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石油能源日渐枯竭！全球气候变暖日益严重！正当人们为不断飙升的油价而无可奈何，也为持续的大气污染而头痛不堪的时候，新一代环保节能型复合动力车已闪亮登场，它集电动机与普通燃油发动机于一身，有效地控制了燃油消耗与废气排放。据称，目前世界各大汽车制造商雄心勃勃，均加大了研发力度，计划推出更新一代复合动力车。

去年夏天，当汽油价格攀升至3美元/升时，复合动力车便开始驶出展览厅，投入实际运行。该车的动力由传统发动机与电池供电的电动机共同提供，改进了燃油经济性与运转性能。普通美国汽车，每耗用一加仑汽油可行驶约23英里(约合37公里)，而技术完全成熟的复合动力车，如丰田普锐斯(Toyota Prius)，每耗用一加仑汽油则可使行程大约翻上一番(视驾驶情况而定)。从2004年到2005年，美国复合动力车的年销售量增长了一倍，达到20万辆，2010年将增加到50多万辆，到2020年，一些最新车型也将提供复合动力传动的可选方案。

到那时，称为插入式复合动力车(plug-in hybrid)的下一代技术，将给驾车者带来更佳的燃油效率和其他好处：前一天晚上，可将120伏插头直接插入家庭或工作场所的电源插座上，对电池进行低成本充电，这样，车主每年往返于加油站的次数就大大减少，甚至还可以将用不完的电返销给电网。除了用户得到好处外，这种新型插入式复合动力车还有助于环保，可减少温室气体排放量，使千百万辆排放废气的汽车转而使用电力。目前，发电厂利用当地提供的煤或天然气发电，在将来，它们将利用诸如风、太阳乃至先进的系统化石燃料的能源来生产更清洁的电力，这些系统可将二氧化碳收集起来，贮藏于地下。

要了解复合动力车的发展方向，首先要回顾汽车的发展历程。100多年来，汽车动力几乎一直是由使用汽油或柴油来维持运转的内燃机(internal-combustion engine)来提供的。20世纪初，汽车工程师们追求这样一种概念：把发动机与电池供电的电动机结合起来，以获得更大的动力和更好的燃油经济性。但是，随着发动机功率的增大，取消了助推力，这种设计概念便被束之高阁。那时，燃油价格低廉，可供广泛使用，使得发电厂这个汽油消耗大户未成为真正的问题。到了20世纪70年代石油危机发生时，驾车者便普遍认为，要提高每加仑汽油所行驶的里程数(汽油消耗定额)，就不得不牺牲汽车的尺寸、重量和运转性能。虽然缩小汽车外部尺寸的趋势开始流行，但不久以后汽车尺寸却变得更大了，而且耗油量也随之迅速增大。当石油价格最初开始攀升时，更好的燃油经济性又再次成为非常合乎需要的性能特征。

目前的复合动力车，利用先进的动力电子装置和计算机控制装置，与传统的和电气的动力传动系统结合起来，以改善燃油经济性和减少废气排放量，并获得优良的加速性能和更大的变速范围。通过一种比常规汽车使用的更小的内燃机，复合动力车能获得上述性能，因为在需要加速或爬坡行驶时，电池和电动机系统便可提供更大的动力。

任何能提升燃油经济性的技术，都可以用于增加功率。迄今为止，复合动力传动系统能充分提升效率，其电动机也能极大地提升加速度，因此汽车制造商已使用这种技术，从而同时提升功率和燃油经济性。例如，福特翼虎复合动力车(Ford Escape Hybrid)，采用几乎相同的功率输出，明显提高了每加仑汽油所行驶的里程数。其他复合动力车，如丰田高地人复合动力(Toyota Highlander Hybrid)4×4(4轮4驱)运动型多用途车(SUV)，利用复合动力系统，在这两方面都取得了适度提升。

大型电池和电动机以及相关动力电子装置的额外费用，意味着复合动力车的成本必然高于普通汽车。目前，复合动力车的额外费用在3,000美元到7,000美元范围内起伏，其平均值为4,000美元。电动机和电池组件使得车体负重有所增加，例如本田的雅阁复合动力车(Honda Accord Hybrid)的负重约增加了5%。这种额外负重使得燃油效率稍有下降。

