冬天新能源車(chē)掉續(xù)航不敢開(kāi)空調(diào)，理想的解決方案是什么？

　　【太平洋汽車(chē) 技術(shù)頻道】如題，對(duì)于新能源車(chē)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)反饋的諸多問(wèn)題中，冬季用車(chē)的問(wèn)題非常集中且突出。隨著溫度的降低，新能源車(chē)電池續(xù)航不足的問(wèn)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(hù)出行體驗(yàn)，“電動(dòng)爹”的名字就是這么來(lái)的。

　　如何解決這個(gè)問(wèn)題？當(dāng)然最直接的辦法是不開(kāi)空調(diào)，披上棉襖……

　　很多新能源車(chē)企都在研究應(yīng)對(duì)冬季用車(chē)的策略，技術(shù)控的理想也不例外。從理想汽車(chē)的研究來(lái)看，在冬季用車(chē)增加的能源損耗中，最主要的是來(lái)自于空調(diào)（35%），這是多數(shù)用戶(hù)的共識(shí)，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(huì)造成能量的多余損耗，而這些問(wèn)題的解決需要從材料層面開(kāi)始。

　　從用戶(hù)的最直觀體驗(yàn)來(lái)看，冬季新能源用車(chē)有三個(gè)比較大的痛點(diǎn)：座艙冷、續(xù)航少、充電慢。具體來(lái)說(shuō)，就是冬季空調(diào)制熱效果不好，如果想要達(dá)到滿(mǎn)意的制熱效果，續(xù)航里程就會(huì)明顯降低。如何魚(yú)和熊掌兼得？這是理想汽車(chē)需要解決的問(wèn)題。同時(shí)，作為理想汽車(chē)一大亮點(diǎn)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(lái)看空調(diào)制熱的問(wèn)題。

多源熱泵系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的新能源車(chē)制熱方式是PTC加熱器，這種方式通過(guò)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(chē)企采用熱氣旁通方案，通過(guò)電動(dòng)壓縮機(jī)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(jī)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(duì)于低溫下空調(diào)采暖效果不好的問(wèn)題，可通過(guò)壓縮機(jī)“自產(chǎn)自銷(xiāo)”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(dòng)壓縮機(jī)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(lái)15kW的制熱能力，并且有43鐘模式來(lái)應(yīng)對(duì)各種場(chǎng)景。

整車(chē)熱量精細(xì)分配

　　MEGA作為一款家用MPV車(chē)型，每個(gè)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(shí)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(wèn)題如何解決？

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

增加傳感器

　　為了更精細(xì)感知用車(chē)場(chǎng)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(gè)做法，當(dāng)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(gè)，MEGA在此基礎(chǔ)上增加到了51個(gè)，包含了優(yōu)化空氣質(zhì)量的二氧化碳傳感器、負(fù)離子傳感器，增加了天氣預(yù)報(bào)、地圖導(dǎo)航等信號(hào)識(shí)別。舉個(gè)具體的場(chǎng)景例子，車(chē)輛在隧道內(nèi)和隧道外的環(huán)境是不同的，而MEGA通過(guò)傳感器能夠感知這樣的變化，調(diào)整空調(diào)的出風(fēng)策略，來(lái)提升車(chē)內(nèi)的舒適性。

　　針對(duì)冬季續(xù)航的提升，理想的策略可以概括為“開(kāi)源節(jié)流”。節(jié)流對(duì)應(yīng)的是在確保座艙舒適性的前提下降低空調(diào)消耗，開(kāi)源則對(duì)應(yīng)了電池低溫放電量的提升。

雙層空調(diào)箱設(shè)計(jì)

　　冬天在車(chē)內(nèi)開(kāi)空調(diào)，除了需要考慮采暖，還有一個(gè)必須解決的問(wèn)題是起霧。一個(gè)通常的解決辦法是開(kāi)啟空調(diào)的外循環(huán)。但相比讓溫暖的空氣在車(chē)內(nèi)循環(huán)，開(kāi)啟外循環(huán)意味著額外的制熱負(fù)擔(dān)。

　　理想的方案是采用了雙層流空調(diào)箱的設(shè)計(jì)。雙層流空調(diào)箱是指對(duì)空調(diào)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，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(chē)艙下部空間，使用更少的能量就可以讓腳部感到溫暖。同時(shí)，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(chē)開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)工況下，雙層流空調(diào)箱帶來(lái)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(gè)冬季冷車(chē)啟動(dòng)的場(chǎng)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(shí)還會(huì)同時(shí)經(jīng)過(guò)電池，為電池加熱。但如果此時(shí)電池電量較高，實(shí)際上并不需要加熱來(lái)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(guò)電池的選項(xiàng)，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(chǎng)景下。

