技术推动革新 混合动力和纯电动车们的前世今生

搜狐汽车 李天适

近一百年前,亨利·福特和托马斯·爱迪生携手共创电动车大计的谋划落空了,因为彼时1914的电池技术还达不到。从此,车辆几乎全是靠烧油在大道上一路狂奔,这直接把我们推向全球变暖的渊薮。现在,福特和特斯拉、雪佛兰这样的公司合作终于打造出电动车的部落。丰田用油电混动的普锐斯掀起一轮热潮,特斯拉的Elon Musk则完全抛弃了碳氢化合物这种燃料,用一款纯电动的Model S定义了新纪元的汽车。同时,插电混动就像这二者的奉子婚姻,不过丰田的插电式混合动力普锐斯与雪佛兰Volt是截然不同的。那么,我们为什么需要所有这些不同的技术?那让我们来看看纯电及混动车的前世今生吧。

混动和电动车们的前世今生

●电动车潮流紧跟技术发展

混动和电动车们的前世今生

电动车的历史可以追溯到19世纪初,但第一辆真正意义上的电动车是由英国电车大王托马斯·帕克(Thomas Parker)在1884年发明的。电动车在世纪之交迎来了一个小规模的黄金时代,并在1912年达到顶峰,那一年仅在美国就生产出了34,000辆电动汽车-相当于2002年整个混合动力车/纯电动车的生产总和。这些汽车由于其简单的操作和有限的续航里程而在城市里大受欢迎,并且它们的主要客户是妇女。然而随着大量石油储量的发现和高速公路的发展,有着更长续航里程的燃油车重新占据了主导地位。到了1910年前后,大多数企业均停止生产电动车,除了像叉车和高尔夫球车这样的专门设备。

在此之后,电动汽车的发展几乎停了下来,再有的就是像Henney Kilowatt这样胎死腹中的尝试。也的确有些研发尚在进行,制造混合动力汽车的一个早期尝试是AMC1967年的Amitron:使用能源再生制动的第一辆美国汽车。当时的想法是使用制动能量给汽车电池充电,奥迪、沃尔沃和其他品牌也的确在几款试验车型上尝试了这项技术。

混动和电动车们的前世今生

将汽油这个妖精收回瓶子里并没那么容易,虽然现代的电动车几乎在各方面都更胜一筹。电动汽车动力传动系统非常简单,因为它们并不需要复杂的传动装置、冷却液和其他配件。另外电动汽车也非常有效率,它能有效利用电池里90%的电力,这不知要比燃油车30-35%的效率甩出几条街。事实上,电动车的造价能做到仅仅是燃油车的零头,但要除了一个部件:那就是电池,它造价昂贵,并且单位质量可存储的能量仅是汽油的5%。

今天车用电池普遍采用的是锂离子电池(和你在笔记本电脑上找到的差不多),它有良好的能量密度,但价格昂贵、高度易燃。例如,据估计,特斯拉Model S的电池成本是15,000美元,这大约是其70000美元售价的五分之一。 (特斯拉希望在Gigafactory建成后电池成本能下降到8,000元。)能使电池更高效更便宜的新技术看起来指日可待,但离商业化还有距离。

●哪些厂商对电动汽车和混动车感兴趣?

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丰田用一辆普锐斯掀起了混动车的狂潮,它是在1997年被大张旗鼓地推向日本市场的(上面这位一脸紧张的是时任丰田汽车总裁的Hiroshi Okuda)。这款车在母国取得了巨大的成功,远超丰田的预期,仅在第一年就卖出去了18000台。与此同时,其他汽车制造商1997年到1999年间在美国推出了纯电动车,但他们卖得不好。本田在1999年用一辆双门Insight混动车进入了美国,丰田的普锐斯也在次年登陆美国海岸。

随着Insight和普锐斯的走红,混合动力车成了标榜绿色出行的人们趋之若鹜的稀罕物。2009年普锐斯的销量突破200万大关,其他品牌也紧随其后推出混动车型,包括福特、雪佛兰、大众,甚至还有保时捷。

混动和电动车们的前世今生

与此同时,在2008年,PayPal大王Elon Musk推出特斯拉全电动跑车,也是使用锂离子电池的首个量产车。虽然特斯拉并没有自建底盘(它用的是莲花Elise的底盘),不过它仍然开启了民智,其他厂商如雪佛兰慷慨宣言,要追求自己的商用电动汽车。结果可以接成个长龙了,雪佛兰Volt(混合电动汽车)和日产Leaf(纯电动汽车)均在2010年推出,其次是沃尔沃C30电动车、福特福克斯电动车、宝马ActiveE、丰田RAV4电动车等。特斯拉自己也在2012年推出了Model S,它可以说是一鸣惊人,在所有这些电动车里面是最著名的。

●混动车如何工作?

