在現有的動力電池中，往往在一個電池包中配置具有單一結構的單一體系電芯，優點是有利于批量生產和統一控制；缺點是，難以平衡性能和整包成本。

動力電池的能量密度，作為其重要的性能指標，直接影響著電動汽車的續航里程，如何提高動力電池的能量密度是相關領域的技術人員密切關注的熱點和焦點。

在這個過程中蔚來區別于其他廠商，其利用三元和鐵鋰的集成來解決性能和成本之間的問題。

但「三元鐵鋰」更多是解決了鐵鋰電池的 SOC 估算問題，在蔚來標準化的電池包體積之下，如何提升能量密度是蔚來的新挑戰。

因此，蔚來提出了一個新專利。

話不多說一起看看吧。

01

蔚來圓柱版「三元鐵鋰」？

2021 年 5 月，我們全網獨家解讀了蔚來「三元鐵鋰」電池包的技術專利，10 月蔚來發布了量產版的 75 度三元鐵鋰電池包。

2022 年 3 月，在國家知識產權局的公告里，又出現了一個電池包的技術專利，專利中顯示申請人為「蔚來汽車科技（安徽）有限公司」，發明人正是蔚來動力電池系統副總裁曾士哲。

根據專利顯示，本發明的目的則是：「提升電池包的能量密度」。

從以往的經驗來看，這款電池包量產的概率非常高。因此，我們來看看蔚來又用了什么黑科技來提高動力電池的能力密度。

蔚來擅長另辟蹊徑，用市場上不常見的方案來解決問題，比如換電和三元鐵鋰電池包，想要看懂蔚來的新電池包專利，首先我們先明確幾個問題：

目前提升能量密度主要的方案還是改善電池包結構，核心是多裝電芯；

蔚來做動力電池的結構創新，必須是在現有的電池包設計規格之下，要滿足新老車型的換電需求；

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

看看蔚來怎么做的

根據專利表述：

蔚來提供一種電池包，電池包包括支撐部，支撐部為電池包提供結構支撐；還包括電芯組件，其中，部分電芯組件位于支撐的內部。

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「第一結構」；第二組電芯采用「第二結構」，并且位于所述支撐部的內部。

其中，第一結構不同于所述第二結構。

解釋一下。

從蔚來現有的電池包來看，電池整包拆解后可以看到幾個重要的組件，從里到外是電芯、模組、橫縱結構梁（用于結構支撐）、上下蓋板、外殼體封裝件。

上面我們說了，蔚來電池包增加能量密度的難點在于，不能改變現有電池包的外形，所以蔚來能做的就是在電池包內部做文章。

根據上述專利的表述，蔚來專利這款新電池包會有兩種電芯結構，也就是模組，并且兩種模組的結構不同。

重要的是第一句，表明了這款電池包內有部分電芯是封裝在「支撐部」內部的。

要知道，這里說的「支撐部」其實就是指電池包內的結構梁，是不是意味著蔚來將電芯集成到了結構梁內呢？

我們接著往下看。

在傳統電池包中，為了結構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，因而會影響到電池包的整體能量密度。

針對這個問題，蔚來將一組電芯布置于橫梁的內部，從而優化了新電池包中的空間安排，同時保持新電池包具有足夠的結構強度。

也就是專利圖里顯示的，電池包內除了傳統的大模組，蔚來將包內的橫梁進行了挖孔，形成了一個可容納一組電芯的空置區域，這個控制區域就叫「支撐部」，將電芯布置在此就可以達到不改變電池包外形結構，又可以增加整包能量密度的作用了。

在專利中，僅顯示了支撐部內部布置一種電芯模組，但事實是在橫梁的挖孔內可以布置多個電芯模組，這取決于橫梁挖孔的大小，按照現有橫梁的大小來看布置一組電芯模組是最優解。

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構設計，還有可能是縱梁、邊梁等其他適當的支撐部或它們的組合。