　　同時(shí)理想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了高度集成的模塊化設(shè)計(jì)，例如理想L6的增程熱泵系統(tǒng)超級(jí)集成模塊以及MEGA的熱管理集成模塊，后者將16個(gè)主要部件集成在一起，管路長(zhǎng)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(duì)的是磷酸鐵鋰電池電量測(cè)算不準(zhǔn)的問(wèn)題，因此這套算法運(yùn)用在理想L6車(chē)型上。

　　行業(yè)內(nèi)一般采用電池開(kāi)路電壓校準(zhǔn)電量。對(duì)于三元鋰電池，由于開(kāi)路電壓與剩余電量通常呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此可以通過(guò)測(cè)量電壓來(lái)準(zhǔn)確估算電量。但磷酸鐵鋰電池則完全不同，同一個(gè)開(kāi)路電壓可能對(duì)應(yīng)多個(gè)電量值，導(dǎo)致電量難以校準(zhǔn)。

　　ATR算法能夠依據(jù)車(chē)主日常用車(chē)過(guò)程中的充放電變化軌跡，實(shí)現(xiàn)電量的自動(dòng)校準(zhǔn)。它的目的是使電量估算誤差達(dá)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(lái)提升冬天的電池續(xù)航以及動(dòng)力表現(xiàn)。

　　從原理而言，電池放電、輸出功率的原理類(lèi)似于大壩放水。放電時(shí)電壓“水位”落差越大，輸出的功率就越強(qiáng)。但電壓落差并非越大越好，一旦低于安全邊界，便會(huì)對(duì)電池造成一定的壽命影響。由于電池材料對(duì)溫度較為敏感，在低溫下會(huì)出現(xiàn)比常溫更快的電壓跌落和更大的電壓波動(dòng)，所以行業(yè)內(nèi)通常會(huì)采用較為保守的功率控制算法，限制低溫下電池放電時(shí)的電壓落差。因此，傳統(tǒng)方法會(huì)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(guò)高精度的電池電壓預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了未來(lái)工況電池最大能力的毫秒級(jí)預(yù)測(cè)，因此，可以在安全邊界內(nèi)，最大限度地釋放動(dòng)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(shí)將增程器啟動(dòng)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(jì)等等。通過(guò)這些細(xì)致的技術(shù)提升，一點(diǎn)一點(diǎn)將冬季續(xù)航里程提升起來(lái)。

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

　　麒麟5C電池從微觀層面上，對(duì)電芯材料（正極、負(fù)極、電解液、隔膜）進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)2C電芯提升超過(guò)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(jì)，麒麟架構(gòu)將液冷板分散插入到每排電芯中間，形成類(lèi)似“三明治夾心”的結(jié)構(gòu)，以保證每個(gè)電芯能夠通過(guò)殼體大面區(qū)域和冷卻液進(jìn)行換熱，整個(gè)換熱面積相對(duì)于原來(lái)的底部冷卻方案提升5倍。

　　理想汽車(chē)設(shè)計(jì)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(dǎo)航路線后，車(chē)輛在到達(dá)超充場(chǎng)站前，算法就可以根據(jù)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)、場(chǎng)站的實(shí)時(shí)距離，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)電池預(yù)熱開(kāi)啟時(shí)間和預(yù)熱水溫，確保到達(dá)充電站開(kāi)始充電時(shí)，電池溫度得以控制在最優(yōu)溫度區(qū)間。同時(shí)，理想提升了末段80%-95%區(qū)間的充電功率，讓冬季充電時(shí)間更短。

　　對(duì)于新能源車(chē)來(lái)說(shuō)，冬季用車(chē)的體驗(yàn)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(chē)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(gè)細(xì)節(jié)之處，而技術(shù)上的小提升帶來(lái)的效果往往并不能立竿見(jiàn)影，而是一個(gè)逐步累積的過(guò)程。

　　從理想的應(yīng)對(duì)方案來(lái)看，理想汽車(chē)確實(shí)是有針對(duì)性地做了很多技術(shù)的改進(jìn)與提升。這一點(diǎn)是毋庸置疑的。

（圖/文/攝：太平洋汽車(chē) 黃克宇）