2.1 混合动力汽车的类型与特点
2.1.1 混合动力汽车的定义与分类
（1）混合动力汽车的定义
从狭义上讲，混合动力汽车指同时装备两种动力源——热动力源（传统的汽油机或柴油机）与电动力源（蓄电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电动机，使动力系统可按整车的实际运行工况要求灵活调控，同时使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，以降低油耗与排放。
从广义上讲，混合动力汽车指装备有两种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源，它能提供稳定的动力输出，满足汽车稳定行驶的动力需求，内燃机是目前的首选。另外还有一个辅助驱动装置，它具有良好的变工况特性，能进行功率平衡、能量再生与存储，目前应用最多的是电混合系统。
混合动力汽车一般由发动机、驱动电动机和辅助电源3大部分组成。
1）发动机。发动机是混合动力汽车的主要动力源，可以广泛地采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。采用不同的发动机就可以组成不同的混合动力系统。
2）驱动电动机。驱动电动机是混合动力汽车的辅助动力源。混合动力汽车的驱动电动机可以是交流感应电动机、永磁电动机、开关磁阻电动机、直流电动机和特种电动机等。随着技术发展，直流电动机已经很少采用，多数采用感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。发动机的动力和驱动电动机的“混合”是混合动力汽车动力“混合”的另一种形式。采用不同的电动机可以组成不同的混合动力系统。
3）辅助电源。混合动力汽车可以装备各种不同的蓄电池和超级电容等作为辅助电源。只有在混合动力汽车起动发动机或电动机辅助驱动时才使用。
（2）混合动力汽车的分类
混合动力汽车分类方法较多，这里主要介绍6种分类方法，见表2-1-1。
表2-1-1 混合动力汽车的分类
（续）
2.1.2 混合动力汽车的特点
混合动力汽车将内燃机、电动机、能量存储装置（蓄电池）等组合在一起，通过参数匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足。混合动力汽车是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。
相较传统的内燃机汽车，混合动力汽车具有如下优点：
1）可使内燃机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了内燃机变工况下的不良运行，使内燃机的排放和油耗大为降低。
2）在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动汽车，实现零排放。
3）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的内燃机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放。
相较纯电动汽车，混合动力汽车具有如下优点：
1）由于有内燃机作辅助动力，蓄电池的数量和质量可减少，因此汽车自重可减小。
2）由于采用辅助动力驱动，混合动力汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平。
3）借助内燃机的动力，可驱动空调、真空助力器、转向助力器及其他辅助电器，不用消耗蓄电池组有限的电能，从而保证了驾驶和乘坐的舒适性。
表2-1-2对不同类型的混合动力汽车在燃油经济性、尾气排放和控制难易程度等方面做了比较。
表2-1-2 不同类型的混合动力汽车类型的比较
表2-1-3对不同类型的混合动力汽车在驱动模式、传动效率、整车布置、适用条件等方面进行了比较。
表2-1-3 不同类型的混合动力汽车特点的比较
2.1.3 插电式混合动力汽车
插电式混合动力汽车又称外接充电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid-Electric Vehicle，PHEV）。
PHEV是在混合动力汽车上增加了纯电动行驶工况，并且加大了动力电池容量，使PHEV采用纯电动工况可行驶50～90km，超过这一里程，则必须起动内燃机，采用混合驱动模式。PHEV的动力电池容量一般达5～10kW·h，约是纯电动汽车动力电池容量的30%～50%，是一般混合动力汽车动力电池容量的3～5倍，可以说它是介于混合动力汽车与纯电动汽车之间的一种过渡性产品。
与传统内燃机汽车和一般混合动力汽车（HEV）对比（表2-1-4），PHEV更多依赖动力电池驱动汽车，因此其燃油经济性进一步提高，二氧化碳和氮氧化物排放更少。
