编辑｜志浩
汽车新闻12月9日报道，理想汽车近日举办冬季用车技术日，讲解冬季用车相关的一些问题及解决方案。
▲理想汽车冬季车辆技术日现场
理想汽车表示，冬季用车时，车厢过冷，是困扰很多用户的问题。车内温度上升太慢，车内温度分布不均匀。这些都是长期以来被用户诟病的新能源汽车的产品痛点。
针对寒冷的冬季用车场景，理想汽车的首要目标是保证全家人的舒适乘坐，力争让全家人感受到来自温暖车厢的幸福。
那么提高冬季行车舒适性的难点在哪里呢？如何克服呢？理想汽车给出了详细的解释。
1.自主研发的多源热泵系统，传感器数量多达51个
对于人体来说，舒适体验通常在24℃左右的环境温度下是最好的。在北方漫长的冬季环境下，为了达到车内舒适的温度，需要跨越几十度的温差。这时就需要强大的热管理系统来提供足够的加热能力。
目前，行业内大部分电动汽车冬季取暖有两种常规解决方案。应用最广泛的是PTC（加热器，用于产生热源用于电池或客舱加热）直接加热水或空气加热。它简单且快速，但需要大量工作。为了照顾北方较寒冷地区（-20℃）的供暖需求，体积、重量和能耗将大幅增加。此外，一些车企采用热风旁路方案，通过电动压缩机进行自热加热。但这种加热方式初期加热不足。转速慢，压缩机转速高，噪音大。
▲业内大部分电动车都是针对冬季取暖方式
为了解决这两种传统解决方案的缺点，（丨）采用了自主研发的多源热泵系统，具有43种模式，可以处理全温度范围内多种场景的能量调配。针对空调低温制热效果差的问题，可以通过压缩机“自产自销”进行快速制热：利用空调制热后温度仍然较高的冷却液，快速加热制冷剂，激活制冷剂。热泵机组，并使电动压缩机产生额外的能量。加热能力。该方案加热能力与行业常规做法对比：加热速度更快，峰值加热能力更大。
▲理想MEGA自主研发的多源热泵系统
拥有更强的制热能力作为保证，并不意味着你就会拥有良好的舒适体验。低温条件下，首先要满足车辆第一、二、三排的平等权益，避免出现第一排升温快、第二排不升温或升温慢的现象。
其次，在低温条件下，人体四肢的热量需求高于躯干，因此足部空间需要更多的热量。只有保证低温条件下为足部提供更多的热量，才能提供更好的舒适体验。同时，还要做到面部和脚部的温度分层，保证低温行车时脚部温暖、头部清爽。
要实现上述舒适效果，核心是车内热量的精细化分布。在驾驶过程中，驾驶员的脚部放置是相对固定的。一般汽车主驾驶位会有2到3个吹脚出风口，但理想MEGA额外增加了2个出风口，使主驾驶吹脚出风口数量达到5个。
通过流场设计，出风方向对应驾驶员脚部和脚踝的位置，让热量准确传递到人体感应部位。这不仅加热得更快，而且让用户感觉更舒适。
▲理想的 MEGA 车辆中精细的热量分布
同时，在行驶过程中，车辆外部气候、温度等条件也在不断变化。需要与智能空调的感知能力结合，保证全场景下更强、更均衡的制热效果。
自推出以来，传感器数量已达到38个。在新一代产品Ideal MEGA中，增加了二氧化碳传感器和优化空气质量的负离子传感器，以及天气预报和地图导航等信号识别。
如今，理想MEGA空调标定可用于整车标定的传感器数量已达51个，信号源通过车辆控制计算单元（XCU）统一处理，从而实现整车温度的智能控制。
▲理想MEGA全场景智能调温
以具体场景为例，在隧道场景中，理想的MEGA舒适度算法融合了地图信息，能够识别隧道场景。它结合光传感器和外部温度传感器综合判断，对温度控制进行特殊处理，检测车外污染源。隔热确保稳定舒适的温度和更好的客舱空气质量。
2、双层流空调箱功率轨迹算法设计与开发
另一方面，冬季新能源汽车行驶里程“缩水”一直是北方地区车主共同的痛点。
主要原因是材料在低温下物理性能的变化。 -7℃时，轮胎滚动阻力较常温增加50%，风阻增加10%，驱动系统润滑油变稠，导致效率降低2%，车辆阻力增加卡钳和轴承也将增加50%。
