探秘919 Hybrid：保时捷勒芒24小时耐力赛的秘密

探秘919 Hybrid：保时捷勒芒24小时耐力赛的秘密
牛车网网友xyllk提问：能否详细解析一下919 Hybrid赛车所采用的混合动力技术的工作原理？
牛车网网友纯情小火机回答：保时捷919 Hybrid，这款专为勒芒24小时耐力赛LMP1组别打造的赛车，无疑是保时捷在赛场上的得力武器，也是其第18次称雄的重要功臣。其混合动力技术巧妙融合了电动机与发动机的优点，通过高效的能量回收系统，实现了卓越的节能与性能。

919 Hybrid赛车所搭载的是一款2.0L V4涡轮增压汽油引擎，这种引擎配置在四轮赛车领域并不多见，但在摩托车领域，本田NR500的V4引擎（具有椭圆缸体和独特形状的V8引擎）曾将其推向巅峰。事实上，如今在MOTO GP赛事中，V4引擎已变得相当普遍。919 Hybrid选择搭载V4引擎，与本田摩托赛车的思路不谋而合。工程师们追求的是速度与操控性的完美结合，因此，引擎的轻巧与紧凑成为了关键。自2015赛季起，919 Hybrid在减重870kg的征程中，这款轻量级的V4引擎功不可没。

当然，这款2.0L V4涡轮增压汽油引擎不仅是保时捷迄今为止打造出的最有效率引擎，更在两颗涡轮增压器的助力下，能够榨取出500匹的强劲动力。当前轴电动机介入工作时，其总输出更是能达到惊人的900匹马力。此外，919 Hybrid还配备了类似电动涡轮的废气驱动发电机，即废气能量回收系统，该系统能充分利用高速排出的废气能量进行发电。值得一提的是，这款2.0L引擎还需经受24小时高极限状态的严峻考验，其性能之强悍，令人赞叹不已。

而关于电动机的部分，当驾驶员踩下制动踏板时，前轴的发电机便开始工作，将动能高效地转化为电能。此外，在车辆的排气系统中，也巧妙地运用了两个涡轮的设计：一个用于驱动涡轮增压器，另一个则负责将多余的废气能量转化为电能。据官方资料显示，这两种能量回收方式中，制动能量占比达到60%，而废气能量则贡献了40%。这些回收的电能会被暂时储存在锂离子电池中，随时为电动马达提供“按需”的电力支持。值得一提的是，919 Hybrid车款共配备了两个动能回收系统，这一设计无疑增强了其能源利用的效率与灵活性。

而这里所提到的“按需”动力输出，意味着当车手希望赛车加速时，只需按下按钮，便能获得额外的电力支持。然而，这一功能的实现并非简单直白。实际上，动力源的运用以及交互系统的顺畅运作，都需要车队进行精心设定和策略调整。同时，这种功能也受到赛例的明确规定和限制。接下来，我们将深入探讨这些细节。

车手的每一次制动，实际上都是在进行动能回收。这种回收的量，与车手刹车动作的利落程度紧密相关，即车进入弯道时的车速是关键因素。制动与回收的过程会持续到弯道顶点，随后，车手需要迅速踩下油门踏板进行出弯加速。这样做的目的不仅是尽快消耗动力，以增加电池的电能，同时也是为了在赛车比赛中争取更多优势。

919 Hybrid车型的V4引擎主要驱动后轮轴，而前轮的驱动力则由电动机提供。此外，该车还配备了“引擎+电机”的四轮驱动系统，使得在弯道中能保持优秀的循迹性，同时迅速出弯。在这一过程中，电动机还能进行二次动能回收。当引擎持续高速运转时，排气系统内的压力会显著增加，从而驱动与发电机相连的第2片涡轮，进一步实现能量的回收与利用。

然而，这两种动力源的使用都受到严格的比赛规则限制。根据规定，每圈赛道上，燃油使用量不得超过1.8升，同时电能使用量也不能超过1.3千瓦时。超出限额的车手将面临处罚。因此，在赛前，车队必须依据“赛例规定”对跑完一圈所需的动力数据和燃油消耗进行精细计算。车手在比赛中不仅需要掌控好节奏，还必须在恰当的时机松开油门，同时灵活运用“按需控制”的动力按钮。

