【太平洋汽車網 技術頻道】關於蔚來即將推出全新75kWh電池包的消息，其實已經傳了好一陣子，筆者終於在今年9月末來到蔚來上海實驗室一探究竟。
全新75kWh電池包的精彩之處，在於使用了三元鋰配方與磷酸鐵鋰配方混裝的方式，相比於老款70kWh電池包有續航與循環壽命上的提升，每款車換裝新75kWh電池包之後均能提升約35km綜合續航里程，且這批電池包可在蔚來換電站得到免費更換。
這篇文章沒有寫得很深奧，大可放心閲讀，我也沒納入《電池研究院》欄目中。等相關知識積累更多之後，再另闢一片關於混合電池的文章發到專欄裏，
一些基礎信息點
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續航增加
從下表可知，搭載全新75kWh電池包之後，蔚來三個車系多款車型的NEDC續航值均增加大約35km。
| 蔚來新舊入門電池包性能 | |||
| 車型 | 新75kWh電池 | 舊70kWh電池 | 續航提升幅度 |
| ES6（運動版） | 455km | 420km | ↗ 35km |
| ES6（性能版） | 465km | 430km | ↗ 35km |
| EC6（運動版） | 465km | 425km | ↗ 40km |
| EC6（性能版） | 475km | 440km | ↗ 35km |
| 2018款ES8 | 385km | 355km | ↗ 30km |
| 2020款ES8 | 450km | 415km | ↗ 35km |
因為換電模式的基層邏輯，蔚來可以輕鬆實現電池升級，老用户不會覺得自己又被割了韭菜。
2
安全性能提升
磷酸鐵鋰的安全性能遠高於三元鋰，熱失控的可能性大大降低，但因為兩種配方電池混用，電控難度增加了非常多。
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循環壽命增加
磷酸鐵鋰本身的循環壽命就比三元鋰長，而三元鋰循環壽命短是因為電壓範圍用太盡了，經常滿充會造成負極鋰枝晶生長速度過快。
以NCM三元鋰為例，一般鋰離子動力電池的標稱電壓在3.7V左右，工作電壓範圍寬達3.0-4.2V，換成磷酸鐵鋰配方之後，標稱電壓降低至3.2V，工作電壓範圍在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成磷酸鐵鋰的3.6V，三元鋰就不需要用盡電壓，鋰枝晶生長速度變緩。在蔚來這套電池上，三元鋰的電量只用了10%-90%這部分，上下共計10%沒用，可以利用電壓斜率最優段來較正整個鐵鋰的全部區間。
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更環保
磷酸鐵鋰配方可以減少稀有金屬的使用，減少環境污染負擔。
5
獲得更長續航不用額外花錢
這批可以增加續航的75kWh新電池會陸續鋪到全國各換電站，換電羣體可以免費獲得，新購車用户也可以選這款新電池，跟老款是同價的。
為什麼電池內部分換裝成本更低的磷酸鐵鋰之後，沒有降價呢？雖然部分電芯價格下降，但電控難度增加了，加了很多料才能造出來一款混合電池。
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新的電池包體系
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，蔚來發布了全新電池包產品體系：
A、標準續航電池包： 75kWh三元鐵鋰電池包
B、長續航電池包： 100kWh三元鋰電池包
C、固態電池包：150kWh固態電池包（未量產，裝上之後2018款ES8將超過730km，新ES8將超過850km，ES6和EC6將超過900km，ET7超過1000km。）
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電芯供應商
毫無疑問，還是寧德時代。
為何需要磷酸鐵鋰配方？
