蔚来全战略蓝图分析内容:
一,蔚来全战略蓝图分析 —— 「商业模式」
二,蔚来全战略蓝图分析 ——「BaaS 成立前提」
三,蔚来全战略蓝图分析 —— 「BaaS 与二手车」四,蔚来全战略蓝图分析 —— 「电池技术」五,蔚来全战略蓝图分析 —— 「电池技术之 BMS」六,蔚来全战略蓝图分析 —— 「电池包梯度利用」七,蔚来全战略蓝图分析 —— 「虚拟电厂(VPP)」八,蔚来全战略蓝图分析 —— 「VPP 之有序充电」九,蔚来全战略蓝图分析 —— 「VPP 之 V2G」十,蔚来全战略蓝图分析 —— 「NIO Power」
电池的梯度利用是很多电动车跟电池制造商正在做的事,特斯拉在中国官网写到:
「出于环保和商业原因,相比回收再利用,延长电池组的使用寿命是一项优先选择。
因此,在报废消费级电池组并做回收处理之前,Tesla 会尽一切努力,延长每个电池组的使用寿命。
Tesla 分布在世界各地的服务中心,可以处理不再满足客户需求的任何电池。我们报废的锂离子电池,均未做填埋处理,可 100% 回收利用。」
「出于环保和商业原因,相比回收再利用,延长电池组的使用寿命是一项优先选择。
因此,在报废消费级电池组并做回收处理之前,Tesla 会尽一切努力,延长每个电池组的使用寿命。
Tesla 分布在世界各地的服务中心,可以处理不再满足客户需求的任何电池。我们报废的锂离子电池,均未做填埋处理,可 100% 回收利用。」
并且,还因为不合德国电池回收法规,被德国政府罚款。
JB Straubel,这位特斯拉原 CTO 离职后,创立的 Redwood Materials 就是做锂电池的回收利用,已获得亚马逊的投资。
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电池包的梯度利用,是电动车保有量上升后,有利可图的生意。蔚能就是做这块生意的公司。
蔚能比起特斯拉做电池梯次利用,有独特好处: 换电。
不同于特斯拉,要车主到服务中心才能进行电池更换报废,蔚来车主只要到换电站换电,就会拿到合格的电池包,有问题的会被选汰,车主不用为电池包使用寿命费心。
为此, 曾士哲说蔚来的 BMS,在 SOH(电池健康状态)与一般定义不同,不只看电容量,还要看用户满意度。
个性化体验
什么叫用户满意度?
蔚来在 BMS 上面找寻用户敏感因子,针对用户的用车习惯和环境,做个性化参数,目前已在 100 度电池包完成初步设定。
未来每台车的电池包,会进行个体优化。
有人喜欢运动化调教、有人就是日常代步,不同的驾驶习惯,对电池包的动力输出跟耗电量有影响。
生活在不同纬度的人,不同的温度影响电池包续航很大。针对特定场景做优化,可以在同样电量下,做到更长的续航,并且延长电池包的寿命。
就像特斯拉的 BMS,借由数据挖掘,透过更新软件的关键参数,改善电池的续航。
蔚来的 100 度电池包,在数据挖掘下,可以提升夏季续航 10%、冬季续航 7% 和温控效率 30%,随着数据越多,还能持续优化。
为什么要这样做?
因为蔚来接下来要跳过 120 度,直接攻克 150 度电池包。
还有就是, 基于换电站运营的考虑。
蔚来想要让换电站的电池规格简单化,才会补贴客户把 84 度电池包淘汰,之后换电站的电池包规格只有 70 度三元锂、75 度三元铁锂标准续航电池跟长续航 100 度电池。
如果先开发 120 度,再开发 150 度,电池包规格又会变多,换电站分配各种电池包数量挺麻烦,84 度电池包就是如此,使用的车主少,又不能没有,要应付灵活升级,还需保留一部份的电池包冗余,这都是运营成本。
规格太多,也会造成电芯产能的效率降低,效率降低又会使电池包成本上升,增加负担。不如直接攻克 150 度电池包,效益最大。
但 150 度电池包研发旷日废时,在此之前的漫长等待,总不能什么都不做。
因此,利用端云融合的 BMS,可以持续让电动车的续航里程上升,让用户有感知,更能利用电池包大数据反馈。
蔚来的 BMS 不只有普通的直流内阻估算,还有电化学阻抗估算,电化学阻抗的变化更能显示电芯的正常与异常,利用数据挖掘反馈给宁德时代,可以少走弯路,加快研发进程。
BMS 的大数据体系
这是打通电池包梯池利用的核心技术。
有了这个体系,电池所谓的梯次利用才能被落地,因为电池梯次利用所讲的是两个方面的:一,电池包拆解二次利用电芯,这一步并不作电池的二次生产;二,电池整个回收后销毁,回收电芯材料。
最难的是第一种,将电池二次利用到储能双轮车等产品上,因为的衰减和电压可能都不一致会导致潜在风险,因此,包括 JB Straubel 在内大部份玩家所做的还是回收电池材料。
建立 BMS 大数据体系,是很多新能源汽车公司都有提出的方案,而蔚来与其他厂商不同的地方在于,「换电和 BMS 大数据体系」的结合,这就让蔚来的电池做梯次利用有了可能性。
看看蔚来这么做的。
1. BLMS(全生命周期管理系统)
有三个数据库分别是:
前面两个很好理解, 那什么是应用场景数据?
