隨著我們身邊越來越多的產(chǎn)品逐漸走向智能化，許多用戶也都有了越來越嚴(yán)重的“續(xù)航焦慮”，以手機(jī)為例，坐在辦公室里的時(shí)候可能沒什么感覺，不過只要是外出旅行或者出差在路上，這手機(jī)電量要是飄紅了，心里總覺得不太踏實(shí)。不過如果說手機(jī)的續(xù)航不足只是讓我們心里不踏實(shí)，那么如今逐步普及的純電汽車在冬天的續(xù)航表現(xiàn)，就更讓許多用戶“不踏實(shí)”，尤其是許多北方的油車車主，談到換純電車的問題時(shí)，總會(huì)表現(xiàn)出對冬季續(xù)航表現(xiàn)的擔(dān)憂。
那么為了探索目前車企在純電車冬季續(xù)航方面做出的最新探索和努力，IT之家本次來到了理想汽車冬季用車技術(shù)日，與理想的工程師們一起探討了他們在提升冬季續(xù)航方面的最新成果。
一、“節(jié)流”
其實(shí)大多數(shù)可以計(jì)量的東西，想要節(jié)約，無外乎四個(gè)字“開源節(jié)流”。不過這四個(gè)字說起來簡單，做起來可并不容易。對于電動(dòng)汽車來說，冬季處處都要用電，無論是空調(diào)、座椅加熱、方向盤加熱，還是電驅(qū)、電控，都要耗電。
犧牲用戶體驗(yàn)降低電耗是萬萬不可能的，那么如何在保證體驗(yàn)甚至提高體驗(yàn)的情況下降低電耗實(shí)現(xiàn)“節(jié)流”呢，理想的工程師和我們分享了兩個(gè)“法寶”。
雙層流空調(diào)箱
顧名思義，雙層流空調(diào)箱是指對空調(diào)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下分層，引入適量外部空氣分布在上層空間，在解決玻璃起霧風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也能讓成員呼吸到新鮮的空氣。內(nèi)循環(huán)的溫暖空氣分布在車艙下部空間，使用更少的能量就可以讓腳部感到溫暖。
同時(shí)，結(jié)合溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器等豐富的傳感單元，理想汽車開發(fā)了更智能的控制算法，在確保不起霧的前提下可以將內(nèi)循環(huán)空氣的比例提升到 70% 以上，節(jié)能效果顯著。
以理想 MEGA 為例，在-7°C 的 CLTC 標(biāo)準(zhǔn)工況下，雙層流空調(diào)箱能夠帶來 57W 的能耗降低，這也意味著 3.6km 的續(xù)航提升。看起來不多，不過我們討論的是“節(jié)流”，自然要積少成多。
全棧自研熱管理架構(gòu)
除了空調(diào)箱的創(chuàng)新，為了應(yīng)對冬季不同場景，在各種環(huán)境下都對每一份熱量精細(xì)化利用，理想汽車對熱管理系統(tǒng)的架構(gòu)也進(jìn)行了自研創(chuàng)新。其中一個(gè)十分常見的場景是冬季早晨通勤時(shí)的冷車啟動(dòng)。由于這種情況多為城市行駛工況，電驅(qū)盡管有余熱可以供給座艙采暖，但熱量并不多。如果熱管理架構(gòu)采用傳統(tǒng)方案，電驅(qū)余熱在向座艙傳遞時(shí)還會(huì)同時(shí)經(jīng)過電池，為電池加熱。
但如果此時(shí)電池電量較高，實(shí)際上并不需要加熱來增加放電能力，那么為電池加熱反而成了不必要的能量消耗。
因此，理想汽車在熱管理系統(tǒng)的回路中增加了繞過電池的選項(xiàng)，讓電驅(qū)直接為座艙供熱，相比傳統(tǒng)方案節(jié)能 12% 左右。其實(shí)這個(gè)思路就有點(diǎn)像理想做增程的思路，兩套系統(tǒng)，按需使用，必要的時(shí)候同時(shí)工作，最大化的保證運(yùn)行效率和使用體驗(yàn)。
不過增加系統(tǒng)冗余度的同時(shí)，也勢必會(huì)帶來零部件復(fù)雜度、整車重量的增加，這也是需要克服的問題，因此，理想汽車還對零部件做了高效設(shè)計(jì)，減少熱管理系統(tǒng)本身的熱耗散。理想 MEGA 的熱管理集成模塊，將泵、閥、換熱器等 16 個(gè)主要功能部件集成在一起，大幅減少零部件數(shù)量，管路長度減少 4.7 米，管路熱損失減少 8%，這也是行業(yè)首款滿足 5C 超充功能的集成模塊。