總結一下什么意思呢？

簡單理解就是，蔚來把電池包內能用的空間基本都用上了，除了常規的大模組，蔚來將橫梁、縱梁、邊梁等區域能進行挖孔的都行進挖孔，目的是裝更多電池進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內電芯模組可采用串、并方式連接或者其他混聯方式連接。

而支撐部內的電池模組封裝是，支撐部電芯通過開口部經由結構膠固定于橫梁的內部，除了結構膠，電芯也可以利用螺栓、卡扣等任何適當的方式固定于橫梁中。

以上全部內容講了新電池包內部結構的變化，而這款新電池包最大的特點是，不再是單一結構的單一體系電芯的電池包。而是可以根據實際需求靈活調整。

什么意思？

以往的電池包都是三元或者鐵鋰，單一化學體系的，除了蔚來的三元鐵鋰，而這次蔚來新的電池包延續了「三元鐵鋰」的概念，包內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、軟包結構。

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

也就是說，橫梁內的使用圓柱電池的空間利用效率最高，同時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。

這款電池包的設計優勢在哪？

從整個結構來看，這款電池包如果量產，會比現有電池包有幾個方面的提升：

一，提升整包能量密度。

空間的利用率增加，讓蔚來可以裝更多電芯，整包能量密度勢必提升。

二，電池包內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、方殼標準電芯，這樣帶來的好處是，蔚來可選擇的供應商會增加。

此外，對于新電池包中的三元鋰電芯的鎳含量不設限制，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，車企采用鐵鋰電池版，主要是因為三元電池的成本過高，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，蔚來提出了「三元鐵鋰」電池包，利用三元電池 SOC 估算精準，來整包的 SOC 估算精度的問題，同時主電芯采用鐵鋰，既滿足了性能也滿足了成本，但唯獨沒有解決能量密度。

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

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的相對平坦，導致 SOC 估算精度相對低，特別是在 低溫環境下，將三元鋰電芯與磷酸鐵鋰電芯組合運用于新電池包中，可以提高原磷酸鐵鋰電芯的 SOC 估算精度，改善整個電池包的性能。」

三元電池采用圓柱結構，是因為橫、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，所以整個電池包可以看作是：蔚來圓柱電芯的升級版「三元鐵鋰」電池包。

02

電芯的布置方案

上面我們聊了，這款新電池包的創新邏輯，本質上還是將空間進一步壓榨，專利中明確了幾個電芯的布置案例：

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 個模組，上圖中的大模組電芯一共有 32 個模組，也就是專利并不限制大模組電芯中的模組個數。大組件的模組既可以采用數量相對多的小模組，也可以采用數量相對少的大模組，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，并且不限制個數和位置。

相較于上文說的，支撐部包括位于新電池包中央的單個橫梁，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，本發明并不限制支撐部中橫梁的個數和位置，其可以是位于電池包中任何適當位置的 任何個數的橫梁。

從這款電池包可以看出，蔚來截止到新電池之后，很難再去結構性的創新來提升能量密度了，但這款新電池包給市場采用大模組方案的車企帶來了新的方向，就是把一且能用的空間全都利用起來。

寫在最后

根據專利顯示在新電池包中，通過將部分電芯布置在支撐部內部，從而利用支撐部內部的空間，提高了整個電池包內部的空間利用率，提升了電池包的能量密度，同時保持足夠的電池包結構強度。

位于支撐部內部的電芯及其相關部件（例如，用于固定電芯的結構膠）能夠保持電池包的結構強度。由此，這個發明能夠實現在不減弱電池包結構強度的情況下提升電池包的能量密度。

同時電池包中，可以在支撐部內部布置與電池包其他位置不同結構類型的電芯，從而進一步提高支撐部內部的空間利用率，提升電池包的能量密度。

此外，可以在支撐部內部與電池包其他位置布置不同化學體系的電芯，利用不同化學體系的電芯的相互組合來提高整個電池包的綜合性能。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