若将勒芒跑道的13.629公里（一圈）进行换算，电能的允许使用量上限为2.22千瓦时，这即代表了赛例中规定的最高动力限制，相当于8000千焦的能量。在2015年的赛事中，919 Hybrid作为第一辆混合动力原型车，勇敢地挑战了这一极限。而到了2016赛季，丰田则推出了同样拥有8000千焦动力的TS050战车，与919 Hybrid展开了激烈的竞争。
第二个动能回收系统专注于排放废气中的回收动能。若仅采用刹车回收方式，将需要在极短时间内迅速回收大量动能，这通常意味着需要以电动机的重量为代价来获取更大动力。然而，加速过程往往比制动过程更长，再加上919 Hybrid后轴驱动系统的设计，贸然增加后轴动力可能导致不必要的轮胎空转和效率损失。为了延长回收时间并减轻赛车重量，废气能量回收系统应运而生。该系统通过在排气系统中设置两颗涡轮，其中一颗与电机相连，另一颗与发电机相连，从而使得919 Hybrid在引擎运转的全过程中都能持续回收能量。这一设计巧妙地解决了重量与效率之间的平衡问题。

在2016年勒芒24小时耐力赛中，保时捷919 Hybrid凭借其独特的混合动力系统脱颖而出，最终荣登冠军宝座。该系统不仅大胆地采用了800伏技术，更实现了稳定的能量输出。这一技术革新不仅为电动系统奠定了坚实基础，更对电池、电子组件以及电动马达的设计产生了深远影响，同时也推动了充电技术的进步。尽管面临高电压零件寻觅的困难，尤其是储存装置的选择极为严苛，但919 Hybrid通过创新设计，成功采用了一个由数百颗电池芯组成的水冷式锂电池。每颗电池芯都被精心密封在高7cm、直径1.8cm的柱状金属壳体内，这一解决方案虽制作难度极高，但最终还是被保时捷的工程师们巧妙攻克。

在汽车领域，无论是普通街车还是赛车，电池的电力密度和能源密度都是至关重要的考量因素。电力密度的高低直接影响着能源的补充和释放速度，而能源密度则关乎可储存的能源总量。因此，在设计和选择电池时，需要精心平衡这两者，以实现最佳的性能和续航能力。

简而言之，智能手机的锂电池若与919 Hybrid拥有相同的电力密度，那么手机仅需一秒钟即可充满电量，但显然，这并不实用。因为刚发一条微信就没电了，这显然是一个问题。因此，为了确保智能手机能维持一两天的电力需求，厂商在设计和选择电池时，会优先考虑“能源密度”，即“储存容量”。

而从民用电动车的角度来看，“储存容量”与“行驶距离”是直接相关的。赛车的需求则与此不同。在赛车比赛中，电池芯如同一个巨大的能量吸收器。当车手踩下制动踏板时，大量的动能会迅速转化为电能并储存在电池内。当赛车需要加速时，这些电能又必须以极高的速度释放出来。因此，赛车电池的设计和选择需要满足特定的能量转换和释放需求。

相比之下，民用电动车的需求更为实际和直接。它们需要的是足够的“行驶距离”，即能够满足日常出行需求的续航能力。因此，在选择电池时，民用电动车更侧重于“储存容量”这一指标。

丰田TS050在终点线前的故障，以及保时捷919 Hybrid的最终反超，都深刻揭示了919 Hybrid在电池和电动机的冷却性能、超高电压连接技术，以及电池管理系统设计等方面的油电混合动力管理系统的稳定性。此外，他们在2015年勒芒24小时耐力赛夺冠后，便自信地将800伏的技术经验应用于四门概念跑车Mission E的研发中，预计将在未来十年内实现量产。这款车型将成为保时捷的首款纯电动驾驶汽车，值得我们期待。