技术驱动创新 混合动力和电动汽车的前世今生

近一百年前，亨利·福特和托马斯·爱迪生联手打造电动汽车项目的计划因当时的电池技术达不到标准而落空。

从那时起，车辆几乎完全依靠石油行驶，这直接将我们推入了全球变暖的深渊。

现在，福特正在与特斯拉和雪佛兰等公司合作，最终打造出一个电动汽车部落。

丰田凭借其油电混合动力普锐斯掀起了热潮，而特斯拉的埃隆·马斯克则彻底放弃了碳氢燃料，并以纯电动 Model S 定义了汽车新时代。

同时，插电式混合动力车就像是两者的联姻。

但丰田的插电式混合动力普锐斯和雪佛兰Volt则完全不同。

那么为什么我们需要所有这些不同的技术呢？那么我们就来看看纯电动和混合动力汽车的前世今生。

●电动汽车的发展趋势是随着技术的发展而发展的。

电动汽车的历史可以追溯到19世纪初，但第一辆真正的电动汽车是由英国电工托马斯·帕克发明的。

电动汽车在世纪之交曾经历过一个小规模的黄金时代，在2006年达到顶峰，仅美国就生产了34,000辆电动汽车——相当于2016年整个混合动力/电动汽车市场的产量总量。

这些汽车因其操作简单、行驶里程有限而在城市中流行起来，其主要客户是女性。

然而，随着大量石油储量的发现和高速公路的发展，续航里程更长的燃油汽车重新占据主导地位。

大约在这个时候，除了叉车和高尔夫球车等专用设备外，大多数公司已经停止生产电动汽车。

此后，电动汽车的发展几乎停止，仍然存在像Henney Kilowatt这样的失败尝试。

确实有一些研究和开发正在进行中，制造混合动力汽车的早期尝试是 AMC 的 Amitron：第一辆使用能量再生制动的美国汽车。

这个想法是利用制动能量为汽车电池充电，奥迪、沃尔沃等品牌确实在几款试验车型上尝试了该技术。

尽管现代电动汽车几乎在各个方面都表现出色，但将汽油精灵放回瓶子里并不容易。

电动汽车动力系统非常简单，因为它们不需要复杂的变速箱、冷却剂和其他配件。

此外，电动汽车也非常高效。

它们可以有效利用电池中90%的电量，这比燃油车30-35%的效率要好得多。

事实上，电动汽车的成本只能是燃油汽车的一小部分，除了一个部件：电池，它价格昂贵，每单位质量汽油只能储存5%的能量。

当今的汽车电池通常由锂离子电池供电（类似于笔记本电脑中的电池），这种电池具有良好的能量密度，但价格昂贵且高度易燃。

例如，据估计，特斯拉 Model S 的电池成本为 15 美元，约为其 0 美元售价的五分之一。

（特斯拉希望超级工厂建成后，电池成本能降至8000元。

） 能让电池更高效、更便宜的新技术似乎指日可待，但距离商业化还很远。

●哪些制造商对电动汽车和混合动力汽车感兴趣？ 与此同时，2018年，PayPal大王埃隆马斯克推出了特斯拉全电动跑车，这也是第一款使用锂离子电池的量产汽车。

尽管特斯拉没有打造自己的底盘（它使用了莲花Elise的底盘），但它仍然打开了公众的智慧，雪佛兰等其他制造商也慷慨地宣称他们将追求自己的商用电动汽车。

结果，排起了长队。

雪佛兰Volt（混合动力汽车）和日产Leaf（纯电动汽车）均于2018年推出，随后沃尔沃C30电动汽车、福特福克斯电动汽车、宝马ActiveE、丰田RAV4电动汽车等。

特斯拉本身也推出了Model S 2016年，它可以说是一鸣惊人，也是所有这些电动汽车中最著名的。

●混合动力汽车如何工作？ 所有混合动力和电动汽车都使用再生制动来恢复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混合动力传动系统。

