汽車(chē)能源新進(jìn)化 主流混合動(dòng)力技術(shù)全解析

蒸汽機的發(fā)明帶領(lǐng)人類(lèi)迎來(lái)了內能與機械能的首次轉化，而19世紀末內燃機的誕生，也讓汽車(chē)工業(yè)與汽油結下了不解之緣。原本只是石油煉油廠(chǎng)廉價(jià)的副產(chǎn)品汽油，隨著(zhù)滿(mǎn)世界跑的汽車(chē)而身價(jià)倍增，逐漸取代煤油成為石油工業(yè)的主導產(chǎn)品，時(shí)至今日，石油不僅僅是能源那么簡(jiǎn)單，早已和一個(gè)國家的經(jīng)濟、政治甚至外交有著(zhù)重大密切關(guān)系。

地球上石油資源還能供人類(lèi)用多久？

雖然普遍使用的燃油發(fā)動(dòng)機存在種種弊病，動(dòng)能轉化效率低/環(huán)境污染嚴重，但我們仍然無(wú)法擺脫對石油的依賴(lài)，甚至牽動(dòng)全世界的命脈。然而近百年來(lái)，隨著(zhù)石油工業(yè)飛速發(fā)展，早已面臨能源危機，作為非再生資源，總有一天會(huì )在地球消失，絕不是危言聳聽(tīng)，按照目前的開(kāi)采速度，地球所剩下的石油資源僅僅能維持百年之久，就連煤炭等礦物能源也都僅僅在未來(lái)幾百年內在地球枯竭，而目前最有效的辦法，也只有開(kāi)源節流，一方面節約汽油能源，另一方面開(kāi)發(fā)和尋找新能源。

鋼鐵俠目前也只能活在科幻電影中？

推廣新能源汽車(chē)幾乎成為現在全球矚目的戰略方針，短時(shí)間內，我們不要幻想什么核能，生物能甚至太陽(yáng)能來(lái)取代現有的能源霸主，不僅僅是造價(jià)昂貴，更主要的是技術(shù)水平還沒(méi)有達到一定高度，鋼鐵俠也只能在科幻小說(shuō)中一展所長(cháng)，把核動(dòng)力裝上汽車(chē)？移動(dòng)原子彈就此誕生；也不要妄想水能變成油，那是違反了能量守恒定律，把水分解成氧和氫需要的能量就是氧和氫燃燒釋放的能量，仔細想想，也只有電能才能在未來(lái)取代石油能源。

擺脫汽油——純電動(dòng)汽車(chē)電池是短板

純電動(dòng)汽車(chē)可以真正實(shí)現綠色環(huán)保，徹底擺脫對石油的依賴(lài)，也成為目前眾多廠(chǎng)商所擁護的技術(shù)發(fā)展方向，但從目前環(huán)境來(lái)看，電池技術(shù)短板和充電設施不完善難以推動(dòng)純電汽車(chē)發(fā)展，較差的續航能力攜手較龐大的電池組，并非上上之選，連手機續航問(wèn)題都還沒(méi)解決，何談汽車(chē)？什么時(shí)候充一次電能行程1000公里，純電汽車(chē)才真正揚帆起航，但現在的技術(shù)還遠遠達不到，并且安全問(wèn)題也是一道重大難關(guān)，手機電池爆炸都能毀容，汽車(chē)電池威力非同小可。

開(kāi)源節流——混合動(dòng)力大勢所趨

眾多技術(shù)的不完善，導致汽油的霸主地位依舊不可動(dòng)搖，沒(méi)人否認，未來(lái)電能將必定取代石油來(lái)繼續延續我們的生活，但目前不行。人類(lèi)對于石油燃料的消耗和胃口越來(lái)越大，大氣污染的加劇、全球變暖以及未來(lái)能源殆盡，都成為迫在眉睫之事，在目前純電不給力的局面下，汽車(chē)廠(chǎng)商們紛紛推出新能源產(chǎn)品試圖替代傳統的內燃機，油電混合動(dòng)力技術(shù)也由此發(fā)展開(kāi)來(lái)。

混合動(dòng)力概念及優(yōu)缺點(diǎn)解析

概念：

混合動(dòng)力一般是指油電混合動(dòng)力，即燃料驅動(dòng)和電能驅動(dòng)的相結合；混合動(dòng)力汽車(chē)是由燃料發(fā)動(dòng)機與電池電動(dòng)機同時(shí)運行來(lái)驅動(dòng)的汽車(chē)。

