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2024年11月24日
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自福特生產(chǎn)出第一輛T型汽車后，接下來的101年里，汽車工業(yè)得到了飛速的發(fā)展。汽車在極大改變?nèi)藗兩罘绞降耐瑫r(shí)，也推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。然而，石油供應(yīng)日趨緊缺和環(huán)境污染日益加劇的今天，在享受汽車帶來便利的同時(shí)，我們不得不面對(duì)另一個(gè)尷尬事實(shí)：汽車消費(fèi)原油約占石油消費(fèi)總量一半，所排放CO 約占溫室氣體排放總量?jī)沙伞Ｅ畈l(fā)展百年的汽車行業(yè)由此走到了一個(gè)十字關(guān)口。
電動(dòng)汽車這種以電能為動(dòng)力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的特性日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，縱使它有很多優(yōu)點(diǎn)，但短期內(nèi)還無法取代傳統(tǒng)的燃?xì)鈩?dòng)力模式。由此，一部分人認(rèn)為混合動(dòng)力汽車是目前新型清潔動(dòng)力汽車中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車型。但另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，混合動(dòng)力汽車構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，在電動(dòng)汽車時(shí)代到來之前，它只是一種過渡產(chǎn)品。混合動(dòng)力汽車究竟是未來汽車產(chǎn)業(yè)中的“主力”，抑或是“替補(bǔ)”？可能市場(chǎng)很快會(huì)給我們一個(gè)答案！
何為混合動(dòng)力汽車
所謂混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡(jiǎn)稱HEV)，就是指車上同時(shí)裝備兩種或兩種以上動(dòng)力來源——熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)），符合汽車道路交通、安全法規(guī)的汽車。
一般而言，混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組等四大部分部分構(gòu)成。車載動(dòng)力源主要包括蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)電機(jī)組等。
混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵是混合動(dòng)力系統(tǒng)，其性能的好壞直接關(guān)系到混合動(dòng)力汽車整車性能。經(jīng)過十多年的發(fā)展，混合動(dòng)力系統(tǒng)總成已從原來發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)和變速箱一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統(tǒng)。根據(jù)動(dòng)力傳輸路線分類的不同，混合動(dòng)力總成系統(tǒng)又可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。
串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就象一個(gè)水庫，只是調(diào)節(jié)的對(duì)象不是水量，而是電能。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。
并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。
混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。豐田的普銳斯采用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。
根據(jù)這三種動(dòng)力系統(tǒng)的不同，混合動(dòng)力汽車主要分為“串聯(lián)方式”、“并聯(lián)方式”和“串聯(lián)、并聯(lián)方式”三種。
相比傳統(tǒng)燃油汽車或純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)十分突出。首先，采用復(fù)合動(dòng)力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，讓汽車處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。當(dāng)需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電。由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。
其次，因?yàn)橛辛穗姵兀旌蟿?dòng)力汽車可以十分方便地回收制動(dòng)、下坡、怠速時(shí)的能量。同時(shí)，在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)尾氣零污染排放。由于有了內(nèi)燃機(jī)，混合動(dòng)力汽車可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的一系列難題。
最后，相比純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。此外，由于采用混合動(dòng)力，它可讓電池保持良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，從而延長(zhǎng)其使用壽命，降低消費(fèi)者的使用成本。
