伴隨著克萊斯勒與美國國家環(huán)境保護(hù)局的合作，液壓混合動力系統(tǒng)將會首次應(yīng)用到乘用車市場。但是與純電動車和混合動力車型相比，液壓混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)究竟是什么？相關(guān)液壓系統(tǒng)及蓄能器的安全度、可靠性以及保養(yǎng)成本如何？這些都是我們非常關(guān)注的問題。

    為此，《品質(zhì)汽車》記者獨(dú)家專訪了為國家環(huán)境保護(hù)局的液壓混合動力技術(shù)開發(fā)提供技術(shù)支持和咨詢長達(dá)15年之久的美國西南研究院高級工程師格列·溫德爾（Glenn Wendel）。謙遜、嚴(yán)謹(jǐn)，這是溫德爾在采訪過程中留給本刊記者的最深印象

    采訪人：《品質(zhì)汽車》記者 賈江偉

    對話人：美國西南研究院 車輛研究分院高級工程師 格列·溫德爾（Glenn Wendel）

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    即使擁有目前最先進(jìn)的電池技術(shù)，電動車依然不能取代傳統(tǒng)的燃油車

    電動車目前的發(fā)展速度遠(yuǎn)比20年前設(shè)想的慢

    《品質(zhì)汽車》：目前，新能源汽車已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇，包括中國、美國、歐盟和日本在內(nèi)的眾多國家和地區(qū)都制定了各自的新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。其中，純電動車型和混合動力車型備受青睞，您如何看待新能源汽車的未來發(fā)展方向？

    Glenn Wendel：今天，電動車（EV）的發(fā)展速度遠(yuǎn)比20年前設(shè)想的要慢，技術(shù)還不夠成熟。實(shí)現(xiàn)之前的預(yù)想，需要在電池技術(shù)上有大的突破，才能達(dá)到相當(dāng)?shù)哪芰績π钅芰?，使車輛有較長的續(xù)航旅程，并且在經(jīng)濟(jì)和成本上具有可行性。

    目前，大多數(shù)生產(chǎn)的純電動車應(yīng)用在僅需短途駕駛的有限市場上。雖然在過去的數(shù)年里，電池技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，政府和工業(yè)界也進(jìn)行了巨額的投資，造就了今天鋰電池在汽車市場的應(yīng)用。但是，即使擁有目前最先進(jìn)的電池技術(shù)，電動車依然不能取代傳統(tǒng)的燃油車輛。

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    HEV和PHEV的發(fā)展速度仍將緩慢，碳?xì)淙剂系钠噷⒃诳深A(yù)見的將來主宰市場

    如果回收處理不當(dāng)，越符合高能密度的電池材料，越具污染性

    《品質(zhì)汽車》：我們注意到，一些專家也提到了純電動車在發(fā)展過程中所面臨的一些難題，比如行程短、可靠性和效率低、價格高、電池污染和相關(guān)的技術(shù)難題。

    Glenn Wendel：是的，你們的觀察很準(zhǔn)確，這些問題都非常值得關(guān)注。低能量密度與生物燃料相比，會導(dǎo)致如行程短的問題。電池可靠性也在很大程度受到放電深度、充電速率的影響。大多數(shù)HEV（混合動力電動汽車）限制充電水平在總?cè)萘康囊粋€較小范圍內(nèi)，以便延長電池壽命。而且電池充電率和放電率也同樣影響著它的壽命和效率。汽車制造商限制著充電和放電率，換句話說，他們限制著電池動力，以保證其良好的工作效率和可靠性。我們還需要注意，電池效率和蓄能能力在低溫下會降低。此外，廢舊電池的污染也是個難題。總的來說，如果回收處理不當(dāng)，越符合高能密度的電池材料，越具污染性。

    《品質(zhì)汽車》：你怎么點(diǎn)評混合動力車的整體發(fā)展趨勢？你們目前的研究重點(diǎn)在哪些地方？

    Glenn Wendel：就目前幾大主要汽車生產(chǎn)商供應(yīng)的未來動力車型來看，混合電動車輛的發(fā)展已大大縮小了與傳統(tǒng)燃料車輛的差距。使用充電電池的插電式混合電動車（PHEV）已經(jīng)被用到了短途距離運(yùn)輸上，但是它需要裝備一個較小的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為更長的旅程提供動力。

