在現(xiàn)有的動(dòng)力電池中，往往在一個(gè)電池包中配置具有單一結(jié)構(gòu)的單一體系電芯，優(yōu)點(diǎn)是有利于批量生產(chǎn)和統(tǒng)一控制；缺點(diǎn)是，難以平衡性能和整包成本。

動(dòng)力電池的能量密度，作為其重要的性能指標(biāo)，直接影響著電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，如何提高動(dòng)力電池的能量密度是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員密切關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。

在這個(gè)過(guò)程中蔚來(lái)區(qū)別于其他廠商，其利用三元和鐵鋰的集成來(lái)解決性能和成本之間的問(wèn)題。

但「三元鐵鋰」更多是解決了鐵鋰電池的 SOC 估算問(wèn)題，在蔚來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化的電池包體積之下，如何提升能量密度是蔚來(lái)的新挑戰(zhàn)。

因此，蔚來(lái)提出了一個(gè)新專利。

話不多說(shuō)一起看看吧。

01

蔚來(lái)圓柱版「三元鐵鋰」？

2021 年 5 月，我們?nèi)W(wǎng)獨(dú)家解讀了蔚來(lái)「三元鐵鋰」電池包的技術(shù)專利，10 月蔚來(lái)發(fā)布了量產(chǎn)版的 75 度三元鐵鋰電池包。

2022 年 3 月，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的公告里，又出現(xiàn)了一個(gè)電池包的技術(shù)專利，專利中顯示申請(qǐng)人為「蔚來(lái)汽車(chē)科技（安徽）有限公司」，發(fā)明人正是蔚來(lái)動(dòng)力電池系統(tǒng)副總裁曾士哲。

根據(jù)專利顯示，本發(fā)明的目的則是：「提升電池包的能量密度」。

從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這款電池包量產(chǎn)的概率非常高。因此，我們來(lái)看看蔚來(lái)又用了什么黑科技來(lái)提高動(dòng)力電池的能力密度。

蔚來(lái)擅長(zhǎng)另辟蹊徑，用市場(chǎng)上不常見(jiàn)的方案來(lái)解決問(wèn)題，比如換電和三元鐵鋰電池包，想要看懂蔚來(lái)的新電池包專利，首先我們先明確幾個(gè)問(wèn)題：

目前提升能量密度主要的方案還是改善電池包結(jié)構(gòu)，核心是多裝電芯；

蔚來(lái)做動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，必須是在現(xiàn)有的電池包設(shè)計(jì)規(guī)格之下，要滿足新老車(chē)型的換電需求；

蔚來(lái)要做的事難度在于，要在有限的電池包空間內(nèi)增加鐵鋰版以及三元版的能量密度。

看看蔚來(lái)怎么做的

根據(jù)專利表述：

蔚來(lái)提供一種電池包，電池包包括支撐部，支撐部為電池包提供結(jié)構(gòu)支撐；還包括電芯組件，其中，部分電芯組件位于支撐的內(nèi)部。

電池包中電芯有兩組組件，包括「第一組電芯」與「第二組電芯」，第一組電芯采用「第一結(jié)構(gòu)」；第二組電芯采用「第二結(jié)構(gòu)」，并且位于所述支撐部的內(nèi)部。

其中，第一結(jié)構(gòu)不同于所述第二結(jié)構(gòu)。

解釋一下。

從蔚來(lái)現(xiàn)有的電池包來(lái)看，電池整包拆解后可以看到幾個(gè)重要的組件，從里到外是電芯、模組、橫縱結(jié)構(gòu)梁（用于結(jié)構(gòu)支撐）、上下蓋板、外殼體封裝件。

上面我們說(shuō)了，蔚來(lái)電池包增加能量密度的難點(diǎn)在于，不能改變現(xiàn)有電池包的外形，所以蔚來(lái)能做的就是在電池包內(nèi)部做文章。

根據(jù)上述專利的表述，蔚來(lái)專利這款新電池包會(huì)有兩種電芯結(jié)構(gòu)，也就是模組，并且兩種模組的結(jié)構(gòu)不同。

重要的是第一句，表明了這款電池包內(nèi)有部分電芯是封裝在「支撐部」內(nèi)部的。

要知道，這里說(shuō)的「支撐部」其實(shí)就是指電池包內(nèi)的結(jié)構(gòu)梁，是不是意味著蔚來(lái)將電芯集成到了結(jié)構(gòu)梁內(nèi)呢？

