兩個問題:
想不想要一臺節油的汽車?想不想要一臺節油效能車?相信沒有汽車使用者會和省油過不去,然而在燃油動力汽車陣營中,想要達到相對高效能的標準,車輛的油耗總是難以控制的。比如百公里加速成績6/8秒區間的轎車與SUV,發動機排量標準普遍在≥2.0T的範圍內,排量基數決定了油耗必然高,不過這並不是核心因素。
「內燃機是最差的發動機」!這種說法是否認同?不論是否認同,對於汽車而言這種機器都是最差的選項。
內燃機是一種透過燃燒燃油產生熱能,透過熱能推動活塞連桿曲軸運轉,從而轉化出機械能(動力)的發動機。在轉化過程中熱能會因為進排氣、冷卻吸收、運動磨損等諸多因素而轉化為其他能量,但不論是哪種能量都不是動力-有效功。
總熱能-損耗熱能=熱效率(有效轉化部分),由此可見燃油汽車在執行過程中,究竟浪費了多少能量。所以才會說這種發動機真的是最差的選項,而之所以能夠風靡超百年,原因無非是能量補充的方式便捷,也就是加油方便一些,但與電動汽車相比究竟哪種更方便呢?
答案顯然是充電更方便!不要以今天的視角來分析汽車,在歷史中是電動汽車更早普及,而且認可度是高於燃油汽車的。因為電機與內燃機相比幾乎沒有噪音,從馬車過渡到汽車總不能降低用車體驗,所以吵鬧的內燃機初期並不被看好。
在工業革命的第二階段(電力革命),任何用電能解決的問題都被視為“No problem”,汽車自然也不例外。能夠在家裡充電而不需要去加油站,似乎這是很方便的。那麼再加上良好的NVH體驗,為何電動汽車的技術升級出現了斷代呢?
對歷史感興趣的讀者應當瞭解「薩拉熱窩的槍聲」,斐迪南大公夫婦被槍殺直接引發了第一次世界大戰,隨即而來的是又是二戰。戰爭需要的是機動性良好且能源補充更便捷的車輛,無法在戰場建立充電站“一票否決”了電動汽車。
其次還有同期石油開採技術突飛猛進,相比動力電池的技術升級速度更快;同時以美國為核心的石油大亨本就不太文明,同期熱衷於研發電動汽車的愛迪生和亨利福特(福特汽車創始人)被擺了一道。
文獻中說明的是愛迪生的研發資料被“付之一炬”,技術斷代從此開始,隨後數十年的戰爭使人們忘記了這種車的存在,那麼為何百年後電動汽車復甦了呢?
「電機是最優秀的發動機」——至少對於汽車而言可以這樣評價。這種說法能認同嗎?不論是否認同,這就是事實。
電機的結構非常簡單,透過動力電池將電流輸入到機器內部的繞組(電磁線圈)型號才能電磁場,由兩組線圈的N/S磁極互斥,或者由電磁場與永磁體的磁極互斥,這種簡單的原理就能推動電機的轉子運轉。
沒有負責的活塞連桿結構則沒有運動損耗與磨損問題,轉子懸浮固定更是減少了磨損與振動;電磁轉化過程不需要藉助空氣與燃料,對於熱能沒有要求則無需考慮冷卻損耗問題。所以電機的“熱效率”非常之高,優秀的永磁同步電機可以達到97%。
也就是說消耗等量的能量,電動機可以轉化出超過內燃機平均三倍的動力;在動力需求相同的前提下,電機以燃油汽車⅓的能耗即可實現正常駕駛——不想節能則有高效能,但能耗也不會高於燃油汽車正常駕駛的標準;想要按照燃油汽車的正常代步標準駕駛,能耗可以降低三倍,這就是電動汽車二次被重視的核心因素之一。
重點:燃油汽車真正的風靡不過百年,工業革命至今已經有三百年;但就是在短短的20世紀中,石油已經被汽車們消耗到儲能不足2000億噸(海外機構資料)。以目前年均超過57億噸的消耗量,還能折騰多少年呢?
石油是不可再生的傳統常規能源,即使頁岩油也不例外;那麼如果石油被消耗完,結果會怎樣呢?船舶艦艇飛機汽車都在用石油,其中國內的貨車承載了陸運超70%的份額,這些車一旦“停車”則後果不可想象。
所以尋找替代能源已經迫在眉睫了,而能夠再生的資源諸如風、光、水、熱、海洋能等,其共同特點是都能用來發電——電機的綜合水平又遠超內燃機,問題也就得以解決了。這就是非產油國或石油大國都將研發重心放在新能源領域的原因,不論中國還是歐盟都不例外。
(中國汽車保有量即將成為全球第一,石油接近70%依賴進口,轉型是有剛需的)
「兩個階段·三種技術」——電動汽車還需要時間,但混動汽車已經足夠成熟。
1:既能做到省油,又能實現高效能的汽車即將出現。這種車會使用「REEV·增程式系統」,相信知名度較高的品牌應當都是有所瞭解的;不過現階段的增程汽車存在“錯誤定位”的問題,說白了就是價格虛高。
增程系統是利用內燃機以恆定轉速(中低標準)發電,狀態等同於燃油汽車低速定速巡航,油耗當然會很低。而低轉速低功率執行轉化出的電能雖然不多,但已經足夠電動汽車增程的代步駕駛,這不就做到了節油了嗎?
所以增程技術的未來前景很廣闊,只是這種技術應當用於打造≤15萬區間的車輛,也就是替代保有量最大的那部分燃油動力汽車。要知道增程汽車不需要高成本的變速箱,使用中等功率的電機即可實現效能的整體提升;車輛也無需裝備大容量的動力電池組,那麼這種車的製造成本顯然會比較低,只要各大車企不拿噱頭當做溢價的資本,純燃油動力汽車很快就會消失。
2:PHEV並聯式插電混動汽車可以定位中高階。車輛保留內燃機驅動系統,同時增加三電系統;日常代步駕駛時,車輛可以用電驅行駛上百公里,這就保證了大部分汽車的大部分時間都是當作電動汽車使用,偶爾的長途通勤才需要消耗一點燃油。
在效能方面能夠實現“1+1>2”,這是電機與內燃機執行原理差異的結果;而且電機有恆扭矩的特點,只要起步時輸出最大的電流,起步第一轉就能爆發最大扭矩,這就是電動汽車效能總會更強的原因。所以插電混動系統適合追求駕駛樂趣的中高階車,保留一定程度的純電駕駛,能夠實現的節油減排效果是不輸REEV的。
3:新能源汽車最終還是要成為純電動,上述兩種技術都只是過渡,是在動力電池的製造成本偏高的階段,以內燃機系統作為輔助,在降低能耗的前提下保證續航的無奈之舉。
不過在磷酸鐵鋰電池重新回到第一陣線,並且能量密度有大幅提升後,續航問題似乎已經解決;因為這種電池的製造成本可以平均下探⅔,最貴的動力電池組變得廉價,電動汽車的續航里程自然可以提升。
總結:燃油汽車經歷的百年帶來了太多問題,不論是石油儲能的捉襟見肘,還是石油開採運輸對環境的破壞,以及燃燒石油產生的排放汙染,這些都是需要正視的問題。
所以下一個百年應當轉型電動汽車,而轉型節點正是這幾年;且隨著電動汽車保有量的提升,動力電池開始有效地梯次利用迴圈,清潔發電的增長、火力發電的縮減,最終能夠實現的一定是源頭與終端的準零排放吧。
天和MCN授權釋出