Từ Lohner-Porsche đến Prius, hành trình trăm năm của ô tô hybrid

Chia sẻ trang này
Chiếc ô tô hybrid đầu tiên trên thế giới là Lohner-Porsche, do Ferdinand Porsche thiết kế tại Viênna trong giai đoạn 1900 đến 1901: vận hành theo nguyên lý hybrid nối tiếp, tạo điện từ xăng, chiếc xe này là tổ tiên trực tiếp của các dòng hybrid ngày nay. Chiếc hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên là Toyota Prius năm 1997; khoảng cách giữa nơi trưng bày chiếc hybrid đầu tiên là Paris và lễ ra mắt chiếc hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên là đúng 97 năm, tức là gần một thế kỷ.
Điểm Nổi Bật
- 1900: Ferdinand Porsche thiết kế Semper Vivus, chiếc hybrid chức năng đầu tiên trên thế giới.
- 1901: Lohner-Porsche Mixte, chiếc hybrid đầu tiên sẵn sàng sản xuất hàng loạt, được tung ra thị trường; giá từ 14.400 đến 34.028 kron Áo.
- 1997: Toyota Prius ra đường tại Nhật Bản với tư cách chiếc ô tô hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới.
- 1999: Honda Insight trở thành chiếc hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên được bán tại Mỹ.
- 2012: Prius Plug-in Hybrid chính thức mở ra kỷ nguyên hybrid cắm sạc.
Từ Thợ Học Việc Điện Thành Chiếc Hybrid Đầu Tiên: Lohner-Porsche của Ferdinand Porsche
Câu chuyện bắt đầu vào năm 1893, khi một kỹ sư trẻ 18 tuổi gia nhập công ty điện Béla Egger & Co. tại Viênna. Tại đây, Ferdinand Porsche phát triển động cơ điện bánh xe đầu tiên dựa trên ý tưởng của Wellington Adams - một giải pháp mang tính đột phá đối với thời bấy giờ, bằng cách đặt động cơ bên trong bánh xe, không cần đến hộp số hay hệ thống truyền động. Porsche thử nghiệm động cơ này bằng cách đua vào năm 1897, và một năm sau, ở tuổi 23, ông được tuyển vào nhà máy Jacob Lohner.
Những sản phẩm đầu tiên hoàn toàn chạy điện: xe có pin, với hai động cơ bánh xe đặt ở phía trước. Mỗi động cơ tạo ra 2,5-3,5 mã lực, có thể đạt 7 mã lực trong thời gian ngắn. Năm 1898, "System Lohner-Porsche" thu hút sự chú ý lớn trên báo chí châu Âu; cùng năm đó, chiếc Egger-Lohner C.2 Phaeton do Porsche thiết kế ra đường với công suất 3-5 PS và tốc độ tối đa 25 km/h. Trong khi đó, chiếc Lohner-Porsche Electromobile được giới thiệu tại Triển Lãm Paris 1900 có thể đạt tốc độ 37 km/h với hai động cơ 2,5 PS.
Semper Vivus và Mixte: Sự Ra Đời Của Nguyên Lý Hybrid Nối Tiếp
Cuộc cách mạng thực sự đến vào năm 1900. Porsche thiết kế chiếc hybrid chức năng đầu tiên trên thế giới: Semper Vivus. Chuỗi logic này đến nay vẫn mang tính giáo huấn - vì vấn đề lớn nhất của xe điện là mật độ năng lượng hạn chế của pin, Porsche đã chọn cách không chở pin nữa mà thay vào đó tạo điện ngay trên xe. Hai động cơ xăng DeDion Bouton 3,5 PS làm mát bằng nước vận hành hai máy phát; mỗi máy phát tạo ra 20 ampe và 90 volt. Nghĩa là động cơ xăng không hề truyền công suất tới bánh xe mà chỉ tạo ra điện. Ngày nay chúng ta gọi kiến trúc này là hybrid nối tiếp, và phần lớn đầu máy đường sắt hiện đại vẫn hoạt động theo cùng một nguyên lý. Chiếc nguyên mẫu nặng 1.200 kg, nặng ngay cả theo tiêu chuẩn thời đó.