優(yōu)點(diǎn)：

1、和汽油車(chē)一樣到加油站加油，不用改變汽車(chē)的使用習慣；政府和企業(yè)推廣這種產(chǎn)品也無(wú)須投資新建充電裝置或加氣站。

2、燃油經(jīng)濟性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達的輔助，所以可以降低油耗，可關(guān)停內燃機，由電池單獨驅動(dòng)，實(shí)現"零"排放。

3、動(dòng)力性?xún)?yōu)于同排量的單純內燃機汽車(chē)，特別是在起步加速時(shí)，電動(dòng)機可以有效地彌補內燃機低轉速扭矩力不足的弱點(diǎn)

4、減少車(chē)內的機械噪音、低速或怠速時(shí)采用電動(dòng)機工作。

缺點(diǎn)：

1、技術(shù)不成熟，相關(guān)產(chǎn)品定價(jià)過(guò)高，電動(dòng)機和內燃機兩套動(dòng)力系統的造價(jià)遠比一套動(dòng)力系統的成本高。

2、長(cháng)時(shí)間高速或勻速行駛不省油。因為混合動(dòng)力車(chē)燃油消耗上的優(yōu)勢主要依靠勢能積蓄電力節能，換句話(huà)說(shuō)，混合動(dòng)力車(chē)在行駛中越是頻繁制動(dòng)減速、或頻繁地起步停車(chē)就會(huì )相對更為節能。而如果處于長(cháng)時(shí)間勻速行駛，其節能效果就會(huì )相應降低。

　　主流市場(chǎng)中目前存在各式各樣的混合動(dòng)力車(chē)型，但各大廠(chǎng)商的混合動(dòng)力技術(shù)也不盡相同，最終呈現節能效果也不同。從混動(dòng)程度分類(lèi)，主要可以分為輕/微混動(dòng)、中度混動(dòng)、全混動(dòng)以及插電式混動(dòng)四種方式，完全是根據電力與燃油參與的比重來(lái)劃分的，下面筆者就根據主流不同混合動(dòng)力車(chē)型解析各大廠(chǎng)商的混合動(dòng)力技術(shù)：

微混合動(dòng)力：

電混合比例5%

節油10%

　　技術(shù)解析：微度混合動(dòng)力系統在傳統內燃機上的啟動(dòng)電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅動(dòng)啟動(dòng)電機。該電機為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機，用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴格意義上來(lái)講，這種微混合動(dòng)力系統的汽車(chē)不屬于真正的混合動(dòng)力汽車(chē)，因為它的電機并沒(méi)有為汽車(chē)行駛提供持續的動(dòng)力。

代表車(chē)型：奔馳Smart Fortwo mhd

　　作為奔馳所開(kāi)發(fā)的由汽油到電動(dòng)的過(guò)渡產(chǎn)品，smart MHD（Micro Hybrid Drive）采用了微型混動(dòng)技術(shù)，這是一款由汽油發(fā)動(dòng)機 電動(dòng)機組成的smart Fortwo微混合動(dòng)力驅動(dòng)系統驅動(dòng)的車(chē)型。

　　為了應付系統所需頻繁啟動(dòng)引擎的特殊需求，mhd特別結合傳統啟動(dòng)馬達與發(fā)電機功能以提升功率與使用壽命，就算臨時(shí)需要瞬間電能來(lái)提供車(chē)輛發(fā)動(dòng)時(shí)也額外配有AGM電池來(lái)供應，其內部采用膠態(tài)電解液能較一般電池有更長(cháng)的蓄電量，不過(guò)當計算機偵測到AGM電瓶?jì)炔侩娏坎蛔銜r(shí)，mhd系統也會(huì )暫時(shí)停止啟動(dòng)以利電瓶進(jìn)行充電。

　　奔馳Smart在車(chē)尾部有一個(gè)“mhd”標識，這就是它獨有的微型混合驅動(dòng)系統的英文縮寫(xiě)。這套系統的作用就是盡可能的為這款小車(chē)節省燃油。它的開(kāi)關(guān)位于擋把前方，帶有綠色“ECO”標識的按鍵。按下后，儀表右側的綠色“ECO”指示燈會(huì )點(diǎn)亮。在踩下制動(dòng)踏板并且行駛時(shí)速降到低于8公里的情況下，Smart的發(fā)動(dòng)機會(huì )自動(dòng)熄火；當抬起制動(dòng)踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機又會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)。