此外，增程熱泵系統(tǒng)的超級集成模塊也搭載在了理想 L6 上，解決了空間布置難題，實(shí)現(xiàn)了增程車型從 0 到 1 的突破。
多源熱泵系統(tǒng)
冬季北方的另一個(gè)“耗電大戶”，也是日常痛點(diǎn)，就是早上起來的“熱車”環(huán)節(jié)，經(jīng)歷過的朋友想必都了解個(gè)中滋味。
目前行業(yè)內(nèi)大部分電動(dòng)汽車針對冬季采暖有兩種常規(guī)解法，使用最廣泛的是 PTC（加熱器，用于電池或乘員艙加熱的熱源產(chǎn)生）直接加熱水或空氣采暖，簡單快速，但要做到兼顧北方較寒冷地區(qū)（-20°C）的采暖需求，體積、重量和能耗都會(huì)大幅增加；此外也有車企采用熱氣旁通方案，通過電動(dòng)壓縮機(jī)自發(fā)熱采暖，但這種采暖方式在初始段的制熱速度慢且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高、噪音大。
為了解決這兩種常規(guī)解法的弊端，理想 MEGA 采用了自研多源熱泵系統(tǒng)，具備 43 種模式可以應(yīng)對全溫域多場景下的能量調(diào)配。
對于低溫下空調(diào)采暖效果不好的問題，可通過壓縮機(jī)“自產(chǎn)自銷”快速制熱：利用空調(diào)采暖后溫度依然比較高的冷卻液快速加熱冷媒，激活熱泵單元，使電動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生額外的制熱能力。這套方案與行業(yè)常規(guī)做法的制熱能力的對比: 采暖速度更快，峰值制熱能力更大。
通過先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、核心零部件的創(chuàng)新開發(fā)以及精細(xì)化的標(biāo)定控制，在冬季用車的“節(jié)流”方面，理想汽車可以說是成功的在不損失甚至一定程度上提高了用戶體驗(yàn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀的能耗控制。
二、“開源”
聊完了節(jié)流，我們在來聊聊開源。對于電量的開源，最簡單的辦法，自然是多充電，這在大多數(shù)人聽起來可能是廢話，沒錯(cuò)，確實(shí)是廢話，畢竟車不是手機(jī)，隨用隨充的道理大家都懂，不過這車也不能走哪兒都帶個(gè)充電寶不是。
低內(nèi)阻電芯麒麟 5C 電池
冬季電池低溫能量衰減的主要原因，是由于在低溫環(huán)境下，鋰離子電池的電化學(xué)活性降低，自身放電阻力增大。這意味電池放電效率下降，會(huì)有更多的能量在電池內(nèi)部被消耗掉。同時(shí)，電池的功率能力也會(huì)下降，低電量下可能無法支持車輛正常行駛的同時(shí)，還需要額外消耗能量去加熱電池。
針對這一問題，理想汽車在達(dá)成 MEGA 的 5C 超充性能研究上，對電芯內(nèi)阻構(gòu)成進(jìn)行了分析，拆解了三個(gè)層級共 17 項(xiàng)內(nèi)阻成分，再針對每一項(xiàng)內(nèi)阻成分進(jìn)行優(yōu)化可行性分析。
最后，通過采用超導(dǎo)電高活性正極、低粘高導(dǎo)電解液等技術(shù)，理想的研發(fā)人員成功將 MEGA 5C 電芯的低溫阻抗降低了 30%，功率能力相應(yīng)提升 30% 以上。如果放到整車低溫續(xù)航測試工況來看，這意味著內(nèi)阻能量損失減少 1%，電池加熱損耗減少 1%，整體續(xù)航可以增加 2%。
ATR 電量估算算法“夯實(shí)”鐵鋰電池續(xù)航
除了理想 MEGA 采用的麒麟 5C 電池，理想 L6 的磷酸鐵鋰電池同樣針對冬季用車進(jìn)行了優(yōu)化。許多電動(dòng)車用戶都曾有過這樣的尷尬經(jīng)歷：明明儀表盤上顯示還有電量，卻突然發(fā)生失速、甚至“趴窩”的情況。問題的根源在于磷酸鐵鋰電量估不準(zhǔn)，這個(gè)難題也已經(jīng)持續(xù)困擾了行業(yè)近十年。
