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          不研究動力電池的車企,不是“好蔚來”

          作者/來源:汽車公社
          2021-09-24 10:16:11

          廣告圖.png  9月23日,在上海蔚來汽車測試中心,蔚來正式推出了75kwh容量的“三元鐵鋰”標準續航電池包。而在今年4月份就傳遍網絡的蔚來某項專利,也在此時落在了實地。

            盡管就目前而言,蔚來已經擁有了70kwh、84kwh,以及100kwh等不同容量的動力電池,但在“三元鐵鋰”技術的加持下,蔚來的75kwh電池包,亦是有著不少的獨到之處。

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            顧名思義,“三元鐵鋰”可以簡單地理解為三元電芯與磷酸鐵鋰電芯混合使用的狀態。而蔚來本次發布的75kwh電池包便是這樣,其將三元電芯布局在了“四角”,而磷酸鐵鋰電芯則主要放在了中央。

            另外,為了更好的利用空間,蔚來75kwh電池包還采用了新一代CTP(Cell to Pack)技術,其所帶來的一系列好處便是:體積利用率提升5%,能量密度提升14%,制造裝配也是簡化了10%。

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            然而事物往往具備兩面性,盡管CTP技術的好處顯而易見,但在另一方面,其對于電芯的一致性同樣有著不低的要求。

            所以,蔚來又是憑借哪些技術,去保證整個動力電池的熱平衡,以及較好的低溫性能呢?

            低溫性能保持“術”

            眾所周知,磷酸鐵鋰電芯有著較為顯眼的短板——低溫性能差、SoC估算不準等。蔚來最新推出的三元鐵鋰電池,其“主力”電芯還是以磷酸鐵鋰為主,所以綜合而言,該電池同樣也需要解決在低溫情況下,電池性能的保持問題。

            而據蔚來官方介紹,蔚來75kWh三元鐵鋰電池采用了全方位保溫設計,低溫續航損失可以降低25%。 之所以能夠達到這個成績,蔚來不僅在電池系統的物理硬件設計上花了心思,更是在軟件算法方面也上了不小的心。

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            首先,在軟件算法方面,蔚來的75kWh三元鐵鋰電池加持了雙體系控制算法、耦合電池產熱智能熱管理,以及輻射式主動熱補償等技術 。

            簡而言之,雙體系控制算法就是根據三元和鐵鋰電池不同的低溫特性,進行“模型化”的控制。經過多輪“K值”標定,以及傳感器數據的校準之后,可以有效提升低溫下電池系統的能量使用效率,并保證其低溫性能。而且,解決電芯一致性難題,也主要是借助了該算法的調控。

            耦合電池產熱智能熱管理則是根據電池低溫下內阻升高的特性,開發出電池的產熱模型,再結合整車的熱管理,去動態地調整電池控制目標,進而達到能耗最小與駕駛體驗的平衡,借此來提升動力電池的低溫性能。

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            而關于輻射式主動熱補償,其關鍵就在于“主動”和“熱補償”兩詞。換言之,在長時間極低溫環境下,蔚來的75kWh三元鐵鋰電池可以主動開啟輻射加熱系統,兼顧電池能耗和溫度均勻性,保證電池快速達到最優的工作溫度。

            其次,便是在物理硬件設計方面,蔚來的75kWh三元鐵鋰電池不僅有著全散熱路徑物理阻隔,還在各關鍵節點布置有多屬性材料。就比如其電池上蓋上所采用的PCM材料,不僅強度比較高,而且散熱性能也不錯。

            全散熱路徑物理阻隔很好理解,就是在特定位置利用特殊材料,在電芯、Pack兩兩之間進行阻隔。但需要注意的是,所謂的特定位置有“學問”,這其中需要用到大數據技術。

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            具體而言,電池包整包所有散熱路徑都需要進行熱量流通分析,并根據大數據分析得出極冷天氣下的熱量損失來源,再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,進而有效地提升駐車時電池的溫度,避免電池溫度低帶來的能量損失。

