“畅想绿色未来”,这届的北京车展,绿色、环保、低碳是本届车展上最热门的看点之一。混合动力从未有过如此的重视,也许,明天您买车,是不是也该考虑混合动力了?
有关混合动力的文章,早已泛滥了几年,不计其数。这篇文章就最基本的能量转换和平衡的角度,来看看混合动力,是希望还是噱头。
目前的混合动力,大都是油电混合,就是内燃机、蓄电池组和电动机的组合,其中内燃机大部分以汽油机为主。
在讨论混合动力之前,先看看我们平时汽车的行驶方式。
汽车在每个家庭的作用不同,行驶范围不同,导致油耗的千差万别。譬如我的富康或325 MT,基本是用在长途旅行,市内大都步行或公交,因此才有了7.5升/百公里的综合油耗。我最怕入库倒车,油是哗哗的流,却行驶不了几步,因为心疼油,因而也练就了一把入库的倒车功夫。有些家庭纯粹用来接送孩子上下班,行驶在市区,油耗远远超出预想。
厂家说明书(尤其欧盟)标出的市区油耗往往是郊区的一倍,这是一个客观的事实。发动机(内燃机)和其他热机一样,都有一个“空载损耗”(就是怠速情况),发动机的效率随负荷的增加而增加,因为空载损耗所占的比例减少了。在等候红灯或蠕动,发动机光烧油不走路,于是人们想到,如果在市区行驶只用电力驱动,那不就免除了内燃机的“空载损耗”么?电动机嘛,给电就走,不走就断电,另外,还可以运用电磁感应原理,在减速或刹车时回收一部分能量,就像自行车前轮照明一样。
如果取消内燃机而直接改用电力驱动,那多好?电力驱动中,电能和机械能的能量转换效率超过95%,大型电机的转换效率高达98%以上。可是能量储存是个问题,以最新的途锐为例,66公斤的蓄电池充满电只能让汽车走上2公里,当然如果速度降低1倍(25公里/小时),能走上4公里。如果要让途锐行驶600公里,恐怕后面要跟着一辆卡车给他拉蓄电池!当然您可以换上高能量密度的锂电池组。想想诺基亚手机原装的锂电池多少一块吧,还是2.7伏呢,买上100公斤要耗费多少大洋?何况汽车电池是12伏!价格要昂贵的多。
那我们可以用少量的蓄电池,让车辆顺利穿越市区的红绿灯和倒车入库,在郊区或高速公路,让内燃机运行在设计工况,这就是油电混合的由来!
因此混合动力的行驶过程是这样的,车辆起步用电力,发动机停止,当速度达到一定时启动发动机,同时对电池组充电,当车辆滑行(松开油门踏板)时切断发动机燃料,车辆停止时切断电力,时而周复上述过程。
这种混合动力,所能节约的能源就是内燃机的空载损耗,彻底消除了发动机怠速损耗,也避免了发动机部分低负荷工况,提高了发动机的热效率。
不过,对于安装了起停装置和滑行功能的宝马全系来说,也基本实现了混合动力的节能效果。
油电混合适合您我吗?以我为例,为了穿越有限的市区,让我背上100多公斤的蓄电池长途旅行,那我可不乐意,因为这就意味,只要在高速上行驶超过200公里,我在穿越市区节约的燃料就付诸东流,何况,蓄电池的充电也要靠内燃机带动的发电机进行。
对于我,希望能把蓄电池降低到20公斤或更低,我需要1公里的电力驱动即可,这就是弱油电混合,可是增加的那套复杂的机械设备、和电力驱动却没有减少,还要让我掏出很多很多的银子,以及上牌时多付出的购置税,哦,还有增加的保险费,差点忘了。
也许您就送送孩子上下班,长期行走在拥堵的市区,那就采用强一点的油电混合吧,比如能行驶20公里的蓄电池,的确,您省了不少汽油,可您的汽车一定是个庞然大物,要不行李箱、后排座位都装满蓄电池。您还不能忘记,蓄电池还需要充电,这就意味您必须勤快地把它拉到郊区,不管你愿意不愿意,跑上一趟,时间还不能太短哦。你还不要指望,一般的混合动力不具备插电充电模式