并联混合动力汽车，如本田的 Civic 和 Insight，是天然气动力汽车，配有与内燃机 (ICE) 相连的小型电动机。

这样的车辆在高速公路上仍然可以非常高效地运行，但在启动和停止时不太好。

雪佛兰 Volt（如上图所示）是“系列”插电式混合动力车的一个例子。

该车的动力系统是纯电动的，燃气发动机只需通过发电机为电池充电。

由于充电过程中的效率损失，串联混合动力汽车在高速公路上的效率较低，但在频繁启动和停止的城市驾驶中表现更好。

最后，像丰田普锐斯这样的汽车采用串联和并联系统的组合，因此它可以轻松应对城市和高速公路驾驶，尽管成本也更高。

雪佛兰 Volt 和丰田普锐斯等插电式混合动力汽车拥有充电端口和足够大的电池，可以在全电动行驶的同时行驶更远的距离。

例如，Prius 充电 3 小时可行驶 11 英里，Volt 充电 10 至 16 小时可行驶 38 英里。

●电动汽车的结构比较简单。

19世纪末电池驱动的电动汽车问世后，铅酸电池一度成为主要的供电设备。

后来出现的镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等都是在现有技术水平发展的基础上发展起来的电源。

电动汽车比混合动力汽车简单得多，但它们的动力传动系统、电池和充电设计彼此非常不同。

特斯拉 Model S 是一款使用异步感应电机的后置发动机后轮驱动汽车，而日产 Leaf 是一款使用同步电机的前置发动机前轮驱动汽车。

作为一个更极端的例子，梅赛德斯-奔驰 SLS AMG 的电动版本（上面那辆华丽的汽车）有四个电动机，每个车轮一个，总共产生 100 马力。

大多数电动汽车使用标准插座充电，可以在一夜之间充满电。

电压充电可节省大约一半的时间。

Tesla Model S 还配有可选的双充电器，充电时速可达 58 英里。

特斯拉还提供免费的超级充电站，20分钟即可将电池充满。

此外，在精品服务站 90 秒内即可更换充满电的电池。

●新能源汽车有何吸引力？ 化石燃料汽车是导致全球变暖、海洋酸化和其他令人烦恼的环境退化的罪魁祸首。

他们还让美国成为一个严重依赖石油进口的国家，而石油销售商并不总是友好的。

但即使你不关心地缘政治，你也会同意绿色汽车有很多好处。

由于重量较轻且无需内燃，电动汽车比汽油动力汽车运行时更安静。

电动汽车的整个前部都可以成为溃缩区，使其在发生碰撞时更加安全。

而且您始终可以在 HOV 车道（类似于“公交车道”）合法驾驶电动汽车或插电式混合动力汽车。

纯电动汽车和插电式混合动力汽车比汽油动力汽车贵得多（当然是因为那些大电池），但大多数电动汽车和插电式混合动力汽车（例如雪佛兰 Volt）都获得 10 美元的联邦税收抵免，在加利福尼亚州，额外的美元电动汽车补贴，或美元插电式混合动力汽车补贴。

例如，日产聆风的售价约为3万美元，但算上补贴，实际上2万美元就可以买到。

另外，5年内可以节省大约1美元的石油成本，所以价格实际上是16美元。

那么维护费用是多少呢？这很难说，因为电动汽车上路的时间还不长，但这些汽车很简单，维护起来应该不难。

●关于电动汽车的争议从未停止过。

电动汽车和混合动力汽车仍然存在一些棘手的问题。

电池寿命有尽头，废弃电池难以处理且更换成本昂贵。

日产 Leaf 的耐热电池组（如上图）价值 12.15 美元，而特斯拉 Model S 的电池更换成本为 12.15 美元。

两款车的电池都有8年的保修期，但几年后电池性能会明显下降。

由于技术不成熟，混合动力汽车和纯电动汽车的维护成本都很高。

最终，电动汽车是否环保取决于你居住的地方。

如果你家的电网依靠煤炭发电，而你用电网给你的电动汽车充电，你仍然在为全球变暖做出贡献。

核电厂还有另一组污染问题。

随着道路上的混合动力和电动汽车越来越多，电池和维护的价格正在下降。

特斯拉计划在超级工厂建成后将 Model S 电池的价格降低至 8000 美元左右。

电池科学——就像锂阳极的最新进展——最终将实现商业化，从而减轻电池重量和成本。

在短短几年内，电动和混合动力汽车取得了长足的进步。

所有这一切来之不易，法规、回扣和良性竞争促使汽车制造商将这一领域推向新的高度。

我们可以想象一个美好的未来，电动汽车足够便宜，政府补贴是多余的。

当这种情况发生时，我们都赢了。

总结：无论从趋势还是技术发展趋势来看，电动车型都经历了近两个世纪的演变，才成为我们今天街头偶尔看到的新能源汽车。

如何提供电源效率似乎只能留给物理学家的各种猜想和理论。

至少对于目前的我们来说，如果充电站能覆盖1/4的加油站，所有关于电动汽车的争论或许终于有了答案。