在質(zhì)疑聲中艱難崛起
混合動(dòng)力技術(shù)最早在柴、電潛艇上出現(xiàn)。這類潛艇在水面時(shí)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)及為電池充電，在水下則由電池推動(dòng)。第一輛混合動(dòng)力的車輛由斐迪南·保時(shí)捷在1899年制成。此后，隨著燃油汽車狂飆突進(jìn)式的發(fā)展，再加之自身生產(chǎn)成本過高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混合動(dòng)力汽車便悄無聲息的“躺”在了汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大道旁。
隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，汽車的節(jié)能減排已成為汽車發(fā)展的原動(dòng)力。當(dāng)前普遍使用的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車盡管為人們的出行帶來了便捷，并助推了全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但其自身存在的弊端，又讓人們不得不為汽車尋找一種更為環(huán)保、節(jié)能、低碳的動(dòng)力源。
相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，在占80％以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動(dòng)力潛能的40％，在市區(qū)還會(huì)跌至25％，更為嚴(yán)重的是排放廢氣污染環(huán)境。20世紀(jì)90年代以來，世界各國(guó)對(duì)改善環(huán)保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動(dòng)汽車脫穎而出。雖然人們普遍認(rèn)為未來是電動(dòng)汽車的天下，但目前的電池技術(shù)問題阻礙了電動(dòng)汽車，尤其是純電動(dòng)汽車的應(yīng)用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍，遠(yuǎn)未達(dá)到人們所要求的數(shù)值，一些專家估計(jì)10年以內(nèi)電動(dòng)汽車還無法取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（除非燃料電池技術(shù)有重大突破）。
嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，尤其是電池的技術(shù)水平，迫使各國(guó)汽車工程師開始尋找好的解決方案。經(jīng)過無數(shù)次的探索和試驗(yàn)，他們研發(fā)出了混合動(dòng)力裝置（Hybrid-ElectricVehicel，縮寫HEV）汽車。這種混合動(dòng)力裝置既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無污染、低噪聲的好處。二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長(zhǎng)補(bǔ)短，汽車的熱效率可提高10％以上，廢氣排放可減少30％以上。
然而，盡管混合動(dòng)力汽車擁有較為出色的性能，但并未得到一些專家和當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的認(rèn)可。英國(guó)的汽車研發(fā)專家查理·約翰遜博士就直言，“混合動(dòng)力汽車不可能實(shí)現(xiàn)零污染排放，因?yàn)樗琅f需要化石燃料，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車，可能只是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)想。”
德國(guó)的一些汽車專家也指出，混合動(dòng)力汽車的節(jié)能效率遠(yuǎn)沒有預(yù)計(jì)那樣出色，因?yàn)榛旌蟿?dòng)力車燃油消耗上的優(yōu)勢(shì)主要依靠勢(shì)能積蓄電力節(jié)能。換句話說，混合動(dòng)力車在行駛中越是頻繁制動(dòng)減速、或頻繁地起步停車就會(huì)相對(duì)更為節(jié)能。而如果處于長(zhǎng)時(shí)間勻速行駛，其節(jié)能效果就會(huì)相應(yīng)降低。
美國(guó)汽車協(xié)會(huì)的阿德爾曼則表示，高昂的價(jià)格注定混合動(dòng)力汽車不能走太遠(yuǎn)，它極有可能只是介于燃油汽車和純電動(dòng)汽車之間的一種替代產(chǎn)品。因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩套動(dòng)力系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)比一套動(dòng)力系統(tǒng)的成本高。在美國(guó)，同一車型的混合動(dòng)力車比裝配傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的車貴3000多美元，豐田汽車總裁渡邊捷昭也認(rèn)為，在這種汽車的使用壽命內(nèi)，其節(jié)約的燃料費(fèi)用，目前還不足以抵消為購買混合動(dòng)力車而額外支付的車款。為此，許多汽車廠商當(dāng)時(shí)并不重視對(duì)混合動(dòng)力車的研究，而將人力物力投入到了電動(dòng)或燃料電池汽車的開發(fā)中。