    由于重型商用車輛需要更多的動力，所以很少使用混合電動技術(shù)。而且能提供足夠動力的電池非常的昂貴，需要提供全面的強(qiáng)大動力，為重型商用車加速或在再生制動中蓄能。因此，采用混合動力的重型商用車大多采用專門設(shè)計(jì)的弱混技術(shù)。

    商用車HEV混合動力的應(yīng)用目前處在生產(chǎn)的初期階段，這中間初始成本是最大的障礙，需要政府補(bǔ)貼以抵消成本。HEV技術(shù)目前最主要的應(yīng)用還是在公交車。

    電池技術(shù)的重大突破和充電基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，是發(fā)展純電動車的基礎(chǔ)。我認(rèn)為，HEV和PHEV的發(fā)展速度仍將緩慢，碳?xì)淙剂系钠噷⒗^續(xù)在可預(yù)見的將來主宰市場，但燃油效率和排放水平將得到不斷改善。

    美國西南研究院已經(jīng)完成了相當(dāng)數(shù)量的混合動力電動汽車技術(shù)和預(yù)生產(chǎn)的樣機(jī)。近期，我們的工作重點(diǎn)放在支持產(chǎn)業(yè)汽車建模與仿真、電池檢測和車輛測試等。

    3

    總的來說，液壓蓄能器效率高于電池

    一般液壓零部件比電動零部件功率密度要高得多

    《品質(zhì)汽車》：我們觀察到，西南研究院多年前就已經(jīng)提出了一個發(fā)展新能源汽車的新技術(shù)——液壓混合動力，并積極進(jìn)行推廣和試驗(yàn)，取得了很大的成效。請簡單介紹一下這項(xiàng)技術(shù)。與純電動汽車和混合動力汽車相比，它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分別是什么？液壓系統(tǒng)在城市中真的能夠提高60%的經(jīng)濟(jì)燃油性嗎？ 

    Glenn Wendel：液壓混合動力車輛（HHV）使用蓄能器代替電池來儲存能量。蓄能器是一個壓力容器，可以存儲高壓氣體，通常為氮?dú)?，液壓油被擠壓到容器后，氣體被壓縮，增大氣壓和油壓，將能量存儲下來。一個橡膠質(zhì)內(nèi)膽將用來防止油氣混合。能量隨液壓油以液壓傳動液的形式傳遞，而非電壓和目前使用的電線。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)化液壓能量為機(jī)械能，而電動馬達(dá)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。液壓馬達(dá)還可以轉(zhuǎn)換操作，反過來將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能量，類似電動馬達(dá)可以被用作發(fā)電機(jī)一樣。

    HHV可以是并聯(lián)、串聯(lián)或者類似HEV的多種模式的混聯(lián)。液壓混合動力優(yōu)于電動系統(tǒng)的最大優(yōu)勢就是，一般液壓零部件比電動零部件功率密度要高得多。同時，液壓泵或者馬達(dá)也較電動馬達(dá)或者發(fā)電機(jī)要小得多。液壓蓄能器有很高的功率密度，僅被液壓油的流入流出速度所限制。液壓泵或馬達(dá)的效率峰值也優(yōu)于電動馬達(dá)或電動機(jī)，或者與之相同。液壓蓄能器效率總體來說也比電池高。