目前，对于每年行驶1.5万英里(约合2.42万公里)、以售价为2.50美元/加仑的汽油为燃料的汽车来说，由于复合动力技术可将汽车里程数从20英里(约合32.2公里)/加仑提高到30英里(约合48.3公里)/加仑，因此每年可为用户节约大约600美元。假定人们将诸如增加变速范围之类的好处都认为没有多少价值，那么对于目前复合动力车的售价，再加上美国政府对复合动力车新近提高的课税减免，其投资回收时间可能要花上好几年。

然而，随着燃油价格的上升，复合动力车的效率将充分缩短投资回收时间。与此同时，制造水平的提升和电池技术的改进，也有望降低生产成本。例如，从1997年到2004年，复合动力车所使用的镍氢电池随着重量减少，价格也下降了50%。即使如此，目前电池的费用仍占复合动力车额外成本的一半以上。丰田公司打算独自推出其几乎所有车型的复合动力车版本，并计划在下一个10年间使它的复合动力车遍布全球，年销量达到100万辆，为此，它还将努力提高产量，促使其成本相应下降。

复合动力车类型

复合动力车的设计各具特色，主要取决于工程师想要取得的燃油经济性高低程度。“全面型”(full)复合型动力车利用多种技术来节省汽油；“适度型”(mild)复合动力车采用的节油技术较少，以避免增加额外的系统成本；而“低端”(micro)复合动力车则仅在停车时关闭发动机，以适度改善燃油效率。

像丰田普锐斯那样的全面型复合动力车，能使燃油经济性提高60%以上。全面型复合动力车的最大燃油节省来自于再生制动(regenerative braking)——这种技术，通常能将摩擦损失掉的大部分能量作为电能来加以回收。正如电动机能将电池贮存的电能转变为转矩(产生车轮转动和牵引力的力)那样，这一过程也能反向进行，将放慢车速产生的转矩所生成的电力存储于电池中。

在城市里行车，停停走走，为制动能源再生提供了最大的机会，而这一过程也发生在乡村上坡行驶期间。平均而言，目前复合动力车可回收全部制动能量的一半左右。未来更好的电池和更完善的系统，将能使复合动力车回收更多可利用能量。

内燃机动力装置与所有发动机一样，也能在一种有限的转矩和转速范围内最有效地运行。因为复合动力车的电池和电动机，能提供加速行驶或上坡行驶所需的助推力，所以工程师们既能缩小发动机尺寸，又能使燃油效率最佳化，这样，它仅仅在一些耗费汽油更少的高效运行点上运行。在需要时，复合动力车又能以电子方式启动电动机，以输出更多动力。

一些全面型复合动力车制造商，例如丰田和福特，已经采用一种基于阿特金森循环的更节油的发动机，以取代大多数汽油车使用的标准奥托循环发动机(Otto cycle engine)。现代阿特金森循环发动机(Atkinson cycle engine)使用电子控制装置和进气阀定时装置，使燃烧在气缸中的油/气混合物的体积膨胀得更大，借此让动力装置能更高效地利用燃油。从前工程师们很少使用阿特金森循环发动机，因为它获得更高的燃油经济性，往往以牺牲动力输出为代价；然而，在复合动力车中，电动机能弥补这种动力损失。在公路上行驶时，阿特金森循环发动机与制动再生省下的能量相结合，能产生一种更好的复合动力车系统综合效率，优于现代柴油发动机，而现代柴油发动机，则是目前在综合效率方面领先的内燃机。

复合动力车还能避免常规汽车设计中的另一种低效率，即常规汽车的空调、动力转向、水泵、油泵、风扇和其他动力消耗装置，一般都由汽油机直接供给动力，而大型复合动力车，将电池与低成本的新型动力电子装置结合起来，一起运行这些全电气高效率部件。在炎热的夏天，比起发动机驱动的空调装置来，由电动机供电的空调装置所消耗的能量要少20%。

全面型复合动力车的另一个主要燃油经济性优势，源于其不使用发动机就能用电动机和电池来驱动车辆，因而在怠速行驶或低速行驶时，可将车辆转换为电动车运行，而不用烧汽油，以达到节油的目的。

