电池混合电芯技术（如三元混磷酸铁锂、锂钠离子混合等），技术管理难度大吗？会是未来新能源汽车趋势吗？

关于电池混合电芯技术难不难的问题，咱们通过蔚来汽车近期公布的三元铁锂电池组和相关发明专利聊一聊。困难肯定是有的，毕竟这是业界首款采用三元锂电池和磷酸铁锂电池两种材料混合方案的量产电池组。

那么蔚来汽车的三元铁锂技术能带来哪些创新变革呢，随着小星通过相关专利来了解一下吧

↑蔚来汽车公布75kWh三元铁锂电池组

蔚来汽车提供了一种全新的专利电池技术，也就是此次上市的75kWh三元铁锂电池组。

蔚来汽车公布的发明专利通过提供一种电池包、方法和车辆来解决或者缓解现有单一电池材料中存在的技术问题。具体而言，根据该发明一方面的目的在于使电池包具有高安全性和低成本。另一方面的目的在于实现高精度SOC计算。它提供了一种电池包，所述电池包具有电芯组包括磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯，彼此串联设置。

↑蔚来汽车75kWh三元铁锂电池组细节

具体来看创新的核心是一种包含不同化学体系的电芯组合而成的高性能电池设计方案和一种提高磷酸铁锂电池包荷电状态测量精度的方法。

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，成为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，又重新获得了重视，成为研究的重点。

↑磷酸铁锂电池的优势和用户体验现状

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。在使用磷酸铁锂电池包的情况下，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，这些导致了用户极大的抱怨。

三元锂离子电芯的OCV在不同温度及不同SOC区间的识别较为准确，且通过标定可以极大缩短静置等待时间。

↑不同电池材料荷电状态‑开路电压曲线比较

蔚来汽车通过专利技术提供了一种电池均衡使能方法。当磷酸铁锂电芯的电池单体的荷电状态的变化值小于指定阈值且剩余均衡容量大于标定容量时，对电池单体进行均衡使能，提升了电池均衡使能的开启频次，从而提高了电池的均衡效果。

也就是说蔚来汽车利用特有的双体系SOC估算法和三元锂电池/磷酸铁锂双体系的优势，实现了电量估算的常时校准，保证估算精度。电池包静置期间在所述电池包处于5%至95%的荷电状态的情况下采用所述三元锂离子电芯的开路电压作为标尺对所述荷电状态的计算进行校正，达到三元带动铁锂修正状态。

↑蔚来汽车双体系SOC估算法

蔚来汽车凭借双体系SOC估算法利用三元锂离子电芯较大的曲线斜率以及磷酸铁锂电芯在曲线端部附近处的较大斜率的特点，实现了电池包的高精度SOC计算。让传统磷酸铁锂普遍5%~10%的电量估算误差一下子降低到了3%左右的三元锂电池水平。

另一方面蔚来汽车三元铁锂电池组新增了一个包内DCDC模块，它位于电池组的前部，实现包内大功率DCDC高低压转换。从而在电池静置时摆脱传统低压电池系统的限制，能够实现快速、实时、均衡的电量校准。

↑蔚来汽车三元铁锂电池组新增DCDC模块

蔚来汽车三元铁锂电池组优势包括：

1. 三元锂和磷酸铁锂电芯灵活布局

2. 双体系控制算法

3. 全散热路径物理阻隔

4. 耦合电池产热智能热管理

5. 辐射式主动热补偿

↑蔚来汽车三元铁锂电池组布局方案

特别是蔚来汽车三元铁锂电池组不同电池材料灵活搭配热管理优势明显。在辐射式主动热补偿的帮助下电池组温度均匀性提升60%，电池最低温度提升40%。另一方面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利用了磷酸铁锂电芯不易热失控的特点不会引起隔壁第二个电芯的热失控，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。

