1．混合动力汽车的定义
混合动力汽车的Hybrid这个词来源于拉丁语Hybrida，意思是杂交或者混合的意思。在技术层面，Hybrid这个词指一种系统，该系统将两种不同的技术组合在一起来使用。我们常说的混合动力汽车通常就是指油电类型混合动力汽车HEV（Hybrid Electric Vehicle），即为内燃机与动力电池、电机的驱动混合。
国际电子技术委员会对混合动力汽车的定义为：在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车，其中至少一种存储器或转化器要安装在汽车上。
混合动力汽车介于传统内燃机汽车与纯电动汽车之间，是两种动力汽车的中间产物。如下图所示，与纯电动汽车相比，混合动力汽车上配置有内燃机；与传统汽车相比，混合动力汽车上又增加了动力电池和电机。但是，混合动力汽车中的动力驱动单元却完美地将内燃机的动力与电机的动力结合在一起。
从广义上来讲，混合动力汽车指的是装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。下图所示的两个驱动装置中有一个是车辆的主要动力来源，它能够提供稳定的动力输出，满足汽车稳定行驶的动力需求。由于内燃机在汽车上的成功应用，使之成为首选的驱动装置，另外还有一个辅助驱动装置，它具有良好的变工况特性，能够进行功率的平衡、能量的再生与存储。
从狭义上讲，混合动力汽车是指同时装备两种动力源的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而内燃机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。也可以认为混合动力汽车通常是指既有车载动力电池提供电力驱动，又装有一个相对小型内燃机的汽车。
2．混合动力汽车的基本原理
混合动力汽车与传统汽车相比，主要的改进是在车辆的驱动系统上，即在传统汽车的内燃机、变速器、传动轴到车轮的驱动线路上，增加了一套由高压动力电池、电机组成的电动动力驱动线路。下图所示是一种混合动力汽车的驱动路线图。
在车辆行驶时，根据混合动力汽车设计的混合程度，通常会
有两种情况：
1.动力电池先通过电机输出动力来驱动车辆，当电池存储电能不足时内燃机再自动起动参与车辆的驱动。
2.也有部分混合动力汽车内燃机是全程起动的，动力电池输出的动力仅仅用于辅助内燃机平滑运行。
3．混合动力汽车的类型及分类方法
为了便于区分形式各异的混合动力汽车，习惯上我们会根据混合动力汽车驱动系统的连接方式或混合程度来对混合动力汽车进行分类，以便于更好地了解混合动力汽车的技术特性。
1）按混合动力汽车驱动连接方式分类
混合动力汽车的驱动系统主要有内燃机和驱动电机。通常，根据内燃机和驱动电机之间的连接关系（即内燃机的输出动力与驱动电机的输出动力到车辆驱动轴的连接方式），将混合动力汽车分成串联式、并联式和混联式三种类型，如下图所示。
（1）串联式混合动力
在串联式混合动力设计中，车辆的驱动仅仅是由驱动电机来单独完成的，车辆动力电池的电能来自内燃机。
在该类型的设计中，内燃机是不能直接给车辆提供动力的，其主要应用于城市大客车，在乘用轿车中应用很少。串联式混合动力连接方式如下图所示。
串联式混合动力的特点：
①内燃机不直接参与驱动车辆，仅用于为动力电池充电；
②动力电池获取电能的主要途径有内燃机输出的电能和制动能量回收的电能；
③优点是内燃机能够在最佳的速度和负荷状态下运行，同时车辆也取消了离合器等部件；
④缺点是车辆仅通过电机驱动，因此必须设计有较大功率的电机来满足车辆在爬坡、急加速等大负荷运行工况，与此对应也导致内燃机和动力电池的质量增加，从而导致整车质量加大。
（2）并联式混合动力
在并联式混合动力设计中，车辆的驱动是由内燃机和驱动电机组合完成的，系统能支持仅靠其中的一种能量驱动车辆，也能支持内燃机和驱动电机同时驱动车辆。在这种设计中，动力电池和内燃机都是与变速单元相连接的。
在驱动车辆行驶时，大多数情况下，并联式混合动力汽车的驱动电机是辅助内燃机运行的。并联式混合动力汽车可以在比较复杂的工况下使用，应用范围比较广，如下图所示。
并联式混合动力的特点：
①内燃机和驱动电机共同驱动车辆行驶；
②没有单独设计有发电电机，在没有外部充电或辅助电源的情况下，动力电池获取电能的唯一途径是驱动电机的能量回收；
③优点是采用了一个或多个电机辅助内燃机，使得内燃机的设计可以更小；
④缺点是需要用复杂的软件来优化驱动电机和内燃机同时输向驱动轴的转矩。
