理想：自研熱管理技術(shù)第一梯隊(duì)，冬季純電續(xù)航提升15%

賈浩楠 2024-12-18 14:28:09 來(lái)源：量子位

當(dāng)冬季低溫來(lái)襲，新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的“縮水”一直是北方地區(qū)車(chē)主用車(chē)時(shí)的普遍痛點(diǎn)。究其原因，最主要的是低溫下材料物理特性的變化。-7℃時(shí)，輪胎滾動(dòng)阻力相比常溫增加50%、風(fēng)阻增加10%，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中潤(rùn)滑油變粘稠導(dǎo)致效率降低2%，以及卡鉗和軸承的拖滯阻力也會(huì)增加50%。除了在基礎(chǔ)材料科學(xué)領(lǐng)域投入研發(fā)，解決上述原因?qū)е碌哪芎脑黾樱硐肫?chē)將提升冬季續(xù)航的重點(diǎn)放在了熱管理系統(tǒng)和電池上。

在冬季續(xù)航的下降中，空調(diào)消耗占比15%、電池?fù)p耗占比10%左右，理想汽車(chē)針對(duì)這兩項(xiàng)問(wèn)題提出了一套“開(kāi)源節(jié)流”的解決方案。節(jié)流對(duì)應(yīng)的是在確保座艙舒適性的前提下降低空調(diào)消耗，開(kāi)源則對(duì)應(yīng)了電池低溫放電量的提升。

雙層流空調(diào)箱設(shè)計(jì)，降低采暖負(fù)荷

在冬季用車(chē)過(guò)程中，座艙加熱是耗能“大戶(hù)”，所以空調(diào)及其背后的熱管理系統(tǒng)的效率，是開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)時(shí)優(yōu)化能耗的重點(diǎn)方向。

冬天在車(chē)內(nèi)開(kāi)空調(diào)，除了需要考慮采暖，還有一個(gè)必須解決的問(wèn)題是起霧。車(chē)內(nèi)的濕暖空氣遇到冰涼的玻璃，很容易起霧。一個(gè)通常的解決辦法是開(kāi)啟空調(diào)的外循環(huán)，引入車(chē)外干燥涼爽的空氣進(jìn)行除霧。但相比讓溫暖的空氣在車(chē)內(nèi)循環(huán)，開(kāi)啟外循環(huán)意味著額外的制熱負(fù)擔(dān)，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)空調(diào)能耗的增加。

針對(duì)這一問(wèn)題，理想汽車(chē)采用了雙層流空調(diào)箱的設(shè)計(jì)加以解決。顧名思義，雙層流空調(diào)箱是指對(duì)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(chē)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(chē)開(kāi)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 CLTC標(biāo)準(zhǔn)工況下，雙層流空調(diào)箱帶來(lái)了57W的能耗降低，這也意味著3.6km的續(xù)航提升。

全棧自研熱管理架構(gòu)，充分利用每一份熱量

除了空調(diào)箱的創(chuàng)新，為了應(yīng)對(duì)冬季不同場(chǎng)景，在各種環(huán)境下都對(duì)每一份熱量精細(xì)化利用，理想汽車(chē)對(duì)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(jiàn)的場(chǎng)景是冬季早晨通勤時(shí)的冷車(chē)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(guò)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(lái)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(chē)在熱管理系統(tǒng)的回路中增加了繞過(guò)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。

類(lèi)似的靈活分配熱量的例子還有很多。例如高速行駛時(shí)由于電驅(qū)余熱充足，除了可以給乘員艙供熱，還可以將多余熱量?jī)?chǔ)存在電池中。理想MEGA的電池得益于102.7千瓦時(shí)的大容量，再配合良好的保溫性能，使其成為一個(gè)優(yōu)良的熱量?jī)?chǔ)存單元。在下高速進(jìn)入城區(qū)后，如果遇上擁堵，電驅(qū)的余熱不夠用，電池中存儲(chǔ)的熱量就可以支持乘員艙的供熱。

做到熱管理場(chǎng)景覆蓋更全之余，理想汽車(chē)還對(duì)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(zhǎng)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。理想L6搭載了行業(yè)首款增程熱泵系統(tǒng)的超級(jí)集成模塊，解決了空間布置難題，實(shí)現(xiàn)了增程車(chē)型從0到1的突破。

通過(guò)先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、核心零部件的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)以及精細(xì)化的標(biāo)定控制，理想汽車(chē)在保證良好舒適性體驗(yàn)的同時(shí)，達(dá)成了行業(yè)第一梯隊(duì)的能耗水平。

