2021年终作品:超级混动DM-i脉冲自加热的利与弊(视频脚本)

在动笔写这个视频脚本之前,我思考了很久。也许,这个视频会给我带来很多压力,因为我想在这条视频中挑战如日中天的比亚迪。
EV模式电池升温情况
测试1:-10℃左右户外,HEV模式长距离行驶2个小时/150公里后,电池温度只有9℃。
测试2:-10℃户外,HEV模式中距离行驶50分钟/46公里后,电池温度只有2℃。
测试3:-9℃户外,EV模式中距离行驶1小时/47公里后,车辆耗能11度电,电池温度上升25℃,进入15℃以上的正常工作温度区间。
脉冲自加热的利与弊
之前在《全网首探脉冲自加热》那个视频中,我提到,比亚迪对解决冬季发动机抖动问题的升级,可能是对脉冲自加热程序更新了标定。但现在,我对脉冲自加热技术有了更深一层的认识,我觉得这项技术有利也有弊,并且在超级混动这辆车上此设计有很大局限性。

我查到了一篇关于脉冲自加热的论文,是清华大学欧阳明高院士团队的研究,文章比较新,完成于2020年9月,第一作者是李亚伦同学。论文摘要中提到,使用最大加热电流,电池温度可以每分钟上升8.6℃。

这篇论文的封面插图信息量很大,完整地展示了该研究中的所有关键点:
绿色部分是电路拓扑,复用车辆的电驱,包括逆变器和电机绕组。
蓝色部分是基本方法,电池分为两组,通过电机的绕组,用脉冲电流充电,达到电池自加热的目的。
黄色部分是实现结果,用一个40度电、60kW的电动车(基本等同于一辆比亚迪的海豚)作为案例,展示了这种方法的升温曲线。
假设电池温度初始为-8℃,这种方法可以让电池温度在3分钟内上升到15℃之上,进入理想的工作温度区间。

但是,这种方法有一个致命的局限性,就是车辆行驶的时候不能使用。这很好理解,因为在执行这种脉冲自加热的操作时,电池无法输出完整的、连续的工作电压,它正在用脉冲电压充电。对于这篇论文的案例,电驱也被脉冲自加热的操作占用了,无法驱动车辆行驶。所以,如果用此方法,想让电池达到合适的工作温度,在启动车辆后,需要等两三分钟,车不能马上开,这与燃油车的原地热车类似。一旦车开起来,这种方法就不能用了。

比亚迪的脉冲自加热专利,与清华的这篇论文有一些差别。为了聚焦主要问题,在这个视频中,我不想展开详细的技术细节,但我有一个推测:比亚迪的脉冲自加热同样无法在车辆行驶过程中起作用。换一种更容易理解的说法,超级混动一旦挂上D挡,脉冲自加热功能就失效了。
从电气原理上分析,第一、第二电池组串联起来输出完整电压给电驱供电的同时,再进行左右互搏脉冲自加热是很难实现的,也许比亚迪有自己的专利,但以我的知识背景和经验,想不出来该如何设计。
从另一个角度看,也就是我的实测结果看,超级混动这辆车在行驶很长时间后,电池温度仍然很低,这说明,行驶过程中脉冲自加热是不起作用的。否则,电池应该早就进入了理想工作温度区间。

按理说,超级混动有发动机,发动机有余热,这些余热既然可以给空调供热,那应该也可以给电池包加热。但很遗憾,现款超级混动的电池包没有加热的水路,所以,发动机的余热无法送给电池包。