↑蔚来汽车三元铁锂电池组热管理优势

蔚来汽车75kWh三元铁锂电池组普遍相比之前提供的70kWh三元锂电池组续航里程提升30~35公里。目前蔚来汽车全系双电机高性能车型形成了电池组高低搭配，标准续航电池包采用75kWh三元铁锂电池组兼顾低成本和高安全性，而长续航电池包采用100kWh三元锂电池追求极致的500公里以上续航里程。目前75kWh三元铁锂电池组开启预定并预计于11月份开始交付。选择原70kWh三元锂电池的用户可以通过换电体系同样有机会使用75kWh三元铁锂电池组。通过车辆FOTA软件空中升级后结合蔚来汽车的APP就能预约“标准续航电池包（70/75kWh）”使用。

↑蔚来汽车电池组高低搭配

以上通过蔚来汽车相关专利的介绍，小星带大家了解了该技术所提供的三元铁锂电池组。它的优势包括在实现高安全性的基础上获得高精度的SOC、准确计算充电时间和续航里程，减少客户抱怨，以及实现电池包能量密度和成本的平衡，适用于不同的车型和选择。希望购买蔚来汽车或使用换电服务的用户很快能够体验到相应技术带来的益处。

蔚来在9月23日发布了一款三元铁锂电池，电池包容量为75kwh,续航里程比原有70kwh的三元锂电池包多出35公里。

从布局看，我们可以看到深色的三元电芯在整块电池包的位置，在角落和边缘地带，共有六块三元电芯。接下来我分析下这样摆放的优点，其他的官宣和文章，实际都没怎么说清楚……

这样的混放，先谈难点，一个就是电压的管控，平台下磷酸铁锂电芯的放电电压大概在3.2V-3.3V，三元电压在3.6V-3.7V左右，所以BMS必须要分别管控，涉及到了不同充放电的原则，如何调配电芯不一致性，使之能均衡充放电，这也是BMS保护功能的管理所在。其他的由于两者反应温度，充放电快慢，循环寿命的不同，SOC的综合测算不同，使得一致性的管理更为困难。

即便车载全部都是磷酸铁锂电芯和三元锂电芯，每个电芯的一致性虽然出厂一样，但后期随着使用都会逐渐出现偏差，这就要考量BMS的逻辑、计算力、管控力。何况现在还是三元锂电芯混搭磷酸铁锂电芯，无疑对BMS提出了更高要求。虽然对于现有的芯片运算能力，管控到每个电芯应该不成问题，但也要看BMS本身设计的优劣了。

这个电池混合电芯技术，实际之前中国动力电池的龙头企业宁德时代提过类似的规划，用纳电芯和其他电芯混装的策略，制造“AB”电池，不过这还仅仅是规划，还远没有到量产的阶段。

这一次蔚来汽车算是中国第一家弄“AB”电池的，和明年发售的ET7用的半固态电池（软包？）来提升能量密度一样，不管电池是否蔚来参与研发还是怎么样，蔚来汽车敢于吃第一个螃蟹，还是非常具有魄力的。

这样混搭做的好处呢，我觉得有以下几点：

1、最直接的，三元锂电池比磷酸铁锂电池密度高。

这次混搭，磷酸铁锂电池里面有部分三元锂电池，意味着混搭PACK的能量密度会比单独的磷酸铁锂PACK密度高。而现在的少量搭载三元锂电芯，我想也是为了后续的进一步增大混搭PACK的三元锂电芯的比例做个预判和实测。

2、通过混搭PACK里面的三元锂电芯来标定磷酸铁锂电芯的SOC。

现在最成熟，最常用的SOC测量方法就是端电压来校准。

比如开路电压法是将电池静置足够久后，电池内部完全达到平衡状态，那么端电压就等于电池的静态电动势，就可以得到一个准确对应的SOC。但是这种方法无法精准测算行驶中的SOC，所以我们用实际使用中的电池端电压来进行误差的校准。

这种方法的难点是电压测试的精度，尤其对于磷酸铁锂来说，现有平台的电压测试误差较大，达到5mv,对于SOC的估测来说，就很容易出现大的误差而无法进行准确的校准。利用三元锂电池作为标定，在串联的情况下，能准确标定SOC的三元锂电芯可以作为磷酸铁锂电芯的一个测量器，提升整体SOC的准确性。（有兴趣的可以看下发明专利申请号201110301744.3，一种快速判断磷酸铁锂电池SOC的办法，应该和这个标定技术类似。）