行業(yè)首發(fā)麒麟5C電池，極致低內(nèi)阻電芯設(shè)計(jì)

除了以?xún)?yōu)秀的熱管理降低空調(diào)消耗實(shí)現(xiàn)“節(jié)流”外，理想汽車(chē)還在提升電池低溫放電量的“開(kāi)源”方面不斷挖掘。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(wú)法支持車(chē)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(duì)這一問(wèn)題，理想汽車(chē)在達(dá)成MEGA的5C超充性能研究上，投入了大量精力來(lái)降低電芯內(nèi)阻水平，不僅實(shí)現(xiàn)了超充過(guò)程中的低發(fā)熱要求，也帶來(lái)了低溫可用電量的提升。在這個(gè)過(guò)程中，理想汽車(chē)對(duì)電芯內(nèi)阻構(gòu)成進(jìn)行了分析，拆解了三個(gè)層級(jí)共17項(xiàng)內(nèi)阻成分，再針對(duì)每一項(xiàng)內(nèi)阻成分進(jìn)行優(yōu)化可行性分析。最后，通過(guò)采用超導(dǎo)電高活性正極、低粘高導(dǎo)電解液等技術(shù)，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(chē)低溫續(xù)航測(cè)試工況來(lái)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%。

首創(chuàng)ATR電量估算算法，鐵鋰電池續(xù)航更扎實(shí)

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(duì)冬季用車(chē)進(jìn)行了優(yōu)化。許多電動(dòng)車(chē)用戶(hù)都曾有過(guò)這樣的尷尬經(jīng)歷：明明儀表盤(pán)上顯示還有電量，卻突然發(fā)生失速、甚至“趴窩”的情況。問(wèn)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(kāi)路電壓校準(zhǔn)電量。對(duì)于三元鋰電池，由于開(kāi)路電壓與剩余電量通常呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此可以通過(guò)測(cè)量電壓來(lái)準(zhǔn)確估算電量。但磷酸鐵鋰電池則完全不同，同一個(gè)開(kāi)路電壓可能對(duì)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(chē)企建議用戶(hù)定期將電池充滿，用于校準(zhǔn)電量。然而，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(wèn)題。特別是對(duì)于增程或插混車(chē)型，用戶(hù)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(duì)這個(gè)問(wèn)題，理想汽車(chē)歷經(jīng)3年時(shí)間，自主研發(fā)了ATR自適應(yīng)軌跡重構(gòu)算法，并率先在理想L6車(chē)型上應(yīng)用。算法能夠依據(jù)車(chē)主日常用車(chē)過(guò)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(hù)長(zhǎng)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(chǎng)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，低溫動(dòng)力依然澎湃

對(duì)于增程車(chē)型而言，純電續(xù)航并非從滿電到電量耗盡所行駛的里程，而是指在增程器啟動(dòng)前，車(chē)輛依靠純電驅(qū)動(dòng)的行駛里程。冬季來(lái)臨時(shí)，低溫環(huán)境會(huì)造成電池放電能力減弱，造成剩余電量較高時(shí)增程器提前啟動(dòng)，導(dǎo)致純電行駛里程變短。因此，提升電池的低溫放電能力，就成為了提升純電續(xù)航和動(dòng)力表現(xiàn)的關(guān)鍵。

從原理而言，電池放電、輸出功率的原理類(lèi)似于大壩放水。放電時(shí)電壓“水位”落差越大，輸出的功率就越強(qiáng)。但電壓落差并非越大越好，一旦低于安全邊界，便會(huì)對(duì)電池造成一定的壽命影響。由于電池材料對(duì)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。

理想汽車(chē)針對(duì)這一問(wèn)題，推出了自研的APC功率控制算法，通過(guò)高精度的電池電壓預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了未來(lái)工況電池最大能力的毫秒級(jí)預(yù)測(cè)，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(hù)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(kāi)發(fā)，使理想汽車(chē)終于撥開(kāi)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。

隨著累計(jì)銷(xiāo)量超過(guò)百萬(wàn)，理想汽車(chē)正肩負(fù)著為百萬(wàn)個(gè)家庭提供更優(yōu)冬季出行體驗(yàn)的責(zé)任。因此，理想汽車(chē)也將打造全家人體驗(yàn)最好的新能源車(chē)作為目標(biāo)，針對(duì)低溫環(huán)境不斷深耕技術(shù)研發(fā)。在冬季續(xù)航達(dá)成率上，理想汽車(chē)已經(jīng)憑借行業(yè)領(lǐng)先的熱管理和電池技術(shù)，牢牢站穩(wěn)第一梯隊(duì)。