冬季の気温低下により、新エネルギー車の航続距離が短くなることは、北部地域の自動車オーナーにとって長年の悩みの種となってきた。その主な原因は、低温下での材料物性変化である。マイナス7℃では、タイヤの転がり抵抗は常温比で50％、風圧抵抗は10％増加し、駆動システムの潤滑油の粘度が上昇して効率が2％低下し、キャリパーやベアリングの抗力も50％増加する。Li Autoは、これらの要因によるエネルギー消費量の増加に対処するため、基礎材料科学の研究開発に投資するほか、熱管理システムやバッテリーを通じて冬季の航続距離を伸ばすことにも注力している。

冬季の航続距離減少のうち、エアコンによるエネルギー消費は約15%、バッテリーの劣化によるエネルギー消費は約10%を占めています。Li Autoは、この2つの課題に対処するため、「資源増大と省エネ」のソリューションを提案しています。省エネとは、車内の快適性を確保しながらエアコンの消費量を削減することであり、資源増大とは、バッテリーの低温放電能力を高めることを指します。

二層フロー空調ユニット設計により暖房負荷を軽減します。

冬の運転中、車内暖房は主要なエネルギー消費源となるため、電気自動車を開発する際には、エアコンとその基礎となる熱管理システムの効率がエネルギー消費を最適化するための重要な領域となります。

冬場、車内エアコンを使用する際、暖房に加えてもう一つの課題が曇りです。車内の暖かく湿った空気が冷たいガラスに触れると、曇りやすくなります。一般的な解決策としては、エアコンの外気循環をオンにして、乾燥した冷たい外気を取り入れ、曇りを解消することが挙げられます。しかし、車内の暖かい空気を循環させる場合と比べて、外気循環をオンにすると余分な暖房負荷が発生し、エアコンの消費電力が必然的に増加します。

この問題に対処するため、Li Autoは二重層エアコンユニット設計を採用している。名前が示すように、この設計では空気取り入れ口の構造を上層と下層に分ける。上層では適量の外気が導入され分配され、乗客が新鮮な空気を吸えるようにしながら窓の曇りのリスクを軽減する。暖かい再循環空気は下層キャビンに分配され、少ないエネルギーで足元を暖める。同時に、温度・湿度センサー、二酸化炭素センサーなど豊富なセンサーを組み込むことで、Li Autoはよりインテリジェントな制御アルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは曇りを防ぎながら再循環空気の割合を70%以上に高めることができ、大幅なエネルギー節約につながる。例えば、Li MEGAモデルでは、-7°C CLTC標準動作条件下で、二重層エアコンユニットはエネルギー消費を57W削減し、これは航続距離の3.6km延長に相当する。

熱を最大限に活用するために完全に独自に開発された熱管理アーキテクチャ。

Li Autoは、エアコンユニットの革新に加え、さまざまな冬のシナリオに対応し、さまざまな環境で熱を少しでも正確に利用するために、熱管理システムのアーキテクチャにおいても独自開発の革新を実施しました。

非常によくあるシナリオの 1 つは、冬の朝の通勤時に冷えた車を始動させることです。これは主に市街地走行であるため、電動駆動システムは車内を暖めるためにいくらかの余熱を提供できますが、発生する熱の量は限られています。従来の熱管理アーキテクチャを使用した場合、電動駆動からの余熱もバッテリーを通過して車内に熱を伝え、バッテリーも加熱します。しかし、この時点でバッテリーの充電量が多い場合は、放電容量を増やすために実際に加熱する必要はないため、バッテリーの加熱は不必要なエネルギーの浪費になります。そのため、Li Auto は熱管理システム ループでバッテリーをバイパスするオプションを追加し、電動駆動が車内を直接暖められるようにしました。これにより、従来のソリューションと比較して約 12% のエネルギー節約が実現しました。

