三元鐵鋰電池包技術溝通會速記

主題：三元鐵鋰電池包技術溝通會

時間：2021年9月23日9：30-12：0

地點：上海蔚來汽車測試中心

主持人：馬麟，蔚來企業傳播部負責人

演講人：曾士哲，蔚來電池系統副總裁

n講解環節：

馬麟：大家好，今天是三元鐵鋰電池包技術溝通會，在此之前我們分別推出70度、84度、100度的三元鋰電池包，這裡給大家分享的是研發並即將投入使用的75度三元鐵鋰電池包。

曾士哲：大家好，我叫曾士哲，在蔚來汽車主要負責電池系統的開發，從電池包到BMS到大資料，都是由我們部門負責，今天借這個機會跟大家分享一下三元鐵鋰電池包。我們會把整個電池包設計開發的整個故事給大家進行一個分享。

其實大家知道在磷酸鐵鋰電池用量越來越大，大家在看資料的時候很多人說因為現在總體量多，而且相比之下有一些成本優勢，所以大家都這樣做，但是實際上是鐵鋰發展到了相對穩定期。什麼叫相對穩定期？大家可能還記得幾年前政府發過一個公告：商用車、公交系統只能用鐵鋰電池，那時候能量密度大概在140-160左右，但是每家都不一樣。現在鐵鋰密度可以做到190-200意味著什麼？是最早期三系三元（Ni含量~33%），或者是接近五系三元（Ni含量~50%）是這種狀態。我們做工程的人開玩笑說鐵鋰已經發展到盡頭，為什麼呢？因為它的能量密度再往上壓榨一些、再怎麼增它的電壓、做其他事，鋰離子已經用完了。這是完整的從0-100用完的體系，所以大家感覺用這個體系比較划算，這也是為什麼之前在推特上面馬斯克講的他傾向鐵鋰比較多，當然鐵鋰在整個開發過程中也是有一些比較難克服的難題。

鐵鋰優勢我們也知道，已經是一個非常成熟的體系。在高電壓平臺沒有鋰離子了，它其實使用已經做到極限。另外它有非常好的優勢，其實最近行業炒得比較熱的是無鈷電池，有一些人說無鈷是層狀，可是把三元無鈷做成更堅實的無鈷，其實也是跟鐵鋰是相近的，最大優勢還是鈷金屬減少。其實裡面唯一現在比較多的是鐵、磷，鐵和磷都是市場比較常見的，比如說這些柱子都是鐵，這是它很明顯的優勢。還有一些其他優勢在整個分享裡面會慢慢給大家講，它的優勢大概有什麼一些。

可是它的劣勢也很明顯的，在哪裡呢？就是低溫效能不太好，還有SoC估算不準，這個事情其實是同一件事，它的低溫效能為什麼不好？很多人對於鐵鋰認為續航不好，是在低溫的時候。其實還是要仔細分析這個問題，怎麼造成的？買來的電池叫安時，毫安時mAh大家可能在便利店買三號電池多少安時、多少毫安時，還有手機或者充電寶寫多少毫安時。但是汽車好像不怎麼講mAh，講用過多少度電。mAh跟幾度電關係是什麼？是乘以它的電壓。為什麼在低溫的時候，鐵鋰電壓比較低？低的原因是鐵鋰材料的離子傳輸。離子從A點到B點、正極到負極，在低溫的時候走比較慢，造成什麼現象？剛才假設電池包是400伏，離子走的比較慢，那麼產生的電壓壓降會比較多。

而且大家會發現在市面上抱怨這些事情的時候，往往說的是什麼呢？我車開一開，在特別低電量的時候，他感覺低電量掉電得特別快，這也是鐵鋰的特性。那這個問題是不是可以解決的呢？其實是可以解決的。等一下我跟大家講怎麼解決？我們在整個產品裡面解決方案其實做的還是蠻好。

第二個為什麼說SoC估算不準。其實大家可以注意到，特別是北方使用者常常抱怨，舉個例子，本來是停車的時候顯示續航200km，停了一晚，還沒有開為什麼現在顯示100續航？還有本來是顯示還有50公里的，怎麼突然之間變成20公里了，什麼原因？也是鐵鋰特性造成，因為鐵鋰電壓有非常強的平臺區，這個平臺區造成什麼？我們在開車的時候，沒有確切停下來看我實際還剩下有多少電。算不準怎麼辦呢？大家也知道售後或者4S店會建議車主把車充滿電放、幾個小時就回來了。那在做什麼？就是校準所謂的電壓。大家感覺這個鐵鋰電池有這兩個痛點，為什麼還要使用呢？其實我們敢使用的原因是找到了一個比較好的解決方案，去解決這兩個問題。