▲冬季电池寿命降低的原因
除了在基础材料科学领域投入研发来解决上述原因造成的能耗增加外，理想汽车还重点在热管理系统和电池上提高冬季续航能力。
冬季电池寿命下降中，空调消耗占15%，电池损耗约占10%。针对这两个问题，理想汽车提出了一套“开源节流”的解决方案。节流对应的是在保证座舱舒适度的同时减少空调消耗，而开源对应的是增加电池低温放电。
冬季使用期间，车厢供暖是能源的“大消耗者”，因此空调及其背后的热管理系统的效率是开发电动汽车时优化能源消耗的重点。
冬天打开车内空调，除了制热之外，另一个必须解决的问题就是起雾。车内温暖潮湿的空气遇到冰冷的玻璃很容易起雾。常见的解决办法是打开空调外循环，从车外引入干燥凉爽的空气进行除雾。但相比于让暖风在车内循环，开启外循环意味着额外的供暖负担，势必导致空调能耗增加。
针对这一问题，理想汽车采用了双层流空调箱的设计来解决。双层流空调箱是指上下两层的空调进风结构，引入适量的外部空气并分布在上部空间。在解决玻璃起雾风险的同时，也让会员呼吸新鲜空气。
内部循环的暖空气分布在机舱下部空间，使用较少的能量来保持脚部温暖。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，理想汽车开发了更加智能的控制算法，在保证不起雾的情况下，可以将内循环空气比例提高到70%以上，具有显着的节能效果。 。
以理想MEGA为例，在-7℃ CLTC标准工况下，双层流空调箱降低能耗57W，这也意味着续航提升3.6km。
▲理想的MEGA双层流空调箱体设计
除了空调箱的创新，为了应对冬季的不同场景，精准利用各种环境下的每一点热量，理想汽车还对热管理系统的架构进行了自研。
一种非常常见的情况是冬季早晨通勤期间的冷启动。由于这种情况大多是在城市驾驶条件下，虽然电驱动有余热可以用来给驾驶室供暖，但产生的热量并不多。
如果热管理架构采用传统方案，电驱动产生的废热在传递到座舱时也会经过电池，给电池加热。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容量，加热电池就会变成不必要的能耗。
因此，理想汽车在热管理系统回路中增加了绕过电池的选项，让电驱动直接为驾驶室供暖，与传统解决方案相比可节省约12%的能源。
▲理想汽车自主研发的热管理系统架构
此外，如果高速行驶时电驱动有足够的废热，它不仅可以加热乘客舱，还可以将多余的热量储存在电池中。下了高速公路进入城市后，如果出现拥堵，电驱的余热就不够了，电池储存的热量可以支持乘客舱的加热。
除了实现更全面的热管理场景覆盖之外，理想汽车还设计了高效的组件来减少热管理系统本身的散热。 Ideal MEGA的热管理集成模块集成了泵、阀门、换热器等16个主要功能部件，大幅减少零部件数量，管道长度减少4.7米，管道热损失减少8%，这也是行业标准首款满足5C过充功能的集成模块。丽丽L6搭载增程式热泵系统超级集成模块，解决了空间布局问题。
▲Ideal MEGA的热管理集成模块
除了通过优秀的热管理降低空调消耗实现“节流”之外，还需要不断探索改善电池低温放电的“开源”方面。冬季电池低温能量衰减的主要原因是在低温环境下，锂离子电池的电化学活性下降，自身放电内阻增大。
这意味着电池放电效率降低，电池内部将消耗更多能量。同时，电池的电量也会下降。当电池电量不足时，可能无法支持车辆的正常行驶，并且会消耗额外的能量来加热电池。
针对这一问题，理想汽车投入了大量精力研究MEGA的5C过充性能，以降低电芯内阻水平。这不仅实现了过充过程中低发热的要求，还带来了低温可用功率的提升。推动。
▲理想的MEGA低内阻电池设计
在此过程中，理想汽车对电芯内阻构成进行了分析，共拆解了三个层次共17个内阻元件，然后对每个内阻元件进行了优化可行性分析。