柔軟な熱配分の例は数多くあります。例えば、高速走行時には、電動駆動システムから発生する豊富な廃熱を利用して車室を暖めるだけでなく、余剰熱をバッテリーに蓄えることができます。Li Auto MEGAのバッテリーは、102.7kWhという大容量と優れた断熱性により、優れた蓄熱ユニットとして機能します。高速道路を出て市街地に入ると、交通渋滞が発生し、電動駆動システムの廃熱だけでは供給が不足する場合でも、バッテリーに蓄えられた熱で車室の暖房をサポートします。

Li Autoは、より包括的な熱管理シナリオの提供に加え、熱管理システム自体の放熱を抑えるための部品設計も効率化しました。Li MEGA熱管理統合モジュールは、ポンプ、バルブ、熱交換器など16個の主要機能部品を統合し、部品点数を大幅に削減し、パイプラインの長さを4.7メートル短縮し、パイプラインの熱損失を8%削減しました。これは、5C過給機能に対応した業界初の統合モジュールでもあります。Li L6は、業界初の航続距離延長ヒートポンプシステム向けスーパー統合モジュールを搭載し、スペースレイアウトの課題を解決し、航続距離延長車両のゼロから1への飛躍的進歩を実現しました。

Li Auto は、高度な熱管理システム設計、コアコンポーネントの革新的な開発、洗練された調整と制御を通じて、優れた快適性を確保しながら、業界をリードするエネルギー消費レベルを達成しました。

業界初のKirin 5Cバッテリーは、超低内部抵抗セル設計を特徴としています。

Li Autoは、優れた熱管理によってエアコンの消費量を削減するだけでなく、低温時のバッテリー放電容量を向上させる方法も継続的に模索しています。冬季の低温時にバッテリーのエネルギー劣化が起こる主な原因は、低温環境ではリチウムイオンバッテリーの電気化学活性が低下し、放電抵抗が増加することです。これはバッテリーの放電効率が低下し、バッテリー内部でより多くのエネルギーが消費されることを意味します。同時に、バッテリーの電力容量も低下します。充電レベルが低い場合、正常な車両走行をサポートできなくなる可能性があり、バッテリーを加熱するために追加のエネルギーを消費する必要があります。

この問題を解決するため、Li AutoはMEGA 5Cの過充電性能を実現するための研究において、バッテリーセルの内部抵抗を低減することに多大な労力を費やしました。これにより、過充電時の低発熱要件を満たしただけでなく、低温での使用可能な電力も増加しました。このプロセスにおいて、Li Autoはセルの内部抵抗の構成を分析し、3つのレベルに渡って17のコンポーネントに分解した後、各コンポーネントを最適化するための実現可能性分析を実施しました。最終的に、超伝導の高活性カソードや低粘度で高伝導性の電解質などの技術を採用することで、MEGA 5Cセルの低温インピーダンスを30％低減することに成功し、それに応じて電力容量が30％以上向上しました。車両全体の低温域でのテストでは、内部抵抗によるエネルギー損失が1％低減し、バッテリーの加熱損失が1％低減し、全体的な航続距離が2％向上します。

先駆的な ATR 電力推定アルゴリズムにより、リン酸鉄リチウム電池のより信頼性の高い電池寿命が保証されます。

Li Auto MEGAに搭載されているKirin 5Cバッテリーに加え、Li Auto L6のリン酸鉄リチウムバッテリーも冬季運転に最適化されています。多くの電気自動車ユーザーが、ダッシュボードにはまだ電力が残っていると表示されているのに、突然エンストしたり、故障したりするという、困った経験をしたことがあるでしょう。この問題の根本は、リン酸鉄リチウムバッテリーの電力残量の推定が不正確であることにあり、これは10年近く業界を悩ませてきた問題です。

