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中杯、大杯、超大杯!蔚来100kWh高镍55电池包厉害在哪?

易车原创 蔚来在2020年11月发布100kWh电池包和具有影响整个新能源市场的BaaS电池租用服务。随着搭载100kWh电池的车型12月开始交付,“加量不长胖”的100kWh电池包的科技也越来越多展示出来。今天我们就来说说同样大小的电池包是怎么做到“加量不长胖”的。

ES6两种电池包选项

目前电动汽车搭载的主流动力电池主要为三元锂电池和磷酸铁锂两种,磷酸铁锂电池的优点是稳定可靠(自燃风险低)以及相对成本低,磷酸铁锂电池能量密度约在130Wh/kg;三元锂电池的能量密度显著高于磷酸铁锂电池,三元锂电池中分为523(能量密度约180Wh/kg)、622(能量密度约200Wh/kg)和811电池。

代号中的首位数字代表了电池中镍的含量,811电池的镍含量高达80%,能量密度高达280Wh/kg,也自然是三元锂电池中的佼佼者,所以目前市场上大部分追求高续航里程的车型青睐于使用811电池,而不是622或523电池。

从最简单的层面理解,提高电池包的容量最简单的办法就是在电池包里塞进更多的电芯,当然造电池包肯定不是像“奥迪双钻”这么简单——塞进更多的电芯先不说电池包体积会变大,更多的电芯挤在一起散热就是一大问题,高温不但会降低电池性能和寿命,更容易出现不安全的隐患,811电池的稳定性是当今所有电动车都不能回避的话题。

蔚来采用与宁德时代合作的最新技术——高镍55电池,来取代在之前70kWh和84kWh电池包内的811三元锂电池。

三元锂电池中的“三元”指的是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn),简单来讲镍元素负责储能,镍含量越高电池的能量密度越大,钴负责稳定结构,锰不直接参与电池反应,是负责提升安全性和降低成本。通过调整三者之间的配比,在电池能量密度和稳定性中追求平衡点。

高镍55电池的三比重为55%镍、12%钴、33%锰,相比811的80%镍、10%钴、10%锰,降低了镍,大幅度提升了锰占比,这也是宁德时代宣称的“只冒烟不起火”的安全电芯。

那么镍减少了能量密度会下降怎么办?解决办法就要从镍钴锰三元电池的核心材料下手。

高镍55电池采用了单晶化结构的镍钴锰材料,单晶体镍材料在原子内部的结构为对称、有规律、几何形状排列,这样的单晶体结构相对稳定得多,从而改善了电芯的安全性。

有了更稳定的电芯,接下来就要在体积不变的情况,在电池包内塞进更多的电芯。利用宁德时代的CTP技术和搭配宁德时代的高镍55电芯,将电池包中的空间利用率提升,来实现从70kW到100kWh之间这42%的能量提升。

70kWh电池包结构

100kWh电池包结构

官方表示,通过工艺的改善,电池包内部零件减少了40%,体积利用率提升了19.8%,系统能量密度提升37%。从两种电池包的图片也能看出明显不同。

看似使用了镍含量更低电池,但是提高了电芯的稳定性,为容纳更多电池提供了可能,再结合CTP技术更合理的空间利用和更安全的无蔓延设计,实现了多容纳30kWh的电能的目标。

CTP技术的100kWh的新电池包还采用了无热蔓延安全设计,也就是宁德时代此前发布的“只冒烟不起火”的电池技术。

通过在单个电芯中加入隔热阻燃材料来降低热失控风险,避免了单个电芯故障温度升高,而影响整个电池包发生连锁反应导致热失控的可能,有了无蔓延安全设计,故障电池包只冒烟不会起火,并且还能在30秒之内将烟排出,热失控传感器实时检测电池包内部的压力,如果压力一旦发现异常,就会主动将车内的水冷系统打开降温。

跟随100kWh电池一同发布的是比较创新的车和云融合BMS的方案,对每一辆车的每一块电池可以做针对性的算法优化,这个方面是过去的一年多时间,在整个的电池管理系统的软件方面,利用大数据去分析,去做优化。通过更精细的计算方法,实现从电芯到系统的精准管控。

如果电池出现问题会及时通过App推送或电话提醒车主;如果这块电池是蔚来换电系统中的电池,则会及时更换,让每一块进入蔚来换电系统中的电池性能都在标准之上,性能衰减到不能满足车主出行需求的电池将退出换电系统,把它闭环回收。

并且通过电池功耗敏感度检测,将电池实时功耗值于相应的标定参数做比对,从云端就可以把计算结果发到整车。

这个功能的率先服务于电池安全,如果检测到电池出现比较棘手的问题,用云端可以将电池包从100度直接降到70度,汽车电池系统助理副总裁曾士哲表示:“大家知道70度以下的电池包是烧不起来的,电量只要70%以下就烧不起来。我直接从远端把它锁死就不会发生意外。”

盲目增加电芯数量来增加容量,牺牲了安全性得不偿失,所以的办法是先寻求更稳定的电芯技术,结合更稳定的散热控制,再通过CTP高集成技术解决空间利用提高电芯数量,多方面同时下手,才做到了电池包的能量密度提高、更安全稳定、体积保持不变。

就在笔者撰写这篇文章的时候,我们得知将于2021年1月9日举行的NIO Day上,正式发布150kWh电池包以及第二代换电站。虽然150kWh电池包装车交付的时间尚未可知,但是显然在电池容量上又找到了更安全合理的电池方案,从而将电量从100kWh提高到150kWh,又猛增了50%。

第一代换电站

我们预测可能会组成自己的“中杯、大杯、超大杯”,70kWh拉低价格门槛,100kWh可以满足大多数使用场景,结合BaaS灵活地租用方案,70/100kWh已经能解决大部分用户需求,而150kWh则更能树立行业内领先形象,毕竟目前国内已经上市的新能源产品中,150kWh的电量还是一座大山。

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