1．混合動力汽車的定義

混合動力汽車的Hybrid這個詞來源于拉丁語Hybrida，意思是雜交或者混合的意思。在技術層面，Hybrid這個詞指一種系統，該系統将兩種不同的技術組合在一起來使用。我們常說的混合動力汽車通常就是指油電類型混合動力汽車HEV（Hybrid Electric Vehicle），即為内燃機與動力電池、電機的驅動混合。

國際電子技術委員會對混合動力汽車的定義為：在特定的工作條件下，可以從兩種或兩種以上的能量存儲器、能量源或能量轉化器中獲取驅動能量的汽車，其中至少一種存儲器或轉化器要安裝在汽車上。

混合動力汽車介于傳統内燃機汽車與純電動汽車之間，是兩種動力汽車的中間産物。如下圖所示，與純電動汽車相比，混合動力汽車上配置有内燃機；與傳統汽車相比，混合動力汽車上又增加了動力電池和電機。但是，混合動力汽車中的動力驅動單元卻完美地将内燃機的動力與電機的動力結合在一起。

從廣義上來講，混合動力汽車指的是裝備有兩種具有不同特點驅動裝置的車輛。下圖所示的兩個驅動裝置中有一個是車輛的主要動力來源，它能夠提供穩定的動力輸出，滿足汽車穩定行駛的動力需求。由于内燃機在汽車上的成功應用，使之成為首選的驅動裝置，另外還有一個輔助驅動裝置，它具有良好的變工況特性，能夠進行功率的平衡、能量的再生與存儲。

從狹義上講，混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機，使得動力系統可以按照整車的實際運行工況要求靈活調控，而内燃機保持在綜合性能最佳的區域内工作，從而降低油耗與排放。也可以認為混合動力汽車通常是指既有車載動力電池提供電力驅動，又裝有一個相對小型内燃機的汽車。

2．混合動力汽車的基本原理

混合動力汽車與傳統汽車相比，主要的改進是在車輛的驅動系統上，即在傳統汽車的内燃機、變速器、傳動軸到車輪的驅動線路上，增加了一套由高壓動力電池、電機組成的電動動力驅動線路。下圖所示是一種混合動力汽車的驅動路線圖。

在車輛行駛時，根據混合動力汽車設計的混合程度，通常會

有兩種情況：

1.動力電池先通過電機輸出動力來驅動車輛，當電池存儲電能不足時内燃機再自動起動參與車輛的驅動。

2.也有部分混合動力汽車内燃機是全程起動的，動力電池輸出的動力僅僅用于輔助内燃機平滑運行。

3．混合動力汽車的類型及分類方法

為了便于區分形式各異的混合動力汽車，習慣上我們會根據混合動力汽車驅動系統的連接方式或混合程度來對混合動力汽車進行分類，以便于更好地了解混合動力汽車的技術特性。

1）按混合動力汽車驅動連接方式分類

混合動力汽車的驅動系統主要有内燃機和驅動電機。通常，根據内燃機和驅動電機之間的連接關系（即内燃機的輸出動力與驅動電機的輸出動力到車輛驅動軸的連接方式），将混合動力汽車分成串聯式、并聯式和混聯式三種類型，如下圖所示。

（1）串聯式混合動力

在串聯式混合動力設計中，車輛的驅動僅僅是由驅動電機來單獨完成的，車輛動力電池的電能來自内燃機。

在該類型的設計中，内燃機是不能直接給車輛提供動力的，其主要應用于城市大客車，在乘用轎車中應用很少。串聯式混合動力連接方式如下圖所示。

串聯式混合動力的特點：

①内燃機不直接參與驅動車輛，僅用于為動力電池充電；

②動力電池獲取電能的主要途徑有内燃機輸出的電能和制動能量回收的電能；

③優點是内燃機能夠在最佳的速度和負荷狀态下運行，同時車輛也取消了離合器等部件；

④缺點是車輛僅通過電機驅動，因此必須設計有較大功率的電機來滿足車輛在爬坡、急加速等大負荷運行工況，與此對應也導緻内燃機和動力電池的質量增加，從而導緻整車質量加大。

（2）并聯式混合動力

在并聯式混合動力設計中，車輛的驅動是由内燃機和驅動電機組合完成的，系統能支持僅靠其中的一種能量驅動車輛，也能支持内燃機和驅動電機同時驅動車輛。在這種設計中，動力電池和内燃機都是與變速單元相連接的。

