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2024年11月24日
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自福特生產出第一輛T型汽車后，接下來的101年里，汽車工業得到了飛速的發展。汽車在極大改變人們生活方式的同時，也推動了世界經濟的飛速發展。然而，石油供應日趨緊缺和環境污染日益加劇的今天，在享受汽車帶來便利的同時，我們不得不面對另一個尷尬事實：汽車消費原油約占石油消費總量一半，所排放CO 約占溫室氣體排放總量兩成。蓬勃發展百年的汽車行業由此走到了一個十字關口。
電動汽車這種以電能為動力的交通工具憑借其節能、環保的特性日漸成為業界關注的焦點。然而，縱使它有很多優點，但短期內還無法取代傳統的燃氣動力模式。由此，一部分人認為混合動力汽車是目前新型清潔動力汽車中最具有產業化和市場化前景的車型。但另一種觀點認為，混合動力汽車構造復雜，成本較高，在電動汽車時代到來之前，它只是一種過渡產品。混合動力汽車究竟是未來汽車產業中的“主力”，抑或是“替補”？可能市場很快會給我們一個答案！
何為混合動力汽車
所謂混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱HEV)，就是指車上同時裝備兩種或兩種以上動力來源——熱動力源（由傳統的汽油機或者柴油機產生）與電動力源（電池與電動機），符合汽車道路交通、安全法規的汽車。
一般而言，混合動力汽車的動力系統主要由控制系統、驅動系統、輔助動力系統和電池組等四大部分部分構成。車載動力源主要包括蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機車的發電機組等。
混合動力汽車的關鍵是混合動力系統，其性能的好壞直接關系到混合動力汽車整車性能。經過十多年的發展，混合動力系統總成已從原來發動機與電機離散結構向發動機電機和變速箱一體化結構發展，即集成化混合動力總成系統。根據動力傳輸路線分類的不同，混合動力總成系統又可分為串聯式、并聯式和混聯式等三種。
串聯式混合動力系統一般由內燃機直接帶動發電機發電，產生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉化為動能，最后通過變速機構來驅動汽車。在這種聯結方式下，電池就象一個水庫，只是調節的對象不是水量，而是電能。電池對在發電機產生的能量和電動機需要的能量之間進行調節，從而保證車輛正常工作。這種動力系統在城市公交上的應用比較多，轎車上很少使用。
并聯式混合動力系統有兩套驅動系統：傳統的內燃機系統和電機驅動系統。兩個系統既可以同時協調工作，也可以各自單獨工作驅動汽車。這種系統適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯式聯結方式。
混聯式混合動力系統的特點在于內燃機系統和電機驅動系統各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯式混合動力系統相比，混聯式動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯結方式系統復雜，成本高。豐田的普銳斯采用的是混聯式聯結方式。
根據這三種動力系統的不同，混合動力汽車主要分為“串聯方式”、“并聯方式”和“串聯、并聯方式”三種。
相比傳統燃油汽車或純電動汽車，混合動力汽車的優點十分突出。首先，采用復合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，讓汽車處于油耗低、污染少的最優工況下工作。當需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電。由于內燃機可持續工作，電池可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。
其次，因為有了電池，混合動力汽車可以十分方便地回收制動、下坡、怠速時的能量。同時，在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現尾氣零污染排放。由于有了內燃機，混合動力汽車可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的一系列難題。
最后，相比純電動汽車，混合動力汽車可以利用現有的加油站加油，不必再投資。此外，由于采用混合動力，它可讓電池保持良好的工作狀態，不發生過充、過放，從而延長其使用壽命，降低消費者的使用成本。
在質疑聲中艱難崛起
混合動力技術最早在柴、電潛艇上出現。這類潛艇在水面時用柴油發動機推進及為電池充電，在水下則由電池推動。第一輛混合動力的車輛由斐迪南·保時捷在1899年制成。此后，隨著燃油汽車狂飆突進式的發展，再加之自身生產成本過高和結構復雜，混合動力汽車便悄無聲息的“躺”在了汽車產業發展的大道旁。
