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蔚来汽车新型三元铁锂电池包 防止热失控更安全

【嘉勤点评】蔚来汽车发明的结合磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯的电池包方案,在实现高安全性的基础上获得了高精度的SOC、准确计算充电时间和续航里程,较好地提高了用户体验,并可以实现电池包能量密度和成本的平衡,可广泛适用于不同的车型。

集微网消息,9月23日,蔚来正式发布三元铁锂标准续航电池包(75kWh),创新式地采用了三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式,并应用新一代CTP(Cell to Pack)技术,全球首创双体系电量估算,累计拥有10+项专利及专利申请。

目前,为了提高电池包能量密度、增加电动汽车的续航里程和功率输出,在相当长的一段时期里,三元锂离子电池成为行业主要技术路线,也是大多数新能源汽车的首选。但随着三元锂离子电池的大规模使用,市场上发生了多起电池安全事故。由于三元锂离子电池的固有特性,在短时期内无法从根本上解决其安全风险。而磷酸铁锂电池由于其突出的高安全性和低成本,又重新成为科研机构以及相关车企研究的重点。

但是磷酸铁锂有其固有特点,即SOC-OCV(荷电状态-开路电压)曲线非常平缓,只能在充满电或放完电时才能较为准确地进行SOC校正。在实际使用时,特别是低温时的SOC计算精度差,极大地影响了续航里程。此外,由于SOC计算不准确,会导致充电时间估算不准确或无法充满,放电时续航里程计算偏差较大,用户需要定期地进行满充、满放来提高SOC计算精度,这些导致了用户体验的下降。

为解决上述问题,蔚来汽车在2021年1月8日申请了一项名为“电池包、方法和车辆”的发明专利(申请号:202110023723.3),申请人为蔚来汽车科技(安徽)有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项技术方案吧。

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如上图,为该专利中展示的三元电芯和磷酸铁锂电芯的开路电压荷电状态曲线的示意图,三元电芯也被称为三元锂离子电芯,其中,三元是指镍盐、钴盐、锰盐为原料,如正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂,其具有安全性高的特点。而磷酸铁锂电芯的工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好,并且具有小的自放电率以及没有记忆效应。

开路电压(OCV)是指在开路状态下(断路时)的电压,荷电状态(SOC)是指剩余容量与完全充电状态的容量的比值,当其为0时表示放电完全,为1时表示完全充满。

从上图中可以看出的是,三元电芯的曲线斜率较大,便于校准,并且具有性能好的特点,磷酸铁锂电芯的曲线总体上是平缓的,而在两端附近处具有较大的斜率,并且磷酸铁锂电芯具有成本低、安全性好以及不易发生热失控的特点。基于这两种电芯的曲线特性以及相应的自身特点,该发明中提出了三元电芯和磷酸铁锂电芯的组合方案。

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如上图,为该专利中发明的一种电池包的电芯组的电芯布局的示意图,该电池包主要包括电芯组100。其中,电芯组包括磷酸铁锂电芯A和三元锂离子电芯B,磷酸铁锂电芯A和三元锂离子电芯B彼此串联设置。

通过上述结构设计,磷酸铁锂电芯使得整个电芯组和整个电池包的成本得到降低,并且由于其不易热失控的特性而提高了电池包的安全性。例如,在三元电芯出现热失控的情况下,磷酸铁锂电芯能够作为屏障来维护整个电芯组的安全性。

同时,三元电芯的使用也保证了电芯组和电池包具有良好的性能,还能够利用三元电芯和磷酸铁锂电芯不同的曲线特性使电池包的荷电状态的测量精度得到提高。此外,通过磷酸铁锂电芯和三元电芯的交替出现,保证了三元电芯在出现热失控时不会引起隔壁第二个电芯的热失控(这是利用了磷酸铁锂电芯不易热失控的特点),从而阻止电池包的热扩散,并实现了最大程度上的能量密度和功率输出。

以上就是蔚来汽车发明的结合磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯的电池包方案,该方案在实现高安全性的基础上获得了高精度的SOC、准确计算充电时间和续航里程,较好地提高了用户体验,并可以实现电池包能量密度和成本的平衡,可广泛适用于不同的车型。

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深圳市嘉勤知识产权代理有限公司由曾在华为等世界500强企业工作多年的知识产权专家、律师、专利代理人组成,熟悉中欧美知识产权法律理论和实务,在全球知识产权申请、布局、诉讼、许可谈判、交易、运营、标准专利协同创造、专利池建设、展会知识产权、跨境电商知识产权、知识产权海关保护等方面拥有丰富的经验。

(校对/holly)

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