表2-1-4 内燃机汽车改为HEV和PHEV后的性能对比
插电式混合动力汽车从结构上可分为串联式、并联式和混联式三种。
串联插电式混合动力汽车结构如图2-1-1所示。串联插电式混合动力汽车只依靠电动机驱动行驶，发动机仅作为动力源。典型的串联插电式混合动力汽车，如通用公司研发的雪佛兰沃兰达增程型电动车。
并联插电式混合动力汽车结构如图2-1-2所示。该结构承续了中混、强混型油电混合动力汽车的设计思路，由可连接电网的充电器为动力电池充电，通过动力电池向电动机供电作为动力输出的一条路径，另一条路径是由内燃机单独向传动系统传输动力。典型的并联插电式混合动力汽车，如本田雅阁和思域混合动力版等。
图2-1-1 串联插电式混合动力汽车结构
混联插电式混合动力汽车结构如图2-1-3所示。混联插电式混合动力系统的特点在于电动机驱动系统和内燃机系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星齿轮式结构接合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。低速时，只靠电动机驱动行驶，速度提高时发动机和电动机配合驱动。与并联系统相比，混联系统可更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电动机的运转，因此结构较为复杂。典型的混联插电式混合动力汽车，如比亚迪的F3DM双模电动车。
图2-1-2 并联插电式混合动力汽车结构
图2-1-3 混联插电式混合动力汽车结构
2.1.4 混合动力汽车的关键技术
混合动力汽车是集汽车、电力驱动、自动控制、新能源及新材料等技术于一体的高新集成产物，它的研究涉及多个领域，其关键技术主要有动力电池及动力电池管理、电动机、发动机和整车能量管理等。
（1）动力电池及动力电池管理系统
与纯电动汽车的工作状况不同，混合动力汽车上的动力电池组常处于非周期性的充放电循环。这就要求动力电池必须具有快速充放电和高效充放电的能力，即混合动力汽车所用动力电池在具有高能量密度的同时，更重要的是要具有高功率密度，以便在加速和爬坡时能提供较大的峰值功率。动力电池的性能和寿命与其充放电历史、工作温度等因素密切相关，过充电和过放电会严重影响动力电池性能，甚至造成动力电池损坏。因此，通过动力电池管理系统对动力电池工作过程和工作环境进行监控，进行准确的剩余电量预测和电量、电压标定，对提高动力电池能效、延长动力电池使用寿命具有非常重要的意义。
（2）电动机
电动机是混合动力汽车的驱动单元之一，其选用原则为性能稳定、质量轻、尺寸小、转速范围宽、效率高、电磁辐射量小、成本低等。另外，电动机的峰值功率要具有起动发动机能力、电驱动能力、整车加速能力、最大再生制动能力等。目前，混合动力汽车使用的电动机主要有直流永磁电动机、永磁无刷同步电动机、交流异步电动机、开关磁阻电动机等。在交流电动机中，最具代表性的是交流感应电动机，而这种电动机的结构决定了其功率和效率之间的矛盾很难解决，应尽量采用具有高效率、高功率密度、结构紧凑的永磁电动机、开关磁阻电动机等先进电动机。
（3）发动机
由于混合动力汽车用发动机工作时会频繁起停，为满足排放标准，发动机的设计目标从追求高功率变为追求高效率，并将功率的调峰任务交由电动机承担。
（4）动力耦合装置
在并联和混联系统中，机械的动力耦合装置是耦合发动机和电动机功率的关键部件，它不仅具有很大的机械复杂性，而且直接影响整车控制策略，因此是混合动力系统开发的重点和难点。目前采用的动力耦合方式有转矩结合式（单轴式和双轴式）、转速结合式和驱动力结合式。
（5）驱动系统控制
串联式混合动力汽车上，电力驱动是唯一的驱动模式，因此控制系统比较简单。并联、混联混合动力汽车驱动系统中有发动机和电动机两个动力源，两个动力源存在多种配合工作模式，如纯电动、发动机驱动、发动机驱动+电动机辅助、发动机驱动+发电机充电等。根据汽车行驶需要，动力系统在这些工作模式间自动切换。驱动系统的控制策略要能通过实时分析汽车的行驶状况、发动机和电动机的转矩特性及动力电池SOC等信息，决定混合动力汽车的工作模式，确定发动机与电动机的合理工况点。即需要对混合动力汽车驱动系统的起步、模式切换、换档等动态过程进行控制。
整车系统集成关键技术包括：
动力系统参数匹配。
整车能量控制系统。
再生制动系统。
车用数据总线。
先进车辆控制技术。
关键零部件技术主要包括：
混合动力汽车用发动机。
驱动电动机及其控制技术。
动力电池及其管理系统技术。
混合动力汽车用自动变速器技术。
当前混合动力所面临的主要技术问题包括：
提高能量存储装置（动力电池）的比功率和寿命。
建立更先进、更有效的电子控制和检测系统。
电子器件必须减小尺寸、减轻质量。