Năm 1901, ý tưởng này được tung ra thị trường dưới tên gọi Lohner-Porsche Mixte ở phiên bản sẵn sàng sản xuất hàng loạt. Động cơ bốn xy-lanh 5,5 lít công suất 25 mã lực lấy từ Daimler Áo vận hành máy phát. Năm chiếc của loạt đầu tiên đã được bán; đầu tiên thuộc về Emil Jellinek, một cái tên mà những người yêu xe hẳn sẽ nhận ra. Mặt kỹ thuật của công việc vận hành tốt; mặt kinh tế thì không: Giá của Mixte lên tới 14.400-34.028 crown tùy trang bị, bán đắt gấp gần hai lần so với những phương tiện thông thường tương đương. Trong giai đoạn 1900-1905, chỉ có 11 chiếc hybrid tìm được người mua; trong cùng thời kỳ, khoảng 65 chiếc Lohner-Porsche thuần điện đã được bán ra.
Dù vậy, dự án vẫn còn sống: Porsche chiến thắng Rally Exelberg 1902 với chiếc Mixte, cùng năm đó nhận bằng sáng chế cho hình học trục bánh xe, đoạt giải Potting Prize năm 1905 và trở thành thiết kế trưởng tại Austro-Daimler vào năm 1906. Một chi tiết thú vị nữa: Kiến trúc động cơ gắn trong moay-ơ bánh xe của Lohner-Porsche từng là một hướng tiếp cận được nghiên cứu cho Phương tiện Mặt trăng Apollo. Trong giai đoạn 2007-2011, Bảo tàng Porsche đã làm việc suốt ba năm với Karosseriebau Drescher để chế tạo một bản sao hoạt động được của Semper Vivus và trưng bày nó tại New York Auto Show 2011 - như bằng chứng rằng chiếc hybrid đầu tiên có thể vận hành trở lại bằng chính động cơ của nó.
| Mẫu xe | Năm | Nguồn năng lượng | Dữ liệu nổi bật |
|---|---|---|---|
| Semper Vivus | 1900 | 2 x 3,5 PS máy phát xăng + pin | 1.200 kg; mỗi máy phát 20 A / 90 V |
| Lohner-Porsche Mixte | 1901 | Động cơ Daimler 5,5 L, 25 hp + máy phát | Giá 14.400-34.028 crown |
| Electromobile | 1900 | 2 x 2,5 PS động cơ bánh xe + pin | Tốc độ tối đa 37 km/h |
| La Toujours Contente | 1900 | Dẫn động bốn bánh, xăng-điện | Pin 1,8 tấn, 56 hp, tổng trọng lượng hơn 4 tấn |
Các Nguyên mẫu Thời kỳ Đầu và Khoảng 80 Năm Im lặng
Sau Porsche, ý tưởng không chết, nhưng cũng không lan rộng. Năm 1905, khái niệm hybrid của H. Piper xuất hiện; năm 1916, Woods Motor Vehicle Company có trụ sở tại Chicago giới thiệu mẫu Dual Power - một nỗ lực kết hợp điện với động cơ đốt trong bốn xy-lanh, rực rỡ nhưng cuối cùng bị định mệnh thương mại. Qua nỗ lực của Woods, có thể đọc được bức tranh tổng thể: hybrid được sản xuất đến những năm 1910, nhưng bán ế vì giá cao và công suất thấp.
Sau đó, suốt khoảng 80 năm, hybrid không vượt qua được vai trò một chú thích trong sách kỹ thuật. Có nhiều lý do có thể đo lường cho điều này: Khi đường sá ở Mỹ được cải thiện, nỗi lo về quãng đường giảm đi; dầu mỏ Texas kéo giá xăng xuống mức thấp lịch sử; độ tin cậy của động cơ đốt trong tăng lên. Trong giao điểm của ba yếu tố này, xe điện hầu như biến mất hoàn toàn đến năm 1935; còn hybrid, với chi phí cao cùng tốc độ thấp không đáp ứng được lợi thế về quãng đường, trở thành một phần của cuộc rút lui này. Ý tưởng kỹ thuật đúng đắn phải chờ đợi những điều kiện kinh tế đúng đắn.