我們接著往下看。

在傳統(tǒng)電池包中，為了結(jié)構(gòu)支撐而布置于電池包中的支撐部降低了電池包中能夠用于布置電芯的空間，因而會(huì)影響到電池包的整體能量密度。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，蔚來(lái)將一組電芯布置于橫梁的內(nèi)部，從而優(yōu)化了新電池包中的空間安排，同時(shí)保持新電池包具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

也就是專利圖里顯示的，電池包內(nèi)除了傳統(tǒng)的大模組，蔚來(lái)將包內(nèi)的橫梁進(jìn)行了挖孔，形成了一個(gè)可容納一組電芯的空置區(qū)域，這個(gè)控制區(qū)域就叫「支撐部」，將電芯布置在此就可以達(dá)到不改變電池包外形結(jié)構(gòu)，又可以增加整包能量密度的作用了。

在專利中，僅顯示了支撐部?jī)?nèi)部布置一種電芯模組，但事實(shí)是在橫梁的挖孔內(nèi)可以布置多個(gè)電芯模組，這取決于橫梁挖孔的大小，按照現(xiàn)有橫梁的大小來(lái)看布置一組電芯模組是最優(yōu)解。

在新電池包中，支撐部是位于中央的橫梁上，但專利表明，支撐部限于這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還有可能是縱梁、邊梁等其他適當(dāng)?shù)闹尾炕蛩鼈兊慕M合。

總結(jié)一下什么意思呢？

簡(jiǎn)單理解就是，蔚來(lái)把電池包內(nèi)能用的空間基本都用上了，除了常規(guī)的大模組，蔚來(lái)將橫梁、縱梁、邊梁等區(qū)域能進(jìn)行挖孔的都行進(jìn)挖孔，目的是裝更多電池進(jìn)去提升整包能量密度。

在連接方式上，專利也有披露：

在新電池包中，大模組電芯與支撐部?jī)?nèi)電芯模組可采用串、并方式連接或者其他混聯(lián)方式連接。

而支撐部?jī)?nèi)的電池模組封裝是，支撐部電芯通過(guò)開(kāi)口部經(jīng)由結(jié)構(gòu)膠固定于橫梁的內(nèi)部，除了結(jié)構(gòu)膠，電芯也可以利用螺栓、卡扣等任何適當(dāng)?shù)姆绞焦潭ㄓ跈M梁中。

以上全部?jī)?nèi)容講了新電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，而這款新電池包最大的特點(diǎn)是，不再是單一結(jié)構(gòu)的單一體系電芯的電池包。而是可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整。

什么意思？

以往的電池包都是三元或者鐵鋰，單一化學(xué)體系的，除了蔚來(lái)的三元鐵鋰，而這次蔚來(lái)新的電池包延續(xù)了「三元鐵鋰」的概念，包內(nèi)大模組電芯可以是三元或者鐵鋰；支撐部模組電芯也可以是這二者，并且這其中所有的電芯都可以用方殼、刀片、圓柱、軟包結(jié)構(gòu)。

比如，大模組電芯用方殼型結(jié)構(gòu)，而橫梁內(nèi)的小模組電芯可以用圓柱型結(jié)構(gòu)，并且二者采用不同的結(jié)構(gòu)是出于提高空間利用率的目的。其中，橫梁內(nèi)圓柱電芯的結(jié)構(gòu)尺寸直徑可以在 15 - 100 mm內(nèi)，高度可以在 65 - 200 mm內(nèi)。

也就是說(shuō)，橫梁內(nèi)的使用圓柱電池的空間利用效率最高，同時(shí)挖孔的空間可以覆蓋主流圓柱電池的 1865、2170、4680 電芯。從專利圖上看，單排的 4680 圓柱電池可能是最好的選擇。

這款電池包的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在哪？

從整個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，這款電池包如果量產(chǎn)，會(huì)比現(xiàn)有電池包有幾個(gè)方面的提升：

一，提升整包能量密度。

空間的利用率增加，讓蔚來(lái)可以裝更多電芯，整包能量密度勢(shì)必提升。

二，電池包內(nèi)部的電芯選擇靈活度變高。

專利里提到，理論上兩種模組都不受材料體系的制約，也不受模組大小的制約，那就意味著，大模組可以選擇大圓柱、刀片、短刀片、方殼標(biāo)準(zhǔn)電芯，這樣帶來(lái)的好處是，蔚來(lái)可選擇的供應(yīng)商會(huì)增加。