接下來為大家介紹一下解決方案。其實解決方案當然是一個組合拳，這個釋出會我們可以說，已經延遲了大概一年的時間，我們那個時候最早的規劃其實是什麼？是直接一次推出兩款電池，一個100度電、一個70度電。70度電，當時我們在公司內部的會議彙報產品的特點，做出來第一款是68度電的磷酸鐵鋰電池。我們整個公司都很重視戶的體驗和感受，認為兩款電池的可用電量應該是一致的，70度電應該是一致、續航里程都應該一樣，沒有差別。那時候聽完我們所說的低溫效能，因為當時已經在低溫環境什麼都做了（實驗）、或者瞭解了鐵鋰的特性，有一些初步解決方案。後來聽了彙報以後，公司認為如果這個電池包的使用體驗是不好的，是沒有辦法面對使用者的，所以整個計劃被無限期延遲了。

我們是使用者型企業、注重使用者體驗，如果真的有疑慮就要多給大家一些電量，比如有70度的電池包、要多送5度電就是、要做到75度電。還有一些SoC問題、低溫問題，我們鐵定不能這樣用這個電池。你都已經看到友商已經出現了這麼多問題，你為什麼還要繼續明知山有虎偏向虎山行呢？自己做這個事不是很傻？給我們的任務是必須要找到相應解決方案：第一解決電量問題，第二解決SoC估算問題，就是大家前面看到的那兩個問題。

後來我們其實就是比較糾結，因為這個其實是行業難題，從很多年前鐵鋰電池就是這樣子，但是又要把鐵鋰電池難點和固有問題給解決。後面的這兩個問題上面的低溫問題、還有SoC問題都沒得解。但是電量給了一些方案。我們100度電是CTP-0，CTP-0的時候放在裡面電池非常難，一點空間都沒有。剛剛好做68度，我們合作伙伴寧德時代做了CTP-S也就是新一代CTP技術的方案，當然當時方案還不成熟。還有我們的機械碰撞、各種各樣的機械標準要求也很高，就很糾結。後來我們也嘗試在裡面加幾排三元電池把它電量做高好了，從工程角度可以，但是實際角度加三元變得很貴。加幾排以後感覺不太對勁，我們就把方案否了。

後來我們選擇什麼？就選擇挑戰一下最新的CTP方案，我們叫CTP-S方案。這個過程也是非常複雜、非常困難的事情。但是我們有緣分，可能跟這種電池形態有一些緣分。怎麼走在一起呢？你明明說這個電池不合適怎麼使用？當時在做實驗的時候突然靈感來。我當時說了什麼？只要擺一顆三元，為什麼只要一顆三元，第一價效比比較高，就要一顆三元就可以當做標尺，這個標尺幹什麼？告訴實際電量是多少，這所解決的是前面說的SoC問題。等於在裡面放了教練，教練會告訴我：你現在SoC實際剩下多少，我們特意做成串聯的結構。

後來我們整體一開始方案其實是一顆三元在角落，到後來做的過程當中又發現到，其實我們在做設計的時候，無論講低溫效能衰減、還是SoC計算，其實有重要的因素是什麼呢？我們從真實的使用者體驗看看，真正裡面有沒有問題。所以設計的時候跟人家不一樣，因為我們公司大資料還是比較強大，我們把大資料分成成好幾類，把同樣的工況都跑一遍。

我們做一顆三元的方案遇到一個現象：低溫環境下，其實整個電池包不是所有都冷，最外圈比較冷、中間還是蠻溫暖的。我們用的磷酸鐵鋰做發現什麼現象？冬季我車開一開，整個大的電池包的周邊這些電池的電壓，在溫度大概到了-5度的時候，突然之間所有的一起往下掉，中間電壓很穩定，這是鐵鋰的拐點。

我們做設計的時候發現鐵鋰有這樣特點：在溫度邊緣上會（電量）掉下去，我們是不是在邊緣上放三元做保暖就可以。我們把原來一顆三元的概念更改，變成多顆，把周邊最冷的地方用三元鋰替代掉，把保暖做好。雖然我現在說的很輕鬆，但是實際上這個過程非常困難，特別是BMS的演算法，還有一些大資料實際測試方式、去測試真實使用者里程衰減、還有保溫的方式。

