蔚来圆柱版「三元铁锂」？

在现有的动力电池中，往往在一个电池包中配置具有单一结构的单一体系电芯，优点是有利于批量生产和统一控制；缺点是，难以平衡性能和整包成本。

动力电池的能量密度，作为其重要的性能指标，直接影响着电动汽车的续航里程，如何提高动力电池的能量密度是相关领域的技术人员密切关注的热点和焦点。

在这个过程中蔚来区别于其他厂商，其利用三元和铁锂的集成来解决性能和成本之间的问题。

但「三元铁锂」更多是解决了铁锂电池的 SOC 估算问题，在蔚来标准化的电池包体积之下，如何提升能量密度是蔚来的新挑战。

因此，蔚来提出了一个新专利。

话不多说一起看看吧。

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蔚来圆柱版「三元铁锂」？

2021 年 5 月，我们全网独家解读了蔚来「三元铁锂」电池包的技术专利，10 月蔚来发布了量产版的 75 度三元铁锂电池包。

2022 年 3 月，在国家知识产权局的公告里，又出现了一个电池包的技术专利，专利中显示申请人为「蔚来汽车科技（安徽）有限公司」，发明人正是蔚来动力电池系统副总裁曾士哲。

根据专利显示，本发明的目的则是：「提升电池包的能量密度」。

从以往的经验来看，这款电池包量产的概率非常高。因此，我们来看看蔚来又用了什么黑科技来提高动力电池的能力密度。

蔚来擅长另辟蹊径，用市场上不常见的方案来解决问题，比如换电和三元铁锂电池包，想要看懂蔚来的新电池包专利，首先我们先明确几个问题：

目前提升能量密度主要的方案还是改善电池包结构，核心是多装电芯；

蔚来做动力电池的结构创新，必须是在现有的电池包设计规格之下，要满足新老车型的换电需求；

蔚来要做的事难度在于，要在有限的电池包空间内增加铁锂版以及三元版的能量密度。

看看蔚来怎么做的

根据专利表述：

蔚来提供一种电池包，电池包包括支撑部，支撑部为电池包提供结构支撑；还包括电芯组件，其中，部分电芯组件位于支撑的内部。

电池包中电芯有两组组件，包括「第一组电芯」与「第二组电芯」，第一组电芯采用「第一结构」；第二组电芯采用「第二结构」，并且位于所述支撑部的内部。

其中，第一结构不同于所述第二结构。

解释一下。

从蔚来现有的电池包来看，电池整包拆解后可以看到几个重要的组件，从里到外是电芯、模组、横纵结构梁（用于结构支撑）、上下盖板、外壳体封装件。

上面我们说了，蔚来电池包增加能量密度的难点在于，不能改变现有电池包的外形，所以蔚来能做的就是在电池包内部做文章。

根据上述专利的表述，蔚来专利这款新电池包会有两种电芯结构，也就是模组，并且两种模组的结构不同。

重要的是第一句，表明了这款电池包内有部分电芯是封装在「支撑部」内部的。

要知道，这里说的「支撑部」其实就是指电池包内的结构梁，是不是意味着蔚来将电芯集成到了结构梁内呢？

我们接着往下看。

在传统电池包中，为了结构支撑而布置于电池包中的支撑部降低了电池包中能够用于布置电芯的空间，因而会影响到电池包的整体能量密度。

针对这个问题，蔚来将一组电芯布置于横梁的内部，从而优化了新电池包中的空间安排，同时保持新电池包具有足够的结构强度。

也就是专利图里显示的，电池包内除了传统的大模组，蔚来将包内的横梁进行了挖孔，形成了一个可容纳一组电芯的空置区域，这个控制区域就叫「支撑部」，将电芯布置在此就可以达到不改变电池包外形结构，又可以增加整包能量密度的作用了。

在专利中，仅显示了支撑部内部布置一种电芯模组，但事实是在横梁的挖孔内可以布置多个电芯模组，这取决于横梁挖孔的大小，按照现有横梁的大小来看布置一组电芯模组是最优解。

在新电池包中，支撑部是位于中央的横梁上，但专利表明，支撑部限于这样的结构设计，还有可能是纵梁、边梁等其他适当的支撑部或它们的组合。

总结一下什么意思呢？

简单理解就是，蔚来把电池包内能用的空间基本都用上了，除了常规的大模组，蔚来将横梁、纵梁、边梁等区域能进行挖孔的都行进挖孔，目的是装更多电池进去提升整包能量密度。

在连接方式上，专利也有披露：

在新电池包中，大模组电芯与支撑部内电芯模组可采用串、并方式连接或者其他混联方式连接。

而支撑部内的电池模组封装是，支撑部电芯通过开口部经由结构胶固定于横梁的内部，除了结构胶，电芯也可以利用螺栓、卡扣等任何适当的方式固定于横梁中。

以上全部内容讲了新电池包内部结构的变化，而这款新电池包最大的特点是，不再是单一结构的单一体系电芯的电池包。而是可以根据实际需求灵活调整。

什么意思？

以往的电池包都是三元或者铁锂，单一化学体系的，除了蔚来的三元铁锂，而这次蔚来新的电池包延续了「三元铁锂」的概念，包内大模组电芯可以是三元或者铁锂；支撑部模组电芯也可以是这二者，并且这其中所有的电芯都可以用方壳、刀片、圆柱、软包结构。