最后，通过采用超导高活性正极和低粘度高导电解液等技术，成功将MEGA 5C电池的低温阻抗降低30%，功率容量相应提高30%以上。如果我们看整车的低温续航测试条件，这意味着内阻能量损耗降低1%，电池发热损耗降低1%，整体续航能力可提升2% 。
除了理想MEGA使用的麒麟5C电池外，理想L6的磷酸铁锂电池也针对冬季使用进行了优化。很多电动车用户都有过这样的尴尬经历：仪表盘明明显示还有电，却突然熄火甚至“摔倒”。问题的根源在于磷酸铁锂的功率没有准确估算。
磷酸铁锂的电池容量无法准确估算，主要是校准机会很少。业界一般采用电池开路电压来校准电量。对于三元锂电池来说，由于开路电压和剩余电量通常具有一一对应关系，因此通过测量电压可以准确估算出电量。
但磷酸铁锂电池则完全不同。同一开路电压可能对应多个功率值，导致功率校准困难。为了解决这个问题，很多车企建议用户定期给电池充电，以校准电量。
但这种方法并没有从根本上解决磷酸铁锂电池电量估算不准确的问题。尤其是增程式或插电式混合动力车型，用户的驾驶习惯使得电池不太可能充满电，从而使电池校准变得更加困难。
针对这一问题，理想汽车花费三年时间研发了ATR自适应轨迹重建算法。该算法可以根据车主日常用车过程中的充放电轨迹实现功率自动校准。
即使用户长时间不充电，或者只是简单加油行驶，电池估算误差依然可以维持在3%到5%，比行业标准高出50%以上，让理想的L6更加省力。低温场景使用时效率比传统算法放电量提升至少3%。
▲ATR自适应轨迹重建算法
对于增程式车型来说，纯电动续航里程并不是从充满电到耗尽的行驶里程，而是指在增程器激活之前车辆以纯电驱动行驶的里程。冬季到来时，低温环境会导致电池放电能力减弱，导致增程器在剩余电量较高的情况下提前启动，导致纯电续航里程缩短。因此，提高电池的低温放电能力成为提高纯电动电池寿命和动力性能的关键。
从原理上讲，电池放电和功率输出的原理类似于大坝放水。放电时电压“水位”差越大，输出功率越强。然而，电压降越大越好。一旦低于安全边界，就会对电池寿命产生一定的影响。
由于电池材料对温度比较敏感，低温下比常温下电压下降会更快，电压波动更大。因此，业界通常采用较为保守的功率控制算法来限制电池在低温放电时的压降。因此，传统的方法会留下大量的电源冗余，造成“电源无法使用”的情况。
理想汽车推出APC功率控制算法来解决这个问题。通过高精度的电池电压预测模型，可以实现对未来工况下电池最大容量的毫秒级预测。因此，可以在安全范围内最大程度地释放电力。
▲APC功率控制算法
通过APC算法，低温环境下理想L6电池峰值功率提升30%以上，增程器启动前放电功率提升12%以上，进一步提升冬季纯电续航。 ATR算法和APC算法让理想L6的低温纯电续航提升15%。
3、优化电池芯材料设计及预冷预热算法
冬季充电不如其他季节快，这也是很多新能源车主的困扰。随着气温骤降，电池活性减弱，电动汽车的充电时间往往会显着延长。在常温下，传统2C电池系统从10%充电至80%通常需要30分钟左右，但在低温环境下，相应的充电时间会延长至50分钟左右。
理想汽车研发锂锂MEGA 5C电池时，其目标不仅是在常温下12分钟达到500公里，达到接近燃油车的充电速度，而且还要确保在行驶过程中能够保持这一水平。寒冷的冬天。为了实现全年正常充电体验的目标，理想汽车从硬件和软件两个维度进行了技术升级，包括在高倍率电芯设计、高效热管理设计、多种智能充电控制策略。
理想MEGA搭载的麒麟5C电池从微观层面对电芯材料（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，实现了高倍率性能，并可在低温条件下充电。倍率能力较传统2C电池提升100%以上。
▲理想的MEGA高倍率电芯设计
