空間利用和更安全的無蔓延設計,實現了多容納30kWh的電能的目標。

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CTP技術的100kWh的新電池包還採用了無熱蔓延安全設計,也就是寧德時代此前發佈的“只冒煙不起火”的電池技術。

通過在單個電芯中加入隔熱阻燃材料來降低熱失控風險,避免了單個電芯故障温度升高,而影響整個電池包發生連鎖反應導致熱失控的可能,有了無蔓延安全設計,故障電池包只冒煙不會起火,並且還能在30秒之內將煙排出,熱失控傳感器實時檢測電池包內部的壓力,如果壓力一旦發現異常,就會主動將車內的水冷系統打開降温。

跟隨100kWh電池一同發佈的是比較創新的車和雲融合BMS的方案,對每一輛車的每一塊電池可以做針對性的算法優化,這個方面是過去的一年多時間,蔚來在整個的電池管理系統的軟件方面,利用大數據去分析,去做優化。通過更精細的計算方法,實現從電芯到系統的精準管控。

如果電池出現問題會及時通過App推送或電話提醒車主;如果這塊電池是蔚來換電系統中的電池,則會及時更換,讓每一塊進入蔚來換電系統中的電池性能都在標準之上,性能衰減到不能滿足車主出行需求的電池將退出換電系統,把它閉環回收。

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並且通過電池功耗敏感度檢測,將電池實時功耗值於相應的標定參數做比對,從雲端就可以把計算結果發到整車。

這個功能的率先服務於電池安全,如果檢測到電池出現比較棘手的問題,用雲端可以將電池包從100度直接降到70度,蔚來汽車電池系統助理副總裁曾士哲表示:“大家知道70度以下的電池包是燒不起來的,電量只要70%以下就燒不起來。我直接從遠端把它鎖死就不會發生意外。”

盲目增加電芯數量來增加容量,犧牲了安全性得不償失,所以蔚來的辦法是先尋求更穩定的電芯技術,結合更穩定的散熱控制,再通過CTP高集成技術解決空間利用提高電芯數量,多方面同時下手,才做到了電池包的能量密度提高、更安全穩定、體積保持不變。

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就在筆者撰寫這篇文章的時候,我們得知蔚來將於2021年1月9日舉行的NIO Day上,正式發佈150kWh電池包以及第二代換電站。雖然150kWh電池包裝車交付的時間尚未可知,但是顯然蔚來在電池容量上又找到了更安全合理的電池方案,從而將電量從100kWh提高到150kWh,又猛增了50%。

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第一代換電站

我們預測蔚來可能會組成自己的“中杯、大杯、超大杯”,70kWh拉低價格門檻,100kWh可以滿足大多數使用場景,結合BaaS靈活地租用方案,70/100kWh已經能解決大部分用户需求,而150kWh則更能樹立行業內領先形象,畢竟目前國內已經上市的新能源產品中,150kWh的電量還是一座大山。

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