现在市场上的混合动力汽车分为两种类型,一种是插电的,需要外接电源来给动力电池充电,然后汽车在行驶中优先使用动力电池的电能驱动汽车,电能消耗殆尽之后再启动燃油发动机驱动汽车,这种混合动力汽车称为PHEV,很多国产的混合动力汽车都采用这种模式;另一种是不需要插电的,汽车在行驶中发动机启动,通过一个发电机给动力电池充电,然后由动力电池驱动汽车,特殊情况下可发动机和电动机共同驱动汽车,这种混合动力汽车称为HEV,典型代表是丰田的THS系统,比如卡罗拉/雷凌混动、凯美瑞混动、雷克萨斯混动等,本田的i-MMD系统,比如雅阁混动、CRV混动等;通用的Vortec系统等。
研制混合动力汽车的目的就是为了省油。对于PHEV大家很好理解,有外接电源补充能量,自然就省油了。但是对于HEV很多人却心存顾虑,有个特别不能理解的点就是:这种车型没有外界能量补充,所有的能量来源都是燃油发动机,发动机燃烧汽油驱动发电机给动力电池充电,然后动力电池再给电动机提供电能,驱动汽车行驶。在这种模式下,发动机的能量转换了几次才提供给汽车,这个过程中必然会有能量损耗,这种情况应该比燃油发动机直接驱动汽车更费油才对,可是为什么会说混合动力汽车省油呢?这也不符合能量守恒定律啊?
但事实却是:这种混合动力汽车更省油,我们以同级别的车型为例来对比,卡罗拉1.2T燃油版百公里油耗是5.6升,而卡罗拉混动版百公里油耗是4.1升;凯美瑞2.5燃油版百公里油耗是6升,混动版是4.1升;本田雅阁1.5T燃油版百公里油耗是6升,混动版是4.2升;本田CRV2.5燃油版百公里油耗是6.6升,混动版是4.8升;其它的混合动力车型与此类似,都是混动版百公里油耗大大低于燃油版。
这究竟是为什么呢?难道能量守恒定律在这里失效了吗?其实并不是,混合动力汽车之所以更省油,最根本的原因就在于:发动机只要工作,就一直工作在最经济的工作区间。而普通的燃油版发动机,发动机经常在非经济区间运转,很大一部分油耗被白白浪费掉了。
下面我们来详细的分析一下这个问题。
大家知道,汽车发动机的热效率其实是非常低的。普通的汽油发动机,最高热效率一般只有37%左右,柴油机热效率能高一些,大约在40%左右。目前汽油机热效率最高的是丰田公司旗下的一款发动机,热效率可以达到41%。
不过大家必须明确一点,那就是发动机并不是时时刻刻都处于最高热效率区间工作的。在绝大多数的时候,发动机都是工作在不经济区间的,比如城市拥堵路况、低速蠕行、频繁的起步停车、超高速行驶等,在这些路况条件下,平均热效率一般只有25%左右。大量的燃油实际上并没有用来驱动汽车,而是以热能的形式浪费掉了。
有人说那为什么不能让发动机始终工作在最经济的区间呢?这主要是因为,汽车在行驶过程中,路况是千变万化的,对发动机的动力需求也是随时变化的,这就需要发动机随时调整动力输出,以满足汽车行驶的需要。如果想要让发动机始终工作在最佳的经济区间,必须有一个绝对理想的变速箱,能够随时调整传动比,不论车轮转速如何变化,发动机转速都不变。但是很遗憾,这样的变速箱,目前还没有,即使在可以预见的未来,这种变速箱也很难制造出来,不论是结构、成本还是体积、重量都很难在汽车上应用。目前最接近于这种结构的其实是CVT变速箱,它可以随时调整传动比,这也是很多CVT变速箱更省油的原因之一。但是CVT变速箱调整范围有限,超过一定范围,还是需要发动机调整转速。此外,它的传动效率也不够高,很多能量在传递过程中流失了。
而混合动力汽车,就可以做到让发动机始终工作在最经济的工作区间。这主要是因为,在混合动力汽车上,有动力电池这个“蓄水池”,它事实上起到了一个理想变速箱的作用。当外界阻力小于发动机输出动力的时候,多余的动力以电能的型式存储在动力电池中;当外界阻力大于发动机输出动力时,发动机与动力电池共同驱动汽车,发动机还是处于理想工作状态,不足的能量由动力电池补充;而在最不经济的走走停停、低速蠕行的路况下行驶时,干脆直接关闭发动机,只让动力电池驱动电动机工作。这样,只要发动机启动,就一直工作在最经济、热效率最高的工作区间,油耗自然就降下来了。
比如某款车型,它的燃油版在综合路况下行驶一百公里,消耗了6升汽油,综合热效率为25%,那么这段路实际需要的燃油量是6×25%=1.5(升)。如果是混动版车型,它的发动机热效率始终在40%,电能转化效率是95%,那么它需要消耗的燃油是1.5÷40%÷95=3.95(升)。这就是混合动力汽车比燃油车更省油的根本原因。
此外,一般混合动力汽车的发动机并不直接驱动汽车行驶,所以它的发动机可以采用热效率更高的阿特金森循环方式运行,也可以降低发动机排量,使用摩擦阻力更小的三缸发动机,等等。由于汽车绝大多数工况下需要的功率并不高,所以发动机也不用做得很大,功率也不用调得很高,不足的能量用动力电池来补充就好了,而普通的燃油版就没有这样的优势。
比如有一款混合动力汽车,是一款中型SUV,但是只搭载了一台1.2T的三缸发动机。经常有人询问,这么大的车,用这么小的发动机带的动吗?其实这个发动机根本不是用来驱动汽车的,而是用来发电的,只要动力电池足够用,汽车的动力性就能够得到保证。而同样级别的燃油版车型,发动机至少是2.0T的,这也是混合动力汽车更省油的另一个不可忽视的因素。
不过混合动力汽车最适合的行驶路况是城市拥堵路况,在这种情况下发动机很少启动,绝大多数时间都是由电力驱动,节油效果是非常明显的。但是如果在畅通路况下,比如城郊工况,高速工况等,燃油版车型的发动机也可以在最经济的工作区间运行,此时发动机的热效率差不多,它的节油效果就不那么明显了。此外,大家还有算一笔经济账,那就是混合动力汽车在购买时比燃油版的价格更高,这个差价需要多少汽油才能弥补回来,你要根据自己的驾驶习惯计算一下。还有二手车的保值率问题,一般这种混合动力汽车都不保值,在出售时会打很大的折扣,这一点也要有心理准备。如果你买这款车要使用很长时间,并且行驶的里程较长,行驶的路况较为拥堵,购买这种混合动力汽车还是值得的,不需要充电,只要正常加油就可以了,也没有里程焦虑症,就目前来说,这是最合理的一种油电混合方式,个人还是非常推荐的。