冬天续航拉胯、电量突然血崩,新能源这些老毛病还能治吗?

电车实验室 2024-12-09 11:37:40

一转眼,时间就来到 2024年的尾声。随着年底气温的暴跌,各位新能源车主,估计又开始头疼「冬季续航焦虑」这个老大难问题了。

当然,每逢这个时候就总会有一批,虽然不是新能源用户,但却热爱混迹于评论区的“懂哥”们又开始蠢蠢欲动。不断在各个自媒体平台,卖弄自己那从“拼夕夕”凑来的知识体系,大放厥词,开始抨击新能源汽车存在的价值。

对于这类朋友,只想对你们说:

“从唯心主义的角度出发,您开心就好。毕竟,客观物质世界的发展,从不以你们的「暴论」为转移,实属是无伤大雅!”

回归到真实的用户层面,最近几年,国内新能源汽车市场不仅是销量迅猛增长,其实技术水平也在飞速迭代。

那对于「新能源冬季续航焦虑」这个老顽疾,如果从技术角度切入,到底有没有解决办法呢?

这个答案是肯定的,有办法!而且是有越来多的新办法!

只不过要解决一个问题,我们首先需要剖析这个问题的构成因素。毕竟,“要先读对题,才能写对答案”。

导致出现「新能源车型冬季续航焦虑」这个问题,一般来讲,主要是有三个方面的因素:

1、电池因素

低温环境降低了“锂离子”的移动活性,会直接导致 电池充电/放电性能的明显下滑,进而引发充电速度慢、放电能力不充足的双重负面影响。

在此基础之上,部分种类电池,剩余电量预测误差大的问题,也使得用户体验进一步的恶化。

2、驱动损耗变大,能耗增加

冬季气温降低,会导致材料物理特性发生变化,例如:轮胎橡胶材质变硬、润滑油品粘稠度增加、悬挂制动系统拖滞阻力变大、风阻变高……

这些因素都会增加车辆行驶阻力,导致额外的能量损耗。

3、“制热”消耗了更多能量

低温环境下,车上人会觉得冷,车里电池也会“怕冷”。

为了确保乘客能处在舒适的乘坐环境、电池能处在合适的工作温度区间,就需要给座舱和电池包“供暖”。

但热量是不会凭空而来,制热也就代表着「非行驶耗电」的进一步增加。

到这里,问题的成因基本就展开了,下一步就是如何对症下药了。

就在上周,我们是参加了理想汽车的「冬季用车技术日」,在活动中,理想就介绍了他们应对冬季续航问题的思路,以及相对应的先进技术。

我认为,这次技术分享会所介绍的信息,对于帮助大家更全面地了解「新能源车型冬季续航问题」是有着十分有益的帮助。

各位新能源用户,不妨可以稍微花点时间,了解一下当前比较先进的一些应对技术。

磷酸铁锂 “两大问题”

首先是关于「磷酸铁锂电池」。

大家都知道,目前的新能源乘用车,主要是采用「三元锂电池」和「磷酸铁锂电池」,这两种类型的电池。(以下简称“三元锂”与“铁锂”)

相较于“三元锂”,“铁锂”电池在使用过程中,普遍会存在两方面的突出问题。

首当其冲,就是电池电量不准的「老毛病」。

举个例子,以往一些“铁锂”电池的车型,可能仪表显示电池电量还剩余50%,但用户实际开下来发现,真实续航却远远少于 50%电量所对应的里程,这就给用户带来了诸多的不便和潜在的使用风险。

甚至早期一些采用“铁锂电池”的车型,因为这个问题,还会出现电池电量突然血崩的状况。

上一秒仪表还显示,剩余电量到达目的地绰绰有余,可下一秒电量就瞬间归零,车辆直接在路上趴窝。

之所以会出现这个问题,和「磷酸铁锂电池」的物理特性有直接关系。

大家应该知道,新能源汽车显示的电池电量,并不像燃油车显示油箱油量那样,是基于“直接测量”而得出的数据。

事实上,车辆仪表上显示的电池电量只是一个估算值。通俗理解,它是根据当前电池电压,而“估算”出的一个电量数值。

“三元锂”电池随着电池剩余电量的变化,电池的开路电压,也会随之出现一个较为“线性”的变化曲线。

这一特性,使得“三元锂”电池的开路电压与剩余电量,通常能够呈现一一对应的关系。因此,通过测量电池电压就能够准确地估算电池电量。

然而“铁锂”电池,如果我们用开路电压直接对应电池剩余电量,表格上是会出现一个范围颇大的“直线平台”。

通俗一点来说,就是同一个开路电压数值,可以对应多个电池剩余电量。

这样一来,通过电池电压估算电池电量,这个误差就会变得相当可观。并且这个估算误差,还会随着车辆行驶里程的增加,而不断累计增大。

过去为了校准这个偏差,包括 特斯拉在内的不少汽车品牌,会建议用户定期(每周至少一次)将“铁锂”电池充满,让电池系统得到“校准”,以重新获得更准确的电量估值。

但这种方式,无疑是增加了用户的使用负担。

所以理想就推出了,行业首创的「ATR 自适应轨迹重构算法」。

这个算法可以在利用 补能充电/对外放电的电量变化,在用户无感的情况下,一直对“铁锂”电池进行动态校准。

至于具体原理,感兴趣的朋友,可以仔细阅读一下图中的生动比喻。最终的效果,就是能让“铁锂”电池估算精度提升50%,拥有媲美“三元锂”电池的电量准度。

而采用“铁锂”电池第二大痛点,就是冬季低温环境下,车辆的动力性能会出现显著的下降,百公里加速时间明显增长、加速体感明显变弱。

这个问题的构成原因,其实也不复杂:

第一就是,低温环境之下电池性能出现下降,导致电压跌落速度加快、电压波动变大。

其次,为了保证电池的使用安全与长期寿命,避免对电池造成不可逆的损害。在算法层面,电池会设定一个放电的「安全边界」,确保电池处在一个“安全运行区间内”进行放电。

冬季“铁锂”电池电压波动大、传统算法会留有非常多的功率冗余,无法让电池一直紧贴「安全边界」放电,这两重因素叠加,就会导致冬季“铁锂”电池的放电能力被进一步限制,进而出现动力体验明显下降的情况。

针对这种情况,理想给出的解决办法也十分具有针对性。

通过「大模型算法」的加持,对电池电压实现毫秒级的监测,让“铁锂”电池在冬季能够紧贴「安全边界」进行放电。这样既保证了电池的安全,也发挥了电池更大的放电性能。

最终在用户层面体验,能让车辆低温功率提升30%,减缓低温环境下车辆的动力衰减。

“热量”高效利用

在文章的开头,我们简单粗略地总结了,构成“新能源车型冬季续航焦虑”这个问题的三大原因。

除了大家非常熟悉的“动力电池性能下降”之外,还有就是“低温下材料物理特性发生变化,导致行驶阻力增大”,以及“制热产生的非驱动用电增涨”。

基础材料科学领域的研发创新,往往需要更为漫长的周期。因此,提升热管理系统的效能,就成为了另一种能更快速见效的方法。

数据显示,在冬季续航下降的原因构成中,空调消耗占比15%、电池损耗占比约10%。

针对这两项问题,理想是提出了一套“开源节流”的解决方案。

开源对应了电池低温放电量的提升,而节流则对应的是在确保座舱舒适性、电池性能的前提下,降低制热的能量消耗。

众所周知,冬季用车,座舱加热是耗能“大户”。而冬季在车厢内使用空调,除了需要考虑「制热升温」,还有必须解决「起雾问题」。

因为车内乘员呼吸产生的湿暖空气,遇到冰凉的车窗玻璃就很容易引发起雾,直接对驾驶视线产生影响,在此情况之下,我们都会选择打开空调除雾功能。

此时,空调系统就需要同时完成「制暖」和「除雾」两项任务,于是就产生了这样一组矛盾:

首先,想要实现高效制暖,最适当的做法,就是让空调保持内循环工作,让车厢本就温暖的空气在车内循环。

可一旦打开了除雾功能之后,空调系统就需要引进车外干燥的冷空气,来去除玻璃上的雾气。

以往常规的解决办法,空调系统只能开启外循环,引入外部干燥凉爽的空气进行除雾。但这也就意味着会对车内制暖,产生额外的负担,势必会带来空调能耗的增加。

针对这一问题,理想汽车采用了「双层流空调箱」设计,来平衡这一组矛盾。

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。

内循环的温暖空气则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。(由于脚离心脏更远,因此需要更高温度来保持舒适度)

同时,结合温湿度传感器、二氧化碳传感器这些传感单元,理想还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,实现出色能耗控制。

以车厢空间较大的 MEGA车型为例,在 -7°C CLTC标准工况下,「双层流空调箱」能带来了 57W的能耗降低,换算下来就是 3.6km的续航提升。

除了空调系统的创新,为了实现冬季用车,在各种工况下都对每一份热量精细化利用,理想还对「热管理系统」的架构进行了自研升级。

我们还是用“高频场景”进行举例:

像冬季早晨通勤时的冷车启动,这种场景多为城市行驶工况,电驱系统会有少量余热能够供给座舱采暖。

传统的「热管理架构」是采用串联方案,也就意味着,电驱余热的传递路径会首先经过动力电池,热量必须先为电池加热,而后才能传递到座舱。

如果此时电池电量较高,实际上并不需要加热来增加电池的放电能力,那么为电池加热的操作,反而成了不必要的能量消耗。

因此,理想在自研「热管理系统」的回路中,增加了旁通阀路,让热量可以绕过电池,直接去到需要加热的座舱,从而减少中间热量损耗。数据表明,相比传统方案,新技术可以节能约 12%。

写在最后

诚然,今天给大家介绍的,用于提升「新能源汽车冬季续航体验」的前沿技术,都只是单一品牌的其中一小部分技术成果。而且这种单纯的技术介绍,内容上也相对枯燥干涩。

但通过这样一篇比较片面的技术介绍文章,其中更朴素的目的,是想向大家传递一个,合理看待「新能源冬季续航问题」的理性视角。

那就是,我们既要承认「新能源汽车冬季续航问题」的存在,认识到在低温环境下由于电池物理特性、材料物理特性、热量管理和利用的局限性......这些因素综合叠加,而导致的冬季续航困扰。

但我们一定不能像开头所讲「网络无脑喷子」一样,选择性地只看到“静态的问题”,却对“动态的技术发展”视而不见。

事实上,问题不可能“静态存在”,技术也不可能“静止不前”!

为了克服冬季续航问题,与新能源汽车相关的大量产业,无数的人力、物力都在持续地进行研发攻关。

今天我们只盘点一家车企的少量技术成果,就能洋洋洒洒写成一篇文章。那整个行业持续投入形成“合力”所产出的成果,那更是可以想象。

因此,我们应该用“动态的视角、发展的眼光”来看待「新能源汽车产业」高质量发展之路,所面临的各种问题和挑战。

既要看到眼下的问题瓶颈,也要去了解前沿的技术发展方向。而不是单纯的“死盯”问题,“只认”问题,导致无形间忽视了技术发展所带来的产品体验升级革新。

如果一直持这样的眼光认识世界,恐怕最终只会像“老旧汽车”一样,被时代的发展所无情淘汰。

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