未来的电动车

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  作为地球上的人类一员,或多或少总是会对未知世界存有那么点小小的好奇心。在人类数以万计的未知问题中,未来是什么样子之类的问题应该是数量最多的,所以咱们现在也不免俗套—下,先来说说未来的电动车是什么样子的……
  说起电动车这玩意儿来,感觉上总是离咱们这些平头老百姓的生活太远,不过最近几年发改委总是逆风飞扬,隔三差五老涨油价,所以这玩意儿或多或少都还是听过几次的。其实就在去年,咱们这片开那个劳什子的世界级庙会时,所用到的公共汽车就是电动车。虽然从官方的口中传来的消息说它们个顶个都是高科技产品,具有当今国际领先水平,可是要让这些铁疙瘩像传统的汽车一样听使唤还是有很大难度。电动车作为一项未来的科技,咱们对这玩意儿虽然抱有很大期望,但是老用不到也不是办法,好在介于电动车与传统的汽车之间还有个混合动力汽车算是过渡产物。既然如此,咱们先将电动车的未来放一放,说说混合动力汽车。
  混合动力汽车并不是在汽车上装个电动机就完了,这玩意儿说白了就是一辆汽车上同时拥有将化学能转换成机械能的发动机与将电能转换为机械能的电动机两套装置。通过不同环境下选择不同的装置组合,来实现节能减碳的目的。在混合动力车中,咱们可以将它划分成轻度混合动力、辅助混合动力与全面混合动力这3类。
  咱们先来说轻度混合动力,这一类型的代表作就是咱们这片的比亚迪在去年出的一款电动车——就是在那个长得挺像丰田花冠的F3基础上改出来的混合动力汽车F3DM。说起这款混合动力汽车来,机盖下面只不过是比传统的汽车增加了发电机+电动机这2个东东而已。由于F3DM上的汽油机不能驱动车轮,而是与电动机、发电机串一起,因此轻度混合动力也叫做串联混合动力。这也就是说,F3DM实际上只有电动机一个动力源,要向前运动只能依靠电能驱动电动机。既然如此,这辆混合动力汽车上的汽油机只不过是用来驱动发电机发电的。当F3DM在电池电量充足的时候,电池向电动机供电,使其产生动力;而在电量较低的时候,汽油机则开始运转,带动发电机进行发电,再向电池充电。而当电池木有电的时候,汽油机依然带动发电机发电,所产生的一部分电力用于给电池充电,另一部分电力则驱动电动机产生动力。
  由此可见,F3DM所采用的轻度混合动力方式应该算最为简单的混合动力汽车。其实,与之类似的方式早在上个世纪30年代就被地球人所采用,只是以当时的科技水平无法实现汽油机、发电机、电动机的小型化,并没有放到汽车上,而是被放到了不用担心空间,只需蛮力的的铁路、矿山机械上。比如咱们熟悉的东风系列内燃机车、卡特·彼勒的矿山卡车采用的就是这样的方式。比亚迪在F3DM上只不过是在汽车上继承了这类混合动力机械的传统,进行了小型化改造,而已。
  除了比亚迪F3DM这样的混合动力汽车之外,本田Insight绝对可以算是辅助混合动力的代表。严格意义上讲,Insight其实与传统汽车并没有太大不同,这玩意儿同样拥有一台3缸汽油发动机。不过既然是混合动力车,那么电动机是肯定少不了的。在Insight上,电动机被装在飞轮上面。以咱们地主的生活为例子,采用辅助混合动力的Insight的一天是这么开始的:那天又是普通得不能再普通的一天,无论天气如何,明天是不是2012,地主都需要开着他那辆Insight去编辑部谋生,写点儿忽悠+洗脑的稿子。当他走进车库,打开车门,坐到驾驶位的时候,第一要做的就是启动发动机。要是放在传统的汽车上,地主扭动钥匙启动发动机的动作其实就是接通启动机的电门,让启动机带动飞轮转动,再带动曲轴旋转的一些系列过程。而在Insight上,则完全没有这一套启动机构。由于电动机被直接装到飞轮上,因此地主在扭动钥匙的时候,上面的电动机直接代替启动机了,这个东东所产生的动力负责转动汽油发动机的曲轴,从而实现了启动。