リン酸鉄リチウム（LFP）バッテリーのバッテリー容量の推定が不正確な主な理由は、校正の機会が限られていることです。バッテリー容量を校正するための業界標準は、開放電圧です。三元リチウムバッテリーの場合、開放電圧と残存容量は通常1対1で対応しているため、電圧を測定することで正確な容量推定が可能です。しかし、LFPバッテリーはまったく異なり、同じ開放電圧が複数の容量値に対応する場合があり、校正が困難です。この問題に対処するため、多くの自動車メーカーは、ユーザーが定期的にバッテリーをフル充電して校正することを推奨しています。しかし、このアプローチでは、LFPバッテリー容量の推定が不正確であるという問題を根本的に解決することはできません。これは特に、レンジエクステンダー車やプラグインハイブリッド車で当てはまり、運転習慣によりバッテリーをフル充電する機会がさらに少なくなり、容量校正がさらに困難になります。

この問題を解決するため、Li Autoは3年をかけてATR適応軌道再構成アルゴリズムを独自に開発し、Li L6モデルに初めて適用しました。このアルゴリズムは、日常の運転中に観測される充放電軌道に基づいて、バッテリー残量を自動で補正します。ユーザーが長期間バッテリーをフル充電しなかった場合や、ガソリンのみで走行した場合でも、バッテリー残量の推定誤差は3%～5%に抑えられ、業界標準と比較して50%以上の改善となります。これにより、Li L6は低温環境において従来のアルゴリズムと比較して放電容量が少なくとも3%向上し、冬季における航続距離の安定性が向上します。

電力制御 APC アルゴリズムにより、低温でも強力なパフォーマンスが保証されます。

レンジエクステンダー搭載型電気自動車の場合、純電気走行距離とは、満充電から完全に放電するまでの走行距離ではなく、レンジエクステンダーが作動するまでの純電気走行距離を指します。冬季は気温が低いためバッテリーの放電能力が低下し、残量が多いにもかかわらずレンジエクステンダーが早めに作動し、純電気走行距離が短くなります。そのため、バッテリーの低温放電能力を向上させることは、純電気走行距離と性能の両方を向上させる上で非常に重要になります。

原理的には、バッテリーの放電と出力はダムからの放水に似ています。放電中の電圧降下が大きいほど、出力は強くなります。しかし、電圧降下が大きいほど良いというわけではありません。安全閾値を下回ると、バッテリーの寿命に影響を及ぼします。バッテリー材料は温度に敏感であるため、低温では室温よりも電圧降下と変動が速く、より顕著になります。そのため、業界では通常、低温でのバッテリー放電中の電圧降下を抑えるために、保守的な電力制御アルゴリズムを採用しています。その結果、従来の方法では大きな電力の冗長性が残り、バッテリーの潜在能力を最大限に発揮できない状況に陥ります。

この課題に対処するため、Li Autoは自社開発のAPC電力制御アルゴリズムを導入しました。高精度のバッテリー電圧予測モデルにより、将来の動作条件におけるバッテリーの最大容量をミリ秒レベルで予測し、安全範囲内で最大限の出力を実現します。このAPCアルゴリズムにより、Li L6は低温環境下でもバッテリーのピーク出力が30%以上向上し、パワフルなパフォーマンスを享受できます。また、レンジエクステンダー作動前の放電容量も12%以上向上し、冬季における純電気走行距離をさらに向上させます。

ATRアルゴリズムとAPCアルゴリズムの開発成功により、Li-Auto用リン酸鉄リチウム電池を覆っていた「二つの暗雲」がついに払拭されました。この二つのアルゴリズムの相乗効果により、Li L6の低温純電気走行距離は最大15%向上しました。

累計販売台数が100万台を超えるLi Autoは、何百万もの家族に冬のドライブをより快適にする責任を担っています。Li Autoは、家族全員にとって最高の新エネルギー車の開発を目指し、低温環境における技術研究開発を継続的に深化させています。冬季航続距離の達成においては、業界をリードする熱管理技術とバッテリー技術により、Li Autoは確固たる地位を築いています。