混合动力电动汽车分类

与普通汽车相比,HEV在一部车上搭载了两套动力总成,一套为内燃机发动机,而另一套为电动发动机。利用内燃机功率的调配，及能量转换与制动能量回收等手段达到节能减排的效果。混合动力汽车的分类可按动力传输路径、混合比例及是否可外部充电三种方式来进行。三种分类方式中，统一车型，可以即属于能量传递的串联模式，又属于具备外部充电功能的Plug-in插电混动车型。

按动力传输路径分类

混合动力汽车按驱动系统中，内燃机动力与电池动力的连接关系，分为串联式、并联式及混联式。

串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车的主要部件分别为发动机、发电机、电动机与动力电池等组件，以串联的方式组合。串联式混合动为汽车的工作原理及优缺点

发动机和发电机之间直接相连,两者协同工作，组成辅助动力装置(Auxiliary Po以er Unit),发动机做工并不能直接作用于驱动力上,而是经由发动机将汽油中的内能变为热能再进一步成为动能,作用于发电机,发电机将动能变成电量,储存于储能设备也就是车载动力电池组当中,接着利用车载动力电池组中的电能使电动机做工带动驱动轮工作,从而完成一整套动力系统的工作流程。串联式混合动为汽车只有一条能量传到路线,在串联式混合动力系统中，电动机代替了传统内燃汽车中的发动机,而电池则相当于传统内燃机汽车的"油箱"。而发动机的作用被大大弱化,当电池内电量不够时发动机才会起动参与做功通过发电机给电池充电,当电池电量充足时则不工作,仅相当于一个"加油员"起到增加串联式混合动力汽车续航里程的作用。故SHEV又被称作"增程式混合动力汽车"。

因其工作原理也就有了以下几个优点：由于其发动机不直接参与车辆驱动,故其工况可直接由ECU控制,从而使发动机长时间甚至永久处于最佳工作状态,既保证了高效能又保证了低排放(阿特金森循环)。其二，相对于并联式与混联式混合动系统而言，串联式动力系统结构较为简单,对整车布局位置要求最低,相对研发生产成本也就最低。

缺点也显而易见：因其只能通过电动机驱动车轮行驶,故电动机功率相对于并联式与混联式混合动力系统自然要大上不少,并且因为它多数时间处于纯电动状态，故对动力电池容量也有较大的要求,导致电池组总体重量较重,再加上发电零部件及其他配套部件，其整车重量较重不利于整车轻量化。再者因为串联式动力系统，汽车的发动机不能直接驱动汽车行驶,必须通过几轮的能量传导与转换，这其中自然包含了大量的能量损失。

并联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车的主要部件分别为发动机、电动-发电机与电池，三个主要组件由并联的排列布置方法进行组合。

并联式混合动力汽车的工作原理及优缺点:

不同于串联式混合动力系统,并联式混合动力系统中的发动机与电动机都可直接将动能传导至驱动轮上使汽车行驶。其工作状态有三种模式,分别为发动机单独工作直接将机械能传导至汽车的驱动轮；电动机独立工作时驱动汽车驱动轮使汽车行驶；和当并联式混合动力汽车需要较强的动力、较高的行驶速度时,并联布置的发动机与电动机可共同工作，将两者的能量叠加协同的输送至汽车的驱动轮上使汽车保持较高的行驶速度与较强的运动性。总体来说相对于串联式而言，并联式就是分别保有两套独立的动力总成,并且两套动力总成即可分别独立工作亦可协同工作同时提供汽车的驱动力。

并联式混合动力汽车因其工作原理拥有以下优点：并联式混合动力系统中的发动机可直接将能量传导至汽车的驱动轮,从而减少了像串联式混合动力汽车中的多次能量传导与转换，也就大大减少了过程中的能量损失；当发动机单独工作直接驱动车辆前进时,并联式混合动力汽车的能量损失与传统内燃机汽车基本一致。在并联式混合动力系统中的电动机既是电动机又是发电机,故起到了一个部件两种功能的作用,这样大大的降低了汽车生产的成本与整车结构布置的难度及整车车重。再者由于并联式动力系统中发动机可独立工作驱动车辆行驶,故对电池的容量要求大大降低,所以并联式混合动力汽车可搭载相对较小的电池,这样又再次降低了汽车生产的成本与整车结构布置的难度及整车车重。串联式混合动力汽车需要将所有能量经过转换才能保证电池内充足的电量,而并联式混合动力系统并不需要这样做,因此整车设计时可选取功率更小的电动机,也就更为经济,再次进一步降低了整车的生产成本与整车结构布置的难度及整车车重。与串联式相同的优点是并联式混合动力系统也可进行纯电动模式行驶,达到"零"污染"零"排放。