    液壓混合系統(tǒng)的最大弱點(diǎn)就是蓄能器的能量密度很低。蓄能器與相同大小的電池相比存儲的能量有限，但是蓄能器并不取決于充電或放電的速度，即它的功率密度非常的高。在HHV系統(tǒng)上的蓄能器，通常被設(shè)計(jì)成合適的尺寸，用來存儲足夠的能量，使車輛可以一次提到一個合理的車速，在制動過程中進(jìn)行能量的再存儲。這就使HHV系統(tǒng)非常適合應(yīng)用到重型車輛，比如公交車、貨車、垃圾運(yùn)輸車輛及穿梭巴士等，它們需要在高動力水平時，進(jìn)行許多制動操作。HHV燃料效率的提高，很大程度上有賴于負(fù)載工況。美國國家環(huán)境保護(hù)局的結(jié)論是在中型的包裹運(yùn)輸卡車的應(yīng)用上得出的：在城市道路行使需要頻繁的制動操作，所以燃油經(jīng)濟(jì)性的改善將比公路駕駛更加突出。在一般的包裹運(yùn)送路線上，燃油經(jīng)濟(jì)性據(jù)報告顯示提升了48%。

    美國國家環(huán)境保護(hù)局對包裹運(yùn)輸車輛的研究，采用的是串聯(lián)液壓混合系統(tǒng)。燃油經(jīng)濟(jì)性提高最主要是采用了再生制動，并且是在發(fā)動機(jī)最佳負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行的。大量額外的燃油經(jīng)濟(jì)性得到改善，則是在發(fā)動機(jī)熄火停車以后。另外，額外的改善是在將引擎熄火滑行或制動時產(chǎn)生的。

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    壓縮天然氣罐被優(yōu)化改造應(yīng)用倒HHV上，可承受高于壓力且擁有更長壽命

    HHV僅需偶爾檢查蓄能器內(nèi)充氣量，就像平常維護(hù)空調(diào)系統(tǒng)一樣

    《品質(zhì)汽車》：我仔細(xì)研讀過你們關(guān)于液壓混合動力車型的介紹，有一些疑問，很多尖端部件的應(yīng)用是否會讓蓄能器的成本非常高？整套液壓系統(tǒng)的使用壽命有多久？蓄能器中的塑料泡沫究竟發(fā)揮什么作用？雖然氮?dú)馐嵌栊詺怏w，但是安全性究竟高不高？氮?dú)馐欠駮g蓄能器，導(dǎo)致它的耐久性變差？后期維修保養(yǎng)是否便利，成本會不會很高？

    Glenn Wendel：目前商用蓄能器技術(shù)使用的是鋼質(zhì)壓力罐，HHV使用此技術(shù)僅限于小型的蓄能器。新的蓄能器技術(shù)目前已經(jīng)開發(fā)出來，它應(yīng)用碳纖維來制造壓力容器，比鋼質(zhì)材料要輕許多倍。而且制造成本對于商業(yè)應(yīng)用也足夠可行。高強(qiáng)度的碳纖維制造工藝已經(jīng)得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步，為蓄能器制造成本的再降低創(chuàng)造了條件。

    HHV系統(tǒng)的壽命是非常樂觀的。它是基于成熟的、穩(wěn)定的工業(yè)用和施工設(shè)備的流體動力技術(shù)，也被改善后應(yīng)用到汽車業(yè)制造中。高壓復(fù)合蓄能器是在已被壓縮天然氣罐所開發(fā)和驗(yàn)證的技術(shù)基礎(chǔ)上應(yīng)用到汽車車輛上的。壓縮天然氣罐被優(yōu)化改造應(yīng)用到HHV上，可承受更高壓力且擁有更長的壽命。

    美國西南研究院之前的研究表明，蓄能器中的發(fā)泡材料幫助蓄能器提高能量存儲能力和效率。當(dāng)液壓油被抽到蓄能器中，氮?dú)獗粔嚎s，氣體溫度隨之升高。蓄能器在這種條件下運(yùn)行，氣體隨容器外部散熱開始冷卻，同時油溫下降。當(dāng)氣體冷卻時，壓力下降，能量有損失。在氣體容積中加入發(fā)泡材料，可以減少熱量傳導(dǎo)，提升蓄能器的能量存儲能力。

