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混合动力汽车的故事

时间: 2024-02-23   作者: 火狐官方网站

  混合动力汽车在国内是一个新鲜东西,最近,不仅丰田汽车公司在国内大力推广这种动力的产品,大众和宝马也在推广它们的混合动力汽车。实际上,最早的油电混合动力车在100多年前就诞生了,不过,当初的油电混合发展到今天经历了一个过程,也曾经有多个发展方向。

  在汽车问世启蒙阶段时工程师们就发现一个问题,内燃机的转速工作范围不能够满足汽车行驶速度范围需要,这就需要一个变速器。但是早期的汽车变速器既不完善也不可靠。而电动机则没有内燃机的这些弱点,一些设计师就想到了用汽油机结合电动机来来解决这一个问题;由内燃机驱动发电机,发电机发出的电再驱动电动机,电动机驱动车轮前进,因而有了最早的油电混合动力汽车的雏形。

  由于最早的油电混合动力车并不是像今天混合动力车以提升燃料利用效率为目标,而更多地未解决传动的问题,所以,这种汽油机、发电机和电动机串在一起的方式也称为电传动系统,费迪南保时捷非常看好这种电传动机构,他在1900 年设计了第一辆油电混合动力车被广为人知。在第二次世界大战中他参与竞标的“ 虎”式坦克方案也是这种动力结构(保时捷的“虎”最终竞标失败)。由于制造成本高,电传动技术后来大范围的使用在铁路机车和一些船舶的传动系统,其中最著名的是1918 年服役的美国“新墨西哥”号战列舰(排水量3.2 万吨)。

  同时,19 世纪末至20 世纪初期是电动车和汽车棋逢对手的时期。汽车和电动车各有自己的特点,汽车的燃料单位体积内的包含的能量大并且加油方便,但是内燃发动机启动不方便(启动电机还未发明),不完善的变速器也增加了掌握驾驶技术的难度。电动车启动方便,没有震动、没有噪声、没有废气排放、也不需要变速器,操作简单便捷容易上手,但是电池单位体积内的包含的能量小、充电时间长且电池续航能力短。有工程师想到了把电动机和汽油机动力组合在一起的双动力方式;低速行驶时用电动机(这个速度电动机擅长),到汽油机可以充分的发挥效能的中高速度行驶时转换成汽油动力行驶。

  1916 年,美国WOOD 汽车公司生产的 Dual Power Model 44 Coupe 双动力汽车;车速在24 公里/ 小时以下时用电动机,在24 公里/ 小时之后时用汽油机驱动。但是这种动力最终没有流行,表面上它拥有了两种动力的优点,实际上也结合了两种动力的缺点,同时令整个动力系统非常笨重。这种双动力组合系统很快就被人遗忘了。

  20 世纪50 年代和60 年代,随技术的进步,工程师们开始研究新一代混合动力车技术,他们更多处于探索阶段。不过,1973年爆发的第四次中东战争改变了世界石油供应充足的情况,中东产油国对西方国家的石油禁运让石油价格大涨,随后,一些石油输出国家宣布:“现有的石油探明储量只够开发三十年。”在20 世纪70年代和80 年代,研究燃油效率高的汽车或替代石化能源的新能源汽车成为一件紧迫的事情,这种紧迫程度比今天还迫切,混合动力再一次全方面进入了汽车厂家的视野中。

  如何让动力系统更高效?在20世纪80年代时,一些厂商又想到了21世纪初的油电双动力车概念并开始新的尝试,让内燃机和电动机都在各自效率高的区间工作以提升车辆的能量利用效率。

  1989 年,奥迪推出了Audi Duo 概念车,1997 年推出的Audi A4 Duo III 是奥迪的第一款量产的双动力车,它的动力由一台1.9升TDI 柴油机和一台电动机组成。电池不仅可外接民用交流电插座充电,同时车辆装备了制动能量回收系统以提升燃料的利用效率,纯电动模式下车辆的行驶里程为50 公里。但是,和20 世纪初期的双动车一样,Audi A4 Duo III 依然结合了两种动力的缺点,不仅提升了车辆的制造成本,且电动系统在没办法发挥正面非消极作用时其本身的重量反而会成为车辆行驶的额外累赘,结果它只生产了100 辆后就停产了。

  如何让动力系统高效省油?当然是让动力系统高工作效率区间扩大,而这是内燃机动力以及传动系统的短板,补充进“电”后这个短板会得到一定的改善。用油的内燃动力车好处是技术成熟、使用起来更便捷。电的长处是方便能量相互转化,不像内燃机不能把动能转化成汽油,而且电机无怠速,使用更灵活,不会造成额外的能量浪费。进而在油电混动概念上工程师探索出了油电全混动的概念。当然,如果变成产品则面临更多技术上的障碍。1993 年,丰田开始研发串并联全混动技术车型,定名为G21 计划。

  1997 年,丰田推出了第一代普锐斯混合动力轿车。它的阿特金斯循环汽油机和双电机动力传动组合是完全创新的,动力系统的燃料利用效率远远领先普通动力轿车,百公里综合油耗只有4.9升。不过,丰田的混联式混动技术虽然高效,但在最初的制造成本很高,在上市第一年时它的日本市场零售价格折合1.7 万美元起价,但是一辆车的制造成本就达到了3.2 万美元。这是造一辆赔一辆的节奏,而且消费者能否接受这个新事物是一个未知。

  在混合动力开发方面,本田则走了另一条相对稳健的道路,它开发以内燃发动机作为主动力、电动机作为辅助动力的并联式混动系统,简称IMA 系统。它主要以内燃发动机驱动行驶,利用电动机具有的在启动时产生巨大扭矩的特性,在汽车起步、加速等内燃发动机燃料消耗较大时,用电动机辅助驱动来降低内燃机的油耗。这种混合动力的结构最简单,只是在动力系统中增加了电动机和电池组,电动机的功率比较小,在节约能源的效果上不如丰田混联方式混合动力系统。1999 年应用这项技术的Insight 轿车正式上市。

  在21 世纪初的几年里,市场上销售的混合动力车型主要就是丰田普锐斯和本田Insight,丰田和本田成为混合动力汽车技术发展以及推广的领军者。21 世纪初期的几年里世界石油价格的飞涨为混合动力汽车发展提供了绝佳的良机。经过时间的验证,丰田混合动力车不仅省油而且可靠,综合使用成本低,从而赢得了更多消费者的信任,技术的成熟也降低了制造成本,再加上高端雷克萨斯混动车的加入,丰田混动车产品形成了系列,其销售进入了迅速增加时期。2007 年,对于混动车发展来说它是具有里意义的一年,丰田销售的各型号混合动力车已超越了100 万辆。这在某种程度上预示着混合动力车不再是市场边缘车型,它慢慢的变成了国际汽车市场中的主流车型之一,而1997 年普锐斯的上市也被认为是混合动力汽车里程碑时代的开始。