当冬季低温来袭,新能源汽车续航里程的“缩水”一直是北方地区车主用车时的普遍痛点。究其原因,最主要的是低温下材料物理特性的变化。-7℃时,轮胎滚动阻力相比常温增加50%、风阻增加10%,驱动系统中润滑油变粘稠导致效率降低2%,以及卡钳和轴承的拖滞阻力也会增加50%。除了在基础材料科学领域投入研发,解决上述原因导致的能耗增加,理想汽车将提升冬季续航的重点放在了热管理系统和电池上。
在冬季续航的下降中,空调消耗占比15%、电池损耗占比10%左右,理想汽车针对这两项问题提出了一套“开源节流”的解决方案。节流对应的是在确保座舱舒适性的前提下降低空调消耗,开源则对应了电池低温放电量的提升。
双层流空调箱设计,降低采暖负荷
在冬季用车过程中,座舱加热是耗能“大户”,所以空调及其背后的热管理系统的效率,是开发电动车时优化能耗的重点方向。
冬天在车内开空调,除了需要考虑采暖,还有一个必须解决的问题是起雾。车内的湿暖空气遇到冰凉的玻璃,很容易起雾。一个通常的解决办法是开启空调的外循环,引入车外干燥凉爽的空气进行除雾。但相比让温暖的空气在车内循环,开启外循环意味着额外的制热负担,势必会带来空调能耗的增加。
针对这一问题,理想汽车采用了双层流空调箱的设计加以解决。顾名思义,双层流空调箱是指对空调进气结构进行上下分层,引入适量外部空气分布在上层空间,在解决玻璃起雾风险的同时,也能让成员呼吸到新鲜的空气。内循环的温暖空气分布在车舱下部空间,使用更少的能量就可以让脚部感到温暖。同时,结合温湿度传感器、二氧化碳传感器等丰富的传感单元,理想汽车开发了更智能的控制算法,在确保不起雾的前提下可以将内循环空气的比例提升到70%以上,节能效果显著。以理想MEGA为例,在-7°C CLTC标准工况下,双层流空调箱带来了57W的能耗降低,这也意味着3.6km的续航提升。
全栈自研热管理架构,充分利用每一份热量
除了空调箱的创新,为了应对冬季不同场景,在各种环境下都对每一份热量精细化利用,理想汽车对热管理系统的架构也进行了自研创新。
其中一个十分常见的场景是冬季早晨通勤时的冷车启动。由于这种情况多为城市行驶工况,电驱尽管有余热可以供给座舱采暖,但热量并不多。如果热管理架构采用传统方案,电驱余热在向座舱传递时还会同时经过电池,为电池加热。但如果此时电池电量较高,实际上并不需要加热来增加放电能力,那么为电池加热反而成了不必要的能量消耗。因此,理想汽车在热管理系统的回路中增加了绕过电池的选项,让电驱直接为座舱供热,相比传统方案节能12%左右。
类似的灵活分配热量的例子还有很多。例如高速行驶时由于电驱余热充足,除了可以给乘员舱供热,还可以将多余热量储存在电池中。理想MEGA的电池得益于102.7千瓦时的大容量,再配合良好的保温性能,使其成为一个优良的热量储存单元。在下高速进入城区后,如果遇上拥堵,电驱的余热不够用,电池中存储的热量就可以支持乘员舱的供热。
做到热管理场景覆盖更全之余,理想汽车还对零部件做了高效设计,减少热管理系统本身的热耗散。理想MEGA的热管理集成模块,将泵、阀、换热器等16个主要功能部件集成在一起,大幅减少零部件数量,管路长度减少4.7米,管路热损失减少8%,这也是行业首款满足5C超充功能的集成模块。理想L6搭载了行业首款增程热泵系统的超级集成模块,解决了空间布置难题,实现了增程车型从0到1的突破。
通过先进的热管理系统设计、核心零部件的创新开发以及精细化的标定控制,理想汽车在保证良好舒适性体验的同时,达成了行业第一梯队的能耗水平。
行业首发麒麟5C电池,极致低内阻电芯设计
除了以优秀的热管理降低空调消耗实现“节流”外,理想汽车还在提升电池低温放电量的“开源”方面不断挖掘。冬季电池低温能量衰减的主要原因,是由于在低温环境下,锂离子电池的电化学活性降低,自身放电阻力增大。这意味电池放电效率下降,会有更多的能量在电池内部被消耗掉。同时,电池的功率能力也会下降,低电量下可能无法支持车辆正常行驶的同时,还需要额外消耗能量去加热电池。