    所有高儲能系統(tǒng)的安全性是首要任務(wù)，無論是承載汽油燃料的油箱還是存儲電能的電池。對能源快速釋放的任何形式，應(yīng)該有嚴(yán)格的預(yù)防措施，對蓄能器的要求與車用壓縮天然氣容器差不多。在車輛壽命周期內(nèi)，它們可以提供安全可靠的運(yùn)行，蓄能器的壓力釋放部件將會在安全比例下，在壓力過大或溫度過高時釋放氣壓。這些部件的內(nèi)部也會有一個保險絲，如果液壓線路出現(xiàn)斷裂，將切斷蓄能器外的液壓油流。

    蓄能器中的氮?dú)獠痪哂懈g性，不會對蓄能器的壽命產(chǎn)生影響。HHV的額外維護(hù)成本應(yīng)該是很低的。HHV僅需偶爾檢查蓄能器內(nèi)的充氣量，就像平常維護(hù)空調(diào)系統(tǒng)。實(shí)際上，根據(jù)一些垃圾清運(yùn)車上的使用報告顯示，車輛保養(yǎng)成本隨著制動系統(tǒng)壽命的延長而減少。

    《品質(zhì)汽車》：我們注意到，你們的相關(guān)液壓混合動力技術(shù)已經(jīng)在美國進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，能否簡單介紹一下它們的燃油效果？

    Glenn Wendel：美國西南研究院為進(jìn)行試驗(yàn)和可行性研究開發(fā)了一些液壓混合動力車輛，包括小型乘用車、大型越野車、重型卡車等。所有的試驗(yàn)都表明，HHV的燃油經(jīng)濟(jì)性有非?？捎^的提高。

    5

    液壓混合動力車長期看來有非常好的市場前景

    克萊斯勒的項(xiàng)目是為了證明和評估液壓混合動力技術(shù)在小型乘用貨車上的應(yīng)用

    《品質(zhì)汽車》：根據(jù)我們掌握的最新消息，美國國家環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)攜手汽車制造商克萊斯勒合作投入巨資測試一種用于小型貨車的全新液壓混合動力系統(tǒng)，很多人認(rèn)為這對液壓混合動力技術(shù)的應(yīng)用是一個極大地鼓舞和肯定，標(biāo)志著克萊斯勒第一次將液壓混合動力系統(tǒng)應(yīng)用于乘用車，您能否對克萊斯勒公司的舉措作一個點(diǎn)評？目前是否還有其他汽車企業(yè)對這項(xiàng)技術(shù)表示了興趣？

    Glenn Wendel：克萊斯勒的項(xiàng)目是為了證明和評估液壓混合動力技術(shù)在小型乘用貨車上的應(yīng)用，這是任何汽車制造商應(yīng)用新技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品的第一步。福特最近也報告了他們已經(jīng)開始對液壓混合動力在輕型卡車上的應(yīng)用研究調(diào)查。我們非常高興看到他們正在涉及美國西南研究院協(xié)助開發(fā)的HHV技術(shù)領(lǐng)域。

    《品質(zhì)汽車》：最后一個問題，您認(rèn)為液壓混合動力車型的未來應(yīng)用前景如何？液壓混合動力系統(tǒng)最終應(yīng)用于小型乘用車之上是否有可能？

    Glenn Wendel：我覺得液壓混合動力車長期看來有非常好的市場前景，最早的應(yīng)用將在中重型商用車輛上，因?yàn)檫@些車會進(jìn)行更多的制動操作。當(dāng)石油價格持續(xù)走高，HHV技術(shù)便會得到迅速的發(fā)展，系統(tǒng)的成本也終將會下降，使它具有更大的商業(yè)吸引力。這對小型乘用車一樣適用，之前的研究就已經(jīng)表明，液壓混合乘用車的燃油經(jīng)濟(jì)性可以得到顯著提升。隨著電能儲存技術(shù)的進(jìn)步和突破，以及一些超電容等低成本部件的出現(xiàn)，液壓混合動力將在市場上占有一席之地。當(dāng)然，液壓混合動力系統(tǒng)也并不是適合所有的車輛應(yīng)用，但可以確信的是，它們的應(yīng)用將為降低全球汽車的油耗和排放發(fā)揮重要的作用。

    （騏禎，少斌對此文亦有貢獻(xiàn)）

《產(chǎn)品可靠性報告報》