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1、三元铁锂电池包技术沟通会速记主题：三元铁锂电池包技术沟通会时间：2021 年 9 月 23 日 9 : 30-12 : 00地点：上海蔚来汽车测试中心主持人：马麟，蔚来企业传播部负责人演讲人：曾士哲，蔚来电池系统副总裁 讲解环节：马麟：大家好，今天是三元铁锂电池包技术沟通会，在此之前我们分别推出70度、84 度、100度的三元锂电池包，这里给大家提供的是研发并即将投入使用的75度三元铁锂电 池包。曾士哲：大家好，我叫曾士哲，在蔚来汽车主要负责电池系统的开发，从电池包到BMS 到大数据，都是由我们部门负责，今天借这个机会跟大家提供一下三元铁锂电池包。我们会 把整个电池包设计开发的整个故事给大家进
2、行一个提供。NIO Confidential 标定、还有大数据后来分析才知道，我们真正需要的温度不是0度，是-5度。因为冬天很 冷、我放一天-5度、或者两天-5度的时候，今天一上车开三分钟跟平时一模一样、温度可 以上10度。所以不要破坏这个点，否那么加热慢损失会产生。这样设计做会把整个电池包, 快速进入刚才所说的均温状态，没有得到任何衰减。还有北京、内蒙、东北工况都做过这个 点很重要，只要可以维持这个点，总体续航问题其实是非常清楚的。我们发现加上前面这几个手段，其实已经可以做到非常好的均温性。放一天不管或者两 天，温度差异可以2度以内，甚至好的时候甚至可以更低。市面上大局部是5度、7度这样 范
3、围差距。刚才讲保温怎么做，有一个很重要环节，蔚来这个电池包设计其实没有方法复制的，里 面有一个复杂的算法，结合两个电池最优的容量保持率、两个电池最优的功率特性推导出来， 我必须要知道电池包在自己整车工况里面到底怎么样才能做到，在最短时间内，做到用户续 航损失受最少影响。所以我们开发了很复杂的双体系的加热算法，这个双体系加热算法除了 在BMS端、云端也做。云端什么概念？因为每个人驾驶习惯、还有区域不太一样，涉及到 多少能量保温是必须要回收的，所以给每个用户设定一个K值，有稳定指标的值，这个值NIO Confidential会随着车一直在用的过程当中、自己去学习，就可以知道应该怎么样控制这个温度，
4、利用最 少的能力来保温。假设现在在-20度环境、或者-30度环境，用零点几度电就可以恢复到刚才所说到达最 小的损失，大概可以做到90%多的容量保持。这是大家看到的、怎么保温、怎么做这些事 情的组合拳的方案，里面包含主动、被动和大算法大数据结合在一起的方式。精准SOC估算误差从10%降低至3%还有SoC估算，从微博上都可以看到有的电车车主开车，突然50公里掉成10公里、 或者100公里掉成30公里，其实是精度不行。后来有一些厂商会逃避现实，有点像开燃油 车的时候，没油就不显示剩余里程，直接标两个横杠，或者有一些电车厂家的汽车，在电量 还剩10%的时候，直接显示0%或不显示。所以解决10%的算法刚
5、才跟大家讲过了，主要是什么？主要是在整个电池包中间加了 一把尺。这个本来想加一把尺解决问题，因为其他算不准，加一个尺就可以看到后面还有多 少电可以使用，把尺变多一些。其实就是以尺算出来的结果为准。中间铁锂也会做修正，就 是刚才铁锂也有很准的时候，充满电的时候很准。之前有人抱怨电车铁锂不准把电充满就变 准，就是静止的充电、慢慢充的时候就会把它变准。我们用的方法是什么？其实铁锂不是不NIO Confidential 准、是你看不见，那放一把尺就可以了，只要量准就准了。在这样情况下，蔚来把行业公认的铁锂精度10%降到3%之内，我们做了很多认证，这 个说起来很简单、但是做起来很难。光这个东西、开发七八
6、个月，才开发出来相比照拟合理 的算法和做法。双体系SoC估算法三元作为标尺三元修正状态三元带动铁锂修正状态其实原理很简单，三元是我们一把尺 这把尺子需要校准 校准意思是什么？还有过量， 过量是什么意思？就是三元的电不能用完，所以上下要留一些，上下留一些也很重要。大家 想到一点把两个电池放在一起、也有很大难题，是什么？寿命不一样，铁锂寿命很长、用上 百万公里都有可能，三元电池衰减相对快一些，所以三元做了过量，过量以后就可以动态调 节区间，就可以跟铁锂的寿命做完美匹配，但这在三元铁锂电池包里面是很难实现的，这对 蔚来、甚至整个行业来说，是一个创新。寿命匹配完以后，再加上标尺是可活动的标尺，实时以三
