除了鋰電池和燃料電池，電動(dòng)車(chē)還能玩出什么花樣？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-06 20:35
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雖然思域秒天秒地秒空氣，但是它的價(jià)值還是比不上奔馳寶馬。其實(shí)不僅車(chē)有價(jià)值，能量類(lèi)型也有價(jià)值差異。就拿內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)打個(gè)比方：在VVT、直噴和渦輪等技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，用汽油燃燒產(chǎn)生的低質(zhì)熱能轉(zhuǎn)換成曲軸的高質(zhì)機(jī)械能的最高效率在35%左右；而如果是將價(jià)值更高的電能在電機(jī)中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其轉(zhuǎn)化效率明顯高很多。這也是為什么電動(dòng)車(chē)在未來(lái)能淘汰燃油車(chē)的原因之一。
然而汽油蘊(yùn)含的能量比目前的化學(xué)電池高得多。僅僅是14克的碳原子與32克的氧原子結(jié)合，就能爆發(fā)出1598kJ的能量，可是鋰離子電池的重量要接近1公斤才能壓榨出相同的能量。很顯然，這是電池技術(shù)限制了電動(dòng)車(chē)的發(fā)展。不過(guò)我們可以稍微轉(zhuǎn)變一下思路，從一些細(xì)節(jié)中獲得靈感，或許能為電動(dòng)車(chē)的發(fā)展找到出路。
無(wú)曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)-增程式混合動(dòng)力
小時(shí)候我們都聽(tīng)過(guò)“一箭易折，十箭難斷”的故事，而目前大部分電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力電池都是由一顆顆小小的18650電池串聯(lián)起來(lái)的，那么為什么活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就不能串聯(lián)起來(lái)呢？
去年6月份，豐田申請(qǐng)了一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)利，名為Free Piston Engine Linear Generator（自由活塞引擎線(xiàn)性發(fā)電機(jī)，下簡(jiǎn)稱(chēng)FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)）。之所以叫自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，是因?yàn)檫@臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)拋棄了曲軸機(jī)構(gòu)而變得非常“自由”，不僅大幅減少了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)損失，而且無(wú)須其它機(jī)械裝置也能讓它平順運(yùn)轉(zhuǎn)。
據(jù)悉，一個(gè)長(zhǎng)60厘米、直徑20厘米的FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生15匹馬力，在連續(xù)使用下能夠達(dá)到42%的熱功效（普銳斯的穩(wěn)定熱效率都不到40%）。通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)氣壓彈簧室的壓力和噴油量，工程師可以自由地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、排量、以及熱循環(huán)模式（阿特金森循環(huán)、奧拓循環(huán)、均質(zhì)壓燃），甚至能夠根據(jù)不同類(lèi)型的燃料來(lái)調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)。
由于這是一個(gè)獨(dú)立工作的小型發(fā)電裝置，所以FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)可以像電池一樣串聯(lián)起來(lái)，產(chǎn)生充沛的動(dòng)力。
渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)-增程式混合動(dòng)力
二戰(zhàn)之后，活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率重量比已經(jīng)接近極限，而渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)及完善使這個(gè)參數(shù)得到倍數(shù)提高，且現(xiàn)在還有進(jìn)一步提高的可能，所以現(xiàn)在除了教練機(jī)之外，已經(jīng)沒(méi)多少直升機(jī)使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)了。有著“小身材大味道”的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，為什么不用在汽車(chē)上呢？
2016年的日內(nèi)瓦車(chē)展上，有著軍工背景的至玥騰風(fēng)推出了一款概念超跑——泰格魯斯·騰風(fēng)。直接驅(qū)動(dòng)這輛車(chē)的是6顆電機(jī)，共輸出1044Ps的最大馬力，電池容量為20kw。不過(guò)這都不是重點(diǎn)，重點(diǎn)是它是一輛增程式超跑，充電能源來(lái)自一臺(tái)36kw的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)。憑借著這套混動(dòng)系統(tǒng)，泰格魯斯·滕風(fēng)在空電時(shí)的百公里油耗僅為4.8L。這意味著從燃油燃燒的能量到輪上消耗的能量，其轉(zhuǎn)化效率超過(guò)了37%。
如果算上了熱效率和傳動(dòng)效率，大概只有勒芒賽車(chē)可以做到旗鼓相當(dāng)。并且渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)與剛才提到的FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，可以使用各種類(lèi)型的燃料。這或許也是未來(lái)新能源汽車(chē)的一個(gè)發(fā)展方向。
飛輪電池
說(shuō)起飛輪，大家應(yīng)該都不陌生，它將活塞的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，幫助曲柄連桿機(jī)構(gòu)闖過(guò)“死點(diǎn)”。作為一種古老的儲(chǔ)能元件，理論上它可以存儲(chǔ)無(wú)限的動(dòng)能。威廉姆斯車(chē)隊(duì)曾在旗下的F1賽車(chē)上開(kāi)發(fā)了一套飛輪KERS系統(tǒng)，幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)后，被運(yùn)用在保時(shí)捷997 GT3-R Hybrid和奧迪R18 e-tron quattro上，而后者也成為了勒芒史上首輛混合動(dòng)力冠軍賽車(chē)。
當(dāng)然，賽車(chē)上使用的飛輪電池不計(jì)成本，在超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)和真空的加持下，每天的能量衰減只有2%。而在民用領(lǐng)域，這一數(shù)字可達(dá)到25%。盡管損耗很大，但飛輪電池在民用市場(chǎng)仍有用武之地。
飛輪電池的能量密度在100-200Wh/kg左右，與目前的鋰電池能量密度相當(dāng)。不過(guò)它在充電時(shí)不受化學(xué)反應(yīng)速率的限制，因此其充電速度遠(yuǎn)快于目前的化學(xué)電池。而另一方面，飛輪電池的電量可以在行駛時(shí)存儲(chǔ)在電損較少的鋰電池中，以減少能量損耗。不過(guò)由于高速旋轉(zhuǎn)的飛輪會(huì)產(chǎn)生陀螺效應(yīng)，因此飛輪電池只能水平放置，這也在一定程度上限制了飛輪的尺寸。