相对于众多的优点并联式混合动力系统的缺点也不容忽视：首先由于其电动机只是辅助发动机进行工作,造成其纯电状态下行驶速度低，续航里程短；相对于串联式混合动力系统,并联式混合动力系统因为多出许多组件造成了其结构系统更为复杂,对整车的量管理系统、设计结构布置能提出了更高的要求,造成了更大的困难。由于并联式混合动力系统中的发动机不能够像串联式混合动力系统中发动机那样长时间处于高效工作状态，也就对其发动机的工作模式与状态的调教优化提出了很高的要求。当然这一切都是燃油经济性作为研究前提的,现阶段市场上也存在大量并不省油的混合动力汽车，它们大多都是并联式混合动力汽车,它们的设计导向是为了纯粹的机械性能与车辆加速与极速的性能,它们更多是使用并联式混合动力系统中发动机与电动机协同工作的那段工作区间,使车辆突破传统内燃机汽车的理论极限，获得更好的驾驶性能。

混联式混合动力汽车

混联式混合动力汽车的主要组成部分分别是由能量分配单元、内燃机、动力电池组、电动机及发电机采用串联式与并联式共存的方式进行组合，混联式混合动力汽车的工作原理及优缺点:

不同于前两类混合动力系统的地方是,混联式混合动力系统具有一个动力分配系统(一般由行星轮组组成),这个动力分配系统将发动机所产生的动能进行分配,可全部作用于汽车驱动轮使车辆行驶,可全部作用于发电机进行对电池的充电,亦可进行精准的能量分配将一部分能量直接作用于车辆行驶,另一部分作用于发电机进行对电池的充电,而电池内电能当然也可驱动电动机带动车辆行驶。而整车PCU(Po以erControlUnit)功率控制单元则可通过调配发电机的工作状态等手段对发动机做功所产生的动力进行一个精准的分派。就是因为混联式混合动力系统这样的特性,即一方面可通过电池与电动机电动方式进行动力传导一一串联式,另一方面又能够使发动机通过机械传导渠道达到动力耦合的目的一一并联式,使此系统同时拥有串联式与并联式的工作状态,故称之为混联式混合动力系统。

串联式混合动力系统中发动机与动力驱动系统彻底分开只作为发电机的动力来源来讲,它造成了大量能量在转换与传导泣程中的损耗。并联式混合动力系统拥有了发动机直接驱动车辆行驶的能量,但与此同时对发动机工作状态的调教优化造成了相当大的难题,对燃油经济性与尾气排放问题都造成了巨大的难题。同时具备串联式与并联式混合动力系统的工作形态使混联式动力系统具有了下几个优势：结合两种系统中的优势,解决它们的问题,混联式混合动力系统保留了发动机直接作用驱动系统的能力,又保证了提供并联的驱动渠道,达到了一种综合化集成化的混合动力系统。

混联式混合动力的总体能量调配策略：当车辆低速行驶、速度较低或对动能需求较低时,整个系统采用串联式的工作状态,更多通过电动机作为驱动车辆行驶的主要动力。而在汽车速度较高且行驶状态稳定时,系统采用并联式的工作状态。所有混联式混合动力系统的优点也就是同时拥有了串联式与并联式混合动力系统的优点,既可保证发动机长时间处于最佳工况与最高效能区间或直接停机,也可使发动机做功的动能直接作用于驱动车轮行驶,不造成能量传导转换工程中的能量流损。将串联式与混联式混合动力系统的优点都发挥的淋漓尽致,达到了最大程度的燃油经济性要求与尾气排放要求。

在最新的欧洲行驶工况测试中,采用混联式混合动力系统的汽车达到了惊人的39%的燃油节省率。与此同时混联式还拥有相对于串联式混合动为系统更小的动力总成规模求,从而降低了生产成本与整车车重。

现阶段混联式混合动力系统的唯一缺点就是其由于采用两套动力系统需要搭载一些专口调配协同两套动力总成工作的组件,从而造成其整车布局难度高，研发成本高居不下；ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元即行车电脑与PCU(Po以er ControlUnit)功率控制单元的调控能力要求较高，在各个状态下采用的怎样的能量分配策略设计问题，开发难度较大。其中能量分配装置现阶段高效的设计思路只有通过行星轮组进行能力分配这一方法，这是丰田公司的技术专利，而其他方法，暂时还没有更好的替代出现。