當(dāng)時(shí)的汽車市場(chǎng)也似乎驗(yàn)證了專家們的這些觀點(diǎn)。1997年，第一款量產(chǎn)混合動(dòng)力車豐田普銳斯推向日本市場(chǎng)，當(dāng)年售出不到2萬輛。而在傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國(guó)美、德、法、英等國(guó)，當(dāng)時(shí)一年研發(fā)銷售的混合動(dòng)力汽車不足百輛。
憑借出色的性能和優(yōu)秀的節(jié)能效率，很快，混合動(dòng)力汽車便改變了人們對(duì)它的看法，迎來了一個(gè)發(fā)展小高潮。1999年，本田混合動(dòng)力雙門小車insight在美國(guó)推出，受到好評(píng)。2007年年底，美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)Autodata的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2007年10月份美國(guó)混合動(dòng)力車的銷售量與上一年相比，同期增長(zhǎng)了30個(gè)百分點(diǎn)，銷售量為24443輛。混合動(dòng)力車型甚至成了平淡的美國(guó)汽車市場(chǎng)的一大亮點(diǎn)：2007年，美國(guó)市場(chǎng)銷售混合動(dòng)力車型超過30萬輛。2007年５月17日，豐田混合動(dòng)力車全球累計(jì)銷售突破100萬輛。
各國(guó)混合動(dòng)力汽車發(fā)展現(xiàn)狀
為了在未來的發(fā)展中搶占制高點(diǎn)，從1995年起，包括日本豐田與美國(guó)三大汽車公司在內(nèi)的世界各大汽車生產(chǎn)廠商陸續(xù)投入混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。經(jīng)過多年發(fā)展，混合動(dòng)力汽車在商用化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程上已初具規(guī)模。
特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續(xù)加大環(huán)保車型的開發(fā)力度，混合動(dòng)力車型成為各大公司的戰(zhàn)略重點(diǎn)，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應(yīng)用在中大型車上，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。無論是在混合動(dòng)力汽車的研發(fā)，還是產(chǎn)量上，日本無疑走在其他國(guó)家的前列。
1997年，日本豐田推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動(dòng)力面包車和皇冠轎車，運(yùn)用了先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)（THS）電子控制裝置與電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)及四輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)。目前全球市場(chǎng)上熱銷的兩款混合動(dòng)力車型分別為豐田Prius和本田Insight。
為了在2010年實(shí)現(xiàn)年銷量100萬輛的目標(biāo)，早在2008年，豐田和松下各出資60%和40%成立注冊(cè)資本130億日元的Panasonic EV Energy株式會(huì)社，生產(chǎn)混合動(dòng)力車用電池。目前混合動(dòng)力車用電池年產(chǎn)量可供70萬輛車使用，2011年擴(kuò)大至110萬輛。
為刺激消費(fèi)拉動(dòng)內(nèi)需，日本今年推出舊車換購新車及購買環(huán)保車補(bǔ)助金政策，及換購環(huán)保車減免稅政策。5月份新車銷量中，混合動(dòng)力汽車共銷售21601輛，約占12%，首次超過汽車總銷量1成。
美國(guó)三大汽車公司通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒于2004年就組建了生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車所用電池聯(lián)合開發(fā)公司——USABC，投資460萬美元開發(fā)新一代環(huán)保型雙動(dòng)力汽車所需要的高性能鋰聚合物電池。
2005年9月，通用汽車、戴姆勒·克萊斯勒集團(tuán)與寶馬集團(tuán)簽署了關(guān)于構(gòu)建全球合作聯(lián)盟，簽訂了共同開發(fā)混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的合作備忘錄，共享各自在混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)方面領(lǐng)先的技術(shù)能力及豐富的科技資源，并把發(fā)展“雙模”完全混合動(dòng)力系統(tǒng)作為首要目標(biāo)。
2009年美國(guó)混合動(dòng)力汽車銷量達(dá)到29.03萬輛，占美國(guó)汽車市場(chǎng)份額達(dá)2.8%,雖然份額還較小，但卻從2005年的1.2%開始呈逐年上升之勢(shì)。預(yù)計(jì)美國(guó)混和動(dòng)力汽車的銷量2013年將達(dá)到87.2萬輛，市場(chǎng)占有率將達(dá)到5%。
作為世界汽車生產(chǎn)大國(guó)的德國(guó)也不甘示后，2008年11月德國(guó)政府提出未來10年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力汽車，并宣稱該計(jì)劃的實(shí)施，標(biāo)志德國(guó)將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。