後來發現對我們公司來說，用我們自己使用者大資料分析怎麼改變組合的三元、怎麼改變鐵鋰是最適合的。嚴格來說這個專案還是很困難的，最後還解決的低溫的問題、還有SoC不準的問題，雖然都感覺很困難，但是我們做到了。

再來到底提升了多少呢？其實提升還是非常巨大的，因為我們也做過純鐵鋰，跟原來純鐵鋰相比，我們在冬天有更多工況。我們叫上班工況、買菜工況、購物工況以及各種各樣的工況，從大資料分析匯出這些工況，跟鐵鋰相比，新技術相比原始的68度電提升了25%，這個提升很大，尤其是冬季。過程當中怎麼做到這個事？

可以看到這個電池包跟以前的或者跟在市面上看到的電池包有很多不一樣的地方。第一可以發現好像有很多黑色的東西，這裡貼了很保溫的材料，還有防撞的法蘭地方被打斷了，還有一些橘色的線束，一些蓋子材質也是完全不一樣的。

其實是什麼，我們在講散熱的時候第一個是什麼？先做被動的，被動就是指穿外套的意思，穿外套就不冷了，第一件穿上薄外套，外套是很複雜，電池散熱、還有整車散熱其實是一樣，就好像一桶水漏了很多洞，不把洞都補起來就會到處亂跑。假如說這裡貼保溫材料、這裡不貼怎麼樣？本來恆溫的熱都從這裡出來，就像什麼？一個瓶子一直在漏水，要想辦法把這些孔都堵住，然後到一定程度你會找到平衡點。然後很多人會說：你這個是不是大家都可以做，其實不是這樣子。每家公司在哪個地方做，跟使用者習慣、跟大資料有相關性，我們透過大資料結合熱通量分析，找到最佳化的方案，才知道哪裡是我們漏點。做實驗的時候整個電池包大概要用300多個感測器告訴你哪裡降溫，哪裡“漏水”。其實這上面花了很多功夫，在環境艙、實驗室呆了三、四個月，都在解決怎麼被動做到最好，只有被動做到最好才能主動去做事。

被動做完以後我們又做了跟其他不太一樣的事情。我們加了加熱膜，加熱膜是什麼？其他廠商直接一下子就貼上去，跟著電芯走。可是我們想法不太一樣，我們是“大禹治水”的觀念，把中間給阻斷了，因為考慮旁邊是一個最大的散熱源。我在這裡放一個加熱器、把散熱源阻斷，我是用阻斷的方式。別人的設計跟我們不一樣，別人是緊貼的、用處不大，不是好做法、還搞不均勻。

還有我加了這些阻斷裝置，把被動貼了很多東西、穿了很多外套，差不多了以後，大家發現還有什麼問題？前面講的哪怕做了這麼多事，邊角還是挺冷的，因為邊邊角角有兩倍的散熱，所以這個地方想了很多方法也解決不了。後面怎麼解決的？把這個電芯給換了，然後大家看到網上蔚來的專利四角保溫就是這樣出來的。根據我們車子特性，換電的車子裡面有一些空隙，吸進來的空氣會在那裡旋轉，溫差會很大。我換了三元電池放在這些位置，讓它整體效能、還有容量和衰減保持一致。

在這樣結構之下，我們把整體衰減或者整體溫差從原來的溫度範圍內至少提升了10度以上，至少從保溫溫度提升10度以上。大家常問的問題：至少保到幾度？我們本來比較激進是0度。因為測試的時候鐵鋰最好的溫度是0度，和三元負10度這樣容量衰減是一樣的，是低溫效能的問題。後來發現不對。是什麼呢？是我們在做保溫度標定的時候、發現很耗電，加熱器、還有熱水都要一直開著，我發現這樣不僅僅沒用、而且耗電。

我們在整體佈局裡面發現一點，其實有第三個發熱源是我們自己沒有發現的。什麼叫第三個發熱源？電芯工作也會熱，因為有電流，這個是可以快速幫裡面進行升溫。後來從冬季標定、還有大資料後來分析才知道，我們真正需要的溫度不是0度，是-5度。因為冬天很冷、我放一天-5度、或者兩天-5度的時候，今天一上車開三分鐘跟平時一模一樣、溫度可以上10度。所以不要破壞這個點，否則加熱慢損失會產生。這樣設計做會把整個電池包，快速進入剛才所說的均溫狀態，沒有得到任何衰減。還有北京、內蒙、東北工況都做過這個點很重要，只要可以維持這個點，總體續航問題其實是非常清楚的。