简单讲就是, 换电、仓储和工厂产品下线等,不在车辆使用场景下的状况。
蔚来把三个数据库打通做分析, 可以看出每批次的不同,比如换电芯料、不同模块混料,电芯的特性会改变。这样就能知道同一批次的状态,可以做批次管理,精准定位各批次状况,如果出问题,能针对特定批次回收电池包。
2. BRMS (实时监控系统)
这个系统主要是对安全相关状态跟事件进行监控和预测。透过售后服务团队与换电,在异常发生前把电池包先行处理,让工程师可以在第一时间确认原因并且改进。
这套系统在蔚来早期发生的电池起火后,把召回的处理进程加快很多。蔚来也因为自燃召回后的经验,对 BMS 特别用心,尤其注重电池包安全性。
很多监测跟安全措施需要付出成本,蔚来有惨痛经验,愿意付出更多成本,把电池自燃的可能性降到最低,并衍伸出第三个 BMS 大数据系统。
3. BIT(电池问题终结者)
BIT 的作用是什么呢?
我们知道电芯、模组、电池包和车辆都有可能出问题,而 BIT 就是把每个都问题输入进大数据系统,让系统自动找寻批次、将问题分门别类和探查问题的根源。希望能第一时间提前采取行动,帮用户无痛解决问题。
为什么说这是打通电池包梯次利用的核心?
BMS 的意义是, 希望把化学、物理的内容透过算法将状态数据化和透明化,唯有如此,才能对电池包的重要问题做出判断,如衰减的原因、充电与续航的准确性、电池包安全的界定。
过去对电池包这些信息不了解,对不了解的东西,估价只能以最低价评估,也就是材料回收的价格。很多电池包离报废还很远,但因为缺失评估标准,为安全起见,只能以最差的价值回收。
要做电池的梯度利用,对电池包的信息,尤其是全生命周期的数据非常必要。
蔚来是采分布式的 BMS 系统,可以针对个别模块做监控,也为之后的电池研发做准备。
三元铁锂电池
降本增效是每个企业的努力目标,蔚来自然不例外。在电动车中,电池占成本的大头,因此从电池包下手,是降成本最快速有感的手段。
使用磷酸铁锂(LFP)是电动车企的现在进行式,我们都知道蔚来的三元铁锂方案是将三元和铁锂集成到一个电池包内,这么简单的方法,其他车企不做,自然是有难题需要克服。
两种不同材料的电芯,电化学体系不同,导致自放电率、充放电模式与衰减幅度不同,要如何做到两者同步,才是问题所在。
蔚来是透过自身的 BMS 体系来解决问题。
宁德时代一开始给蔚来的方案电芯如同夹心饼干,NCM 与 LFP 交错排列,但如此做成本比单纯用 NCM 还贵,不但没省到还多亏钱,否决。
结果就是,曾士哲博士灵机一动用一个 NCM 模块当 SoC 估算的标尺不就好了?
但这里面有出现了新的问题,比如电池温度分布平衡问题,蔚来用 LFP 电芯 104 颗,NCM 电芯 14 颗则分布在电池包的四个角落,还有隔热材料与组装工艺的改良,相较于 LFP 的低温工况提升 25% 效率。
对于过充过放会对电芯造成不可逆的伤害,严重时甚至会引发热失控。
蔚来设置一个大功率的 DC/DC 做电池主动均衡,取长补短,做区间的动态调整。
此时就要靠 BRMS,利用算法估算电芯间的 SOC 差距,结合两者的最优容量保持率、最优功率特性,将电能补充到匮乏的位置,背后依靠的是 BMS 云端协同的复杂算法体系支持。
透过这套复杂的算法,三元铁锂电池包的 SOC 估算精度接近三元的 3% 误差,相较于铁锂的 10% 误差,已经大幅改善估算精度。
如果依然无法解决三元铁锂的 SOC 估算问题,需要对电池包进行深度充放重新估算,其他车企要回到 4S 店才能解决。
蔚来只要电池包进入换电体系,利用换电站在充电时对三元铁锂进行重新估算,2 代换电站有足够的冗余,有空间重新校准电池包的 SOC。
如果电池包到了进入换电站来优化 SOC 就会有两种情况,一个是完成继续使用;另一个就是电池包退出流通。
这就是我们来看蔚来电池梯次利用里比较关键的一步了。
当 BMS 检测到电池包状态不健康,由于电池包的 SOC 受到木桶效应影响,决定电池包寿命是状态最差的电芯。
如果最差的电芯与其他健康电芯的均衡状态差太远,BMS 会在充放电时做均衡,尽量平衡各模块状态一致,避免过充和过放,能减少热失控,延长电池包寿命,蔚来可以透过个别提醒换电把电池包换掉,退出流通。
注意退出流通不是结束,而是开始,电池包的梯度利用就此展开。
这就是我们下一篇专题内容讲的核心了,通过对蔚来电池技术以及 BMS 技术的策略的回顾我们可以看到,在蔚来的整个体系内每一个技术板块都是互相成就最终最组成蔚来大体系的一部分。
更多阅读
蔚来专题(一)|蔚来全战略蓝图分析 — 「商业模式」
蔚来专题(二)| 蔚来全战略蓝图分析 —「BaaS 成立前提」
蔚来专题(三)|蔚来全战略蓝图分析 —「BaaS 与二手车」
蔚来专题(四)|电池技术:大电池包 + 换电 = 效率翻倍
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