在驅動車輛行駛時，大多數情況下，并聯式混合動力汽車的驅動電機是輔助内燃機運行的。并聯式混合動力汽車可以在比較複雜的工況下使用，應用範圍比較廣，如下圖所示。

并聯式混合動力的特點：

①内燃機和驅動電機共同驅動車輛行駛；

②沒有單獨設計有發電電機，在沒有外部充電或輔助電源的情況下，動力電池獲取電能的唯一途徑是驅動電機的能量回收；

③優點是采用了一個或多個電機輔助内燃機，使得内燃機的設計可以更小；

④缺點是需要用複雜的軟件來優化驅動電機和内燃機同時輸向驅動軸的轉矩。

（3）混聯式混合動力

混聯式混合動力也稱為串并聯式，因為其集合了串聯式和并聯式的優點而設計的，它可以最大限度地發揮串聯式與并聯式的各自優點，如在車輛行駛中，系統可以通過動力分配裝置一方面由驅動電機單獨驅動車輛，另一方面再由内燃機來自主地發電。目前市場上合資品牌的混合動力汽車大多數采用這種設計類型，如下圖所示。

混聯式混合動力的特點：

①系統可以實現驅動電機單獨驅動車輛，内燃機自動停機或起動為系統充電；也可以實現内燃機和驅動電機共同驅動車輛。

②不足的是動力分配裝置内部設計和管理系統較為複雜，需要較高的技術積累和研發投入。

2）按混合動力汽車的混合程度分類

對現有混合動力汽車進行分類還可以使用混合程度這個概念，這是目前市場銷售中常用的習慣分類方式。但是到目前為止，并沒有一個準确的混合程度标準。當前，大多數學者會采用混合程度認為是混合動力汽車中驅動電機的有效功率占車輛驅動系統總功率的百分比這個概念，按照這個混合程度概念可以将市場上的混合動力汽車分為輕度混合動力、中度混合動力和重度混合動力三個等級，如下圖所示。

（1）輕度混合動力

也稱輕混，輕度混合動力的車輛混合程度低，沒有内燃機的幫助，設計在車輛中的電機是不能夠單獨驅動車輛行駛的。輕度混合動力一般采用36V、42V電池組，并搭載一個低功率的起動/發電機通過曲軸皮帶來輔助内燃機。在嚴格意義上來說，輕混并不能算是混合動力，因為車輛隻靠單一的内燃機動力行駛，其電池輸出能量隻起輔助作用，一般隻用于車輛自動起停、内燃機起動平滑輔助和制動能量回收。輕混驅動系統設計的優點是成本小，但同時節省的燃油也少，一般隻能省油8%～15%。輕混動力系統結構如下圖所示。

典型代表的技術有通用旗下BAS（Basic Assist System）系統的君越混合動力，梅賽德斯奔馳為Smart開發的一套名為MHD（Micro Hybrid Drive）的怠速熄火系統，以及奇瑞汽車合作研發的BSG（Belt-driven Starter/Generator皮帶傳動啟動/發電一體化電機）系統。

這種驅動系統的特點是由曲軸皮帶驅動的起動/發電機取代了傳統内燃機的發電機，由這個新型的起動/發電機提供車載電力系統的同時，還能快速起動車輛的内燃機。

（2）中度混合動力

中度混合動力的車輛一般采用100V以上的動力電池，混合度在30%左右。與輕度混合動力系統不同之處在于，中度混合動力系統采用的是高壓動力電池和電機。在車輛加速或者大負荷工況時，電機能夠輔助内燃機驅動車輛，補充内燃機本身動力輸出的不足，提高整車性能。這種系統的混合程度較高，在城市循環工況下節省燃油可以達到20%～30%。

例如，本田汽車公司旗下的雅閣、思域，廣汽豐田的雷淩混合動力汽車都屬于這類系統，如圖4-1-13所示。

這種驅動系統最主要的特點是，汽車行駛不能完全脫離内燃機單獨依靠電力驅動。

（3）重度混合動力

也稱強混，系統通常采用了272～650V的高壓系統，混合度可以達到50%以上，在城市循環工況下節油率可以達到30%～50%。其特點是動力系統以内燃機為基礎動力，動力電池為輔助動力，采用的電機功率更為強大，完全可以滿足車輛在起步和低速時的動力要求。

重度混合車型可以在低速時就像一款純電動汽車一樣，支持純電動行駛；在急加速和爬坡運行工況下車輛需要較大的驅動力時，驅動電機和内燃機同時對車輛提供動力。

随着電機、電池技術的進步，重度混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向，豐田普銳斯、通用的凱雷德雙模混合動力汽車采用的就是重度混合動力系統，如下圖所示。

3）插電式混合動力汽車

插電式混合動力汽車PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle），是可以通過外部連接的電源進行充電，同時在電池滿電的狀态下具有一定的純電動行駛能力，是重度混合動力車型的一種特殊形态。

插電式混合動力可以采用串聯或并聯的結構，主要的優勢在于純電力行駛裡程較長；電能不足時，車輛仍然可以重度混合模式行駛。一般插電式混合動力汽車都有随車充電器，可以使用220V外部電網為電池充電，而插電式混合動力公交車由于行駛路線固定，通常利用快速充電機對其充電。

插電式混合動力系統的電機功率比純電動汽車的稍小，動力電池的容量介于重混合純電動汽車之間。由于具有可利用夜間低谷電對動力電池充電、可降低排放等優勢，插電式混合動力汽車已成為主流發展方向之一。