针对这一问题,理想汽车在达成MEGA的5C超充性能研究上,投入了大量精力来降低电芯内阻水平,不仅实现了超充过程中的低发热要求,也带来了低温可用电量的提升。在这个过程中,理想汽车对电芯内阻构成进行了分析,拆解了三个层级共17项内阻成分,再针对每一项内阻成分进行优化可行性分析。最后,通过采用超导电高活性正极、低粘高导电解液等技术,成功将MEGA 5C电芯的低温阻抗降低了30%,功率能力相应提升30%以上。如果放到整车低温续航测试工况来看,这意味着内阻能量损失减少1%,电池加热损耗减少1%,整体续航可以增加2%。
首创ATR电量估算算法,铁锂电池续航更扎实
除了理想MEGA采用的麒麟5C电池,理想L6的磷酸铁锂电池同样针对冬季用车进行了优化。许多电动车用户都曾有过这样的尴尬经历:明明仪表盘上显示还有电量,却突然发生失速、甚至“趴窝”的情况。问题的根源在于磷酸铁锂电量估不准,这个难题也已经持续困扰了行业近十年。
磷酸铁锂电量估不准,主要原因是校准机会少。行业内一般采用电池开路电压校准电量。对于三元锂电池,由于开路电压与剩余电量通常呈现一一对应的关系,因此可以通过测量电压来准确估算电量。但磷酸铁锂电池则完全不同,同一个开路电压可能对应多个电量值,导致电量难以校准。为了解决这一困扰,许多车企建议用户定期将电池充满,用于校准电量。然而,这样的做法并未从根本上解决磷酸铁锂电池电量估不准的问题。特别是对于增程或插混车型,用户的驾驶习惯使得电池充满的机会更少,因此电量校准变得难上加难。
针对这个问题,理想汽车历经3年时间,自主研发了ATR自适应轨迹重构算法,并率先在理想L6车型上应用。算法能够依据车主日常用车过程中的充放电变化轨迹,实现电量的自动校准。即便用户长期不满充,或者单纯用油行驶,电量估算误差也能保持在3%至5%,相比行业常规水平提升了50%以上,使得理想L6在低温场景下使用时,相比于传统算法放电电量提升了至少3%,让冬季续航更扎实。
功率控制APC算法,低温动力依然澎湃
对于增程车型而言,纯电续航并非从满电到电量耗尽所行驶的里程,而是指在增程器启动前,车辆依靠纯电驱动的行驶里程。冬季来临时,低温环境会造成电池放电能力减弱,造成剩余电量较高时增程器提前启动,导致纯电行驶里程变短。因此,提升电池的低温放电能力,就成为了提升纯电续航和动力表现的关键。
从原理而言,电池放电、输出功率的原理类似于大坝放水。放电时电压“水位”落差越大,输出的功率就越强。但电压落差并非越大越好,一旦低于安全边界,便会对电池造成一定的寿命影响。由于电池材料对温度较为敏感,在低温下会出现比常温更快的电压跌落和更大的电压波动,所以行业内通常会采用较为保守的功率控制算法,限制低温下电池放电时的电压落差。因此,传统方法会留有非常多的功率冗余,造成“有力使不出”的情况。
理想汽车针对这一问题,推出了自研的APC功率控制算法,通过高精度的电池电压预测模型,实现了未来工况电池最大能力的毫秒级预测,因此,可以在安全边界内,最大限度地释放动力。凭借APC算法,理想L6在低温环境下的电池峰值功率提升30%以上,让用户畅享澎湃动力外,也将增程器启动前的放电电量提升了12%以上,将冬季的纯电续航进一步提升。
ATR算法和APC算法的成功开发,使理想汽车终于拨开了笼罩磷酸铁锂电池的“两朵乌云”。两大算法合力,让理想L6的低温纯电续航提升15%之多。
随着累计销量超过百万,理想汽车正肩负着为百万个家庭提供更优冬季出行体验的责任。因此,理想汽车也将打造全家人体验最好的新能源车作为目标,针对低温环境不断深耕技术研发。在冬季续航达成率上,理想汽车已经凭借行业领先的热管理和电池技术,牢牢站稳第一梯队。
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