1.3 混合动力汽车的结构与分类
1.3.1 混合动力汽车的结构
混合动力汽车不同车系与车型的系统布置形式及组成存在或多或少的差异，其部件定位如图1-3-1所示。
图1-3-1 混合动力汽车的部件定位
（1）动力电池
混合动力汽车配备了两个电池，即动力电池和辅助电池。其中，动力电池用于存储MG1和MG2产生的电能，为直流电压12V系统充电。同时，当使用电机驱动车辆时，动力电池向带转换器的逆变器总成供电，以驱动MG1和MG2。而辅助电池（直流电压12V）向电气部件（如前照灯、音响设备以及各ECU）供电。为控制车辆，动力电池和辅助电池都需要正常工作。
动力电池总成如图1-3-2所示。
图1-3-2 动力电池总成
（2）带转换器的逆变器总成
带转换器的逆变器总成主要由以下四个部件组成，如图1-3-3所示。
① MG ECU 控制逆变器和增压转换器。
② 逆变器 将直流电转换为用于驱动MG1和MG2的三相交流电，并将MG1和MG2产生的交流电转换为直流电以对动力电池充电。
③ 增压转换器 将动力电池（直流电压201.6V）的电压最高升至直流电压650V，并将其输出至逆变器。也可降低MG1和MG2产生的电压以对动力电池充电。
④ DC/DC转换器 将动力电池的电压降至直流电压14V（用于对电气零部件供电并对辅助电池再充电）。
图1-3-3 带转换器的逆变器总成
（3）混合动力驱动桥
以丰田P410混合动力驱动桥为例，该驱动桥具有三轴结构，由MG2、MG1、复合齿轮装置、传动桥阻尼器、中间轴齿轮、减速齿轮、差速器齿轮机构和油泵组成。复合齿轮装置、传动桥阻尼器、油泵、MG1和MG2连接至输入轴。中间轴从动齿轮和减速主动齿轮连接至第二轴。减速从动齿轮和差速器齿轮机构连接至第三轴。如图1-3-4所示，电机MG1作为起动机启动发动机，并可利用发动机动力发电。电机MG2主要用来补充发动机动力以提高行驶性能，在使用电机驱动车辆时，系统自行利用MG2驱动车辆，此外，其在车辆减速时可利用再生制动发电。
图1-3-4 P410混合动力驱动桥
（4）动力控制ECU（HV CPU）
用于控制混合动力高压系统的ECU与动力控制ECU集成为一体，接收驾驶员输入的以及来自各传感器和各ECU的车辆行驶状况信息，并根据此信息计算所需的MG2转矩和发动机功率输出以控制驱动力。动力管理控制系统示意如图1-3-5所示。
图1-3-5 动力管理控制系统示意
（5）发动机
混合动力系统中的发动机产生动力以驱动车辆并发电，图1-3-6所示是为混合动力系统设计的高效阿特金森循环发动机。丰田车系2ZR-FXE发动机中的“X”表示该发动机使用阿特金森循环。阿特金森循环是一个热循环，可使特定机构的压缩行程和膨胀行程彼此单独设定。通过使膨胀行程长于压缩行程并在充分降低燃烧后的压力后排放气体，可获取燃烧过程中产生的所有可用能量（高热效率）。
现有发动机中，压缩行程量和膨胀行程量几乎相同。由于存在该情况，因此提高膨胀比的同时也将提高压缩比，从而不可避免地出现发动机爆震。这也限制了提高膨胀比所做的任何努力。为处理该情况，在压缩行程初期延迟关闭进气门，并使吸入气缸的部分空气返回至进气歧管。这可有效地延迟压缩，并在不提高实际压缩比的情况下获得较高的膨胀比。其中，膨胀比=(膨胀行程量+燃烧室容积)/燃烧室容积，压缩比=(压缩行程量+燃烧室容积)/燃烧室容积。
图1-3-6 2ZR-FXE发动机
1.3.2 混合动力汽车的分类
（1）按混合动力总成配置和部件的组合方式分
根据混合动力总成配置和部件的组合方式不同，一般把混合动力汽车分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车三类。
① 串联式混合动力汽车主要由发动机、发电机、驱动电机三大动力总成以串联方式组成HEV的动力系统，如图1-3-7所示。
图1-3-7 串联式混合动力系统示意
② 并联式混合动力汽车的发动机和电动机/发电机都是动力总成，两大动力总成的功率可以根据使用要求互相叠加输出，也可以单独输出，如图1-3-8所示。
图1-3-8 并联式混合动力系统示意
③ 混联式混合动力汽车在结构上综合了串联式和并联式系统的特点，主要由发动机、电动机/发电机和驱动电机三大动力总成组成，如图1-3-9所示。
图1-3-9 混联式混合动力系统示意
（2）按混合动力系统中混合度分
根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下五类。
① 微混合动力系统（BSG）。它是指在传统发动机基础上，加装皮带驱动启动电机，一般这个电机都为发电启动一体式发电机，用来控制发动机的启动和停止。代表的车型是PSA（标致雪铁龙）的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。
② 轻混合动力系统（ISG）。车辆可以在减速、制动等工况下进行能量回收，采用电机带动车辆，以节省燃油。一般ISG的混合度在20%以下。代表车型是通用的混合动力皮卡车。
③ 中混合动力系统。发动机为主要动力来源，大转矩助力电机作为辅助动力来源，与主要动力相连，可以在一定条件下加速时辅助发动机驱动车辆，这个比重一般为30%左右，目前技术已经成熟，应用广泛。本田旗下混合动力的Insight、Accord和Civc都属于这种系统。
④ 完全混合动力系统。丰田的Pius属于完全混合动力系统。该系统采用了272～650V的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使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。
⑤ 外接式充电混合动力汽车，又称插电式混合动力汽车或增程式混合动力汽车。它兼具了纯电动汽车和混合动力汽车的基本特征，在一定行驶里程内使用纯电模式驱动，超过这个里程就会启动发动机，采用混合模式驱动。