此外，理想MEGA的电池组采用麒麟架构，打造大热交换面积的电池热管理系统。更大的热交换面积不仅有助于在夏季更快地排除多余热量，而且在冬季也能有效提高电池加热速度，让电池在短时间内达到最适合5C过充的温度。
传统的散热方案通常将整个冷板布置在电池箱的底部，通过电芯底面的一小块区域与电芯进行热量交换。单位时间内的制冷和制热效果是有限的。理想的 MEGA 电池组消除了整个底部冷板设计。麒麟架构将液冷板插入每排电芯的中间，形成“三明治”般的结构，保证每一个电芯都能穿过外壳。采用大表面积与冷却液进行热交换，整个热交换面积比原来的底部冷却方案增加了5倍。
同时，利用车载热管理热泵技术带来的强大加热能力，理想MEGA的麒麟5C电池即使在零下的极低温环境下，仍能实现1.2℃/分钟的电池组升温速率。 10°C。
此外，理想汽车还设计了非常周密的智能预冷和预热算法。例如，设置前往超级充电站的导航路线后，在车辆到达超级充电站之前，算法可以根据电池的实时状态和实时情况自适应调整电池预热开始时间和预热水温。车站的距离。 ，确保到达充电站并开始充电时，电池温度控制在最佳温度范围内。目前，可以以小于1°C的精度控制电池温度，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开始交付后，理想汽车注意到，很多用户的实际充电习惯是尽可能追求充满电。许多过度充电的用户会将电池充电至95%（理想过度充电站的极限值）。但由于电池的化学特性，电池的充电速度在80%后就会下降，导致用户增加充电时间。为了让大多数用户在最短的时间内将电池充满电，提高最后80-95%范围内的充电功率势在必行。
理想汽车从电压、电流、温度三个维度大幅提升控制精度，进一步释放电芯充电性能。升级后，从10%充电到95%仅需17分钟，比之前缩短了5分钟。即使电池充电至95%时，充电功率仍可维持在100kW以上。
▲理想的MEGA最终充电功率提升
4、与宁德时代合作开发自主研发的电池组热泵系统
现场，理想汽车还展示了一些快充、能源管理以及一些自主研发的热管理模块。
▲5C麒麟电池
图中为理想汽车与宁德时代合作的5C麒麟电池组。这是理想汽车MEGA实车上电池组的1:1尺寸模型。图中蓝色的是一块电池。
▲5C麒麟电池
同时，还可以看到细胞之间的麒麟架构。麒麟架构将液冷板插入每排电池的中间，形成“三明治”般的结构，以确保每个电池都能穿过大外壳。表面积与冷却剂进行热量交换，整个热交换面积比原来的底部冷却方案增加了5倍。
▲麒麟散热架构图
此外，理想汽车还展出了多款自主研发的热管理相关模块。图为莉莉丝L6热管理超级集成模块。理想汽车表示，该模块采用十通阀，零件减少33%，管道长度减少4.3米，管道热损失减少8%。同时，主驾驶员右耳的噪音小于25dB。
▲理想L6热管理超级集成模块
图为理想汽车研发的R290热泵系统。理想汽车表示，它可以在22种功能模式之间切换，在环境温度35摄氏度时制冷时节能9%以上，在环境温度-20摄氏度时制热时节能40%以上。 。
▲力奥R290热泵系统
图为理想汽车研发的另一款二氧化碳热泵系统。理想汽车表示，它可以满足全温区热泵空调、电池5C过充加热和冷却功能，加热能力可达8kW。
▲理想汽车二氧化碳热泵系统
结论：理想汽车改善冬季用车体验
理想汽车表示，通过自产自销的热泵运行模式、精细化的车辆热量分布、智能场景识别，理想汽车可以保证任何情况下全场景的舒适性。
同时，理想汽车还以打造一款为全家人提供最佳体验的新能源汽车为目标，持续深化针对低温环境的技术研发。在冬季续航方面，理想汽车持续研发热管理和电池技术。
此外，理想汽车认为，超充是必经之路，而且四季皆宜。理想汽车突破了冬季电动汽车充电瓶颈。以5C超级充电技术为核心，为电动汽车用户描绘了一幅四季皆可照常行驶、顺畅出行的图景。旅行蓝图。