适度型复合动力传动系(power train)，例如本田的Insight、思域(Civic)和新型雅阁(Accord)等型号的集成电动机辅助系统，可提供高达35%的燃油经济增益。除了在起-停期间提供动力外，在加速行驶时，适度型复合动力车的电动机还可给发动机提供助推力，并回收部分制动能量。

对于低端型复合动力车或起-停复合动力车，例如通用汽车公司推出的那些复合动力车，当汽车停驶时，发动机便关闭，而当驾驶者踩踏油门时，集成式启动机-发电机(integrated starter-generator)便立刻启动发动机。这种低端型复合动力车，用电动机代替车轮来驱动其辅助装置，在市区行车时可提高10%的燃油效率，而在公路上行驶时，则几乎没有任何效率增益。

插入式复合动力车标准

随着时间的推移，复合动力车将很可能变得更有价值：它们能更有效地利用汽油，降低二氧化碳排放量，而二氧化碳则是主要的温室效应气体。美国联邦政府未来出台的交通运输政策，有可能因为人们对阻止气候变化的关注而得以进一步推进。许多工业发达国家制定了严格的燃油经济性标准，以减少二氧化碳排放量。2002年，美国加利福尼亚州通过立法，规定于2016年将车辆温室效应气体排放量减少30%，据预计，美国东北部诸州也会群起而仿效这一做法(虽然汽车制造商将为此对簿公堂)。

插入式复合动力车融合了最佳电力与复合动力驱动技术，能够以电动方式或复合动力方式充分发挥作用，有可能大大减少废气排放量，并节省更多的燃油。这类车辆部分使用当地发电厂生产的电力运行，这样便能减轻国家对外国进口石油的依赖，同时还使发电厂的非峰值电力市场得以完善，也让驾驶者能选择使用更清洁、更廉价的燃料。而且，与传统的复合动力车一样，插入式复合动力车也能燃烧液体燃料，以快速加油的方式来保证长途行驶，而且不会比现有的复合动力车更复杂、更重或更贵。首先，它们的内燃机发动机将随着电动机和电池的小型化而缩小尺寸；其次，电池和电子部件的价格也一直在稳步下降。

按现行油价计算，普通汽车行驶每英里约花12美分，而插入式复合动力车依靠电子装置使用电力运行，每英里则只花3美分，其每消耗一千瓦小时的电力，仅须付8美分，此电价即为现行平均居民用电价。假定有一半的美国汽车每天仅行驶25英里(约合40.3公里)或更短路程，那么使用能提供20英里(约合32.2公里)行程动力的电池插入式复合动力车，便可使石油燃料消耗量节省60%。即使长途通勤者采用插入式复合动力车，在一天的大部分时间里，它也能依靠存储于先进电池中的低廉电力运行——这种电池借助于普通墙壁插座，可在前一天晚上充满电，并在白天工作时再进行短时充电。

插入式复合动力车使用更大的电池，并配备功率更大的电动机，使汽油机和其他相关机械系统的尺寸大大缩小。加利福尼亚大学戴维斯分校的研究人员，已制造出一些插入式复合动力车样车，它们仅依靠电力就能行驶60英里(约合96.6公里)，其发动机体积不到标准发动机的一半，而其8座车和运动型多用途车实样正在接受测试。2005年，戴姆勒-克莱斯勒公司推出了第一辆插入式复合动力车样车，它是该公司下属的一家主要汽车制造厂为美国市场定制的，即梅塞德斯-奔驰复合动力短跑家面包车(Sprinter Van)的一款插入式复合动力车版本(见中图)。这辆改进型短跑家面包车配备一台120马力的电动机，能以全电动方式行驶20英里(约合32.2公里)，比普通短跑家面包车省油40%，且加速性能更好。至今为止，欧洲只有几辆这样的插入式短跑家面包车在运行。

