从很早开始，发明家们就期望能发明永动机。在可预见的未来，石油消耗殆尽已经迫在眉睫，别说发明，至少能向永动机靠近一点的希望也就越发强烈。在充满机动车的世界里，这希望正在以混合电动车的形式体现。混合动力汽车的技术和市场前景怎么样呢？

　　有位朋友带着一个“可以申请专利的发明”来找我。他说这能赚个几百万，只是还需要一些帮助。

　　他将一个小号的电动马达粘在一块板子的末端，冲着外面。马达的轴上装着一块条形磁铁——到处可以买到的便宜货。马达侧面粘着另一个马达，同样装着一块条形磁铁。两个马达靠的很近，但磁铁不会直接接触。板子上装着六个这样的马达，他觉得只要第一个马达开始旋转，其它几个就会跟着转起来。我的朋友花了很多时间在这个项目上，他对此分外自豪。

　　他知道马达可以作为发电机，但不知道如何才能利用马达所产生的能量，觉得我这位电子工程师可以帮忙。他的点子是只需启动一个马达，随后的马达就能跟着转起来，产生五倍的能量。他觉得自己可以用一个马达来为第一个马达提供能量，这样剩余四个马达所产生的能量就能用在其它地方。

　　确实是个好点子。在他看来，磁性的传递让这一切都成为可能。我说了他对此深感自豪吧？向他解释能量守恒定律的时候我也不好受。

　　从很早开始，发明家们就期望能发明永动机。在可预见的未来，石油消耗殆尽已经迫在眉睫，别说发明，至少能向永动机靠近一点的希望也就越发强烈。在充满机动车的世界里，这希望正在以混合电动车的形式体现。

　　神秘的混合动力

　　当然，我们已经看到越来越多的混合电动汽车出现在路上。这些车紧凑的体积、奇怪的外表使得它们非常引人注目。这些车的主人们知晓自己可以通过开车保护环境之后也引以为豪。

　　不幸的是这些车和耗油大户SUV有着差不多大的体积。司机们在这些庞然大物里边开车边打电话发短信或盯着GPS，很可能撞碎了前面的小家伙还浑然不觉。

　　现在还有SUV混合动力车，这在我看来有点自相矛盾。你弄一辆每加仑油跑15英里的汽车，再花10000美元，加上巨大的电池组、电动马达和复杂的双模传动装置。所有这一切让你得到的是一辆在城市里每加仑油跑21英里的汽车——上了高速还是老样子。有趣的地方在于这些人还觉得自己在拯救环境，而这些汽车甚至不省钱。

　　每加仑油多跑6英里需要消费者付出10000美元。用这笔钱你可以买很多汽油。这些车主得在城市里开上17.5万英里(约28万公里)才能补平一开始的投入。这可是不小的数字。

　　能量细分

　　除插入式混合动力车以外，其他混合动力车都用汽油来给电池充电。100%的能量都来自油箱。不同之处在于混合动力车的能量转换首先由内燃机(ICE)完成，然后再交给电动马达和辅助控制电路，而不是像普通汽车一样完全由内燃机完成。再重复一下，所有推动汽车前进的能量一开始都来自油箱。这就意味着碳氢化合物所带来的能量在以电力形式进入电动马达之前首先都得经过燃油引擎。

　　正如我那可怜的朋友必须意识到的，能量无法创造，只能经由转换而来。能量转换步骤(液态汽油到向前运动)增加的同时损耗也会增加。你不可能在增加步骤的时候避免损耗。所以问题就在于，这些混合动力车究竟是如何让每加仑行驶里程变得更好？它们通过优化整个系统中效率最低的元素——内燃机。它们还通过降低你的期望值(马力)来实现这一结果。

　　混合动力汽车的动力总成优化

　　我知道的一种非常聪明的HEV动力总成采用一种非常简单的行星齿轮系统(Planet gear system)，由两个能量源所驱动：内燃机和电动马达。能量由内燃机分流出来驱动发电机，发电机与一个大型电池搭配驱动电动马达(见下表)。车内电路将决定多少能量被用来充电，多少能量直接被送给车轮。发电机需要从内燃机获取多少能量和它需要转换多少能量相关。

　　一种流行的混合动力电动汽车的动力总成

　　对机械和电动能量源的分配意味着内燃机可以在自己的优化速度/扭矩下运行更长的时间。这就大幅提升了内燃机的能效比。引擎转速有一个最佳值(Sweet Spot)，引擎在这个速度下可以提供最好的能效比(见下表)。混合动力技术使得引擎可以在最佳值处停留更长时间，这就让油耗变得更加经济。

内燃机能效曲线

　　第二点，由于加速所需的扭矩被电动马达(以及相配套的电池)和内燃机所分担，燃料引擎的体积可以减小不少。

　　根据一种典型的混合动力汽车动力总成进行计算(数字来自一家流行混合动力车品牌的网站)，我们得到：

　　·内燃机动力 = 98hp

　　·电动马达动力 = 80hp

　　·电池能力 = 36hp

　　·总共可用动力 = 134hp

　　注意，总共可用动力仅仅是内燃机和电池能够提供的总动力。在我看来这有点过于简单化，因为134hp是整个系统在一个时间点内所可能提供的最大动力。能源从201.6V电池到车轮之间得经过650V DC-DC转换器、一个三相逆变器，最后才是电机传动。假设这些原件发热微不足道是过于乐观的。除非有人能往永动机方面再进一步，发明无损能量转换(从电池到传动)，否则这个数字是过于乐观的。

