汽车博主,特约汽车评论员。用平静而幽默的笔触解读汽车变革。
8月份,在比亚迪500万辆新能源汽车下线仪式上,王传福数次哽咽,缘由是他回想起一段伤心往事。
仅仅在3年多前,插电式混合动力技术几遭灭顶之灾。2019年,比亚迪插混车型销量惨淡,行业对插混普遍失去信心,纷纷弃而不用。王传福咬牙拍板坚持插混路线时,并没想到比亚迪日后能因此逆转,甚至“意外”带动插混车型红极一时,其中风险与波折,作为决策者自然感慨系之。
▲比亚迪的插混苦苦支撑十几年后“意外”爆红。
2020年,DM-i混动发布,相关车型上市,成为比亚迪的重大转折点,也是全球插混技术的重大转折点;联想到整整120年前,费迪南德·保时捷就设计出了世界上第一辆插电混动车型,这个转折,实可谓姗姗来迟。
古老的增程式(串联)混动
上回说到,电动汽车百年前就比燃油车先进,最终却出人意料败给了汽油。
1900年,早期的汽车很不成熟,人们仍在尝试给这种新出现的“机动车”装上各种动力。
当时的燃油车启动困难,发动机工作时发出噼噼啪啪的噪音,曲轴的转动会让整个车身都跟着抖动,难闻的尾气让人掩鼻,更麻烦的是,这种机械非常难以驾驭。但它携带的燃油能支撑它跑很远,而且,补充燃料也简单到只要把油倒进油箱。
相形之下,安静、清洁而操控简单的电动汽车更受欢迎,销路也更好。但电动车也有明显缺点,充满电只能跑几十公里,再次充电需要漫长的等待。
这一年,25岁的费迪南德·保时捷正在维也纳的洛纳(Lohner)公司打工,他在一辆电动汽车上安装了发动机和发电机,想让车子在电池电力耗尽时,靠发电来“续命”。
这辆车因此有了个奇怪的拉丁文名字“Semper Vivus”,意为“永远活着”——只要油箱里有油,它就是一辆能不停奔跑的电动汽车。
▲费迪南德·保时捷1900年设计的“Semper Vivus”原型车。
没错,这就是增程式电动汽车,插电式混合动力汽车的一种,再换个角度说,是串联式混动。这种动力模式100多年后被雪佛兰沃兰达、宝马i3重新拾起,现在又被理想、问界等中国造车新势力打造为一种当红技术。
如今想来,保时捷确实是为汽车而生的技术天才。
且不说他先后在戴姆勒、戴姆勒·奔驰、斯太尔、汽车联盟(奥迪前身)担任技术大拿,也不说他以自己名字组建的公司成为声名显赫的跑车制造商,也不说他设计了“世纪之车”大众甲壳虫,单是他早年的经历就足以让人惊掉下巴。
▲费迪南德·保时捷和他设计的大众甲壳虫。
在青少年时期,保时捷就对当时刚兴起的电力着迷,18岁那年,他自己动手给父母的房子安装了照明系统。时隔不久,他在维也纳一家电气公司找了份工作,在此期间,他设计制作出轮毂电机,并申请了专利。
23岁的时候,保时捷受雇于洛纳公司,这是一家高档马车制造商,有资格为几个国家的王室提供座驾。在洛纳公司老板的鼓励下,他加入了上个世纪之交那场交通工具创新热潮,开始设计“无马的马车”。
对电力极有兴趣的保时捷,自然会选择电机驱动,1898年,他设计出了一款电动汽车Lohner-Porsche(洛纳-保时捷)。
即使以今天的眼光看,这款电动车也有其超前之处:它使用了两个轮毂电机!两个轮毂电机直接驱动两个前轮,省去了减速器、差速器、传动轴等一系列机械传动装置,结构简洁而高效。
轮毂电机占用车身空间少,能耗低,控制灵活,现在依然是电动汽车行业的努力方向。
▲Lohner-Porsche两个前轮装有轮毂电机,电池放在了车身地板下。
看过这款电动车,你就明白接下来保时捷设计混动版“永远活着”,不过是顺水推舟。
“永远活着”在Lohner-Porsche车身上改造而来,前座椅后方加了两个单缸发动机,驱动两个发电机给两个轮毂电机供电。为了减轻车重,底盘上的74个铅酸电芯被减到了44个(此刻可再看一遍上边两张图片,对比回味一下)。
1901年,“永远活着”推出量产版,更名为Lohner-Porsche Mixte。Mixte来源于法语,意思即为“混合”——这应该就是混合动力概念的源头。
神奇的早期并联混动
早期的内燃机汽车性能孱弱、操控困难、舒适性差;而电动汽车受电池限制,跑不了多远,充电也非常麻烦。
让内燃机和电机取长补短“混合”在一起的想法,当然不会只出现在保时捷一个人的脑子里。实际上,在1900年前后,欧美不少发明家、机械师、制造商都在“油电混动”上动脑筋——不,准确地说,是“电油混动”,因为当时普遍认为电动汽车更先进,在电动汽车基础上加一套发动机来辅助驱动的想法看上去更合理。
保时捷的“串联增程式”就是典型的“电油混动”,用发动机发电来增加电车的续航。但这并不是最早的混动,在1989年的巴黎车展上(当时还叫汽车沙龙),至少展示了两款混合动力汽车,其中一款是比利时人皮珀(Pieper)为一家法国电动汽车公司设计的。
从皮帕后来申请的混动技术专利中,可以看出这是一种“并联式混合动力”。
皮帕的混动思路大致如此:发动机上连接一个发电机,在汽车动力需求不高的巡航状态下,发动机多余的动力可以用来发电,储存到蓄电池中;在加速、爬坡之类需要更多动力的时候,发电机就变成电机,用蓄电池中的电能协助发动机一起驱动汽车。
▲皮珀专利中的混合动力结构图。
