前几天参加了哪吒汽车有关电池开发的Workshop，其自主研发的“天工电池”的技术细节比较多。总体来看，“天工电池”是构建于我们熟悉的传统方壳电池，重点对电池结构安全设计、热管理系统、智能云端管理等方面进行了优化，将在 哪吒S车型上搭载。由于今年电池价格成本下降曲线被打断，所以哪吒也开始同时开发纯电版车型（续航715km）和增程版车型（纯电续航300km），这也是对当下电池成本波动的自然反应。

哪吒汽车的电池系统开发路线主要分为三代——

· 第一代：VDA模组，这个大家都很清楚。

· 第二代：定制大模组CTP，这个和双排的不一样，目前的方案是围绕长条模组开发的。我们根据核算成组率中位数75%、Pack能量密度185Wh/kg，对应的电芯能量密度为246Wh/kg。

· 第三代：将在2023年的应用的下一代电池为CTP/CTC的模式，目标能量密度超过210Wh/kg，集成效率85%，估算电芯能量密度为247Wh/kg。

我的理解，从2022年开始哪吒天工电池系统的迭代主要是进一步做无模组集成化，从而降低结构部件的重量。

图1 哪吒电池系统的技术路线

PART 1：电池系统的设计

如下图所示，这是标准的C家（宁德时代）主导的电芯设计的延伸。

图2 哪吒的电芯选择

定制的模组采用13个电芯为一个模组，然后中间有11片汽凝胶。为了结构上的考虑，等于把原来的两个模组取消了一块端板，然后整合起来。模组的两块侧板都在，并且采用了多面的绝缘设计防护。

从示意图来看，每片气凝胶为了起到防护效果厚度不小，并且每个电芯都加了一片。

图3 定制的大模组

整包一共使用7个大模组，也就是7*13=91个电芯。为了保证整个电芯在热失控下的整包防护效果，采取了一整块的隔热片，来对复合材料的上盖进行保护。

图4 电池包的设计

下面是一整块完整的热绝缘防护，抗冲击的高温绝缘，这其实也是设计CTC方壳电池的难点所在，在Z向高度需要考虑上盖的防护——比如246Wh/kg能量密度的三元锂电芯，并且能量又很大的时候，这个接近1kWh的电芯热量释放是很剧烈的。

图5 经典的方壳热设计

为了设计矮边沿的托盘，特意采用了复合材料的上盖，一方面是可以有效提升足够的边缘覆盖能力，另一方面也需要保证隔热材料能保护上盖在热失控的过程中免受损害。

图6 复合材料的上盖

这是液冷布置的效果，采取了3大1小一共四块水冷板。

现在电池热管理系统，主要还是采用和系统打通的模式——

1）前馈式的热管理：

从前端的控制策略（驾驶工况），主要根据导航和整体需求，综合计算电池的制冷和制热的需求，通过行驶的预期来判断单次充电时间，计算进行充电的能耗。

2）基于大数据的加热策略：

基于地图中的大数据信息（从A点到B点），这个估计通过智能座舱计算有多少上坡、有多少下坡，根据上下坡路程来分配能耗。然后在整车系统中通过AB点的距离，估算应否进行加热等等这样的行车加热策略。

3）加热时间管理：

由于电池更大了，其实启用热管理的时间只有5%，而恒温状态占到了95%（热管理系统不动作）。

4）可预充的保温功能：

基于手机APP算法和控制，在出门之前进行预加热和保温来调节电池温度。

图7 电池热管理

PART 2：电池管理系统

其实对电池管理系统这部分的介绍主要是加入了云端管理，主要包括基于大量数据提取之后的云端SOH算法估计。我的理解是，逐渐在车载系统里面的BMS算法，更多是提供一个基础的电池运行状态，需要结合域控制器和云端的算法来对电池进行更好的管理。

图8 SOH算法

图9 析锂的判断

图10 故障归因的管理

图11 安全的预警策略

我觉得国内这几年比较大的突破，是在电池的安全运维方面。随着大量的电池数据采集被高速上传到服务器平台，可以形成一种提前筛选电池问题的模式，从而预防整车起火——这在新势力车企基本是标配了。

图12 基于三元锂电池的运维数据监控

小结：

我的个人看法，在传统的方壳电芯设计中，现在确实有点趋同，也就是哪吒的方案和大部分竖着放的方壳电池没有特别大的差异，主要是在安全和管理上进行优化，这就是一个非常典型的方案，你要问它和NIO的100kWh比有啥区别，我还真有点说不上来。大部分用方壳电池的车企都是类似的设计，使用了大量的热绝缘和热防护的材料。

图｜网络及相关截图

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。