我們發現加上前面這幾個手段，其實已經可以做到非常好的均溫性。放一天不管或者兩天，溫度差異可以2度以內，甚至好的時候甚至可以更低。市面上大部分是5度、7度這樣範圍差距。

剛才講保溫怎麼做，有一個很重要環節，蔚來這個電池包設計其實沒有辦法複製的，裡面有一個複雜的演算法，結合兩個電池最優的容量保持率、兩個電池最優的功率特性推匯出來，我必須要知道電池包在自己整車工況裡面到底怎麼樣才能做到，在最短時間內，做到使用者續航損失受最少影響。所以我們開發了很複雜的雙體系的加熱演算法，這個雙體系加熱演算法除了在BMS端、雲端也做。雲端什麼概念？因為每個人駕駛習慣、還有區域不太一樣，涉及到多少能量保溫是必須要回收的，所以給每個使用者設定一個K值，有穩定指標的值，這個值會隨著車一直在用的過程當中、自己去學習，就可以知道應該怎麼樣控制這個溫度，利用最少的能力來保溫。

假設現在在-20度環境、或者-30度環境，用零點幾度電就可以恢復到剛才所說達到最小的損失，大概可以做到90%多的容量保持。這是大家看到的、怎麼保溫、怎麼做這些事情的組合拳的方案，裡面包含主動、被動和大演算法大資料結合在一起的方式。

還有SoC估算，從微博上都可以看到有的電車車主開車，突然50公里掉成10公里、或者100公里掉成30公里，其實是精度不行。後來有一些廠商會逃避現實，有點像開燃油車的時候，沒油就不顯示剩餘里程，直接標兩個橫槓，或者有一些電車廠家的汽車，在電量還剩10%的時候，直接顯示0%或不顯示。

所以解決10%的演算法剛才跟大家講過了，主要是什麼？主要是在整個電池包中間加了一把尺。這個本來想加一把尺解決問題，因為其他算不準，加一個尺就可以看到後面還有多少電可以使用，把尺變多一些。其實就是以尺算出來的結果為準。中間鐵鋰也會做修正，就是剛才鐵鋰也有很準的時候，充滿電的時候很準。之前有人抱怨電車鐵鋰不準把電充滿就變準，就是靜止的充電、慢慢充的時候就會把它變準。我們用的方法是什麼？其實鐵鋰不是不準、是你看不見，那放一把尺就可以了，只要量準就準了。

在這樣情況下，蔚來把行業公認的鐵鋰精度10%降到3%之內，我們做了很多認證，這個說起來很簡單、但是做起來很難。光這個東西、開發七八個月，才開發出來相對比較合理的演算法和做法。

其實原理很簡單，三元是我們一把尺，這把尺子需要校準，校準意思是什麼？還有過量，過量是什麼意思？就是三元的電不能用完，所以上下要留一些，上下留一些也很重要。大家想到一點把兩個電池放在一起、也有很大難題，是什麼？壽命不一樣，鐵鋰壽命很長、用上百萬公里都有可能，三元電池衰減相對快一些，所以三元做了過量，過量以後就可以動態調節區間，就可以跟鐵鋰的壽命做完美匹配，但這在三元鐵鋰電池包裡面是很難實現的，這對蔚來、甚至整個行業來說，是一個創新。

壽命匹配完以後，再加上標尺是可活動的標尺，實時以三元為準來進行修正，多個三元可以取平均數、發生問題進行糾正，而且實時對壽命進行糾正。大家說這個演算法一樣主要差在哪裡？差別就是其他品牌的電壓平臺沒有辦法做修整，看不到它的自放電、還有消耗的情形。可是在這個東西的上面，我們花了非常多功夫研究，像是新的鐵鋰電池有一些其他的問題，老的鐵鋰電池修整方式也會不一樣等，這個演算法其實是SoC的量演算法十倍之多，這是最難的一個，看今天講完以後如果別人模仿，其實沒有那麼簡單。大家都知道標尺的概念，但是到底要過量多少？是多50%還是多30%？是從我們公司資料計算的結果來估算衰減率，我們最後定出來的值。