  不过人算不如天算,就在地主超过了那辆铁马之后,立刻被眼前的景像震惊了——前面有三个车道,三个车道上都有辆无敌的铁马。三车并驾齐驱,这是何等的难度,需要何等的魄力?咱们还是先别感慨了,地主为了自己后半辈子的幸福,连半点与铁马斗的勇气都没有,而是立马踩下刹车,老老实实跟在铁马后面。就在地主收油门,踩刹车的同时,Insight上的电动机又登台了。不过这次它的角色不再是动力源,而是变成了发电机。在制动的同时,被飞轮带着旋转,转子切割磁力线所产生的电能去给车上的电池充电了,这就是所谓的再生制动。
  就这样,地主开着Insight一路上加速、减速达到了编辑部,在路途中实现了节能减碳的目的。换而言之,辅助混合动力其实就是由汽油机直接提供动力推动车轮,电动机则只作为车辆起动时的辅助,在需要大推力的时候出力:而在刹车时提供再生制动,将动能转成为电能储存起来。
  说完了本田的Insight,咱们再来说说全面混合动力的代表——丰田Prius。老实说,无论Prius是否国产,丰田造的混合动力汽车都要比本田的上心多了。本田Insight由汽油机+电动机(发电机)组成,而Prius则由各自独立的汽油机、发电机、电动机组成。从严格意义上讲,无论是汽油机,还是发电机,或是电动机,都不能算是Prius的核心,这辆混合动力车的核心其实是作用在两个动力源之间的动力分配装置。再说得再简单点,这个动力分配装置其实就是个行星齿轮组——电动机与齿轮组的齿圈连接,而发电机与齿轮组的太阳轮连接,发动机则与行星架连接。通过这个设计巧妙的机构,汽油机、发电机与电动机被联系起来——也就是说Prius的电动机与汽油机都可以单独作为动力源,驱动汽车。当Prius启动的时候,速度并不是很快,这个时候混合动力汽车是由电池放电驱动电动机来前进的,汽油机并没有参与做功;而当Prius的电池电量不足的时候,汽油机即时启动带动发电机给电动及提供电力,这辆混合动力汽车还是在电力的驱动下前进;一旦Prius的速度达到了每小时64公里,那么这个时候汽油机继续工作,而作为动力分配装置的行星齿轮组则将动力由电动机切换到汽油机上。这时,汽油机不仅能提供Prius前进的动力,而且还要带动发电机为电池充电。
  前面咱们已经说完了3种结构完全不同的混合动力方式了,其实无论采用哪一种方式,混合动力汽车都只能算是一种过渡方案。不过这些方案的研发并不是做无用功,像大容量电池技术、高速充电技术、高性能电动机技术等,也都是电动车所需要的。既然如此,那么未来的电动汽车到底会是在其中的哪一种混合动力方式的基础上发展出来,不要说地主无法确定,就算是年复一年推出概念车的本田、丰田、大众、通用等等等等一系列造汽车的山头部无法确定——毕竟这并不完全 是一个纯粹的技术问题,而是一个复杂的经济问题。就像在100多年以前,石油不说遍地都是,那也是蕴藏丰富,价格便宜得就跟白开水一个价。在那样的条件下,没有人会傻到放着如此的便宜不占,花血本去搞什么看不到未来的电动车的,所以当时是木有电动车大规模出现所必须的环境,这玩意儿当时只能出现在某些大牌Geek或特殊行业中。而在100多年之后,时过境迁,一切都已经改变,随着地球上化石能源的枯竭,石油的成本不知道比100多年以前高了多少倍,再也不是一种廉价而方便的能源了。这就为混合动力汽车乃至于电动车的出现提供了必要的环境。在这样的环境中,咱们估计在最近的15年到30年,混合动力汽车会越来越多。而根据这样的预测,那么30年之后公路上满大街跑的应该都是电动车。既然如此,到了那个时候,电动车是个什么模样呢?