相比電池橫跨數百年的歷史，磷酸鐵鋰配方的歷史只能算“近期”發生的事。
我們今天能用着刷着智能手機、聽着真無線耳機、吃着電動車送來的外賣宅家度日，還得感謝三位2019年諾貝爾化學獎得主——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），其實從54歲才開始研發電池。古迪納夫博士是鋰電池領域最大的功臣，三大鋰電池正極材料（鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰）都是他帶領的團隊找出來的。
德州大學的古迪納夫教授是公認的最早利用磷酸鐵鋰製作鋰離子正極材料的研究者，其團隊在1997年報道了LiFePO4這種新型橄欖石結構嵌入與脱出鋰的可逆性，並表示新的磷酸鐵鋰配方物料更低廉且環境污染更少。
其中要説明的是，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簡寫。
當前我們正在使用的磷酸鐵鋰配方電池，全稱磷酸鐵鋰鋰離子電池，屬於鋰離子電池的一種。正極即是上文提到的LiFePO4，可見磷酸鐵鋰的主要反應機理是由正極決定的，所以命名源於正極材料。
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磷酸鐵鋰配方的優勢
A、一款真正的“無鈷”鋰離子電池。
B、循環壽命長。
C、熱失控概率低，安全性能好。
D、成本比三元鋰大約低19%。
E、沒有記憶效應，有研究團隊認為有且幾乎可忽略）。
2
磷酸鐵鋰配方的劣勢
A、較差的導電性。
B、較低的鋰離子擴散係數。
C、電壓低。
D、SoC測量精準性太差。
E、快充極限差。
F、能量密度不如三元鋰。
G、低温性能差。
有哪些技術難點，如何解決的？
我們都知道，當前沒有一款完美的動力電池，三元鋰又貴又易燃，磷酸鐵鋰腿短且冬季不經用，混合多種主流配方電池的方案其實早在多年前就有車企提出，其中不乏大眾集團這種行業鉅子，但最終還是由蔚來給定製出來了。
下面我們會説到蔚來的幾個解決方案：
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磷酸鐵鋰配方低温性能的糟糕
磷酸鐵鋰的重要特徵便是低温性能不佳，非常的不佳，北方車主叫苦不迭。
磷酸鐵鋰電池的工作温度範圍為-20℃至75℃，有些磷酸鐵鋰電動汽車一旦到達0℃以下的環境温度就有啓動困難的風險，若在-20℃的外部温度下，磷酸鐵鋰電池的放電容量只相當於25℃時的38%左右，我就問你還敢不敢開暖氣……
因為低温性能不佳，所以磷酸鐵鋰電池的熱管理系統變得尤為重要，最高效率的方式是採用PTC電阻來給電池包加熱。雖然會耗費一定的電量，但也好過因為低温導致內部活性物質電化學性能大幅降低帶來的續航鋭減問題。
磷酸鐵鋰電池正極的導電性本身就不佳，在低温環境下更是容易發生極化，電解液粘度增加並增加鋰離子的遷移阻抗，導致電池內部結構的崩塌，電池損壞。
因為磷酸鐵鋰天生的低温性能不佳問題，中國甚至出現了“北三元 南鐵鋰”的產業佈局，當然另一個重要的方面是南派比亞迪與北派松下LG的產業話語權之爭、
之前磷酸鐵鋰版本的特斯拉Model 3在北方就遇到了靜置後掉電嚴重的問題，解決方案是特斯拉建議用户一週充滿一次，幫助特斯拉磷酸鐵鋰電池BMS系統積累北方地區的用户數據，更高的數據量可以帶來更精準的SOC監測能力。等等，這玩意沒標定完成就上市瞭然後等用户數據OTA完善？
蔚來三元鐵鋰電池的解決方案呢？主要分為以下4個：
A、雙體系控制算法： 獨創的雙體系算法，根據三元和鐵鋰電池低温特性進行模型化控制，經過多輪標定，有效提升了低温下電池系統的能量使用效率，保證低温性能。混合配方電池包的結構雖然被公佈了，但算法是內部資料，其他車企想要複製蔚來的電池，還是繞不過算法機密。
B、耦合電池產熱智能熱管理：根據電池低温下內阻升高的特性，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，提升低温性能。