Toyota Prius 1997: Hybrid Sản xuất Hàng loạt đã Thành hiện Thực như thế nào?
Hành trình hybrid của Toyota thực chất bắt đầu từ năm 1968, với Giám đốc Dự án Kenya Nakamura - nhưng cần ba mươi năm để đi đến kết quả thực tiễn. Năm 1997, Toyota đã sẵn sàng cho việc ra mắt Prius, chiếc ô tô hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới. Tháng ra mắt trong hồ sơ của công ty dao động từ tháng 10 đến tháng 12; điều chắc chắn là chiếc xe đã ra mắt tại Nhật Bản vào năm 1997 và giành giải "Car of the Year" tại Nhật Bản trong năm ra mắt.
Ảnh hưởng của Prius có thể được theo dõi cả về mặt con số. Khi thế hệ đầu tiên gia nhập thị trường Mỹ vào năm 2000, nó cung cấp công suất kết hợp 97 mã lực - sức mạnh của một chiếc sedan gia đình thông thường, nhưng bảng tiêu hao xăng lại là một câu chuyện hoàn toàn khác. Prius 1997 đã thay đổi hướng đi của ngành công nghiệp ô tô với tư cách là chiếc xe sản xuất hàng loạt đầu tiên kết hợp sức mạnh xăng và điện trong một gói duy nhất; logic hybrid kiểu series mà Porsche thiết lập cách đây một thế kỷ nay vận hành trên hàng triệu xe. Các nghiên cứu kết nối trực tiếp dòng dõi của Prius với nguyên mẫu Viên những năm 1900 cho đến nay vẫn là chủ đề của lịch sử học dựa trên lưu trữ.
Honda Insight: Chiếc Hybrid Đầu Tiên Tại Mỹ
Trong làn sóng đầu tiên, bên cạnh Toyota còn có một người tiên phong thứ hai: Honda. Honda đã giới thiệu chiếc hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên của Bắc Mỹ vào năm 1999: Insight. Thế hệ đầu tiên (1999-2006) với dạng coupe liftback ba cửa, hai chỗ ngồi đã gia nhập thị trường Mỹ vào tháng 12 năm 1999, trước khi Prius đến Mỹ, và trở thành chiếc hybrid xăng-điện đầu tiên được bán tại Mỹ. Thời gian phát triển của chiếc xe khoảng ba năm. Kết quả ngắn hạn của hành trình hybrid của Honda cũng ấn tượng: thương hiệu đã kỷ niệm 25 năm bán xe hybrid-điện và các mẫu hybrid hiện nay chiếm hơn 25% doanh số bán hàng.
Sự Trưởng Thành Của Công Nghệ Pin: Từ NiMH Đến Lithium-ion

Trong hành trình trăm năm của xe hybrid, thành phần phần cứng quan trọng nhất là pin. Prius đầu tiên sử dụng pin nikel-metal-hidrit (NiMH) - loại pin đầu tiên vận hành một chiếc hybrid sản xuất hàng loạt trên đường. Hồ sơ kỹ thuật của NiMH phù hợp với nhiệm vụ của nó: mật độ năng lượng cao hơn rõ rệt so với chì-axit, nhưng thấp hơn lithium-ion. Nó đủ dùng cho hybrid cổ điển, vì pin đóng vai trò như một bộ đệm nhỏ trong chu kỳ sạc-xả liên tục - xe không được cắm sạc.