代表車(chē)型：大眾高爾夫1.4TFSI 藍驅

　　高爾夫藍驅的啟動(dòng)-停車(chē)（Start-Stop）技術(shù)和再生制動(dòng)能量回收（Recuporation）技術(shù)的應用，降低了車(chē)輛靜止時(shí)發(fā)動(dòng)機怠速運行產(chǎn)生的燃油消耗，并回收再利用車(chē)輛在制動(dòng)或減速過(guò)程中耗費的多余能量。特別是在頻繁起步、停車(chē)的擁堵城市交通中，這兩項技術(shù)的應用，能夠有效節省能源和降低城市污染。

　　除這套啟停系統外，藍驅版本高爾夫還配備了剎車(chē)能量回收系統、低風(fēng)阻空氣動(dòng)力學(xué)套件、Bluemotion低滾阻輪胎和綠色防紫外線(xiàn)隔熱玻璃，從細節處降低能耗。從官方數據來(lái)看，高爾夫藍驅版90km/h的百公里油耗僅有4.9L，雖然大眾沒(méi)把藍驅高爾夫劃為混合動(dòng)力車(chē)型中，但是僅僅從功能而已，算是微混行列。

中混合動(dòng)力：

電混合比例30%

節油20%

　　技術(shù)解析：該混合動(dòng)力系統同樣采用了ISG系統。與輕度混合動(dòng)力系統不同，中混合動(dòng)力系統采用的是高壓電機。另外，中混合動(dòng)力系統還增加了一個(gè)功能：在汽車(chē)處于加速或者大負荷工況時(shí)，電動(dòng)機能夠輔助驅動(dòng)車(chē)輪，從而補充發(fā)動(dòng)機本身動(dòng)力輸出的不足，從而更好的提高整車(chē)的性能。這種系統的混合程度較高，可以達到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應用廣泛。

代表車(chē)型：別克新君越2.4L eAssist

　　君越eAssist屬于中度混合動(dòng)力，在新君越上，這套油電混合動(dòng)力系統主要由通用的2.4SIDI（LAF）缸內直噴發(fā)動(dòng)機、改進(jìn)的6速自動(dòng)變速箱、最大功率達15千瓦（20.4馬力）的助力電機/發(fā)電機、115V的鋰離子電池和混合動(dòng)力系統的控制模塊構成。

身兼三職的電動(dòng)機

　　而在這套系統中主要發(fā)揮“節能”角色的就是前面提到的15千瓦的電動(dòng)機，它在這里身兼三職，需要根據車(chē)輛的工況切換“起動(dòng)機/發(fā)電機/助力電機”的角色，它能夠以15千瓦（20.4馬力）的最大功率和150?！っ椎呐ぞ仄饎?dòng)發(fā)動(dòng)機，而作為助力電機時(shí)，它能夠輸出11.2千瓦（15馬力）的最大功率、可在1000rpm的轉速下（電機轉速）提供最高107?！っ椎呐ぞ?，車(chē)輛的最高扭矩可以達到347?！っ椎乃?，堪比通用的2.0T直噴發(fā)動(dòng)機。

115V的鋰離子電池組

　　新君越的eAssist系統中，為電動(dòng)機供電的是115V的鋰離子電池組，電池組的電容量為0.5千瓦時(shí)，輸出功率15千瓦。電池組被布置在后排座椅和行李廂之間，占據一小部分行李廂容積，相比鎳氫電池而言，鋰離子電池具有能量密度大、記憶效應低等優(yōu)點(diǎn)，新君越的eAssist系統當中這組115V的鋰電池重量?jì)H為29kg，比我們的全尺寸備胎略重。

eAssist系統節能作用：

　　智能啟停：車(chē)輛在短時(shí)停止的狀態(tài)下關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，依靠115V鋰離子電池組為車(chē)輛的用電設備提供電能（關(guān)于空調的疑問(wèn)見(jiàn)后文），當車(chē)輛需要啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機直接帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機起動(dòng)，之后正常行駛。