7、元为准来进行修正，多个三元 可以取平均数、发生问题进行纠正，而且实时对寿命进行纠正。大家说这个算法一样主要差 在哪里？差异就是其他品牌的电压平台没有方法做修整，看不到它的自放电、还有消耗的情 形。可是在这个东西的上面，我们花了非常多功夫研究，像是新的铁锂电池有一些其他的问NIO Confidential题，老的铁锂电池修整方式也会不一样等，这个算法其实是SoC的量算法十倍之多，这是 最难的一个，看今天讲完以后如果别人模仿，其实没有那么简单。大家都知道标尺的概念， 但是到底要过量多少？是多50%还是多30% ?是从我们公司数据计算的结果来估算衰减率,我们最后定出来的值。大功率DCDC提升校准精度
8、还有很难的一点是什么呢？如果假设大家可以想象一下，如果这个东西今天不在这个 位置了，我往下偏的时候，把标尺跟着一起偏、是很大的问题。标尺要怎么偏，我跟大家介 绍一下。我们是搞了一个大功率的DCDC ,简单来说整车没有启动的时候，是自给自足的， 哪怕要换电池包也是自给自足的。什么意思呢？就是自己给自己供电。为什么大家停了一夜 以后掉的几公里，掉的几公里是整车自唤醒上传数据做各种检查的消耗，最大的问题因为电 池需要做自检 要做自己寿命均衡。对于车来说 就上传数据自己可以把这个掉电问题解决， 还有刚才所说区间如果跑掉了、里面做了均衡装置，区间跑掉以后，可以利用DCDC对里 面三元电池进行放电或者、对
9、铁锂电池进行放电。我开始放电的时候就是在调整区间，我把它的区间调整到跟需要的区间一致。因为电池 是很敏感的东西，我们需要知道更多数据、才能更好的掌握它。把所有需要的数据上传到云NIO Confidential端，对于我们来说其实有更多机会，对每个电池行为做了更好的摸底，而且还有一个好处是 用户体验更好。因为电池很均匀、电池一直在均衡，每个电池种类都是一样的，所以其实用 的大功率DCDC这个东西可以增加大概有一度电，可以增加用户体验、增加很多其他价值， 其实很划算。这个东西也会拓展到所有现有的电池包上去，因为这个带来价值比拟高：无论 是寿命、用户体验、还有三元电池调节、校准、平安考虑都很有价值。
10、包内大功率DCDC是我们3年前提出方案，请供应商做开发也很久，不是我们突发奇 想。3年前提出的方案，现在落地，带来的价值也超过三年前的想象。打完这个组合拳以后， 把刚才所说SoC估算精度从10%降到3%之内，这个也是非常重要的一环。新一代CTP技术5%14%10%体积利用率提升体积利用率提升能量密度提升制造装配简化还有刚才所说的新一代的CTP技术非常好。体积利用率提升了 5% ,还有能量密度提 高14% ,还有制程简化、在很复杂安装里面、把它安装简化提高10% ,所以整个制造节拍 也会提升起来。这也是国内第二代CTP技术电池包，能量密度提高了 14% ,这个也是很新 的东西。总结刚才所说，这次
11、推出的三元铁锂电池包解决了原来铁锂包低温的问题、低温性能衰 减，解决了低温续航缺乏、解决跳电还有更多问题。我们还把SoC的区间放得更大，压榨NIO Confidential 更多电量出来给大家，并运用最新一代CTP技术，还有最新的可能会变成行业方向的方式 解决铁锂问题。刚才也看到这是组合拳，软件、硬件、还有电控干预要都组合在一起，才能 到达刚才所说这几代技术的一个整合，所以这是新一代电池包的三大特色。蔚来全系双电机高性能车型NEDC续航esseseeseeseeceece2018 款2020款运动版性能版运动版性能版标准续航电池包 (75kWh)385km450km455km465km465k