            雙體系SoC估算“法”

            事實上,蔚來三元鐵鋰電池內部配置著大量傳感器,而其所感知到的溫度、電壓、電流等數據就會被共用于動力電池內部的各個系統。盡管目前三元鐵鋰電池內部的感知、計算等模塊還是分立構成,但在軟件算法層面,蔚來更講究“組合拳”的方式。

            而關于蔚來所宣稱的更為準確的SoC(State of Charge,指電池中剩余電荷的可用狀態)估算,不僅有蔚來首次開發的大功率DCDC高低壓轉換系統發揮作用,雙體系SoC算法更是必不可少的“點睛”之處。

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            基于三元和磷酸鐵鋰電芯的特性,如自放電的不同,蔚來首次開發了大功率DCDC高低壓轉換系統。蔚來電池系統副總裁曾士哲也表示,大功率DCDC早在3年前就已經開始研發,現在看來非常有用。

            簡單理解的話,可以將大功率DCDC認作是一種控制電力輸出的閥門,既能夠調節電源輸出,還具備穩定母線電壓的功能。

            據蔚來官方介紹,其大功率DCDC不僅可以實現快速、實時、均衡的SoC校準,還具有降低靜態功耗、延長電池壽命等多個特點 ,而且未來還將運用到蔚來100kwh的動力電池上。

            除此之外,三元電芯的“尺子”作用,以及雙體系SoC估算法,也是可圈可點的關鍵技術所在。

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            具體而言,在低溫情況下,磷酸鐵鋰電芯的“掉電”能力極強,甚至快到難以捕捉,所以也就很難進行電池SoC剩余電量的估算。但混合了三元電芯的蔚來三元鐵鋰電池,就可以按照三元電芯的電化學特性,對整個電池系統的剩余電量進行估算。

            正如上圖所示,借助雙體系SoC算法,以三元電芯作為標尺,便能夠“帶動”磷酸鐵鋰電芯修正到真實余電狀態。而通過算法、硬件、雙體系電芯的有機結合,蔚來三元鐵鋰的SoC估算誤差也將由原先的10%降低到3%。

            所以需要認知到的一點是,多出5度電的75kWh三元鐵鋰電池,并不是因為混用了三元電芯而提升的電池容量,其很大功勞還是要歸功于CTP技術擴充了空間,可以讓更多的電芯布置進來,進而擴充了電池容量。而三元電芯的主要作用,也就顯而易見,那就是做“尺子”。

            “推出”即“落地”

            盡管CTP技術的整體性較強,當單個電芯損壞故障時,只能將整個動力電池系統換掉,但關于“寧德時代+蔚來”的聯合實力,其對于電芯質量和系統安全的把控想必也是不俗。

            更何況現在的75kwh的三元鐵鋰電池,已經進入到了量產階段。

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            據蔚來官方介紹,搭載蔚來75kWh三元鐵鋰電池的車型在9月23日14:00時便已上線接受預定,今年11月份就會向用戶進行交付。隨之,蔚來也同時發布了全新電池包產品體系:標準續航電池包,75kWh三元鐵鋰電池包;長續航電池包,100kWh三元鋰電池包。

            而在本次活動的最后,汽車公社記者亦是向蔚來電池系統副總裁曾士哲問及“第三波芯片荒”對于75kwh動力電池系統的影響,以及相關國產化芯片的替代情況。

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            好消息是蔚來做了多芯片適配,在確保不將“雞蛋放在同一個籃子里”的同時,盡可能尋找到多方面的最優解。但關于國產化芯片替代的情況,國內相關的功率芯片、MCU等,可能還是有很長的路要走。

            不過,話又說回來,當需求足夠大時,技術也會在時代的催促下,快速完善;而國內的相關產業鏈,也必將會在像蔚來這樣企業的追逐下,逐漸成長起來。

            這不,作為車企的蔚來,已經研究起動力電池技術了不是。


          來源:汽車公社

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