　　減速斷油/制動(dòng)能量回收：車(chē)輛在一些特定的減速工況下，發(fā)動(dòng)機將自動(dòng)斷油以節省燃料，接近停止時(shí)，電動(dòng)機將承擔起驅動(dòng)車(chē)輛的角色，實(shí)現車(chē)輛啟停的平滑過(guò)渡。在減速中一旦駕駛者踩下油門(mén)踏板，發(fā)動(dòng)機便會(huì )回到正常工作狀態(tài)。在車(chē)輛制動(dòng)或滑行等工況下，發(fā)動(dòng)機曲軸通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)發(fā)電機（前面提到的三職一身的電動(dòng)機）發(fā)電，向鋰離子電池組和車(chē)輛蓄電池充電。

　　助力加速：在車(chē)輛需要急加速的情況下（控制模塊根據油門(mén)踏板動(dòng)作等參數自動(dòng)判斷），電動(dòng)機通過(guò)皮帶向曲軸提供額外的扭矩，以此承擔發(fā)動(dòng)機的負荷，減少發(fā)動(dòng)機運轉阻力和負擔，達到減少燃油消耗的目的。

代表車(chē)型：本田思域Hybrid

　　思域Hybrid同樣屬于中混合動(dòng)力型車(chē)，以汽油機為主。簡(jiǎn)單而言，思域Hybrid如果沒(méi)有了身上那款1.3L汽油機，車(chē)子就動(dòng)不了，電動(dòng)機負責輔助加強性能的作用。

　　思域 Hybrid的新技術(shù)IMA系統(電動(dòng)機輔助系統)，其內部是永磁鐵的高性能電動(dòng)機由于可以正反轉動(dòng)，能額外提供給發(fā)動(dòng)機15kW的動(dòng)力（汽油機本身有70kW功率），而在收油減速或制動(dòng)時(shí)，其自動(dòng)回收能量（這個(gè)可以從儀表盤(pán)上監控）儲存到蓄電池里。

　　在加速方面，思域 Hybrid扭力充沛，汽油機本身有123Nm/4600rpm，發(fā)電機（電動(dòng)機）103Nm/0-1160rpm。整個(gè)動(dòng)力系統組合，在低轉速區3000轉以下時(shí)，扭力平直輸出有力。實(shí)際駕駛加速，雖然是1.3L車(chē)，但是和汽油版1.8L相差不是太多。

全混合動(dòng)力：

電混合比例50%

節油40%

　　技術(shù)解析：該系統采用了272-650v的高壓?jiǎn)?dòng)電機，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統相比，完全混合動(dòng)力系統的混合度可以達到甚至超過(guò)50%，通過(guò)車(chē)載電池供電，電動(dòng)機可以在啟動(dòng)或巡航過(guò)程中，單獨驅動(dòng)車(chē)輛行駛，在加速或者電池能量不足的情況下，再由內燃機單獨或者聯(lián)合電動(dòng)機驅動(dòng)車(chē)輛。

代表車(chē)型：奧迪Q5 Hybrid

　　作為首款全混合動(dòng)力高檔中型SUV——奧迪Q5 hybrid的混合動(dòng)力系統由采用并聯(lián)方式組成的TFSI發(fā)動(dòng)機和一套電力驅動(dòng)系統，協(xié)同提供高效強勁的動(dòng)力輸出。從0到100公里/小時(shí)的加速僅為7.1秒，最高時(shí)速225公里/小時(shí)，綜合油耗官方給出了7.4L的標準，不僅動(dòng)力相比汽油版2.0TFSI更強，燃油經(jīng)濟性也降低了不少。最大可實(shí)現180KW的功率，480牛米的扭矩，是發(fā)動(dòng)機輔以電動(dòng)機共同帶來(lái)的性能提升效果。

　　奧迪Q5 hybrid的混合動(dòng)力系統具備發(fā)動(dòng)機單獨運行、電動(dòng)機單獨運行、發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機協(xié)同工作、以及能量回收和全力加速等五種不同的工作狀態(tài)。不同狀態(tài)間的轉換和過(guò)渡，由奧迪獨立研發(fā)的混合動(dòng)力管理系統負責，并高效、平順地完成。

