理想发力电动化！自研热泵应对低温场景，与宁德时代合作满足5C超充要求

作者 ｜  R
编辑 ｜  志豪

车东西12月9日消息，近日，理想汽车举办了冬季用车技术日，讲解了一些有关冬季用车的问题和解决方法。

▲理想汽车冬季用车技术日现场

理想汽车表示，冬季用车时，座舱太冷是让很多用户都困扰的问题，车内温度上升速度太慢、车内温度分布不均的情况，是新能源车型长期被用户诟病的产品痛点。

针对寒冷的冬季用车场景，理想汽车的首要目标就是保障全家人的舒适驾乘，力求让全家人都能感受到来自温暖座舱的幸福感。

那么提升冬季用车舒适度的难点究竟在哪里？又该如何克服？理想汽车做出了详细的讲解。

一、自研多源热泵系统 传感器最多达51个

对于人体而言，通常在24℃左右环境温度中，舒适性体验最好。在北方漫长冬季环境下，要使车内达到舒适温度，需要跨越几十度的温差，这时就需要有一套强大的热管理系统来提供充足的制热能力。

目前行业内大部分电动汽车针对冬季采暖有两种常规解法，使用最广泛的是PTC（加热器，用于电池或乘员舱加热的热源产生）直接加热水或空气采暖，简单快速，但要做到兼顾北方较寒冷地区（-20°C）的采暖需求，体积、重量和能耗都会大幅增加；此外也有车企采用热气旁通方案，通过电动压缩机自发热采暖，但这种采暖方式在初始段的制热速度慢且压缩机转速高、噪音大。

▲行业内大部分电动汽车针对冬季采暖方法

为了解决这两种常规解法的弊端，理想MEGA采用了自研多源热泵系统，具备43种模式可以应对全温域多场景下的能量调配。对于低温下空调采暖效果不好的问题，可通过压缩机“自产自销”快速制热：利用空调采暖后温度依然比较高的冷却液快速加热冷媒，激活热泵单元，使电动压缩机产生额外的制热能力。这套方案与行业常规做法的制热能力的对比: 采暖速度更快，峰值制热能力更大。

▲理想MEGA自研多源热泵系统

有了更强劲的制热能力做保障，并不代表就一定能有良好的舒适性体验。低温条件下首先要满足整车一排、二排、三排的平等权益，避免一排热的快，二排不热或者热的慢的现象。

其次，低温条件下人体四肢的热需求高于躯干，所以脚部空间需求的热量更多。只有保障低温条件下为脚部提供更多的热量，才能提供更好的舒适性体验，同时还需要实现面脚温度分层，保障低温驾驶过程脚部感受温暖与头部感受清爽。

要想达到上述的舒适性效果，核心是对整车热量的精细化分配。驾驶员在驾驶过程中，脚部摆放位置相对固定。一般车上主驾位置会有2至3个吹脚的出风口，但理想MEGA额外增加了2个，主驾吹脚出风口达到了5个。

通过流场设计，将出风朝向分别对应驾驶员脚面和脚踝的位置，让热量精准送到人体感知部位，这样不仅热得更快，用户的体感也会更舒适。

▲理想MEGA整车热量的精细化分配

同时，在出行过程中，车辆的外界气候、温度等条件在不断变化。需要结合智能空调的感知能力，才能保证在全场景下，都能实现更强劲、更均衡的制热效果。

从理想L9开始，其传感器数量达到了38个，到了新一代产品理想MEGA上，又增加了优化空气质量的二氧化碳传感器、负离子传感器，增加了天气预报、地图导航等信号识别。

如今，理想MEGA空调标定可调用全车传感器的数字已经达到了51个，信号来源通过车控计算单元（XCU）统一处理，进而实现全车温度的智能控制。

▲理想MEGA全场景智能温度调节

以具体场景为例，在隧道场景下，理想MEGA的舒适性算法融合了地图信息，能够识别出隧道场景，结合光照传感器、外温传感器综合判定，在温度控制上做特殊处理、对车外污染源做隔绝，保证温度的稳定舒适，和更好的舱内空气质量。

二、采用双层流空调箱设计 研发电量轨迹算法

在另外一方面，冬季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%。

▲冬季续航降低原因

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。

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。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。

▲理想MEGA双层流空调箱设计

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。

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。

▲理想汽车自研热管理系统架构

此外，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，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搭载了增程热泵系统的超级集成模块，解决了空间布置难题。

▲理想MEGA的热管理集成模块

除了以优秀的热管理降低空调消耗实现“节流”外，还需要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。

▲理想MEGA低内阻电芯设计

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%。

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。

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，研发了ATR自适应轨迹重构算法，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%。

▲ATR自适应轨迹重构算法

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。

▲APC功率控制算法

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，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算法让理想L6的低温纯电续航提升15%。

三、优化电芯材料 设计预冷预热算法

冬季充电没有其他季节快，同样是很多新能源车主的困扰。随着气温骤降，电池活性减弱，电动车的充电时间往往大幅延长。在常温下，传统2C电池系统从10%充至80%通常在30分钟左右，但是在低温环境下，相应的充电时间会延长到50分钟左右。