比亞迪秦（并聯）和雪佛蘭的沃藍達(串聯)都屬于這種類型的混合動力汽車，如下圖所示。例如，沃藍達可以在純電動模式下行駛80km，待電量耗盡後可利用1.4L内燃機作為驅動力（發電）額外行駛490km。如果想要繼續行駛，用戶隻需為車輛充電或加油即可。

4．典型混合動力汽車車型的技術特點

目前，無論是自主品牌還是合資品牌，都陸續推出或正在研發混合動力汽車。典型混合動力汽車車型及技術特點介紹如下：

1）豐田普銳斯混合動力汽車

（1）第一代豐田普銳斯

1997年，豐田首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生産的混合動力汽車：普銳斯（Prius）。普銳斯混合動力系統由汽油内燃機和電動機組成，采用一種折中的方式彌補了汽油内燃機車和純電動車兩者之間的缺陷。2000年，普銳斯經過細微的改動之後推向美國市場，随後進入歐洲，開始了其世界第一混合動力車型的曆程。

第一代豐田普銳斯結構如下圖所示，技術參數見下表。

（2）第二代豐田普銳斯

2003年9月，豐田在日本首先上市了全新第二代普銳斯，除了外表的改進外，最重要的是引入了第二代豐田混合動力系統THS－Ⅱ。THS－Ⅱ是在HSD（混合動力協同驅動）的概念下開發出來的，即電動機，内燃機在車輛各種狀态中，采用不同的方式協同工作，來适應各種駕駛模式。THS－Ⅱ與THS基本理論相同，不過使用的電動機在同類電動機中性能較高。另外，為了更好地進行能源消耗管理，THS－Ⅱ使用一種新型的線路和制動能量回收系統，與高效的蓄電池組合，可以在制動的時候更好地對制動能量進行回收。

THS－Ⅱ最大的改進在于使用了高電壓線路———内燃機、電動機和蓄電池之間的電壓高達500V，而上一代THS的電壓隻有274V。

第二代豐田普銳斯結構如圖4-1-17所示，主要技術參數見表。

（3）第三代豐田普銳斯

2009年，豐田推出了全新第三代普銳斯，并于2010年全面上市。新一代的普銳斯對混合動力系統進行了改進，主要包括兩個方面：一個是使用全新的1.8L内燃機代替原有的1.5L内燃機；另外一個是對HSD混合動力協同驅動系統進行重新設計，如圖所示。

第三代豐田普銳斯搭載阿特金森循環1.8L直列4缸内燃機，取代第二代的1.5L内燃機，最大功率為73kW，比第二代提高16kW，轉矩達到142N·m，比老款增加27N·m，加上電動機動力整車最大功率為100kW，低速轉矩進一步提升，這也意味着低速時候能夠獲得更好的燃油經濟性。0～100km/h加速時間比第二代提高1s，僅需9.8s。

第三代普銳斯提供4種不同的駕駛模式，Normal為正常模式，EV－Drive模式允許駕駛員在低速狀态下單純依靠電力行駛約1.6km。Power模式提高加速靈敏度，以提升運動性能。Eco模式則可以幫助駕駛員獲得最佳的燃油經濟性。

第三代豐田普銳斯結構如圖所示，主要技術參數見表。

（4）第三代插電式豐田普銳斯

锂離子蓄電池組可通過家用電源來進行充電，因此，不受蓄電池剩餘量和充電設施完善情況的限制。比起傳統的混合動力車将更加能夠降低油耗、抑制不可再生資源消耗、減排CO2以及防止大氣污染。普銳斯插電型混合動力汽車每升汽油可以行駛55km，在充滿電的情況下，純電動模式續駛裡程為20km。充電時間：100V電源需要180min，200V電源需要100min。

當蓄電池的電量下降至一定程度時，系統就會自動的切換為混合動力模式行駛，在低溫時起動以及用戶用力踩下加速踏闆等情況下，如果系統判斷電池提供的功率較低時。就會起動内燃機驅動行駛。

第三代插電式豐田普銳斯汽車結構如圖所示，主要技術參數見表。

（4）第四代豐田普銳斯

驅動形式：2WD、E-Four四輪驅動兩種

2）比亞迪秦混合動力汽車

秦是比亞迪股份有限公司自主研發的第二代雙模混合動力的高性能轎車，屬于重度混合，并支持外部電源充電的混合動力汽車。

在動力方面，秦搭載了1台1.5T内燃機、6速DCT自動變速器和1台高轉速電機，并集合自主研發的磷酸鐵锂電池，使得最大輸出功率可以達到217kW，峰值轉矩479N·m。電池組的容量設計為13kW·h，在純電動狀态下的最大續駛裡程可以達到70km。

秦的驅動系統采用了并聯的設計方式，使得即使在電力驅動系統失效的情況下，車輛依靠内燃機的驅動系統能夠仍然保持行駛。

比亞迪秦的動力驅動系統結構如圖所示。

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