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所有的混合动力汽车和电动汽车都使用再生制动来回收制动功率,并将其存储在电池中。现代混合动力和电动汽车使用的是混合动力传动系统。并联混合动力汽车,像本田的Civic和Insight,是天然气为动力的汽车,它有一个小电动机并联接在内燃机(ICE)上。这样的车辆在高速路上运转还能颇有效率,不过起起停停就没那么好了。

雪佛兰Volt(上图)是一“串联”插电式混合动力汽车的例子。这款车的动力系统是纯电动的,燃气发动机仅仅通过一台发电机给电池充电。由于充电过程中的效率损失,串联式混合动力车在高速公路上反而效率不高,而在启停频繁的城市驾驶中表现更好。最后,像丰田普锐斯这样的汽车使用串联和并联系统的组合,因此在城市和高速公路上都能游刃有余,不过它的成本也更高。

像雪佛兰Volt和丰田普锐斯这样的插电混动汽车,都有一个充电口和足够大的电池,以便在行驶距离更长时依然保证全电动驾驶。例如,普锐斯充三小时电就能跑11英里,而Volt充10到16小时就能跑38英里。

●电动车的结构相对简单

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19世纪后期,以电池为动力的电动车后,铅酸电池一度成为主要动力供给设备。后来出现的镍镉电池、镍氢电池,锂离子电池,燃料电池等都是根据现有科技水平的发展研发出来的电源动力。相比混合动力车型,电动车的结构要简单得多,不过它们的传动系统、电池和充电设计彼此非常不同。特斯拉Model S是采用异步感应电机的后置引擎后驱车,而日产Leaf则是一辆使用同步电机的前置前驱车。更加极端的例子是,奔驰SLS AMG的电动版(上面这辆华丽的车)有四个电机,每个车轮一个,一共产生740匹的马力。

大部分电动车用标准插座充电,一夜差不多就能充满,240伏电则大约可以节省一半的时间。特斯拉Model S还有个可选的双充电器,每充一个小时就能跑58英里。特斯拉还提供了103个免费的超级充电桩,20分钟就能将电池充个半满。另外,在精品服务站点90秒就能更换一个满电电池。

●新能源车有什么吸引人的地方?

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化石燃料驱动的汽车对全球变暖、海洋酸化和其他恼人的环境恶化难辞其咎。它们还把美国惯成了一个重度依赖石油进口的国家,而石油卖家又不总是那么友好。

不过即使你不关心地缘政治,你也一定会同意环保汽车有许多好处。由于电动汽车的重量更轻、缺乏内部燃烧,电动汽车跑起来会比燃油汽车更安静。电动汽车的整个前部可以是一个溃缩区,这样真遇到撞车也会更安全。而且你可以常常在HOV车道(类似“公交专用车道”)上合法驾驶你那辆电动汽车或插电混动车。

纯电动汽车和插电混动车的价格比燃油车高出许多(当然是因为这些大电池),不过,大多数电动车和像雪佛兰Volt这样的插电混动车,会得到7500美元的联邦税收抵免,在加州,还会有额外的2500美元电动车补贴,或1500美元的插电混动车补贴。例如,日产Leaf卖3万美元左右,不过算上减免补贴,其实2万美元就能买到。另外,5年内你可以省下大约4000美元的烧油费用,这样价格其实就是16,000美元了。那么维护费用是个什么情况?这很难说,因为电动车总共上路也没多长时间,不过这些车子这么简单,维护起来应该也不难。

●关于电力车型的争议从未停止

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对电动车和混动车还有些麻烦的问题。电池寿命总有个头,废弃电池难以处置,替换费用昂贵。日产Leaf的耐热电池组(上图)价值5500美元,特斯拉Model S要换个电池需要耗资12,000-15,000美元。这两款车均有8年电池保修,不过过几年后电池性能会有明显衰减。由于技术的不成熟,混动电动车和纯电动车维护起来都是费用高昂。最后,电动汽车环不环保还取决于你住在哪里。如果你家那块电网是靠煤发电,而你又用电网给电动车充电,那你仍然在给全球变暖做贡献。核电厂则有另外一系列污染问题。

随着路上的混动和纯电动车越来越多,电池和维护的价格也在下降。特斯拉公司计划在Gigafactory建成后将Model S的电池价格降至8,000美元左右。电池科学 ——像最近锂阳极的进步——将最终被商业化,从而降低电池重量和成本。在短短几年内,电动汽车和混合动力汽车已经有了相当大的进步。所有这一切得来不易,法规、回扣和良性竞争促使汽车制造商将这个领域推向新的高峰。我们可以设想一个美好的未来,那时,电动车都足够便宜,便宜到政府补贴都显得多余,当这一切成真时,我们人人都是赢家。

总结:不管是潮流也好,技术发展趋势也好,以电力为主的车型经历了接近两个世纪的演变才成为今天我们偶尔能在街上看到的新能源车,如何提供电力供给效率似乎只能留给物理学家的各种猜想理论,至少对于目前的我们来说,,先把充电站建设到加油站覆盖率的1/4,有关电动车的一切争论或许将最终有个答案。

来源:搜狐汽车

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