冬天新能源車掉續(xù)航不敢開空調(diào)，理想的解決方案是什么？

　　【太平洋汽車 技術(shù)頻道】如題，對于新能源車來說，用戶反饋的諸多問題中，冬季用車的問題非常集中且突出。隨著溫度的降低，新能源車電池續(xù)航不足的問題越發(fā)凸顯，能量損耗的結(jié)構(gòu)與夏天行程非常大的差異，直接影響了用戶出行體驗，“電動爹”的名字就是這么來的。

　　如何解決這個問題？當然最直接的辦法是不開空調(diào)，披上棉襖……

　　很多新能源車企都在研究應(yīng)對冬季用車的策略，技術(shù)控的理想也不例外。從理想汽車的研究來看，在冬季用車增加的能源損耗中，最主要的是來自于空調(diào)（35%），這是多數(shù)用戶的共識，接著是輪胎滾阻（32%）、電驅(qū)（10%）、卡鉗和軸承拖滯（8%）等等。隨著氣溫降低，輪胎橡膠變硬以及卡鉗和軸承中的液壓油變得更濃稠，這些都會造成能量的多余損耗，而這些問題的解決需要從材料層面開始。

　　從用戶的最直觀體驗來看，冬季新能源用車有三個比較大的痛點：座艙冷、續(xù)航少、充電慢。具體來說，就是冬季空調(diào)制熱效果不好，如果想要達到滿意的制熱效果，續(xù)航里程就會明顯降低。如何魚和熊掌兼得？這是理想汽車需要解決的問題。同時，作為理想汽車一大亮點的5C超充，如何在冬季低溫環(huán)境下也能得到保證呢？

　　首先來看空調(diào)制熱的問題。

多源熱泵系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的新能源車制熱方式是PTC加熱器，這種方式通過加熱水或空氣獲得熱量，但是在東北地區(qū)這樣的極寒環(huán)境下，加熱器需要做得非常大，自然它的重量和能耗就很高。此外也有車企采用熱氣旁通方案，通過電動壓縮機自發(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轉(zhuǎn)速高、噪音大。

　　理想的解決方案是自研多源熱泵系統(tǒng)，這套系統(tǒng)目前搭載于MEGA上。對于低溫下空調(diào)采暖效果不好的問題，可通過壓縮機“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，使電動壓縮機產(chǎn)生額外的制熱能力。

　　傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)在-12℃以下的環(huán)境中就難以從環(huán)境中提取熱量，而多源熱泵系統(tǒng)可以在-20℃環(huán)境下帶來15kW的制熱能力，并且有43鐘模式來應(yīng)對各種場景。

整車熱量精細分配

　　MEGA作為一款家用MPV車型，每個座位的平權(quán)是很重要的，而在空調(diào)制熱方面，通常第一排的效果優(yōu)于第二排，第三排是最差的，同時低溫條件下人體四肢的熱需求高于軀干，所以腳部空間需求的熱量更多。這些問題如何解決？

　　一是增加駕駛席腳步出風口，從傳統(tǒng)的2-3個增加至5個。此外，針對一排熱的快、二排熱的慢或不熱這一問題，理想MEGA（詢底價|查參配）借助舒適性仿真計算，優(yōu)化整車的風量分配，把一排和二排腳部風量的比例設(shè)定在1：0.87，相比于行業(yè)內(nèi)常見的1：0.55、1：0.66，不同位置的乘客能得到更小的體驗差異。

增加傳感器

　　為了更精細感知用車場景和環(huán)境溫度的變化，增加傳感器以獲得更智能的溫度調(diào)節(jié)也是一個做法，當然，這也意味著傳感器數(shù)量的增加以及成本的提升。

　　理想L9的傳感器用到了38個，MEGA在此基礎(chǔ)上增加到了51個，包含了優(yōu)化空氣質(zhì)量的二氧化碳傳感器、負離子傳感器，增加了天氣預(yù)報、地圖導航等信號識別。舉個具體的場景例子，車輛在隧道內(nèi)和隧道外的環(huán)境是不同的，而MEGA通過傳感器能夠感知這樣的變化，調(diào)整空調(diào)的出風策略，來提升車內(nèi)的舒適性。