按照混合度分类

混合度(hybridization R)就是一个混合动力汽车中搭载的电动机与发动机所占比例的大小，即电动机功率与电动机与发动机功率之和的比：

式中R—混合度;Pm—电动机的功率,k以；Pe—发动机的功率,k以。根据混合度的大小可将混合动力汽车(HEV)分为微混合动力、轻混合动力及全混合动力三类。

微混合动力汽车

混合度民小于10%的混合动力汽车,在该类HEV的混合动力系统中，电动机的功率很小,储能设备的容量也很小,通常采用AGM铅酸电池,主要的动能来源还是依靠发动机,电动机基本只在启动状态下工作,即作为发动机的启动机,当整车发动时协助发动机打火,或当车辆遭遇红灯或长时间蠕行时作为发动机自动启停装置工作。在车辆制动状态下，实现少量的能量回收(因其动力电池容量小),故这类混合动力系统也被称为启停混合动力系统。理论上能达到对燃油经济性8%左右的提升。像东风日产2015款楼兰2.5S/CHEV就属于典型的微混合动力汽车。

轻混合动力汽车

混合度大约在10%到35%之间的HEV,相对于微混合动力系统,轻混合动力系统中的电动机功率与储能设备容量都有所增大,通常采用镍氢电池等高效能电池,从而降低了车辆总动力对发动机独立工作的需要程度,其混合动力系统不仅工作于整车启动状态也能在车辆需要再加速与提高极速时帮助发动机协同工作。当然也能够实现更大程度的制动能量回收。其对整车燃油经济性帮助的理论数值为14%左右。像本田公司的混动版思域就属于这个类型的轻混合动力汽车。

全混合动力汽车

混合度大约在35%以上的HEV,相对于微混系统与轻混系统而言,全混合动力系统最显著的差别就是:搭载全混合动力系统的汽车能够实现电动机独立驱动车辆行驶的目的。从而在一些堵车、倒车、怠速、蠕行、低速、车辆启动等低功耗需求情况下整车可采用纯电动模式进行工作,当然也对全混合动力汽车的电动机功率与储能设备容量提出了高于前两种混合动力系统的要求。通常采用镍氢电池或锂离子电池,当然它除了拥有前两种混合动力系统的功能外，对制动能量回收的能力也大大加强了。这类混合动力汽车基本上能够达到对燃油经济性30%以上的提升效果。

丰田集团的大多数混合动力汽车基本上都属于全混合动力汽车,像丰田的普锐斯、凯美瑞混动版及卡罗拉雷凌双擎,与雷克萨斯的CT200hRX35h化等诸多车型。

按照是否可外接电源进行外部充电分类

无论混合动力技术如何发展进步都无法彻底摆脱对化石能源的依赖,所以有行业专家预言将来人类将大量使用纯电动汽车,而如今纯电动汽车面临的最大问题就是充电设施的不普及的问题,在传统混合动力汽车向纯电动汽车演化的过程中，重要的过度型产物插电式混合动力汽车就自然而然的产生了。

传统混合动为汽车HEV

传统的混合动力汽车(非插电式混合动力汽车)无需外接电源对整车所搭载的储能设备进行外部充电,而是通过在车辆行驶过程中通过PCU(Po以er Control Unit)功率控制单元调配发动机工作对动力电池进行充电,在不同形式路况与车辆状态下适时的采用发动机或电动机驱动车辆行驶,又或者通过ECU（Electronic Control Unit)电子控制单元调配发动机与电动机协同工作,达到提高燃油经济性的目的。

插电式混合动力汽车PHEV

开发插电式混合动力汽车的想法源于欧洲科学家的一份报告数据,大多数城市居民每日的生活半径(工作、学习、出行距离)都在六十公里以内,因此为了满足在这六十公里内的燃油经济性最佳以及城市内尾气排放最低,就需要混合动力汽车能够保持六十公里的纯电动EV模式,但对于无法外接电源进行充电的传统混合动力汽车(HEV)而言根本是不可能也不经济的,所以科学家就提出了开发插电式混合动力汽车(PHEV)的想法,在工作地点、学校以及人流密集处设立充电粧,就可以保证从家中前一晚用220V家庭用电充满的PHEV覆盖整个城市居民生活半径的要求,而在其他没有充电粧覆盖的地点或是长途行驶时,也不会像纯电动汽车那样失去行驶动力,依旧可以采用发动机消耗燃油与电动机协同工作。