（3）混联式混合动力
混联式混合动力也称为串并联式，因为其集合了串联式和并联式的优点而设计的，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点，如在车辆行驶中，系统可以通过动力分配装置一方面由驱动电机单独驱动车辆，另一方面再由内燃机来自主地发电。目前市场上合资品牌的混合动力汽车大多数采用这种设计类型，如下图所示。
混联式混合动力的特点：
①系统可以实现驱动电机单独驱动车辆，内燃机自动停机或起动为系统充电；也可以实现内燃机和驱动电机共同驱动车辆。
②不足的是动力分配装置内部设计和管理系统较为复杂，需要较高的技术积累和研发投入。
2）按混合动力汽车的混合程度分类
对现有混合动力汽车进行分类还可以使用混合程度这个概念，这是目前市场销售中常用的习惯分类方式。但是到目前为止，并没有一个准确的混合程度标准。当前，大多数学者会采用混合程度认为是混合动力汽车中驱动电机的有效功率占车辆驱动系统总功率的百分比这个概念，按照这个混合程度概念可以将市场上的混合动力汽车分为轻度混合动力、中度混合动力和重度混合动力三个等级，如下图所示。
（1）轻度混合动力
也称轻混，轻度混合动力的车辆混合程度低，没有内燃机的帮助，设计在车辆中的电机是不能够单独驱动车辆行驶的。轻度混合动力一般采用36V、42V电池组，并搭载一个低功率的起动/发电机通过曲轴皮带来辅助内燃机。在严格意义上来说，轻混并不能算是混合动力，因为车辆只靠单一的内燃机动力行驶，其电池输出能量只起辅助作用，一般只用于车辆自动起停、内燃机起动平滑辅助和制动能量回收。轻混驱动系统设计的优点是成本小，但同时节省的燃油也少，一般只能省油8%～15%。轻混动力系统结构如下图所示。
典型代表的技术有通用旗下BAS（Basic Assist System）系统的君越混合动力，梅赛德斯奔驰为Smart开发的一套名为MHD（Micro Hybrid Drive）的怠速熄火系统，以及奇瑞汽车合作研发的BSG（Belt-driven Starter/Generator皮带传动启动/发电一体化电机）系统。
这种驱动系统的特点是由曲轴皮带驱动的起动/发电机取代了传统内燃机的发电机，由这个新型的起动/发电机提供车载电力系统的同时，还能快速起动车辆的内燃机。
（2）中度混合动力
中度混合动力的车辆一般采用100V以上的动力电池，混合度在30%左右。与轻度混合动力系统不同之处在于，中度混合动力系统采用的是高压动力电池和电机。在车辆加速或者大负荷工况时，电机能够辅助内燃机驱动车辆，补充内燃机本身动力输出的不足，提高整车性能。这种系统的混合程度较高，在城市循环工况下节省燃油可以达到20%～30%。
例如，本田汽车公司旗下的雅阁、思域，广汽丰田的雷凌混合动力汽车都属于这类系统，如图4-1-13所示。
这种驱动系统最主要的特点是，汽车行驶不能完全脱离内燃机单独依靠电力驱动。
（3）重度混合动力
也称强混，系统通常采用了272～650V的高压系统，混合度可以达到50%以上，在城市循环工况下节油率可以达到30%～50%。其特点是动力系统以内燃机为基础动力，动力电池为辅助动力，采用的电机功率更为强大，完全可以满足车辆在起步和低速时的动力要求。
重度混合车型可以在低速时就像一款纯电动汽车一样，支持纯电动行驶；在急加速和爬坡运行工况下车辆需要较大的驱动力时，驱动电机和内燃机同时对车辆提供动力。
随着电机、电池技术的进步，重度混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向，丰田普锐斯、通用的凯雷德双模混合动力汽车采用的就是重度混合动力系统，如下图所示。
3）插电式混合动力汽车
插电式混合动力汽车PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle），是可以通过外部连接的电源进行充电，同时在电池满电的状态下具有一定的纯电动行驶能力，是重度混合动力车型的一种特殊形态。
插电式混合动力可以采用串联或并联的结构，主要的优势在于纯电力行驶里程较长；电能不足时，车辆仍然可以重度混合模式行驶。一般插电式混合动力汽车都有随车充电器，可以使用220V外部电网为电池充电，而插电式混合动力公交车由于行驶路线固定，通常利用快速充电机对其充电。
插电式混合动力系统的电机功率比纯电动汽车的稍小，动力电池的容量介于重混合纯电动汽车之间。由于具有可利用夜间低谷电对动力电池充电、可降低排放等优势，插电式混合动力汽车已成为主流发展方向之一。