還有很難的一點是什麼呢？如果假設大家可以想象一下，如果這個東西今天不在這個位置了，我往下偏的時候，把標尺跟著一起偏、是很大的問題。標尺要怎麼偏，我跟大家介紹一下。我們是搞了一個大功率的DCDC，簡單來說整車沒有啟動的時候，是自給自足的，哪怕要換電池包也是自給自足的。什麼意思呢？就是自己給自己供電。為什麼大家停了一夜以後掉的幾公里，掉的幾公里是整車自喚醒上傳資料做各種檢查的消耗，最大的問題因為電池需要做自檢，要做自己壽命均衡。對於車來說，就上傳資料自己可以把這個掉電問題解決，還有剛才所說區間如果跑掉了、裡面做了均衡裝置，區間跑掉以後，可以利用DCDC對裡面三元電池進行放電或者、對鐵鋰電池進行放電。

我開始放電的時候就是在調整區間，我把它的區間調整到跟需要的區間一致。因為電池是很敏感的東西，我們需要知道更多資料、才能更好的掌握它。把所有需要的資料上傳到雲端，對於我們來說其實有更多機會，對每個電池行為做了更好的摸底，而且還有一個好處是使用者體驗更好。因為電池很均勻、電池一直在均衡，每個電池種類都是一樣的，所以其實用的大功率DCDC這個東西可以增加大概有一度電，可以增加使用者體驗、增加很多其他價值，其實很划算。這個東西也會拓展到所有現有的電池包上去，因為這個帶來價值比較高：無論是壽命、使用者體驗、還有三元電池調節、校準、安全考慮都很有價值。

包內大功率DCDC是我們3年前提出方案，請供應商做開發也很久，不是我們突發奇想。3年前提出的方案，現在落地，帶來的價值也超過三年前的想象。打完這個組合拳以後，把剛才所說SoC估算精度從10%降到3%之內，這個也是非常重要的一環。

還有剛才所說的新一代的CTP技術非常好。體積利用率提升了5%，還有能量密度提高14%，還有製程簡化、在很複雜安裝裡面、把它安裝簡化提高10%，所以整個製造節拍也會提升起來。這也是國內第二代CTP技術電池包，能量密度提高了14%，這個也是很新的東西。

總結剛才所說，這次推出的三元鐵鋰電池包解決了原來鐵鋰包低溫的問題、低溫效能衰減，解決了低溫續航不足、解決跳電還有更多問題。我們還把SoC的區間放得更大，壓榨更多電量出來給大家，並運用最新一代CTP技術，還有最新的可能會變成行業方向的方式解決鐵鋰問題。剛才也看到這是組合拳，軟體、硬體、還有電控干預要都組合在一起，才能達到剛才所說這幾代技術的一個整合，所以這是新一代電池包的三大特色。

續航增加多少呢？其實剛才所說原來的電池包，不是說多給大家5度電嗎？再加上鐵鋰，鐵鋰使用上比SoC寬一些，所以大家可以看到最續航版本。如果用了最新的電池包，18款ES8可以達到385，2款ES8達到450，ES6運動版是455、效能版是465、EC6運動版465，效能版達到475。所以我們認為這個電池包推出，把整個續航基本上都提到450以上，這也是比較有價值的地方。

而且我們也可以去宣告一件事，當然行業有各種各樣的方案。其實三元鐵鋰並不是一個最新的東西，可能在座都是專業的媒體、大家也看過其實類似這樣的東西，可能十年前也有人提出來過。只是說第一個可以把它量產的，是蔚來企業。其實為什麼可以做到一點呢？解決了軟體硬體問題、裝配跟別人不一樣、要結合更好的供應商管理。我們講的很明白，鐵鋰技術是這兩三年才走到成熟完整狀態的，以前做這個事意義不大，因為電壓跳動把這個變得很亂、整個演算法複雜，沒有辦法解決。三元電池也走到了相對穩定的階段。在各種背景之下，還有原創的加上保溫概念和SoC校準概念，蔚來成為了首家量產三元鐵鋰技術的企業。

同時我們也重新規劃了電池包體系，今天的三元鐵鋰75kWh電池包歸類標準續航電池包體系裡面，另外是100度電是長續航包體系裡面。在價格上面因為這個其實給了使用者蠻多度電，在整體包圍、還有技術投入其實是非常巨大，我們把電量加了、電池加了，但是價格沒有加，只為了給大家更好續航體驗。

我今天就分享到這裡，謝謝大家。

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