有UP主对超级混动的电池包进行了拆解,展示了电池包内部情况,没有加热的水路,但有4片加热膜。(@Motorvoice 视频)
该UP主认为,加热膜是为了让加热更均衡,也能提高加热效率。我个人认为,这个解读从逻辑上讲不通,因为脉冲自加热是由内而外地加热,其均衡性和效率肯定好于外部的加热膜。
那么为什么设计这个加热膜呢,我推测,是为了在脉冲自加热无法工作的时候,用加热膜给电池加热,例如行驶或充电的时候。这个加热膜我估算了一下面积,约为0.3平方米。参考建工行业标准,这么小面积的加热膜功率其实很小,也许只有几百瓦。从视频中也可以看到这组加热膜的引线,不是很粗的电缆,并且使用了普通的控制线插头。假设这根电缆工作电流可以达到10A,并且用动力电池的高压384V,那么这组加热膜最大功率不到4kW。从我前面展示的实测效果来看,要么这组加热膜功率不够大,要么它基本就不工作。因为电池温度很长时间也上不来。
寒冷地区的购车建议
我在之前的视频中曾经提到过,我认为超级混动更适合在北方寒冷地区使用,这里我想对各位说声对不起,以我最新的认知,这个说法是不准确的。
超级混动总设计师杨冬生在发布会上说:超级混动装备了全球首创的脉冲自加热,在寒冷的东北地区也可以使用。
但我想在这里挑战杨总师一个问题:脉冲自加热在车辆行驶过程中,能发挥作用吗?
此外,我在宋PLUS DM-i的用户手册上发现了一个细节。在2021年3月25日版本的用户手册中,第42页关于双模系统的章节里只提到“车辆最佳使用温度为25℃”。

但在2021年7月27日版本的手册中,这个章节作了较大修订,提到“建议在-20℃以上环境中使用车辆”。

我查了一下中国各地的历史气温数据,基本上可以沿北纬45°画条线,也就是说,长春、乌鲁木齐以北,数九时节的平均最低气温在-20℃以下的地区,不适合使用超级混动。

比亚迪对用户手册的这个修改,从技术角度上来看,是负责任的,但从商务及市场角度看,是不够负责的。例如,既然你在黑龙江交付了超级混动,那么对黑龙江的车主,是否要给出额外的售后承诺,甚至补偿?
当然,北方寒冷地区的车主或准车主也不必因此对超级混动或者新能源车彻底绝望,得出不能购买的结论。如果你有车库和私人充电桩,那么基本就不用考虑什么零下20度或零下30度了。
很多问题其实换个角度看,会有豁然开朗的理解。例如,在北京,燃油车每周有一天尾号限行,一年大概有近50天无法使用,但很多北京市民还是在购买燃油车,恐怕大多数人很难得出燃油车不适合在北京购买的结论,对吧?
对比亚迪的建议
要想改进DM-i在冬季低温环境的电池表现,我觉得可以考虑两个方向:
1. 在现有硬件基础上,改进车辆控制策略,例如冬季使用增程模式,让发动机长时间工作于高效区间,一方面发出的电可以驱动车辆,另一方面可以保持较长时间给电池充电,有利于提升电池温度。
2. 改变现有硬件设计,为电池包设计加热水路,充分利用发动机的余热。当然,终极解决办法是使用热泵。感兴趣的朋友可以关注我未来计划制作的关于热泵的视频。
自然界从不飞跃
我想再次重温莱布尼兹的那句话:自然界从不飞跃。
我对超级混动这辆车的了解不是一步到位的,走过弯路,有一个过程。刚开始我看到了它的优点,但后来也发现了它的不足,我自己也可能有错误的观点和认识,包括在这条视频中讲的内容。
大多数消费者对新产品、新技术产生怀疑和焦虑往往是因为不够了解,所以,发展的眼光和学习的心态很重要。《我与宋PLUS DM-i一万公里》那个视频中,我说这个冬天我会努力出更多的作品,让三北地区的消费者“认可”超级混动和新能源车。在这里,我要把这个说法改一下,我想让三北地区的消费者更深入“认知”超级混动和新能源车。
我既不想替比亚迪粉饰太平,也不想对比亚迪随意菲薄。唯有实事求是,才能发现问题,解决问题。在实践中求真知,步步为营,久久为功,才是技术进步的正途。
希望大家能继续用开放的心态认识新能源车,我们一起继续深入探索超级混动这个新技术。
最后,祝大家新年快乐,用车顺利!
关于我
2021年,关于新能源车和超级混动,我制作了55个视频,写了超过10万字的文章和脚本。很多人对我可能有些好奇,也有评论说我有钱也有闲。这里简单做一个说明,我不是富二代,也不是官二代,只是蒙恩接受过中华人民共和国从托儿所到大学的全套免费教育,这是我最大的财富。我原来在一带一路方向工作,疫情是一个重大变故,海外业务很难开展。但我也因此有了更自主的时间安排。中文“危机”这个词很有意思,危险与机会并存。这次疫情,我对这个词的理解更深了一层,我很珍惜这段“有闲”的时光。