磷酸鐵鋰電量估不準(zhǔn)，主要原因是校準(zhǔn)機(jī)會(huì)少。行業(yè)內(nèi)一般采用電池開路電壓校準(zhǔn)電量。對于三元鋰電池，由于開路電壓與剩余電量通常呈現(xiàn)一一對應(yīng)的關(guān)系，因此可以通過測量電壓來準(zhǔn)確估算電量。但磷酸鐵鋰電池則完全不同，同一個(gè)開路電壓可能對應(yīng)多個(gè)電量值，導(dǎo)致電量難以校準(zhǔn)。為了解決這一困擾，許多車企建議用戶定期將電池充滿，用于校準(zhǔn)電量。不過這樣的做法并未從根本上解決磷酸鐵鋰電池電量估不準(zhǔn)的問題。特別是對于增程或插混車型，用戶的駕駛習(xí)慣使得電池充滿的機(jī)會(huì)更少，因此電量校準(zhǔn)變得難上加難。
針對這個(gè)問題，理想自主研發(fā)了 ATR 自適應(yīng)軌跡重構(gòu)算法，算法能夠依據(jù)車主日常用車過程中的充放電變化軌跡，實(shí)現(xiàn)電量的自動(dòng)校準(zhǔn)。即便用戶長期不滿充，或者單純用油行駛，電量估算誤差也能保持在 3% 至 5%，相比行業(yè)常規(guī)水平提升了 50% 以上，使得理想 L6 在低溫場景下使用時(shí)，相比于傳統(tǒng)算法放電電量提升了至少 3%，讓冬季續(xù)航更扎實(shí)。
功率控制 APC 算法強(qiáng)化低溫表現(xiàn)
另一方面，許多小伙伴可能不知道的是，無論是手機(jī)還是電動(dòng)汽車，系統(tǒng)所顯示的 100% 電量，并不是對于電池來說所有的電量，這是因?yàn)殡姵剡€需要留一小部分電量來“保護(hù)自己”，這部分電量稱為“安全邊界”。一旦低于安全邊界，便會(huì)對電池造成一定的壽命影響。
由于電池材料對溫度較為敏感，在低溫下會(huì)出現(xiàn)比常溫更快的電壓跌落和更大的電壓波動(dòng)，所以行業(yè)內(nèi)通常會(huì)采用較為保守的功率控制算法，限制低溫下電池放電時(shí)的電壓落差。因此，傳統(tǒng)方法會(huì)留有非常多的功率冗余，造成“有力使不出”的情況。
理想針對這一問題，推出了自研的 APC 功率控制算法，通過高精度的電池電壓預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了未來工況電池最大能力的毫秒級預(yù)測，因此，可以在安全邊界內(nèi)，最大限度地釋放動(dòng)力。憑借 APC 算法，理想 L6 在低溫環(huán)境下的電池峰值功率提升 30% 以上，讓用戶暢享澎湃動(dòng)力外，也將增程器啟動(dòng)前的放電電量提升了 12% 以上，將冬季的純電續(xù)航進(jìn)一步提升。
ATR 算法和 APC 算法的成功開發(fā)，可以說是撥開了籠罩磷酸鐵鋰電池的“兩朵烏云”。兩大算法合力，讓理想 L6 的低溫純電續(xù)航提升 15% 之多；而低內(nèi)阻的麒麟 5C 電池，也讓純電的 MEGA 的電量能夠從源頭上得到節(jié)省。
總結(jié)
作為產(chǎn)品定位始終如一針對家庭用戶的理想汽車，在產(chǎn)品定位清晰的基礎(chǔ)上，也是深挖家庭用戶的痛點(diǎn)，對于家庭來說，安全、舒適是重中之重。而此次理想汽車在冬季用車體驗(yàn)上的研發(fā)成果展示，可以說覆蓋了安全、舒適這兩大核心痛點(diǎn)。
磷酸鐵鋰電量的準(zhǔn)確估算、5C 充電的溫度管理，這些都是涉及到用車安全的問題，畢竟誰也不想在全家出行的時(shí)候車輛“趴窩“。而雙層流空調(diào)箱、多源熱泵系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，則大幅提升了用車的舒適性，讓一家人能夠舒適的坐在一臺熱得快、熱的穩(wěn)的車?yán)铩?/p>
作為用戶，我們也期待車企能夠在安全、舒適相關(guān)的技術(shù)上實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新和突破，進(jìn)一步提高用戶在各種場景下的用車體驗(yàn)。
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