随着电池技术的进步，工程师们应能研制出比普通汽车耗油量低得多的插入式复合动力车。单靠满满一油箱汽油和充满电的电池在市区行驶，其行程可达到600英里(约合966公里)到1,000英里(约合1,610公里)。每辆车的各种动力系统的实际大小，将取决于购车者的驾驶需要。例如，长途通勤者仍可能购买配备较大电池的插入式复合动力车，虽然据预计，20英里(约合32.2公里)完全靠电力行驶的这一距离，就能满足大多数用户。

假定电池技术继续稳步提高，其成本也不断下降，那么此类插入式复合动力车的较低燃油费用便可弥补其较高的售价。目前，行程延长的电化学电池售价高达1万美元。我们认为，人们有能力购买的镍氢电池或锂离子电池售价在3,000美元以下，终将能为20英里(约合32.2公里)或以上行程范围提供足够的能量。据预计，工程师们将来还会延长电池的使用寿命，使之达到15年以上和15万英里(约合24.2万公里)行程。

使用改进型内燃机，插入式复合动力车还能运用一种由15%汽油和85%生物燃料组成的混合燃料运行，例如纤维素乙醇(cellulosic ethanol)就是一种生物燃料，它来自于诸如农业废物和专用能源农作物之类的非玉米(noncorn)资源。用1加仑汽油混合5加仑乙醇，这些类型的车辆便能行驶500英里(约合805公里)，并因此构成一种长期战略，以应对全球石油供应方面必然出现的油价起伏。

 插入式复合动力车还有一些独特的优点。因为它们能接入电网，所以可使用非峰值电力，其电价远远低于一般居民用电电价。尤其是在晚上，发电厂拥有剩余的功率容量(power capacity)，因为发电厂峰值负荷是夏天空调的使用。插入式复合动力车能在夜间充电，并在白天的峰值功率时间为电网提供电压调节服务，或将电功率反馈给电网。由于提供这种服务，车主们能从发电厂得到折扣价或收入分享供电。根据美国特拉华大学的研究人员介绍，这类服务的潜在价值是巨大的，因为这类服务，车主每年可获的利益高达3,000美元，这笔钱能补贴购买插入式复合动力车或车用电池的成本。人们可以据此推测，发电厂可将插入式复合动力车出租给用户或企业，这些用户或企业愿意在该车上路行驶时将车辆置于发电厂的控制之下，根据其发电需要来调节电源，给该车充电和放电，这样的安排将有助于发电厂负荷平衡。

对于关心全球气候变暖的决策者来说，插入式复合动力车具有超过氢燃料电池车的优势，虽然后者的环保技术受到了大事宣扬，但插入式复合动力车在利用零碳(zero carbon)电力方面会更好一些，因为氢燃料加注过程的综合成本本来就高，且效率低下。任何高效率氢的经济性，都可能需要建造基础设施，以便将零碳动力用于把水电解为氢，这种高扩散性的气体经过长途输送，然后再以高压泵入汽车——这一切都是为了将氢转化为燃料电池中的电力，以驱动电动机。电解、运输、泵入和燃料电池转化的整个过程，仅能有20%~25%的初始零碳电力用于驱动电动机。而插入式复合动力车的电力传动过程，即给一块车载电池充电和给另一块电池放电的过程，可让75%~80%的初始电力用于驱动电动机。因此，较之氢燃料电池车，插入式复合动力车能依靠一千瓦小时的可恢复电力，使行驶的路程要远出3~4倍。

如果燃油费用目前的发展趋势和人们对气候变化的关注持续下去，那么我们预计，在2020年左右，可能会出现一个广泛的复合动力车交易市场，那时，复合动力车很可能会成为大多数车型的一种可选方案。相对而言，我们认为，此后不久，插入式复合动力车可能将成为主要可供选购的燃油车，其进展速度主要由油价上涨情况和政府出台的气候变化和能源安全政策来决定。全球运输系统终将发展新型汽车，替换将石油作为主要动力源的车型，但无论何时，最为合理的汽车设计，似乎都有可能是一种插入式复合动力车，它采用零碳电力和生物燃料混合物行驶的柔性燃料。如果电池的性能在某个关键技术上能得到实质性改善，那么驾驶者们就可能逐渐转而使用全电力车。对我们来说，尽可能迅速采用这种高度实用的个人运输技术，将具有重要意义。