3、有利于电池组的温度管理

要知道，动力电池的温度控制一直都是一个难点，动力锂电池的最佳使用温度是25摄氏度到45摄氏度左右。温度低了、高了，对电芯放电都有影响。而动力电池的热管理系统，就是保持内部电芯的温度均衡和把电池绝对温度控制在合理范围内。

蔚来为什么把三元锂电池放在外围，下面稍微分析下。

磷酸铁锂电池的耐低温能力不佳，而三元锂电池在超低温下，放电量还能保持一定水准。所以在低温环境中，可以先启用外围的三元电芯，让其在高效率工作区间放电，并利用其温度的提升，如同给磷酸铁锂电芯套上了一个加热的大衣，来进行一个整体电池的热循环。

打个比方，如果用的冷却液循环，那么温控装置会在低温下通过三元锂电池供电，三元锂电池组的热量通过冷却液，传输至磷酸铁锂电池组周围的冷却管中，给予磷酸铁锂电池组合适的放电温度，改善磷酸铁锂电池的放电环境，这样就能明显改善低温环境下的磷酸铁锂电池的亏电情况。而且这使用的是耐低温三元锂的自发热，还不会损耗其他能源发热。

反过来，在需要降温的时候，而且放在外围，三元锂电池可以更好地向外界散热，如果外界散热不及，则三元锂的热量就可以往磷酸铁锂电芯处引导。

因为三元锂耐热稳定性差，电池热量如果散发不出去，温度上升到两百摄氏度，三元材料就会发生热失控，大量释放氧气，混合电池里可燃的电解液，造成爆燃现象。

而磷酸铁锂的橄榄石结构的热稳定性极强，到达700摄氏度以上才会分解，产生的分解反应，且不会大量释放氧气，所以即便超高温（外界着火）环境下，磷酸铁锂电池也不会剧烈燃烧。

这种特性，就意味着当三元锂电池温度过高时，BMS会断开三元锂电池电芯的充放电，可以利用冷却散热系统，快速把三元锂电池的热量导往磷酸铁锂电池周边的冷却管（包裹电芯的冷却系统），来降低三元锂电池的温度。（因为整体电池包处于IP67-68的密闭环境，当内部温度局部过高，正常渠道很难快速把热量散发到外面去。）

4、事故下的电芯自燃、爆炸的风险控制

锂离子电池内部的放热反应比我们想象的要多，比如三元锂电池的热反应，一旦失控，就会涉及到如下热反应。

• SEI膜的分解（90-120℃）
• 负极与电解液的反应（120℃以上）
• 电极液分解（200℃左右）
• 正极与电解液的反应，伴随正极分解，析出氧气（180-500℃）
• 负极与黏结剂的反应（240℃以上）

而在动力电池系统安全分析和设计，被动安全防护措施中，除了PACK要有足够的结构强度，隔热材料外，还要有压力泄放装置，如平衡阀，防爆阀的设计，也要有灭火阻燃装置。

而三元铁锂电池的摆放，三元锂电池放在周围，有利于PACK箱体结构的安全设计。因为无论是防爆阀，还是内部配置的灭火装置，都能方便布置在箱体的外围，可以第一时间对外围失控的三元锂电池进行处理。

在极端情况下，如重度挤压，剧烈震荡，尖锐物体穿透等，导致三元锂电池短路，并开始急剧升温的情况下，三元锂电池放在最外围，产生的大量热量、气体对外可以瞬间通过箱体的防爆阀进行排放，对内产生的两三百摄氏度的高温即便影响到了磷酸铁锂电池，也不会产生大的危险，不会形成三元锂电池的热失控连锁反应。（某个三元电芯高温导致周边三元锂电池的环境温度过高，不断使得临近的三元电芯发生爆燃，从而蔓延开。）

最后综合下吧，这种混搭，比单纯的磷酸铁锂电芯提高能量密度，能有更准确的SOC，低温下能有更好的表现。比三元锂电池更容易进行热管理，风险控制也能做到比纯三元锂要好。

但唯一的就是BMS的管控，毕竟两者的各种参数差距有点大，如果控制不好，导致电芯的差异化变大，就会导致电芯容量和寿命的急剧下降，最后还有可能引发安全事故。