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　　我是不是吹毛求疵？我想是的。混合动力方面的工程师下了很多功夫尽可能减少从电池到车轮之间的损耗。举个例子，DC-DC转换器和650V变频电机损耗的能量比200V变频电机小很多。他们采用电池和电动马达在高负载时提升动力总成输出、在引擎负载不高时将能量分给电池以提升内燃机效率。提升能效比也意味着同样的能量输出下，废气排放更少。这是件好事。

　　混合动力汽车的动力传动技术面对的另外一个问题是，再生制动将汽车向前动力的一部分传递到电力系统中供后来使用。实现这一点有多种技术，每一种技术中，并不是所有的前向动力都可以回馈到电力系统中。有些被内燃机引擎压缩是消耗(供刹车所用)，相当一部分转化为电力，剩下的则转化为刹车板的热量。

　　再生制动对马达的驱动类似于马达驱动轮胎，当其受到轮胎驱动的时候就变成发电机。再生制动不仅限于混合动力传动系统，还可以用于任何使用马达的场合。

　　两种方法为并行和串行(或顺序)，并行由于是线性的所以最容易控制，踏板压力提升了机械和电力刹车力。串行系统要求必须延迟机械刹车，直到再生制动刹车系统完成动作，这并不容易。

　　再生制动的解释

　　在自身系统和保持内燃机引擎工作在最佳状态之间，我们取得了一定效率。混合动力确实满足了一定需求。混合动力车有其存在的价值，小型车也能在合理的价钱范围内得到良好平均油耗。

　　内燃机引擎未死

　　然而内燃机引擎技术也在推陈出新，也有汽油引擎技术的新应用，这些都对混合动力领域造成极大的冲击。

　　举例来说，从1980到1986年，我的车是一辆很小的经济型轿车，车型是1974年的。在读大学之前我购买了这两二手车，它伴随我度过几年不宽裕的时光。入手之前这部车的车主是一个机械工程师，对这辆车做了一些调整，使其能多跑一些里程。从北卡罗莱纳(有很多高速公路)开回来的时候，每加仑可以跑到45-50英里。必须承认，这是一辆超小的车，轮胎12英寸，动力也是勉强够用。我想说的是，1980年，就有人能用1974年的技术实现优于每加仑45英里的车。你不觉得只要多使用可变阀门技术、汽油直喷技术、涡流增压技术等，也能实现油耗的大幅降低么？我相信改进传统技术需要的资金更少，也比开发一辆混合动力传动系统更容易。

　　业内也有人这么想。最近我从美国几家主要的汽车厂商那里了解到，他们在开发小型发动机，利用这些技术能够产生120匹马力，每加仑也能行驶40英里。其费用没有混合动力高，复杂度也没有混合动力高，而且不会消耗锂、镍等电池里用到的各种有害元素(就算是铅酸电池也含有害元素)。

　　我又想到了长期以来备受信赖的12V Lundell发电机。几年前，有人预测60年代的12V老技术将像恐龙一样灭绝，被42V系统替代。汽车的电力需求太大了，12V无法满足。最终，42V系统由于成本太高、系统太复杂未能被广泛接受。受到42V的成本和技术困难的启发，汽车制造商最终去粗取精，电子系统的效率得到提升，发电机厂商也提升了发电机的性能，后来逐渐就听不到42V的声音了。

　　混合动力车比42V系统走的远得多。目前已经有好几款车上市了。当我们问手里拿着预测未来的水晶球的分析师，请他们预测混合动力/电动车的未来的时候，他们说，即使在6年内，HEV的市场需求也不会有太大增长。整体来说，HEV仍将只是整个汽车生产中的一小部分。

　　我想我们可以说，混合动力车的买家都是相信这一技术并能够负担它的价格的人。我认识一家人，有一款很闪亮的红色豪华敞篷跑车、一辆小货车和一辆混合动力车，我相信他们并不是为了行驶里程数而购买混合动力车的。

　　我们大多数人只是为了从一个地方到达另一个地方，不用花很多钱而买车的。如果非混合动力技术能满足需要(暂且不考虑缴税)而且更便宜，我们就会买。汽车制造商也明白这一点，正在努力提升内燃机引擎技术以抗衡混合动力技术。虽然需要去掉多余的部分，进行调整，但我想是能够完成的。就好象Lundell发电机一样，内燃机引擎也很难被替代。

　　更好的未来

　　现实而言，经济实惠的燃料电池可以显著改变现状。充电和现在也没什么差别，把软管连接的输入端插入汽车就能充电。它不像普通的电池需要充几小时电，也不能用充好电的电池替代用完的电池包，因为你不知道刚刚装的电池质量如何。电池，甚至超级电容只会在加速或者刹车的时候使用，因此所需数量也不大。

　　燃料电池最大的两个困难在于其工业应用性(包括了可负担的价格和可靠的稳定性)，而且提供的动力不产生二氧化碳(不像传统能源从燃料中提取氢)。但仅是燃料电池效率的改进就已经很有价值了，即使需要在一开始使用碳氢化合物启动它。长远来说，会需要氢的制取。不过无论最终用的是哪种动力，至少不是化石燃料。

　　然后我们就有了真正的电动车，其性能表现和我们习惯使用的汽油引擎车类似，技术也会被大众广泛接受。这样一来，混合动力可能会发展为将燃料电池用在大量使用的电池包内，纵观汽车历史，充电系统也会非常有趣。