代表車(chē)型：雷克薩斯CT200H

　　CT200h由一臺汽油發(fā)動(dòng)機、一臺為主電池提供電力的水冷發(fā)電機、一臺永磁電動(dòng)機以及鎳氫電池模組、動(dòng)力分離裝置等主要部分組成的豐田的THS-II混合動(dòng)力系統。這套系統主要是將一部分發(fā)動(dòng)機排出的高溫高熱廢氣導回燃燒室，輔助燃燒的阿特金森循環(huán)（Atkinson cycle）式樣的2ZR-FXE型1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機、3JM型永磁交流同步電動(dòng)機、由28顆容量6.5Ah的鎳氫電池構成的主電池模組組成。最終由傳統汽油發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機提供的動(dòng)力通過(guò)P310型電子無(wú)級變速箱傳遞到前輪驅動(dòng)車(chē)輛。

　　CT200h采用了雷克薩斯第二代油電混合動(dòng)力系統，搭載直列4缸1.8升阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機（型號5ZR-FXE），最大功率73kW/5200rpm，峰值扭矩為142N·m/4000rpm；與電動(dòng)機配合，這套動(dòng)力系統能輸出最大100kW的功率。電動(dòng)機最大輸出功率為60kW，最大扭矩為207N·m，官方油耗為4.6L百公里，純電力模式下只能行駛3公里，當時(shí)速超過(guò)40km/h，發(fā)動(dòng)機介入。

插電式混合動(dòng)力：

電混合比例75%

節油70%

　　技術(shù)解析：這是一種將純電動(dòng)系統和現有混合動(dòng)力系統相結合的產(chǎn)物。由于車(chē)輛帶有外接插入式充電系統，車(chē)輛可以單獨利用電動(dòng)機行駛較長(cháng)的距離，將內燃機的工作比例進(jìn)一步縮小，提供更好的節油比例，但會(huì )消耗一定的電能。同時(shí)，又解決了目前純電動(dòng)汽車(chē)巡航里程短的問(wèn)題。

代表車(chē)型：2012豐田普銳斯

　　目前新普銳斯搭載的是一款全新的直列四缸1.8L VVT-i汽油發(fā)動(dòng)機，采用了阿特金森循環(huán)技術(shù)，最大功率73kW（99馬力），最大扭矩為142N·m，本身相比老款的1.5L發(fā)動(dòng)機在動(dòng)力上已經(jīng)有了一定幅度的提升。而配合具有60kW、207N·m動(dòng)力輸出的全新永磁交流電機后，最大功率可以提升至100kW（135馬力），最大扭矩可提升至207N·m。

　　對于鋰電池的充電，家用100V的標準電源可以在3小時(shí)內將電池充滿(mǎn)，而200V的標準電源只需要1個(gè)半小時(shí)多就能夠將電池充滿(mǎn)。在未來(lái)充電樁逐漸普及后，這樣的充電效率還是可以令大家接受的。

　　在新增加的行星齒輪機構輔助下，電動(dòng)機可以實(shí)現高達13000轉/分的高轉速，功率也從50千瓦提升到60千瓦；發(fā)電機的線(xiàn)圈改用集中纏繞結構，實(shí)現了更加小型化、輕量化；Ni-Mh鎳氫蓄電池由25千瓦升級為27千瓦，官方給出的油耗是4.3L。

代表車(chē)型：雪佛蘭VOLT

　　VOLT沃藍達是一款續航能力達到500公里以上的電動(dòng)車(chē)，而通常情況下電動(dòng)車(chē)在純電力模式下的行駛距離很少能夠超過(guò)150公里。VOLT沃藍達的解決方案是通過(guò)一組16千瓦/時(shí)的電池組與電動(dòng)機，提供最多60公里的續航能力；當電力不足時(shí)VOLT的電力儲存會(huì )通過(guò)三個(gè)方式：固定式充電(此種方式可以完全充滿(mǎn)電池)；行駛中制動(dòng)力回收轉化為電力；1.0升引擎進(jìn)行發(fā)電為電池組充電(此種方式不可完全將電池充滿(mǎn))

　　當儲蓄的電力耗盡后，E－Flex動(dòng)力推進(jìn)系統可以將汽油、乙醇、生物柴油、氫氣等能源轉化成電能，從而為車(chē)輛的行駛確保有足夠的電力驅動(dòng)能力。例如配備1.0 升的三缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機的雪佛蘭Volt，通過(guò)能源轉化，每百公里的汽油消耗量?jì)H為4.7升。