C、全散熱路徑物理阻隔： 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温度，避免電池温度低帶來的能量損失。
D、輻射式主動熱補償： 在長時間極低温環境下，主動開啓輻射加熱系統，兼顧電池能耗和温度均勻性，保證電池快速達到最優工作温度。12小時極冷環境下，電池最低温度提升40%，温度均勻性提升60%。
因為以上的技術補充，75kWh三元鐵鋰電池包得到了全方位保温，低温續航損失降低25%。
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磷酸鐵鋰配方SoC估算不準
磷酸鐵鋰電池的電壓比其他鋰離子電池要低，而且工作電壓範圍比較窄，充放電曲線非常平緩，SOC監測準確度很低，電壓一直都在3.2V左右所以很難監測出此時究竟是多高的SoC。
蔚來之前嘗試過用一節三元鋰電池給整個磷酸鐵鋰電池包當“尺子”用，串聯進電池包內部當SoC測量專員。
如今蔚來引入了更多的三元鋰電池，可以補足磷酸鐵鋰在能量密度上的短板。蔚來還開發這套雙體系SoC算法，利用了三元鐵鋰雙體系優勢去做SoC精準估算。
三元鋰和磷酸鐵鋰在不同區間精度不同，蔚來用三元鋰作為標尺，實時校準磷酸鐵鋰在平台段的SoC；在高/低段還可以利用磷酸鐵鋰的優勢，校準三元鋰的SoC。
同時，蔚來基於三元鋰和磷酸鐵鋰的特性，如自放電的不同，還開發了大功率電池包內DCDC高低壓轉換系統，可以實現快速、實時、均衡的SoC校準。
均衡得好的電池包，全包可以增加1kWh左右的能量，這是一個巨大的優勢。
通過雙體系電芯和配套算法，75kWh電池包解決了磷酸鐵鋰電池SoC估算誤差過大的問題，誤差從10%縮減至3%，沒了之前的SoC跳變問題。
SoC跳變，就是表顯還有10%的時候，突然就給你顯示“0%”或者“--”，不是不想告訴你，而是真的測不出來。
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磷酸鐵鋰能量密度短板
磷酸鐵鋰的能量密度短板是天生的，沒辦法根治，只能依靠外部力量去解決。
一個方式是混合三元鋰電池去均衡能量密度，但因為電壓平台要調到一起去，所以三元鋰的能量是沒用盡的，前文我們也説到過這個事。
另一個方式是使用CTP技術（Cell to Pack）去提升整包能量密度。在單體能量密度無法取得革命性突破的前提下，必須對模組結構進行改進，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）當中。
蔚來CTP結構可以讓電池包體積利用率提升5%，同體系能量密度提升14%，製造裝配簡化10%。
匆匆結語
早期蔚來也有使用磷酸鐵鋰的計劃，曾經研發過68kWh磷酸鐵鋰電池包。但磷酸鐵鋰相較於三元鋰在低温性能和SoC估算方面存在着用户使用體驗方面的差距。所以蔚來沒有量產此電池包的計劃，而是着手研究新的解決方案。歷時1年多的研發，誕生了這款三元鐵鋰電池包，我們還沒拿到實車不好評價，但混合配方電池的確開拓了一個全新的領域——內燃機與電動機可以相互揚長避短形成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，三元鋰電池擁有更高的能量密度、更高的功率密度、更好的低温續航表現、更精準的SoC估算能力，而磷酸鐵鋰電池擁有超高的循環壽命、更強的熱穩定性、更低的生產成本、更環保的原料，兩者互補。
因為稿期緊迫，這篇4000字文章寫得有點“簡短”，之後我會在《電池研究院》專欄裏面開一篇更深度的內容發給大家看。
這幾年寫了好些萬字長文，但我一直不認為“深度”就是“字數多”，有些短文也能寫出很深度、很有見地的內容，而長篇都市言情小説跟裹腳布一樣長卻不見得有任何深度。
技術方面的長文，是作者用來挑選讀者羣體的，現在很多人不具備或者已經丟失了深度內容閲讀能力，還嫌別人寫得太深太長，這純粹是返祖。
（圖/文/攝：太平洋汽車網 黃恆樂）