12、m475km长续航电池包 (lOOkWh)500km580km600km610km605km615km续航增加多少呢？其实网才所说原来的电池包，不是说多给大家5度电吗？再加上铁 锂，铁锂使用上比SoC宽一些，所以大家可以看到最续航版本。如果用了最新的电池包， 18款ES8可以到达385 , 20款ES8达至U 450 , ES6运动版是455、性能版是465、EC6 运动版465，性能版到达475。所以我们认为这个电池包推出 耙整个续航基本上都提到450 以上，这也是比拟有价值的地方。而且我们也可以去宣告一件事，当然行业有各种各样的方案。其实三元铁锂并不是一个 最新的东西，可能在座都是专业的媒
13、体、大家也看过其实类似这样的东西，可能十年前也有 人提出来过。只是说第一个可以把它量产的，是蔚来企业。其实为什么可以做到一点呢？解 决了软件硬件问题、装配跟别人不一样、要结合更好的供应商管理。我们讲的很明白，铁锂 技术是这两三年才走到成熟完整状态的，以前做这个事意义不大，因为电压跳动把这个变得 很乱、整个算法复杂，没有方法解决。三元电池也走到了相对稳定的阶段。在各种背景之下，NIO Confidential还有原创的加上保温概念和SoC校准概念，蔚来成为了首家量产三元铁锂技术的企业。蔚来全新电池包产品体系标准续航电池包(75kWh)长续航电池包(lOOkWh)同时我们也重新规划了电池包体系，今
14、天的三元铁锂75kWh电池包归类标准续航电池 包体系里面，另外是100度电是长续航包体系里面。在价格上面因为这个其实给了用户蛮 多度电，在整体包围、还有技术投入其实是非常巨大，我们把电量加了、电池加了，但是价 格没有加，只为了给大家更好续航体验。我今天就提供到这里，谢谢大家。NIO Confidential2021年国内动力电池装车量三元电池同比增长111.2%,磷酸铁锂电池同比增长338.6%信息来源于中国汽车动力电池产业创新联盟其实大家知道在磷酸铁锂电池用量越来越大，大家在看数据的时候很多人说因为现在 总体量多，而且相比之下有一些本钱优势，所以大家都这样做，但是实际上是铁锂开展到了 相对稳
15、定期。什么叫相对稳定期？大家可能还记得几年前政府发过一个公告：商用车、公交 系统只能用铁锂电池，那时候能量密度大概在140-160左右，但是每家都不一样。现在铁 锂密度可以做到190-200意味着什么？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% ）是这种状态。我们做工程的人开玩笑说铁锂已经开展到尽头，为什 么呢？因为它的能量密度再往上压榨一些、再怎么增它的电压、做其他事，锂离子已经用完 了。这是完整的从0-100用完的体系，所以大家感觉用这个体系比拟划算，这也是为什么之 前在推特上面马斯克讲的他倾向铁锂比拟多，当然铁锂在整个开发过程中也是有一些比拟 难克服的难题
16、。NIO Confidential磷酸铁锂电池的优势磷酸铁锂电池用户体验现状稀有金属使用减少低温性能差SoC估算不准铁锂优势我们也知道，已经是一个非常成熟的体系。在高电压平台没有锂离子了，它其 实使用已经做到极限。另外它有非常好的优势，其实最近行业炒得比拟热的是无钻电池，有 一些人说无钻是层状，可是把三元无钻做成更坚实的无钻，其实也是跟铁锂是相近的，最大 优势还是钻金属减少。其实里面唯一现在比拟多的是铁、磷，铁和磷都是市场比拟常见的， 比方说这些柱子都是铁，这是它很明显的优势。还有一些其他优势在整个提供里面会慢慢给 大家讲，它的优势大概有什么一些。可是它的劣势也很明显的，在哪里呢？就是低温性能
17、不太好，还有SoC估算不准，这 个事情其实是同一件事，它的低温性能为什么不好？很多人对于铁锂认为续航不好，是在低 温的时候。其实还是要仔细分析这个问题，怎么造成的？买来的电池叫安时，毫安时mAh 大家可能在便利店买三号电池多少安时、多少毫安时，还有手机或者充电宝写多少毫安时。 但是汽车好像不怎么讲mAh，讲用过多少度电。mAh跟几度电关系是什么？是乘以它的电 压。为什么在低温的时候，铁锂电压比拟低？低的原因是铁锂材料的离子传输。离子从A点 到B点、正极到负极，在低温的时候走比拟慢，造成什么现象？刚才假设电池包是400伏， 离子走的比拟慢，那么产生的电压压降会比拟多。NIO Confidenti