隨著石油供應的日趨緊缺和環境污染的日益加劇，汽車的節能減排已成為汽車發展的原動力。當前普遍使用的燃油發動機汽車盡管為人們的出行帶來了便捷，并助推了全球經濟的發展，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保、節能、低碳的動力源。
相關統計資料表明，在占80％以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動力潛能的40％，在市區還會跌至25％，更為嚴重的是排放廢氣污染環境。20世紀90年代以來，世界各國對改善環保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動汽車脫穎而出。雖然人們普遍認為未來是電動汽車的天下，但目前的電池技術問題阻礙了電動汽車，尤其是純電動汽車的應用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍，遠未達到人們所要求的數值，一些專家估計10年以內電動汽車還無法取代燃油發動機汽車（除非燃料電池技術有重大突破）。
嚴峻的現實，尤其是電池的技術水平，迫使各國汽車工程師開始尋找好的解決方案。經過無數次的探索和試驗，他們研發出了混合動力裝置（Hybrid-ElectricVehicel，縮寫HEV）汽車。這種混合動力裝置既發揮了發動機持續工作時間長，動力性好的優點，又可以發揮電動機無污染、低噪聲的好處。二者“并肩戰斗”，取長補短，汽車的熱效率可提高10％以上，廢氣排放可減少30％以上。
然而，盡管混合動力汽車擁有較為出色的性能，但并未得到一些專家和當時市場的認可。英國的汽車研發專家查理·約翰遜博士就直言，“混合動力汽車不可能實現零污染排放，因為它依舊需要化石燃料，用它代替傳統燃油汽車，可能只是一個遙不可及的夢想。”
德國的一些汽車專家也指出，混合動力汽車的節能效率遠沒有預計那樣出色，因為混合動力車燃油消耗上的優勢主要依靠勢能積蓄電力節能。換句話說，混合動力車在行駛中越是頻繁制動減速、或頻繁地起步停車就會相對更為節能。而如果處于長時間勻速行駛，其節能效果就會相應降低。
美國汽車協會的阿德爾曼則表示，高昂的價格注定混合動力汽車不能走太遠，它極有可能只是介于燃油汽車和純電動汽車之間的一種替代產品。因為混合動力汽車電動機和內燃機兩套動力系統的造價遠比一套動力系統的成本高。在美國，同一車型的混合動力車比裝配傳統發動機的車貴3000多美元，豐田汽車總裁渡邊捷昭也認為，在這種汽車的使用壽命內，其節約的燃料費用，目前還不足以抵消為購買混合動力車而額外支付的車款。為此，許多汽車廠商當時并不重視對混合動力車的研究，而將人力物力投入到了電動或燃料電池汽車的開發中。
當時的汽車市場也似乎驗證了專家們的這些觀點。1997年，第一款量產混合動力車豐田普銳斯推向日本市場，當年售出不到2萬輛。而在傳統汽車強國美、德、法、英等國，當時一年研發銷售的混合動力汽車不足百輛。
憑借出色的性能和優秀的節能效率，很快，混合動力汽車便改變了人們對它的看法，迎來了一個發展小高潮。1999年，本田混合動力雙門小車insight在美國推出，受到好評。2007年年底，美國權威機構Autodata的統計數據顯示，2007年10月份美國混合動力車的銷售量與上一年相比，同期增長了30個百分點，銷售量為24443輛。混合動力車型甚至成了平淡的美國汽車市場的一大亮點：2007年，美國市場銷售混合動力車型超過30萬輛。2007年５月17日，豐田混合動力車全球累計銷售突破100萬輛。
各國混合動力汽車發展現狀
為了在未來的發展中搶占制高點，從1995年起，包括日本豐田與美國三大汽車公司在內的世界各大汽車生產廠商陸續投入混合動力汽車的研究開發。經過多年發展，混合動力汽車在商用化、產業化進程上已初具規模。
特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續加大環保車型的開發力度，混合動力車型成為各大公司的戰略重點，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應用在中大型車上，技術競爭也愈演愈烈。無論是在混合動力汽車的研發，還是產量上，日本無疑走在其他國家的前列。
1997年，日本豐田推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動力面包車和皇冠轎車，運用了先進的混合動力系統（THS）電子控制裝置與電動四輪驅動及四輪驅動力/制動力綜合控制系統。目前全球市場上熱銷的兩款混合動力車型分別為豐田Prius和本田Insight。
為了在2010年實現年銷量100萬輛的目標，早在2008年，豐田和松下各出資60%和40%成立注冊資本130億日元的Panasonic EV Energy株式會社，生產混合動力車用電池。目前混合動力車用電池年產量可供70萬輛車使用，2011年擴大至110萬輛。