我國(guó)混合動(dòng)力汽車雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。從目前情況來看，我國(guó)已經(jīng)建立起了混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)和產(chǎn)學(xué)研合作研發(fā)體系，取得了一系列突破性成果，為整車開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。截止到2009年1月31日，在混合動(dòng)力車輛技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理并公開的中國(guó)專利申請(qǐng)為1116件。 在1116件專利申請(qǐng)中，發(fā)明為782件（授權(quán)為107件）、實(shí)用新型為334件。
與此同時(shí)，我國(guó)在混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)全面跟進(jìn)，生產(chǎn)配套能力顯著增強(qiáng)。近來，力神、比亞迪、比克、萬向等動(dòng)力電池企業(yè)投入數(shù)十億資金加快產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，上海電驅(qū)動(dòng)、大郡、湘潭電機(jī)、南車時(shí)代等電機(jī)企業(yè)加強(qiáng)與上下游企業(yè)合作，積極完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。在未來2-3年內(nèi)，預(yù)計(jì)將形成20億Ah以上的動(dòng)力電池和全系列驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)能力，能夠滿足100萬輛混合動(dòng)力汽車的配套要求。
此外，我國(guó)混合動(dòng)力汽車在系統(tǒng)集成、可靠性、節(jié)油性能等方面進(jìn)步顯著，不同技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)節(jié)油10%-40%。同時(shí)，各汽車企業(yè)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入顯著增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。目前，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動(dòng)力汽車作為未來主流競(jìng)爭(zhēng)型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風(fēng)、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動(dòng)力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量上市。
成為“主力”還需邁過三道坎
從目前來看，混合動(dòng)力汽車的前景很廣闊，但正如一些專家學(xué)者所言，混合動(dòng)力汽車要想在未來汽車產(chǎn)業(yè)中分得一杯羹，必須邁過“三道坎”。
首先是成本。天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任姚春德教授表示，“成本不降下來，混合動(dòng)力系統(tǒng)就很難快速推廣。”他說，混合動(dòng)力系統(tǒng)成本過高，使其推廣阻力非常大。以現(xiàn)在的油價(jià)，按一輛車一年行駛1萬公里、百公里油耗7升計(jì)算，一年的汽油費(fèi)在3500元左右，還在用戶的接受范圍之內(nèi)，而購買混合動(dòng)力汽車要多花幾萬元甚至十幾萬元。混合動(dòng)力汽車性價(jià)比并不突出，用戶難以接受也在情理之中。
美國(guó)政府為推廣混合動(dòng)力汽車，曾經(jīng)出臺(tái)了一系列優(yōu)惠政策，比如實(shí)施稅收減免以及混合動(dòng)力汽車可以走公交車道等，確實(shí)收到了很好效果。隨著普銳斯在美國(guó)銷量的增加，這些優(yōu)惠政策被逐漸取消。混合動(dòng)力汽車價(jià)格過高的劣勢(shì)又凸顯出來，導(dǎo)致普銳斯現(xiàn)在的銷量下滑，這就為其市場(chǎng)推廣帶來一定困難。
其次是電池技術(shù)。在混合動(dòng)力的汽車中，電池是最昂貴的，目前約占汽車總成本一半左右，同時(shí)也是最精細(xì)脆弱的部件。雖然鋰電池具有大功率密度的優(yōu)勢(shì)，但在開發(fā)適用于混合動(dòng)力汽車的電池方面，仍有大量工作要做。英飛凌科技(中國(guó))有限公司工程師曹洪宇表示，“從目前技術(shù)來看，電池技術(shù)是混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)車的關(guān)鍵所在。既使是市場(chǎng)呼聲比較高的混合動(dòng)力汽車，電池的成本也占到了整車的1/3以上。而且還有重量、可靠性、壽命等諸多問題需要解決。磷酸鋰鐵電池技術(shù)應(yīng)該是解決方案中較好的一種。但涉及的以上問題也還需要進(jìn)一步改進(jìn)。”
最后是電機(jī)控制。在電機(jī)控制方面，曹洪宇指出主要的困難在于必須達(dá)到汽車級(jí)別可靠性要求，同時(shí)需要考慮合適的成本實(shí)現(xiàn)。另外需要考慮大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來的電磁干擾和噪聲的影響。如果使用工業(yè)級(jí)器件雖然在使用初期沒有什么大問題，但隨著時(shí)間的推移，伴隨著注定產(chǎn)生的器件失效，會(huì)給廠商的品牌形象和口碑帶來無法估量的損失。
在動(dòng)力總成系統(tǒng)方面，曹洪宇認(rèn)為最大挑戰(zhàn)是如何協(xié)調(diào)電機(jī)系統(tǒng)和傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行，帶給用戶更好的駕乘感受。