而理想汽车在开发理想MEGA的5C电池的时候，目标是不仅要在常温下做到12分钟500公里，达到接近燃油车的补能速度，更要确保在寒冷的冬季也能保持这一水准。为了实现四季如常的充电体验这一目标，理想汽车在硬软件两个维度进行技术升级，从高倍率电芯设计、高效热管理设计，以及多项智能充电控制策略等多领域全面优化。

理想MEGA搭载的麒麟5C电池从微观层面上，对电芯材料（正极、负极、电解液、隔膜）进行了优化，进一步改善了锂离子的传输路径，实现高倍率性能，在低温条件下，充电倍率能力相对传统2C电芯提升超过100%。

▲理想MEGA高倍率电芯设计

此外，理想MEGA的电池包采用麒麟架构，打造超大换热面积的电池热管理系统。更大的换热面积不仅有助于在夏季更快带走多余热量，而且可以在冬季有效提升电池加热的速度，让电池在短时间内达到最适宜5C超充的温度。

传统的冷却方案通常将整块冷板布置在电池箱体的底部，通过电芯底面的一小块面积与电芯进行换热，单位时间内冷却、加热的效果有限。而理想MEGA的电池包取消了整块的底部冷板设计，麒麟架构将液冷板分散插入到每排电芯中间，形成类似“三明治夹心”的结构，以保证每个电芯能够通过壳体大面区域和冷却液进行换热，整个换热面积相对于原来的底部冷却方案提升5倍。

同时利用整车热管理热泵技术带来的强大的加热能力，理想MEGA的麒麟5C电池即便是在零下10℃的极低温环境下，依然能够实现1.2°C/分钟的电池包加热速率。

此外，理想汽车设计了一套非常周密的智能预冷预热算法。例如在设定去超充站的导航路线后，车辆在到达超充场站前，算法就可以根据电池的实时状态、场站的实时距离，自适应地调节电池预热开启时间和预热水温，确保到达充电站开始充电时，电池温度得以控制在最优温度区间，目前已经可以做到对电池温度的控制精度小于1℃，以最小的加热能耗保证最佳的充电温度。

▲理想汽车智能预冷预热算法

理想MEGA开始交付之后，理想汽车关注到很多用户实际的充电习惯是尽量追求满充，有不少的超充用户都会将电池充到95%（理想超充桩电量限制值）。但由于电池的化学特性，在80%以后电池充电速度会降低，导致用户充电时长增长。为了让大部分用户在尽可能短的时间内满充，提升末段80-95%区间的充电功率势在必行。

理想汽车分别从电压、电流、温度三个维度显著提升控制精度，进一步释放了电芯的充电性能。升级后从10%充到95%，仅需17分钟时间，相比之前缩短了5分钟。即便在电量充到95%的情况下，充电功率依旧可以维持在100kW以上。

▲理想MEGA末段充电功率提升

四、与宁德时代合作电池包 自研热泵系统

在现场，理想汽车也展示了一些有关快充、能耗管理和自研的一些热管理模块。

▲5C麒麟电池

图中的是理想汽车与宁德时代合作的5C麒麟电池包，这是与理想MEGA实车上的电池包1：1尺寸的模型，图中蓝色的为一个电芯。

▲5C麒麟电池

同时还能看到电芯之间的麒麟架构的示意，麒麟架构将液冷板分散插入到每排电芯中间，形成类似“三明治夹心”的结构，以保证每个电芯能够通过壳体大面区域和冷却液进行换热，整个换热面积相对于原来的底部冷却方案提升5倍。

▲麒麟散热架构示意

此外，理想汽车也展出了很多自研的与热管理有关的模块。图中是理想L6热管理超级集成模块，理想汽车表示该模块有十通阀，零件数少33%，管路长度减少4.3米，管路热损失减少8%。同时主驾驶右耳噪音小于25dB。

▲理想L6热管理超级集成模块

图中是理想汽车自研的R290热泵系统，理想汽车表示其能实现22种功能模式切换，比现有方案35摄氏度环境温度制冷时节能超过9%，零下20摄氏度环境温度时采暖节能超过40%。

▲理想汽车R290热泵系统

图中时理想汽车研发的另外一套二氧化碳热泵系统，理想汽车表示其可以满足全温域热泵空调、电池5C超充加热和冷却功能，制热能力可达8kW。

▲理想汽车二氧化碳热泵系统

结语：理想汽车提升冬季用车体验

理想汽车表示，理想汽车通过自产自销的热泵运行模式、整车热量的精细化分配、智能化的场景识别，让理想汽车在任何情况下，都能够保障全场景舒适。

同时，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，理想汽车已经在持续研发热管理和电池技术。

此外，理想汽车认为，超充是必须的路径，四季都要达成，理想汽车突破了电动车冬季充电的瓶颈，以5C超充技术为核心，为用户绘制了一幅四季如常、畅行无阻的电动出行蓝图。