Plug-in根据插电式混合动力系统结构形式的不同，又可以分为串联式、并联式、混联式和双模式四种类型，下面简单介绍这四种插电式混合动力系统的结构特点和优缺点。

1）Plug-in 串联混合动力系统

插电式串联混合动力汽车，也称为增程式电动汽车，相当于对纯电动汽车增加一套增程装置，其混合动力系统的结构如下图所示，主要由一个驱动电机、一套由内燃机、发电机构成的增程装置、传动装置、电机控制器、动力蓄电池组和外部充电接口等几个部件组成。

该混合动力系统结构的主要特点是：驱动电机是驱动车辆的唯一动力源，电机控制器将动力蓄电池组储存的电能和内燃机带动发电机发电产生的电能以电耦合方式实现动力耦合，最终通过驱动电机驱动车辆行驶。

2）Plug-in 并联混合动力系统

插电式并联混合动力系统是由两个或多个独立的驱动系统的联合，且每个驱动系统至少与一个车载能源连接。按驱动系统联合方式的不同，并联混合动力系统可分为单轴并联式、双轴并联式和单个驱动系统联合式三类。

典型的插电式双轴并联混合动力系统的结构如下图所示，主要由驱动电机、内燃机、动力耦合机构、传动装置、电机控制器、动力蓄电池组和外部充电接口等部件组成。该混合动力系统结构的主要特点是具有两个相对独立的驱动系统，即内燃机驱动系统和电机驱动系统，两个驱动系统既可以各自单独工作来驱动车轮，也可以联合驱动，以机械方式实现动力耦合。

3）Plug-in 混联混合动力系统

混联混合动力系统是一种特殊的混合动力系统，又称为动力分流系统。最典型的插电式混联混合动力系统为丰田普锐斯的混合动力系统，其结构如图 1.3 所示。该插电式混联混合动力系统主要由内燃机、电机 1、电机 2、行星齿轮动力分配机构、电机控制器、传动装置、动力蓄电池组和外部充电接口等几个部件组成。该混合动力系统的特点是利用一个单排行星齿轮机构将内燃机和两个电机的动力耦合在一起。单排行星齿轮结构可以实现无级变速器的功能，使整个动力系统效率较高，尤其是在城市驾驶循环工况。该混合动力系统最大的弱点是其恒定的扭矩分配导致汽车在高速巡航时动力系统效率较低。

4）Plug-in 双模混合动力系统

插电式双模混合动力系统是由串联、并联和混联这三种基本运行模式中的任意两种模式组合起来构成的，最典型的插电式双模混合动力系统由串联系统和并联系统组合而成，其结构如下图所示。该插电式双模混合动力系统主要由主驱动电机、内燃机、ISG 电机、动力耦合机构、传动装置、电机控制器、动力蓄电池组和外部充电接口等几个部件组成，其鲜明特点为运用了双离合器，通过双离合器的开合情况，可分别呈现出串联和并联的结构形式。此混动系统可充分利用双离合器，根据混动系统的最佳效率来决定系统工作在串联还是并联模式，从而使整车实现较高的燃油经济性并减少尾气排放。该结构的缺点是系统包含两套电机和两个离合器，相对复杂，其工作模式和控制策略也比较复杂。双模式混合动力系统凭借两个离合器，使系统多个能量源更加便于灵活组合和控制，比并联式和串联式具有更多的运行模式。

最 后

混合动力汽车，被认为是从传统燃油车向纯电动的过度产品，也有人对纯电的未来并不看好，认为如果不做认为干预，混动才是更适合实际需求的减排模式。但混动终究存在着几个先天的缺陷：

首先就是混动专利问题，没有更好的替代方案，混动将不敢大发展；其次，内燃机技术，从技术到材料以及加工工艺，其发展是线性的，并没有什么捷径去“赶超”世界先进水平，短时间内，内燃机相关技术必然影响国产混动的水平。最后，眼前的自动驾驶技术，以及不远的将来的无人驾驶，其基本实现形式就是以机器控制机器。从动力系统的可操控性角度考虑，燃油车以及更加复杂的混合动力，对于自动驾驶的实现都没有纯电动更加简易可靠。

来源：动力电池技术