理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

12月初,理想汽车应景地举办了一场冬季用车技术日。顾名思义,除了普及车主方向的冬季用车小技巧,这场活动的另一个主要目的是介绍造车技术——在面对冬季低温这一并不友好的用车环境时,新能源车(包括纯电和增程系列)可以从哪些方向上发力改善用车体验,又有哪些不同于燃油车的新技术正在或即将投入使用。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

和之前的很多活动一样,理想汽车的这场技术日活动没有太多拖泥带水的环节,一上来便直入主题。在理想看来,新能源车冬季用车三大痛点分别是座舱太冷,续航减少,以及充电变慢。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

座舱温度的智能化调节:体感舒适为先

冬季用车座舱太冷是普遍存在的问题,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。

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。

为了解决这两种常规解法的弊端,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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

不过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2~3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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

此外,针对一排热的快、二排热的慢或不热这一行业常见问题,在理想MEGA上,理想汽车借助舒适性仿真计算,不断优化整车的风量分配,把一排和二排脚部风量的比例设定在1比0.87,相比于行业内常见的1比0.55、1比0.66,更能让一二排乘客享受到同等的舒适性体验。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

全场景舒适性不是一个新概念,从开始,理想汽车就开始通过38个车辆传感器的数据实时调整车内温度,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,丰富的信号来源通过理想汽车性能强大的车控计算单元(XCU)统一处理,进而实现全车温度的智能控制。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

降低能耗 从热管理与电池开始

面对冬季低温,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。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。

节流方面,理想汽车采用了双层流空调箱的设计。顾名思义,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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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创新。

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

开源方面,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。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%。

改善冬季充电速度 提升用车体验

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。

为了实现理想MEGA的5C电池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进行了优化。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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%。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

数据来源:理想汽车电池实验室实测

12月初,理想汽车应景地举办了一场冬季用车技术日。顾名思义,除了普及车主方向的冬季用车小技巧,这场活动的另一个主要目的是介绍造车技术——在面对冬季低温这一并不友好的用车环境时,新能源车(包括纯电和增程系列)可以从哪些方向上发力改善用车体验,又有哪些不同于燃油车的新技术正在或即将投入使用。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

和之前的很多活动一样,理想汽车的这场技术日活动没有太多拖泥带水的环节,一上来便直入主题。在理想看来,新能源车冬季用车三大痛点分别是座舱太冷,续航减少,以及充电变慢。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

座舱温度的智能化调节:体感舒适为先

冬季用车座舱太冷是普遍存在的问题,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。

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。

为了解决这两种常规解法的弊端,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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

不过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2~3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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

此外,针对一排热的快、二排热的慢或不热这一行业常见问题,在理想MEGA上,理想汽车借助舒适性仿真计算,不断优化整车的风量分配,把一排和二排脚部风量的比例设定在1比0.87,相比于行业内常见的1比0.55、1比0.66,更能让一二排乘客享受到同等的舒适性体验。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

全场景舒适性不是一个新概念,从开始,理想汽车就开始通过38个车辆传感器的数据实时调整车内温度,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,丰富的信号来源通过理想汽车性能强大的车控计算单元(XCU)统一处理,进而实现全车温度的智能控制。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

降低能耗 从热管理与电池开始

面对冬季低温,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。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。

节流方面,理想汽车采用了双层流空调箱的设计。顾名思义,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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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创新。

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

开源方面,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。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%。

改善冬季充电速度 提升用车体验

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。

为了实现理想MEGA的5C电池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进行了优化。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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%。

理想汽车冬季用车技术日:新能源“过冬”的新思路

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。

数据来源:理想汽车电池实验室实测

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