Khi các xe hybrid cắm sạc và xe thuần điện xuất hiện, phương trình đã thay đổi: phạm vi điện dài hơn đồng nghĩa với mật độ năng lượng cao hơn. Trong thập kỷ qua, NiMH phần lớn đã được thay thế bằng pin lithium-ion mạnh hơn, nhỏ gọn và bền hơn; ngày nay hầu hết các xe hybrid cắm sạc và xe thuần điện đều sử dụng lithium-ion. Được biết Toyota cũng đã chuyển từ NiMH sang lithium-ion trên các mẫu hybrid phổ biến của mình. Bảng tóm tắt rất đơn giản: NiMH cho hybrid cổ điển, lithium-ion cho mọi thứ cắm sạc.
Thời Kỳ Hybrid Cắm Sạc: Sự Trỗi Dậy Của Các Xe Hybrid Sạc Được
Giai đoạn mới của xe hybrid là sạc pin từ ổ điện tại nhà. Thế hệ đầu tiên của Prius Plug-in Hybrid được sản xuất từ 2012 đến 2016; thế hệ đầu tiên nhìn chung bị đánh giá là chưa đủ - phạm vi điện khoảng 15 dặm, trong khi Chevrolet Volt cùng thời offering 35 dặm. Thế hệ thứ hai ra mắt năm 2016, còn thế hệ thứ ba được xác định là mẫu 2023 Prius Prime.
Phía Đức cũng có tiến triển theo cùng hướng: Porsche chuyển sang hybrid với Cayenne S Hybrid năm 2010, Panamera S Hybrid năm 2011 cung cấp 380 PS với mức tiêu thụ NEDC 6,8 l/100 km. Panamera S E-Hybrid năm 2015 được giới thiệu là plug-in hybrid đầu tiên trong phân khúc; 918 Spyder năm 2013 với pin lithium-ion 6,8 kWh và tầm điện 31 km đã vẽ nên giới hạn của hiệu suất plug-in hybrid, lập kỷ lục với vòng đua Nordschleife 6:57. Ý tưởng bắt đầu với hai máy phát điện năm 1900 nay đã trở thành chỗ dựa của hệ truyền động lập kỷ lục trên đường đua.
Bài học trăm năm: Vì sao kỹ thuật tốt phải chờ đợi 80 năm?
Điều đáng ghi nhận của dòng chảy từ Lohner-Porsche đến Prius không nằm ở kỹ thuật mà ở kinh tế. Giải pháp của Porsche năm 1900 nhất quán về mặt kỹ thuật - nhất quán đến mức nguyên lý hybrid nối tiếp ngày nay có mặt khắp nơi, từ đầu máy xe lửa đến siêu xe thể thao. Điều còn thiếu là sự sẵn sàng của thị trường: chi phí pin, giá xăng, yêu cầu về khí thải của các con đường và thành phố chỉ được hội tụ vào năm 1997. Prius ra đời ngay khi bốn tham số này cùng lúc đạt đúng vị trí; Honda Insight theo ngay sau đó với một hướng tiếp cận kỹ thuật khác.
Nhìn lại hôm nay, bức tranh rõ ràng: hybrid không phải là một phát minh đơn lẻ, mà là sự tích lũy gần một thế kỷ. Khái niệm Semper Vivus năm 1900, sự táo bạo của Woods Dual Power 1916, quyết định sản xuất hàng loạt của Prius 1997 và các kiến trúc plug-in lan rộng từ 2012 là những mắt xích của cùng một chuỗi logic. Mắt xích tiếp theo của chuỗi đang dần định hình với bước chuyển lithium-ion trong hóa học pin.
Nguồn tham khảo
- Lohner–Porsche
- The history of Porsche begins electrically
- Prof. Ferdinand Porsche created the first functional hybrid car
- The History of the Electric Car
- Woods Motor Vehicle
- It wasn't the first hybrid, but the 1917 Woods Dual Power…
- Milestones: Toyota Prius, the World's First Mass-Produced Hybrid Vehicle, 1997
- Development of Prius and Hybrid Strategy
- Driving Innovation: Celebrating 25 Years of the Toyota Prius
- The evolution of the Prius
- The Toyota Prius Transformed the Auto Industry
- Honda Insight
- Honda Marks 25 Years Of Hybrid-Electric Sales
- Batteries for Electric Vehicles
- Toyota Prius Plug-in Hybrid