比亚迪秦（并联）和雪佛兰的沃蓝达(串联)都属于这种类型的混合动力汽车，如下图所示。例如，沃蓝达可以在纯电动模式下行驶80km，待电量耗尽后可利用1.4L内燃机作为驱动力（发电）额外行驶490km。如果想要继续行驶，用户只需为车辆充电或加油即可。
4．典型混合动力汽车车型的技术特点
目前，无论是自主品牌还是合资品牌，都陆续推出或正在研发混合动力汽车。典型混合动力汽车车型及技术特点介绍如下：
1）丰田普锐斯混合动力汽车
（1）第一代丰田普锐斯
1997年，丰田首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车：普锐斯（Prius）。普锐斯混合动力系统由汽油内燃机和电动机组成，采用一种折中的方式弥补了汽油内燃机车和纯电动车两者之间的缺陷。2000年，普锐斯经过细微的改动之后推向美国市场，随后进入欧洲，开始了其世界第一混合动力车型的历程。
第一代丰田普锐斯结构如下图所示，技术参数见下表。
（2）第二代丰田普锐斯
2003年9月，丰田在日本首先上市了全新第二代普锐斯，除了外表的改进外，最重要的是引入了第二代丰田混合动力系统THS－Ⅱ。THS－Ⅱ是在HSD（混合动力协同驱动）的概念下开发出来的，即电动机，内燃机在车辆各种状态中，采用不同的方式协同工作，来适应各种驾驶模式。THS－Ⅱ与THS基本理论相同，不过使用的电动机在同类电动机中性能较高。另外，为了更好地进行能源消耗管理，THS－Ⅱ使用一种新型的线路和制动能量回收系统，与高效的蓄电池组合，可以在制动的时候更好地对制动能量进行回收。
THS－Ⅱ最大的改进在于使用了高电压线路———内燃机、电动机和蓄电池之间的电压高达500V，而上一代THS的电压只有274V。
第二代丰田普锐斯结构如图4-1-17所示，主要技术参数见表。
（3）第三代丰田普锐斯
2009年，丰田推出了全新第三代普锐斯，并于2010年全面上市。新一代的普锐斯对混合动力系统进行了改进，主要包括两个方面：一个是使用全新的1.8L内燃机代替原有的1.5L内燃机；另外一个是对HSD混合动力协同驱动系统进行重新设计，如图所示。
第三代丰田普锐斯搭载阿特金森循环1.8L直列4缸内燃机，取代第二代的1.5L内燃机，最大功率为73kW，比第二代提高16kW，转矩达到142N·m，比老款增加27N·m，加上电动机动力整车最大功率为100kW，低速转矩进一步提升，这也意味着低速时候能够获得更好的燃油经济性。0～100km/h加速时间比第二代提高1s，仅需9.8s。
第三代普锐斯提供4种不同的驾驶模式，Normal为正常模式，EV－Drive模式允许驾驶员在低速状态下单纯依靠电力行驶约1.6km。Power模式提高加速灵敏度，以提升运动性能。Eco模式则可以帮助驾驶员获得最佳的燃油经济性。
第三代丰田普锐斯结构如图所示，主要技术参数见表。
（4）第三代插电式丰田普锐斯
锂离子蓄电池组可通过家用电源来进行充电，因此，不受蓄电池剩余量和充电设施完善情况的限制。比起传统的混合动力车将更加能够降低油耗、抑制不可再生资源消耗、减排CO2以及防止大气污染。普锐斯插电型混合动力汽车每升汽油可以行驶55km，在充满电的情况下，纯电动模式续驶里程为20km。充电时间：100V电源需要180min，200V电源需要100min。
当蓄电池的电量下降至一定程度时，系统就会自动的切换为混合动力模式行驶，在低温时起动以及用户用力踩下加速踏板等情况下，如果系统判断电池提供的功率较低时。就会起动内燃机驱动行驶。
第三代插电式丰田普锐斯汽车结构如图所示，主要技术参数见表。
（4）第四代丰田普锐斯
驱动形式：2WD、E-Four四轮驱动两种
2）比亚迪秦混合动力汽车
秦是比亚迪股份有限公司自主研发的第二代双模混合动力的高性能轿车，属于重度混合，并支持外部电源充电的混合动力汽车。
在动力方面，秦搭载了1台1.5T内燃机、6速DCT自动变速器和1台高转速电机，并集合自主研发的磷酸铁锂电池，使得最大输出功率可以达到217kW，峰值转矩479N·m。电池组的容量设计为13kW·h，在纯电动状态下的最大续驶里程可以达到70km。
秦的驱动系统采用了并联的设计方式，使得即使在电力驱动系统失效的情况下，车辆依靠内燃机的驱动系统能够仍然保持行驶。
比亚迪秦的动力驱动系统结构如图所示。
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