比如，大模组电芯用方壳型结构，而横梁内的小模组电芯可以用圆柱型结构，并且二者采用不同的结构是出于提高空间利用率的目的。其中，横梁内圆柱电芯的结构尺寸直径可以在 15 - 100 mm内，高度可以在 65 - 200 mm内。

也就是说，横梁内的使用圆柱电池的空间利用效率最高，同时挖孔的空间可以覆盖主流圆柱电池的 1865、2170、4680 电芯。从专利图上看，单排的 4680 圆柱电池可能是最好的选择。

这款电池包的设计优势在哪？

从整个结构来看，这款电池包如果量产，会比现有电池包有几个方面的提升：

一，提升整包能量密度。

空间的利用率增加，让蔚来可以装更多电芯，整包能量密度势必提升。

二，电池包内部的电芯选择灵活度变高。

专利里提到，理论上两种模组都不受材料体系的制约，也不受模组大小的制约，那就意味着，大模组可以选择大圆柱、刀片、短刀片、方壳标准电芯，这样带来的好处是，蔚来可选择的供应商会增加。

此外，对于新电池包中的三元锂电芯的镍含量不设限制，其可以是例如 30% 的低镍电芯，也可以是例如 96% 的高镍电芯。

三，成本、能量密度、性能的共赢。

我们都知道，车企采用铁锂电池版，主要是因为三元电池的成本过高，但采用铁锂电池虽然保住了成本，但性能和能量密度是有所牺牲的。

在去年，蔚来提出了「三元铁锂」电池包，利用三元电池 SOC 估算精准，来整包的 SOC 估算精度的问题，同时主电芯采用铁锂，既满足了性能也满足了成本，但唯独没有解决能量密度。

而新电池包不仅充分利用常规空间，还利用了横、纵、边梁的有限位置来布置电芯，而这部分则是增加的电芯，而且可以用来布置三元电池。

专利显示，「在新电池包中，大模组可采用磷酸铁锂电芯，小模组可采用三元锂电芯，磷酸铁锂电芯由于其电压平台的相对平坦，导致 SOC 估算精度相对低，特别是在 低温环境下，将三元锂电芯与磷酸铁锂电芯组合运用于新电池包中，可以提高原磷酸铁锂电芯的 SOC 估算精度，改善整个电池包的性能。」

三元电池采用圆柱结构，是因为横、纵、边梁的大小有限，挖孔的大小也是如此，而圆柱电池的空间利用效率最高，所以整个电池包可以看作是：蔚来圆柱电芯的升级版「三元铁锂」电池包。

02

电芯的布置方案

上面我们聊了，这款新电池包的创新逻辑，本质上还是将空间进一步压榨，专利中明确了几个电芯的布置案例：

一，大模组与小模组的混合配置。

相较于上文中的大模组电芯的 4 个模组，上图中的大模组电芯一共有 32 个模组，也就是专利并不限制大模组电芯中的模组个数。大组件的模组既可以采用数量相对多的小模组，也可以采用数量相对少的大模组，还可以采用大模组与小模组的混合配置。

二，不限制支撑部中横梁、纵梁、边梁，并且不限制个数和位置。

相较于上文说的，支撑部包括位于新电池包中央的单个横梁，新电池包中的支撑部还可以是，位于电池包上部的横梁和位于电池包下部的横梁。

可见，本发明并不限制支撑部中横梁的个数和位置，其可以是位于电池包中任何适当位置的 任何个数的横梁。

从这款电池包可以看出，蔚来截止到新电池之后，很难再去结构性的创新来提升能量密度了，但这款新电池包给市场采用大模组方案的车企带来了新的方向，就是把一且能用的空间全都利用起来。

写在最后

根据专利显示在新电池包中，通过将部分电芯布置在支撑部内部，从而利用支撑部内部的空间，提高了整个电池包内部的空间利用率，提升了电池包的能量密度，同时保持足够的电池包结构强度。

位于支撑部内部的电芯及其相关部件（例如，用于固定电芯的结构胶）能够保持电池包的结构强度。由此，这个发明能够实现在不减弱电池包结构强度的情况下提升电池包的能量密度。

同时电池包中，可以在支撑部内部布置与电池包其他位置不同结构类型的电芯，从而进一步提高支撑部内部的空间利用率，提升电池包的能量密度。

此外，可以在支撑部内部与电池包其他位置布置不同化学体系的电芯，利用不同化学体系的电芯的相互组合来提高整个电池包的综合性能。这里最大的作用就是，将「三元铁锂」电池包的能量密度提高。

审核编辑 ：李倩