為刺激消費拉動內需，日本今年推出舊車換購新車及購買環保車補助金政策，及換購環保車減免稅政策。5月份新車銷量中，混合動力汽車共銷售21601輛，約占12%，首次超過汽車總銷量1成。
美國三大汽車公司通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒于2004年就組建了生產混合動力汽車和燃料電池汽車所用電池聯合開發公司——USABC，投資460萬美元開發新一代環保型雙動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·克萊斯勒集團與寶馬集團簽署了關于構建全球合作聯盟，簽訂了共同開發混合動力推進系統的合作備忘錄，共享各自在混合動力推進系統方面領先的技術能力及豐富的科技資源，并把發展“雙模”完全混合動力系統作為首要目標。
2009年美國混合動力汽車銷量達到29.03萬輛，占美國汽車市場份額達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。預計美國混和動力汽車的銷量2013年將達到87.2萬輛，市場占有率將達到5%。
作為世界汽車生產大國的德國也不甘示后，2008年11月德國政府提出未來10年普及100萬輛插電式混合動力汽車，并宣稱該計劃的實施，標志德國將進入新能源汽車時代。
我國混合動力汽車雖然起步較晚，但發展迅速。從目前情況來看，我國已經建立起了混合動力汽車動力系統技術平臺和產學研合作研發體系，取得了一系列突破性成果，為整車開發奠定了堅實的基礎。截止到2009年1月31日，在混合動力車輛技術領域，我國知識產權局受理并公開的中國專利申請為1116件。 在1116件專利申請中，發明為782件（授權為107件）、實用新型為334件。
與此同時，我國在混合動力汽車關鍵零部件的產業化生產全面跟進，生產配套能力顯著增強。近來，力神、比亞迪、比克、萬向等動力電池企業投入數十億資金加快產業化建設，上海電驅動、大郡、湘潭電機、南車時代等電機企業加強與上下游企業合作，積極完善產業鏈建設。在未來2-3年內，預計將形成20億Ah以上的動力電池和全系列驅動電機生產能力，能夠滿足100萬輛混合動力汽車的配套要求。
此外，我國混合動力汽車在系統集成、可靠性、節油性能等方面進步顯著，不同技術方案可實現節油10%-40%。同時，各汽車企業對混合動力汽車的研發和產業化投入顯著增強，產業化步伐不斷加快。目前，國內汽車企業已將混合動力汽車作為未來主流競爭型產品在戰略上高度重視，一汽、東風、上汽、長安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動力車型已完成樣車開發，并有部分車型已經實現小批量上市。
成為“主力”還需邁過三道坎
從目前來看，混合動力汽車的前景很廣闊，但正如一些專家學者所言，混合動力汽車要想在未來汽車產業中分得一杯羹，必須邁過“三道坎”。
首先是成本。天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室副主任姚春德教授表示，“成本不降下來，混合動力系統就很難快速推廣。”他說，混合動力系統成本過高，使其推廣阻力非常大。以現在的油價，按一輛車一年行駛1萬公里、百公里油耗7升計算，一年的汽油費在3500元左右，還在用戶的接受范圍之內，而購買混合動力汽車要多花幾萬元甚至十幾萬元。混合動力汽車性價比并不突出，用戶難以接受也在情理之中。
美國政府為推廣混合動力汽車，曾經出臺了一系列優惠政策，比如實施稅收減免以及混合動力汽車可以走公交車道等，確實收到了很好效果。隨著普銳斯在美國銷量的增加，這些優惠政策被逐漸取消。混合動力汽車價格過高的劣勢又凸顯出來，導致普銳斯現在的銷量下滑，這就為其市場推廣帶來一定困難。
其次是電池技術。在混合動力的汽車中，電池是最昂貴的，目前約占汽車總成本一半左右，同時也是最精細脆弱的部件。雖然鋰電池具有大功率密度的優勢，但在開發適用于混合動力汽車的電池方面，仍有大量工作要做。英飛凌科技(中國)有限公司工程師曹洪宇表示，“從目前技術來看，電池技術是混合動力汽車和電動車的關鍵所在。既使是市場呼聲比較高的混合動力汽車，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。磷酸鋰鐵電池技術應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一步改進。”
最后是電機控制。在電機控制方面，曹洪宇指出主要的困難在于必須達到汽車級別可靠性要求，同時需要考慮合適的成本實現。另外需要考慮大功率驅動系統帶來的電磁干擾和噪聲的影響。如果使用工業級器件雖然在使用初期沒有什么大問題，但隨著時間的推移，伴隨著注定產生的器件失效，會給廠商的品牌形象和口碑帶來無法估量的損失。
在動力總成系統方面，曹洪宇認為最大挑戰是如何協調電機系統和傳統動力系統的運行，帶給用戶更好的駕乘感受。
