一、混合动力汽车的定义与类型

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1．混合动力汽车的定义

从广义上说，混合动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆，也叫复合动力汽车。

从狭义上说，混合动力汽车一般是指同时装备两种动力源——热动力源（由传统内燃机）与电动力源（电池与电机）的汽车，也就是混合动力汽车（HEV），如图2-1-3所示。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进行灵活调控，让发动机始终保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

混合动力汽车指的是装备有两种或两种以上具有不同特点驱动装置的车辆。这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成功的应用，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，目前应用最多的是油电混合系统。

2．混合动力系统的分类

（1）根据动力来源分类

混合动力根据动力来源进行分类，可分为油电混合动力、液压混合动力和多重燃料混合动力三种。

1）油电混合动力。油电混合动力主要是指使用内燃机+动力电池及电机两种动力源，油电混合动力电动车（HEV）就属于此类型，如图2-1-3所示。

2）液压混合动力。液压混合动力的动力来源是内燃机推动而产生的高压气体及压缩机+压缩储存系统内的高压气体及压缩机两种，如图2-1-4所示。压缩空气储存系统与液压马达可取代电池和电机，以空气来取代电力，称为“空气混合动力系统”（Hybrid Air）。

空气混合动力有三种动力模式：空气驱动（Air Power）、发动机驱动（Gasoline Power）以及混合模式（Combine Power），另外也同样有动能回收系统（Brake Energy Regeneration）。

3）多重燃料混合动力。多重燃料混合动力是使用两种或两种以上不同燃料的发动机，其中一种作为主要动力来源，其他则作为起步补助或提高出力的备用动力。另外，有些发动机能适应多种燃料，称为复合燃料发动机或弹性燃料发动机。这类车只有一个油箱，可混合多种燃料使用，如汽油、生物燃油、甲醇、乙醇和氨等。另外，假设有储存气体燃料如天然气或石油气的装置，同一车可以使用液体燃料及气体燃料，也就是双燃料汽车，如图2-1-5所示。

（2）根据混合程度分类

根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中所占的比重，也就是混合度的不同，混合动力系统可以分为微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统和插电混合动力系统5种类型，它们的电力/燃油所占比例如图2-1-6所示。

1）微混合动力系统。微混合动力系统在传统发动机上的起动机（一般为12V）上加装了胶带驱动起动电机（Belt-alternator Starter Generator，简称BSG系统）。该电机为发电起动（Stop-Start）一体式电机，用来控制发动机的起动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上说，微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12V和42V，其中42V主要用于柴油混合动力系统。微混合动力系统的代表是标志雪铁龙的e-HDi混合动力系统，如图2-1-7所示。

2）轻混合动力系统。轻混合动力系统采用了集成起动机（Integrated Starter Generator，简称ISG系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的起动和停止，还能够实现：

①在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收。

②在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下，代表车型有铃木SHVS混合动力系统和通用BAS+（eAssist）混合动力系统，如图2-1-8所示。

3）中混合动力系统。中混合动力系统同样采用了ISG系统，但与轻度混合动力系统不同的是高压电机。此外，中度混合动力系统还增加了一个功能：在车辆处于加速或者大负荷工况时，电机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，提高了整车的性能。这种系统的混合程度可以达到30%左右，技术已经成熟，应用比较广泛，代表有本田第一代IMA混合动力系统，如图2-1-9所示。

4）重混合动力系统。重（强或全）混合动力电动汽车是以发动机和（或）电动机为动力源，且电动机可以独立驱动车辆行驶的汽车。与中混合动力系统相比，重混合动力系统的混合度更高，可以达到50%以上。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。重混合动力系统的代表主要有丰田THS-I、THS-II、THS-C混合动力系统（图2-1-10）和本田第二代SPORT HYBRID（i-DCD、i-MMD、SH-AWD）混合动力系统（图2-1-11）。

5）插电式混合动力系统。插电式混合动力系统是一种将纯电动系统与现有混合动力系统相结合的产物。由于车辆带有外接插入式充电系统，车辆可以单独利用电机行驶较长的距离，将内燃机的工作比例进一步缩小，更好地节油和减少排放，但会消耗一定的电能。同时，又解决了目前纯电动汽车巡航里程短的问题，但随插电式混合动力仅仅是一种过渡方案。丰田普锐斯插电式混合动力系统如图2-1-12所示。

以上五种不同的混合方式，都能在一定程度上降低油耗和排放。各大汽车厂商经过多年研发、试验总结、商业应用，形成了各自特色的混合动力技术。

（3）根据结构分类

目前世界各国研究开发的混合动力汽车有不同的结构形式，根据其动力传动系统的配置和组合方式不同，分为串联式、并联式和混联式3种形式。

1）串联式混合动力系统。串联式混合动力系统也称为增程式混合动力系统，其结构示意图如图2-1-13所示。串联式混合动力系统的关键特征是在功率变换器中两个电功率被相加在一起。该功率变换器起电功率耦合器的作用，控制从蓄电池组和发电机到电机的功率流；或反向控制从电机到蓄电池组的功率流。发动机和发电机组成基本能源，而蓄电池组则起能量缓冲器的作用。

2）并联式混合动力系统。并联式混合动力系统的结构如图2-1-14所示。它的关键特征是在机械耦合器中两个机械功率被相加在一起。发动机是基本能源设备，而蓄电池组和电机驱动装置则组成能量缓冲器。此时，功率流仅受动力装置——发动机和电机所控制。

3）混联式混合动力系统。混联式混合动力系统结构的示意图如图2-1-15所示，其明显特征是使用了两个功率耦合器——机械的和电气的耦合器。实际上，这一构造是串联式和并联式结构的组合，它具有两者的主要特性，并且相比于串联式或并联式的单一结构，拥有更多的运行模式。它的结构相对地更为复杂，且成本较高。

（4）根据形式模式的选择方式分类

若根据行驶模式的选择方式进行分类，混合动力系统可分为有手动选择功能的混合动力系统和无手动选择功能的混合动力系统。

（5）根据车辆用途分类

根据车辆用途进行分类，混合动力电动汽车可以分为混合动力电动乘用车、混合动力电动客车和混合动力电动货车3种。

（6）根据能源存储装置的不同分类

根据能量储存装置不同，混合动力电动汽车可以分为动力蓄电池式混合动力系统、超级电容器式混合动力系统、机电飞轮式混合动力系统和动力蓄电池+超级电容器组合式混合动系统4种。马自达开发的i-ELOOP超级电容混合动力系统如图2-1-16所示。