  地球上最善于做前瞻性研发的山头莫过于花旗国那个头号烧钱组织NASA了。对于电动车这样极具科技感的东东,NASA自然是没有什么理由好放过的,更何况他们家自己的不少计划都要用到电动车——除了地球之外,在这么太阳系中的其他星球都木有发动机所需要的氧气。既然如此,要在其他星球上遛个弯什么的事儿,不用电动车用什么?咱们放着上个世纪60、70年代的阿波罗计划中用到的月球车先不说,就说最近几年NASA去看火星人的事儿吧。
  1997年的时候,NASA为了确定火星上到底有木有火星人,开始了火星探路者计划。这一计划中的一个环节就是将一辆火星车扔到火星,让这玩意儿在那里代替地球人从事科学考查之类的活动。一开始,NASA造了两辆一模一样的火星车,这对双胞胎一辆叫做机遇号,一辆叫做勇气号。无论是哪一辆火星车,上面都有六个轮子被悬挂在摇臂之上。每个轮子都有独立的马达,除此之外,火星车的前轮与后轮还带有转向装置,专门用来在火星那种恶劣环境中行驶。但是由于火星车的电能都是由太阳能帆板提供的,所以最高速度还不到每小时0.18公里。虽然以咱们现在的眼光看来火星车的实用价值不高,但是如果将这玩意儿放到地球上,然后加上一个电量充沛的电池,那么效果就大不同了。
  如果按照火星车的原型造辆电动车出来,那么咱们首先要解决的问题就是电从哪儿来?估计有童鞋连想都没有想就脱口而出了:电池啊!说得的确木有错,电动车需要的电力是由电池提供的,不过咱们现在在手机、本本上常用的锂离子电池、锂聚合物电池可不行——这些电池对付恒流放电的东东凑合,但是对于经常需要超车、加速的电动车而言,问题就夸张了:上下起伏的瞬时放电电流足以让这些电池喝上一壶。对于电动车,电池的要求是容量尽可能地大,而瞬间放电电流大的电池。目前,A123System出的磷酸铁锂电池组体积小,而且容量也大,最关键的是放电电流也不赖。不过,这玩意儿的唯一的缺点是价格一点都不便宜,而且还限制出口到咱们这片。不过有总比没有强,未来的电动车有很大可能采用这类电池。
  说完了电池,咱们再来说说充电。传统的汽车要是没油了,只要赶紧开去加油站,保管分分钟搞定——在那里狂喝一通之后保管发动机生龙活虎。可是要是换成电动车可就不成了,各位童鞋都知道,电池充电是需要一定时间的。各位童鞋可以想想看自己手机中那块锂电池充满电需要多长时间,要是电动车充次电都要花掉2个小时以上的时间,这是不可原谅的。因此要让电动车跑得欢,除了需要解决电池容量与放电的问题之外,还必须搞定充电时间的问题。如果电池方面的问题都解决了,那咱们的电动车就可以开始做减法了——传统汽车上面的不少东西都会被砍掉掉。在这里面,首当其冲被砍掉的就是那台浪费化石能源的发动机。都是电动车了,这东东放在上面也没用,太占地方了。不光如此,油箱、油路之类的东东也得拆掉,前后都得腾出点空问来,才好装更多的电池。装发动机的位置既然给电池占了,那么电动机装哪儿昵?其实,电动车与前面说的火星车差不多,每个车轮就是一个独立的电动机,向前行驶的时候4个车轮同时做功,好像4轮驱动一样。不仅如此,由于4个车轮都是独立驱动,本身就是动力源,因而电动车不再像传统的汽车那样需要通过万向节、半轴之类的东东来传输动力,所以这些用不到的东东又得拆掉了。从此在电动车上,传动机构成为了历史,而与4个车轮连接的除了悬架之外,唯一剩下的就是控制用的电缆了。在传统汽车转向的时候,由于内外车轮转向的半径不同,受到的力也有所不同。放到以前解决这一问题咱们是通过差速器这个东东来调控转弯时内外两个车轮的转速差。而在4个车轮独立驱动之后,这样的转速差只要通过一套数字控制器就可以调节了——无非是内圈转得慢一点,外圈转得快一点。不光如此,4个车轮独立驱动还有一个好处,可以像坦克一样转向而不需要专门的转向机构,只要让内圈转得更慢一点,外圈转得更快一点,这样就能搞定电动车的转向了。这样一来,电动车的转弯半径不仅非常小,而且更加机动、灵活,甚至原地180度调头也不是不可能实现的。通过前面的那些减法,传统汽车上的发动机、转向机构、传动机构、差速机构咱们统统在电动车上找不到了,这样的电动车光是在质量上就比传统汽车轻了不少,性能上能不强悍吗?
  未来的电动车到底是什么样,咱们现在只能说到这里,具体的内容也只有等时间来验证了。不过,有一点咱们倒是可以肯定,混合动力汽车取代传统汽车,电动车再取代混合动力汽车的趋势是不可改变的。也许有那么一天,世界真如咱们所预测的一样,公路上跑着的都是电动车,而现在公路上来来往往的汽车了只能在工业博物馆中才能看到了。
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