100多年前的并联混动,不但已经让电机、发电机的角色自由转换,还考虑到了利用发动机的多余能量,着实令人赞叹。
这个思路自然也不会浪费,本田1990年代推出的第一代混动IMA(综合电机辅助),大众、奔驰等德系汽车品牌现在仍在使用的插混,从原理上看,跟一个世纪前的皮珀混动并无二致。
保时捷的串联式混动,是想让电动汽车跑得更远;而皮珀的并联式混动,更侧重于用电机来提升早期内燃机可怜的动力水平。
世上大概有三种油电混动技术,除了后来丰田借以扬名立万的混联,另外两种混动(串联、并联)的历史如此之长,几乎和汽车的历史一样长。
内燃机让混动“没用”了
上世纪最初的20年中,法国、德国、美国的几个汽车制造商设计了十余款混动车型,其中有几款投入了批量生产。
保时捷设计Lohner-Porsche Mixte的最初想法,是用小型发动机去弥补电池能量的不足,为电动车增加一些续航。然而,1901年推出量产版本时,他放弃了电池执念,因为电池实在是太重、太贵,导致车子笨拙而且成本离谱。
于是,他给车子装上功率更大的四缸发动机(发动机改到了车头位置),同时不断地精减电池,最终实际上纯电续航变得非常短,从“插电式混动”变成了“混动电驱”,就像现在的日产e-POWER技术。
▲量产版的Lohner-Porsche Mixte
Lohner-Porsche Mixte从1901年一直生产到了1915年,但销量很少,最初5年只卖出11辆。
最大的问题当然是售价太高,一辆车折合现在的9到20万美元,想想现在保时捷电动跑车Taycan的起售价也不过是9万美元,你就明白这在当时也是天价;而且,以当时的技术水平,想让油电两套系统协调工作难度太大,导致车子毛病比较多,可靠性不如汽油车。
另一款值得一提的混动车型是美国的Dual Power Model 44(双动力44型),由芝加哥一家名为伍兹(Woods)的电动汽车制造商生产,从1916年到1918年大约生产了600辆。这辆车也算一种“并联式”,时速低于15英里(24公里)时,是纯电驱动,超过这个速度就由发动机参与驱动,在动力需求不大时,发动机可以给电池充电。
▲美国一本汽车杂志1916年对Dual Power Model 44的介绍(图中发动机连接电机,电池放在后座之下)
双动力44型汽车,是100年前,一家电动汽车公司对抗燃油车的最后努力。
当时伍兹公司已经意识到了电动汽车的生存危机。在44型的广告宣传中,这款车被描述为“能自动充电的双动力汽车,无限续航”,显然这是想向世人表白,混动已经克服了电动车的续航弱点。然而,时间来到1910年代后,燃油车的快速进化,让这个表白显得非常苍白。
排气系统的消声器,抑制了发动机恼人的噪音;电启动,让燃油车开始告别“摇把”,启动不再是一件粗鲁而危险的力气活;流水线生产,让燃油车快速降价,美国乡下的农民都买得起一辆福特T型车。
▲1912年的凯迪拉克广告词为“一辆没摇把的车”。
一战以后,特别是到1920年代,压缩比的提高和抗爆汽油的出现,让发动机大幅瘦身的同时能输出惊人的马力,驱动汽车的速度一路上扬。
一辆44型混动汽车的售价,是当时福特T型车的4倍,而最高时速只有50多公里。T型车这种最廉价的燃油车,最高时速也接近70公里,当时中高档燃油车的最高时速,早就突破了100公里。
混合动力,本想在电车和油车之间取长补短,不想燃油车进步太快,快到让混动迅速显得累赘而多余,一项看上去前途无量的技术,突然间就失去用武之地。
在1920年以前,早期的混动汽车几乎全都停产,这一汽车技术流派进入了长达40余年的沉默期。
工具的本质
汽车归根结底是一种工具,而人类每制作一样工具,目的都是让做事的效率更高。
不过,高效率是技术的核心价值,当技术落实到一个工具上时,必须做到实用,而实用又隐含了两层意思:一是要好用,二是要用得起。
拿古老的青铜器来说,我国最早发现的青铜器是小刀之类的工具,但由于青铜过于昂贵,夏商周三代的青铜器主要用做礼器和兵器(所谓国之大者,在祀与戎),日常工具和耕作用的农具主要还是石器、陶器和骨器,一直到战国时期,冶铁技术和廉价的铁器普及后,社会才真正脱离石器时代。
汽车早期出现的混动技术,确实在某种程度上做到了“取长补短”,速度比电动车快,操控和舒适性比油车好。但从实用性角度看,混动在当时注定走不远,最大的问题就是:太贵了——而一个“贵”字,困扰了混动100多年。
▲Lohner-Porsche Mixte的复制品和保时捷帕拉梅拉混动版同框。
当然,当时技术上也确实遭遇了“卡脖子”,不光是电池能量密度低,也不光是电机性能差,还有一项关键技术一筹莫展:电机控制的水平很低。当时,控制电机主要靠机械开关和电阻,而能实现对电机精准控制的电力电子器件,在40多年后的1960年代才出现。(本期完)
1990年代,丰田THS混动一问世就名动天下,似乎是丰田工程师一时脑洞大开,然而,凡事皆有因缘,THS绝非丰田的灵光乍现。
此前,是1960年代之后混动技术又一次春风劲吹后的无疾而终;此后,是本田IMA、比亚迪DM、本田i-MMA的基因突变。时至今日,该如何理解、评价和选择各种流派的混动技术……下回分解。
转载自傅雪峰微信公众号