理想：自研熱管理技術(shù)第一梯隊，冬季純電續(xù)航提升15%

賈浩楠 2024-12-18 14:28:09 來源：量子位

當冬季低溫來襲，新能源汽車續(xù)航里程的“縮水”一直是北方地區(qū)車主用車時的普遍痛點。究其原因，最主要的是低溫下材料物理特性的變化。-7℃時，輪胎滾動阻力相比常溫增加50%、風阻增加10%，驅(qū)動系統(tǒng)中潤滑油變粘稠導致效率降低2%，以及卡鉗和軸承的拖滯阻力也會增加50%。除了在基礎(chǔ)材料科學領(lǐng)域投入研發(fā)，解決上述原因?qū)е碌哪芎脑黾樱硐肫噷⑻嵘纠m(xù)航的重點放在了熱管理系統(tǒng)和電池上。

在冬季續(xù)航的下降中，空調(diào)消耗占比15%、電池損耗占比10%左右，理想汽車針對這兩項問題提出了一套“開源節(jié)流”的解決方案。節(jié)流對應的是在確保座艙舒適性的前提下降低空調(diào)消耗，開源則對應了電池低溫放電量的提升。

雙層流空調(diào)箱設計，降低采暖負荷

在冬季用車過程中，座艙加熱是耗能“大戶”，所以空調(diào)及其背后的熱管理系統(tǒng)的效率，是開發(fā)電動車時優(yōu)化能耗的重點方向。

冬天在車內(nèi)開空調(diào)，除了需要考慮采暖，還有一個必須解決的問題是起霧。車內(nèi)的濕暖空氣遇到冰涼的玻璃，很容易起霧。一個通常的解決辦法是開啟空調(diào)的外循環(huán)，引入車外干燥涼爽的空氣進行除霧。但相比讓溫暖的空氣在車內(nèi)循環(huán)，開啟外循環(huán)意味著額外的制熱負擔，勢必會帶來空調(diào)能耗的增加。

針對這一問題，理想汽車采用了雙層流空調(diào)箱的設計加以解決。顧名思義，雙層流空調(diào)箱是指對空調(diào)進氣結(jié)構(gòu)進行上下分層，引入適量外部空氣分布在上層空間，在解決玻璃起霧風險的同時，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，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 CLTC標準工況下，雙層流空調(diào)箱帶來了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，為了應對冬季不同場景，在各種環(huán)境下都對每一份熱量精細化利用，理想汽車對熱管理系統(tǒng)的架構(gòu)也進行了自研創(chuàng)新。

其中一個十分常見的場景是冬季早晨通勤時的冷車啟動。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還會同時經(jīng)過電池，為電池加熱。但如果此時電池電量較高，實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，讓電驅(qū)直接為座艙供熱，相比傳統(tǒng)方案節(jié)能12%左右。

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

做到熱管理場景覆蓋更全之余，理想汽車還對零部件做了高效設計，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。理想L6搭載了行業(yè)首款增程熱泵系統(tǒng)的超級集成模塊，解決了空間布置難題，實現(xiàn)了增程車型從0到1的突破。

通過先進的熱管理系統(tǒng)設計、核心零部件的創(chuàng)新開發(fā)以及精細化的標定控制，理想汽車在保證良好舒適性體驗的同時，達成了行業(yè)第一梯隊的能耗水平。

行業(yè)首發(fā)麒麟5C電池，極致低內(nèi)阻電芯設計

除了以優(yōu)秀的熱管理降低空調(diào)消耗實現(xiàn)“節(jié)流”外，理想汽車還在提升電池低溫放電量的“開源”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活性降低，自身放電阻力增大。這意味電池放電效率下降，會有更多的能量在電池內(nèi)部被消耗掉。同時，電池的功率能力也會下降，低電量下可能無法支持車輛正常行駛的同時，還需要額外消耗能量去加熱電池。

針對這一問題，理想汽車在達成MEGA的5C超充性能研究上，投入了大量精力來降低電芯內(nèi)阻水平，不僅實現(xiàn)了超充過程中的低發(fā)熱要求，也帶來了低溫可用電量的提升。在這個過程中，理想汽車對電芯內(nèi)阻構(gòu)成進行了分析，拆解了三個層級共17項內(nèi)阻成分，再針對每一項內(nèi)阻成分進行優(yōu)化可行性分析。最后，通過采用超導電高活性正極、低粘高導電解液等技術(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%。

首創(chuàng)ATR電量估算算法，鐵鋰電池續(xù)航更扎實

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行了優(yōu)化。許多電動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，這個難題也已經(jīng)持續(xù)困擾了行業(yè)近十年。

磷酸鐵鋰電量估不準，主要原因是校準機會少。行業(yè)內(nèi)一般采用電池開路電壓校準電量。對于三元鋰電池，由于開路電壓與剩余電量通常呈現(xiàn)一一對應的關(guān)系，因此可以通過測量電壓來準確估算電量。但磷酸鐵鋰電池則完全不同，同一個開路電壓可能對應多個電量值，導致電量難以校準。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的問題。特別是對于增程或插混車型，用戶的駕駛習慣使得電池充滿的機會更少，因此電量校準變得難上加難。

針對這個問題，理想汽車歷經(jīng)3年時間，自主研發(fā)了ATR自適應軌跡重構(gòu)算法，并率先在理想L6車型上應用。算法能夠依據(jù)車主日常用車過程中的充放電變化軌跡，實現(xiàn)電量的自動校準。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，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。

功率控制APC算法，低溫動力依然澎湃

對于增程車型而言，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前，車輛依靠純電驅(qū)動的行駛里程。冬季來臨時，低溫環(huán)境會造成電池放電能力減弱，造成剩余電量較高時增程器提前啟動，導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、輸出功率的原理類似于大壩放水。放電時電壓“水位”落差越大，輸出的功率就越強。但電壓落差并非越大越好，一旦低于安全邊界，便會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，在低溫下會出現(xiàn)比常溫更快的電壓跌落和更大的電壓波動，所以行業(yè)內(nèi)通常會采用較為保守的功率控制算法，限制低溫下電池放電時的電壓落差。因此，傳統(tǒng)方法會留有非常多的功率冗余，造成“有力使不出”的情況。

理想汽車針對這一問題，推出了自研的APC功率控制算法，通過高精度的電池電壓預測模型，實現(xiàn)了未來工況電池最大能力的毫秒級預測，因此，可以在安全邊界內(nèi)，最大限度地釋放動力。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，讓用戶暢享澎湃動力外，也將增程器啟動前的放電電量提升了12%以上，將冬季的純電續(xù)航進一步提升。

ATR算法和APC算法的成功開發(fā)，使理想汽車終于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。

隨著累計銷量超過百萬，理想汽車正肩負著為百萬個家庭提供更優(yōu)冬季出行體驗的責任。因此，理想汽車也將打造全家人體驗最好的新能源車作為目標，針對低溫環(huán)境不斷深耕技術(shù)研發(fā)。在冬季續(xù)航達成率上，理想汽車已經(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。