此外，對(duì)于新電池包中的三元鋰電芯的鎳含量不設(shè)限制，其可以是例如 30% 的低鎳電芯，也可以是例如 96% 的高鎳電芯。

三，成本、能量密度、性能的共贏。

我們都知道，車(chē)企采用鐵鋰電池版，主要是因?yàn)槿姵氐某杀具^(guò)高，但采用鐵鋰電池雖然保住了成本，但性能和能量密度是有所犧牲的。

在去年，蔚來(lái)提出了「三元鐵鋰」電池包，利用三元電池 SOC 估算精準(zhǔn)，來(lái)整包的 SOC 估算精度的問(wèn)題，同時(shí)主電芯采用鐵鋰，既滿足了性能也滿足了成本，但唯獨(dú)沒(méi)有解決能量密度。

而新電池包不僅充分利用常規(guī)空間，還利用了橫、縱、邊梁的有限位置來(lái)布置電芯，而這部分則是增加的電芯，而且可以用來(lái)布置三元電池。

專利顯示，「在新電池包中，大模組可采用磷酸鐵鋰電芯，小模組可采用三元鋰電芯，磷酸鐵鋰電芯由于其電壓平臺(tái)的相對(duì)平坦，導(dǎo)致 SOC 估算精度相對(duì)低，特別是在 低溫環(huán)境下，將三元鋰電芯與磷酸鐵鋰電芯組合運(yùn)用于新電池包中，可以提高原磷酸鐵鋰電芯的 SOC 估算精度，改善整個(gè)電池包的性能。」

三元電池采用圓柱結(jié)構(gòu)，是因?yàn)闄M、縱、邊梁的大小有限，挖孔的大小也是如此，而圓柱電池的空間利用效率最高，所以整個(gè)電池包可以看作是：蔚來(lái)圓柱電芯的升級(jí)版「三元鐵鋰」電池包。

02

電芯的布置方案

上面我們聊了，這款新電池包的創(chuàng)新邏輯，本質(zhì)上還是將空間進(jìn)一步壓榨，專利中明確了幾個(gè)電芯的布置案例：

一，大模組與小模組的混合配置。

相較于上文中的大模組電芯的 4 個(gè)模組，上圖中的大模組電芯一共有 32 個(gè)模組，也就是專利并不限制大模組電芯中的模組個(gè)數(shù)。大組件的模組既可以采用數(shù)量相對(duì)多的小模組，也可以采用數(shù)量相對(duì)少的大模組，還可以采用大模組與小模組的混合配置。

二，不限制支撐部中橫梁、縱梁、邊梁，并且不限制個(gè)數(shù)和位置。

相較于上文說(shuō)的，支撐部包括位于新電池包中央的單個(gè)橫梁，新電池包中的支撐部還可以是，位于電池包上部的橫梁和位于電池包下部的橫梁。

可見(jiàn)，本發(fā)明并不限制支撐部中橫梁的個(gè)數(shù)和位置，其可以是位于電池包中任何適當(dāng)位置的 任何個(gè)數(shù)的橫梁。

從這款電池包可以看出，蔚來(lái)截止到新電池之后，很難再去結(jié)構(gòu)性的創(chuàng)新來(lái)提升能量密度了，但這款新電池包給市場(chǎng)采用大模組方案的車(chē)企帶來(lái)了新的方向，就是把一且能用的空間全都利用起來(lái)。

寫(xiě)在最后

根據(jù)專利顯示在新電池包中，通過(guò)將部分電芯布置在支撐部?jī)?nèi)部，從而利用支撐部?jī)?nèi)部的空間，提高了整個(gè)電池包內(nèi)部的空間利用率，提升了電池包的能量密度，同時(shí)保持足夠的電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

位于支撐部?jī)?nèi)部的電芯及其相關(guān)部件（例如，用于固定電芯的結(jié)構(gòu)膠）能夠保持電池包的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由此，這個(gè)發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在不減弱電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下提升電池包的能量密度。

同時(shí)電池包中，可以在支撐部?jī)?nèi)部布置與電池包其他位置不同結(jié)構(gòu)類型的電芯，從而進(jìn)一步提高支撐部?jī)?nèi)部的空間利用率，提升電池包的能量密度。

此外，可以在支撐部?jī)?nèi)部與電池包其他位置布置不同化學(xué)體系的電芯，利用不同化學(xué)體系的電芯的相互組合來(lái)提高整個(gè)電池包的綜合性能。這里最大的作用就是，將「三元鐵鋰」電池包的能量密度提高。

審核編輯 ：李倩