18、al而且大家会发现在市面上抱怨这些事情的时候，往往说的是什么呢？我车开一开，在特 别低电量的时候，他感觉低电量掉电得特别快，这也是铁锂的特性。那这个问题是不是可以 解决的呢？其实是可以解决的。等一下我跟大家讲怎么解决？我们在整个产品里面解决方 案其实做的还是蛮好。第二个为什么说SoC估算不准。其实大家可以注意到，特别是北方用户常常抱怨，举 个例子，本来是停车的时候显示续航200km，停了一晚，还没有开为什么现在显示100续 航？还有本来是显示还有50公里的，怎么突然之间变成20公里了，什么原因？也是铁锂 特性造成，因为铁锂电压有非常强的平台区，这个平台区造成什么？我们在开车的时候，没 有确切停
19、下来看我实际还剩下有多少电。算不准怎么办呢？大家也知道售后或者4S店会建 议车主把车充满电放、几个小时就回来了。那在做什么？就是校准所谓的电压。大家感觉这 个铁锂电池有这两个痛点，为什么还要使用呢？其实我们敢使用的原因是找到了一个比拟 好的解决方案，去解决这两个问题。接下来为大家介绍一下解决方案。其实解决方案当然是一个组合拳，这个发布会我们可 以说，已经延迟了大概一年的时间，我们那个时候最早的规划其实是什么？是直接一次推出 两款电池，一个100度电、一个70度电。70度电，当时我们在公司内部的会议汇报产品 的特点做出来第一款是68度电的磷酸铁锂电池。我们整个公司都很重视户的体验和感受， 认为两
20、款电池的可用电量应该是一致的，70度电应该是一致、续航里程都应该一样，没有 差异。那时候听完我们所说的低温性能，因为当时已经在低温环境什么都做了（实验入或 者了解了铁锂的特性，有一些初步解决方案。后来听了汇报以后，公司认为如果这个电池包 的使用体验是不好的，是没有方法面对用户的，所以整个计划被无限期延迟了。我们是用户型企业、注重用户体验，如果真的有疑虑就要多给大家一些电量，比方有70 度的电池包、要多送5度电就是、要做到75度电。还有一些SoC问题、低温问题，我们铁NIO Confidential定不能这样用这个电池。你都已经看到友商已经出现了这么多问题，你为什么还要继续明知 山有虎偏向虎山行
21、呢？自己做这个事不是很傻？给我们的任务是必须要找到相应解决方案： 第一解决电量问题，第二解决SoC估算问题，就是大家前面看到的那两个问题。后来我们其实就是比拟纠结，因为这个其实是行业难题，从很多年前铁锂电池就是这样 子，但是又要把铁锂电池难点和固有问题给解决。后面的这两个问题上面的低温问题、还有 SoC问题都没得解。但是电量给了一些方案。我们100度电是CTP-0 , CTP-0的时候放在 里面电池非常难，一点空间都没有。刚刚好做68度，我们合作伙伴宁德时代做了 CTP-S也 就是新一代CTP技术的方案，当然当时方案还不成熟。还有我们的机械碰撞、各种各样的 机械标准要求也很高 就很纠结。后来我
22、们也尝试在里面加几排三元电池把它电量做高好了， 从工程角度可以，但是实际角度加三元变得很贵。加几排以后感觉不太对劲，我们就把方案 否了。后来我们选择什么？就选择挑战一下最新的CTP方案，我们叫CTP-S方案。这个过程 也是非常复杂、非常困难的事情。但是我们有缘分，可能跟这种电池形态有一些缘分。怎么 走在一起呢？你明明说这个电池不合适怎么使用？当时在做实验的时候突然灵感来。我当 时说了什么？只要摆一颗三元，为什么只要一颗三元，第一性价比比拟高，就要一颗三元就 可以当做标尺，这个标尺干什么？告诉实际电量是多少，这所解决的是前面说的SoC问题。 等于在里面放了教练，教练会告诉我：你现在SoC实际剩下
23、多少，我们特意做成串联的结 构。后来我们整体一开始方案其实是一颗三元在角落，到后来做的过程当中又发现到，其实 我们在做设计的时候，无论讲低温性能衰减、还是SoC计算，其实有重要的因素是什么呢？ 我们从真实的用户体验看看，真正里面有没有问题。所以设计的时候跟人家不一样，因为我 们公司大数据还是比拟强大，我们把大数据分成成好几类，把同样的工况都跑一遍。NIO Confidential我们做一颗三元的方案遇到一个现象：低温环境下，其实整个电池包不是所有都冷，最 外圈比拟冷、中间还是蛮温暖的。我们用的磷酸铁锂做发现什么现象？冬季我车开一开，整 个大的电池包的周边这些电池的电压，在温度大概到了-5度的时