　　針對冬季續(xù)航的提升，理想的策略可以概括為“開源節(jié)流”。節(jié)流對應(yīng)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(yīng)了電池低溫放電量的提升。

雙層空調(diào)箱設(shè)計

　　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。一個通常的解決辦法是開啟空調(diào)的外循環(huán)。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。

　　理想的方案是采用了雙層流空調(diào)箱的設(shè)計。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。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)

　　想象一個冬季冷車啟動的場景。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。理想在熱管理系統(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，這樣相比傳統(tǒng)方案節(jié)能12%左右，尤其是在冬天早上通勤場景下。

　　同時理想對系統(tǒng)進行了高度集成的模塊化設(shè)計，例如理想L6的增程熱泵系統(tǒng)超級集成模塊以及MEGA的熱管理集成模塊，后者將16個主要部件集成在一起，管路長度減少4.7米，管路熱損失減少8%。

ATR電量估算算法與APC功率控制算法

　　ATR電量估算算法主要針對的是磷酸鐵鋰電池電量測算不準的問題，因此這套算法運用在理想L6車型上。

　　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(yīng)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(yīng)多個電量值，導致電量難以校準。

　　ATR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。它的目的是使電量估算誤差達到與三元鋰電池相近的3%-5%。

　　APC功率控制算法的目的是提升電池低溫放電能力，以此來提升冬天的電池續(xù)航以及動力表現(xiàn)。

　　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。

　　APC功率控制算法通過高精度的電池電壓預(yù)測模型，實現(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)，最大限度地釋放動力。在該算法下，理想L6在低溫環(huán)境下的電池峰值功率提升30%以上，同時將增程器啟動前的放電電量提升了12%以上。

　　提升冬季續(xù)航表現(xiàn)還涉及其他很多方面，例如麒麟5C電池的低內(nèi)阻電芯設(shè)計等等。通過這些細致的技術(shù)提升，一點一點將冬季續(xù)航里程提升起來。

　　為了在冬季還能保持理想5C超充的體驗，理想在硬軟件兩個維度進行技術(shù)升級，從高倍率電芯設(shè)計、高效熱管理設(shè)計，以及多項智能充電控制策略等多領(lǐng)域進行優(yōu)化。

　　麒麟5C電池從微觀層面上，對電芯材料（正極、負極、電解液、隔膜）進行了優(yōu)化，進一步改善了鋰離子的傳輸路徑，在低溫條件下，充電倍率能力相對傳統(tǒng)2C電芯提升超過了100%。

　　此外，理想MEGA的麒麟5C電池包取消了整塊的底部冷板設(shè)計，麒麟架構(gòu)將液冷板分散插入到每排電芯中間，形成類似“三明治夾心”的結(jié)構(gòu)，以保證每個電芯能夠通過殼體大面區(qū)域和冷卻液進行換熱，整個換熱面積相對于原來的底部冷卻方案提升5倍。

　　理想汽車設(shè)計了一套非常周密的智能預(yù)冷預(yù)熱算法。例如在設(shè)定去超充站的導航路線后，車輛在到達超充場站前，算法就可以根據(jù)電池的實時狀態(tài)、場站的實時距離，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)電池預(yù)熱開啟時間和預(yù)熱水溫，確保到達充電站開始充電時，電池溫度得以控制在最優(yōu)溫度區(qū)間。同時，理想提升了末段80%-95%區(qū)間的充電功率，讓冬季充電時間更短。

　　對于新能源車來說，冬季用車的體驗想要不打折扣，從技術(shù)層面面臨的挑戰(zhàn)要比傳統(tǒng)燃油車大得多，這種挑戰(zhàn)很大一部分在于需要將技術(shù)下放到每個細節(jié)之處，而技術(shù)上的小提升帶來的效果往往并不能立竿見影，而是一個逐步累積的過程。

　　從理想的應(yīng)對方案來看，理想汽車確實是有針對性地做了很多技術(shù)的改進與提升。這一點是毋庸置疑的。

（圖/文/攝：太平洋汽車 黃克宇）