这样看来,纯电力驱动才是终极目标,采用电力驱动和蓄电池充电,这就意味可以彻底让内燃机歇菜,电力可以在发电厂大规模转换,那里的转换效率已经接近45%,而普通的汽油机,哪怕宝马著名的直列六缸发动机,压缩比已经达到11.0,他的转换效率还是低于30%!更为重要的是发电厂使用的是煤或水,这样可以节约大量珍贵的石油!这一天的到来还需要多久?10年?20年?这取决于蓄电池技术,还有充电网络的建设。当然意外的收获是疲劳驾驶的没有了,您想疲劳赶路,蓄电池可不干了。
现在,如果让我选择,我还是选择柴油机,它的热效率大约高出汽油机10个百分点,这足以让任何的混合动力俯首称臣。可能有同志会问,那为什么没有油(柴油)电混合?答案是很少,因为它带来的节能效果远远不如汽油的油电混合那么明显,愿意做这项工作的人就少了。
日本是混合动力的先驱,这是因为混合动力大多依靠电池和电子技术,对传统的内燃机研发能力依赖较少,日本人当然懂得扬长避短的道理。在欧洲,他们舍不得研发了百余年的内燃机制造技术,尤其德国还在孜孜不倦地研制老祖宗留下的遗产---狄赛尔发明的压燃式内燃机---柴油机。如果全部在市区拥堵的行驶,柴油机也许不占上风,不过当道路稍微畅通时,柴油机便能取得压倒性的优势,如果长途旅行,混合动力还不如普通的好,毕竟省略了庞大的电池组质量。正是这个原因,欧美厂商一直不愿意在混合动力投入过多的研发,奥巴马的新能源政策也在不同的说客游说下左右摇摆,FGW一会声明要投入巨资鼓励混合动力,隔天又声称不放弃柴油技术的发展,说到底,就是架不住二大理念的游说。不过对于纯电力驱动汽车这个终极目标,任何一个厂商都不愿放弃这个基础领域的研发,这不,宝马、奔驰、大众等奋起直追,在北京车展上纷纷拿出的自己混合动力车型。
眼下,厂家都在宣传,他们的混合动力汽车,如何如何的节省燃油,这完全取决于计算方式。如果您经常在市区拥堵行驶,而恰好有个丈母娘在乡下,路程还不能太远,又必须定时去报道一下,这样才基本满足厂家的计算条件。
能量守恒是自然界的基本规律,但能量是分级别的,他们统统都用“焦耳”这个名词来度量,1焦耳的电能几乎可以转换成1焦耳的机械能,反之亦然;但1焦耳的热能只能少部分转换成机械能,当今最先进的柴油机,大约不超过40%的热能能转换成机械能,在汽油机上,这个比例降到30%以下。终极的电力驱动汽车和目前普通汽车相比,就是把大规模集中在发电厂的能量转换分散到一个个“微观”的内燃机中,这里面的浪费可想而知。
现在让我们粗略地计算一下,看看这个浪费有多大:假定一辆风阻系数为0.28、自重1.5吨的纯电动车,以36公里/小时速度行驶,滚动阻力取0.1,如此行驶1公里,按上面的能量转换效率,它所消耗的能量是:5.2×105(焦耳),再看看1度电=1千瓦时=1000×3600(焦耳),二下相除,便得出行驶1公里消耗的电力是0.15度,再考虑实际的能量转换效率进行修正,最大不超过0.2度,在自己家里充电也就是1毛多点,如果把上面的能量等值换回汽油,只能行驶400米。下面是摘自汽车导报的一段话:以目前的电池技术和电力价格,电力驱动的汽车每公里不超过0.15元,随着技术的发展,只要电力价格不上升,这个数值降到0.1元以下几乎没有悬念,也许更低。
由此看,在相当长的一段时间内,最可持续发展的传统行业就是:国家电网公司,最具发展潜力的企业是电池厂商,卖电储电的永远吃香,中石油、中石化眼下是巨无霸,终究是兔子尾巴,哈哈,开个玩笑。
希望这篇短文能让准备选择混合动力的朋友参考一下,也让我们更清楚地看清混合动力的本质,不要被厂家和商家所蒙蔽。
里面有些数据不一定准确,观点也有偏差,欢迎提出批评指正。