24、候，突然之间所有的一起 往下掉，中间电压很稳定，这是铁锂的拐点。三元电芯和磷酸铁锂布局1mhm三元电芯I ： ： I磷酸铁锂1mhm三元电芯I ： ： I磷酸铁锂我们做设计的时候发现铁锂有这样特点：在温度边缘上会（电量）掉下去，我们是不是 在边缘上放三元做保暖就可以。我们把原来一颗三元的概念更改，变成多颗，把周边最冷的 地方用三元锂替代掉把保暖做好。虽然我现在说的很轻松但是实际上这个过程非常困难， 特别是BMS的算法，还有一些大数据实际测试方式、去测试真实用户里程衰减、还有保温 的方式。后来发现对我们公司来说，用我们自己用户大数据分析怎么改变组合的三元、怎么改变 铁锂是最适合的。严格来说这个工
25、程还是很困难的，最后还解决的低温的问题、还有SoC 不准的问题，虽然都感觉很困难，但是我们做到了。NIO Confidential优秀的低温性能全方位保温设计，低温续航损失降低25%再来到底提升了多少呢？其实提升还是非常巨大的，因为我们也做过纯铁锂，跟原来纯 铁锂相比，我们在冬天有更多工况。我们叫上班工况、买菜工况、购物工况以及各种各样的 工况，从大数据分析导出这些工况，跟铁锂相比，新技术相比原始的68度电提升了 25% , 这个提升很大，尤其是冬季。过程当中怎么做到这个事？可以看到这个电池包跟以前的或者跟在市面上看到的电池包有很多不一样的地方。第 一可以发现好像有很多黑色的东西 这里贴了很保
26、温的材料 还有防撞的法兰地方被打断了， 还有一些橘色的线束，一些盖子材质也是完全不一样的。NIO Confidential其实是什么，我们在讲散热的时候第一个是什么？先做被动的，被动就是指穿外套的意 思，穿外套就不冷了，第一件穿上薄外套，外套是很复杂，电池散热、还有整车散热其实是 一样，就好像一桶水漏了很多洞，不把洞都补起来就会到处乱跑。假如说这里贴保温材料、 这里不贴怎么样？本来恒温的热都从这里出来，就像什么？ 一个瓶子一直在漏水，要想方法 把这些孔都堵住，然后到一定程度你会找到平衡点。然后很多人会说：你这个是不是大家都 可以做，其实不是这样子。每家公司在哪个地方做，跟用户习惯、跟大数据有相
27、关性，我们 通过大数据结合热通量分析，找到优化的方案，才知道哪里是我们漏点。做实验的时候整个 电池包大概要用300多个传感器告诉你哪里降温，哪里“漏水”。其实这上面花了很多功夫, 在环境舱、实验室呆了三、四个月，都在解决怎么被动做到最好，只有被动做到最好才能主 动去做事。辐射式主动热补偿温度均匀性提升60% 电池最低温度提升40%g川肝,12小时极冷环境下被动做完以后我们又做了跟其他不太一样的事情。我们加了加热膜，加热膜是什么？其 他厂商直接一下子就贴上去，跟着电芯走。可是我们想法不太一样，我们是“大禹治水的观 念，把中间给阻断了，因为考虑旁边是一个最大的散热源。我在这里放一个加热器、把散热
28、源阻断，我是用阻断的方式。别人的设计跟我们不一样，别人是紧贴的、用处不大，不是好NIO Confidential 做法、还搞不均匀。还有我加了这些阻断装置，把被动贴了很多东西、穿了很多外套，差不多了以后，大家 发现还有什么问题？前面讲的哪怕做了这么多事，边角还是挺冷的，因为边边角角有两倍的 散热，所以这个地方想了很多方法也解决不了。后面怎么解决的？把这个电芯给换了，然后 大家看到网上蔚来的专利四角保温就是这样出来的。根据我们车子特性，换电的车子里面有 一些空隙，吸进来的空气会在那里旋转，温差会很大。我换了三元电池放在这些位置，让它 整体性能、还有容量和衰减保持一致。在这样结构之下，我们把整体衰减或者整体温差从原来的温度范围内至少提升了 10度 以上，至少从保温温度提升10度以上。大家常问的问题：至少保到几度？我们本来比拟激 进是0度。因为测试的时候铁锂最好的温度是0度，和三元负10度这样容量衰减是一样 的，是低温性能的问题。后来发现不对。是什么呢？是我们在做保温度标定的时候、发现很 耗电，加热器、还有热水都要一直开着，我发现这样不仅仅没用、而且耗电。我们在整体布局里面发现一点，其实有第三个发热源是我们自己没有发现的。什么叫第三个发热源？电芯工作也会热，因为有电流，这个是可以快速帮里面进行升温。后来从冬季NIO Confidential