一、  混合动力电动汽车技术的定义和分类

（一）  混合动力电动汽车的定义

    从狭义上讲，混合动力电动汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称 HEV)  是指同时装备两种动力源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力电动汽车上使用电机，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，而发动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电动汽车通常是指既有蓄电池可提供电力驱动，又装有一个相对小型内燃机的汽车。是一种因为推广电动汽车的时机不成熟，而开发的一种折衷的技术。
    从广义上来讲，混合动力电动汽车指的是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，目前应用最多的是电混合系统。

    根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有两种以上能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。根据这个定义，混合动力电动汽车有很多种形式，为了避免混淆，业内通常用内燃机和蓄电池动力混合的车辆来代表混合动力电动汽车，把燃料电池与蓄电池的混合车型称为燃料电池电动汽车，而把蓄电池与电容器动力混合的车辆称为超级电容器辅助动力电动汽车等。 
（二）  混合动力电动汽车的分类

   （1）按照推进系统能量流和功率流的配置结构关系或动力传输路线分类分为： 

    ·串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)

    串联式混合动力系统：发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。尽管串联式混合动力的结构简单，但它需要三个驱动装置：发动机、发电机和电动机。因而该种混合方式的车辆的效率通常较低。如果串联式混合动力车设计时考虑到要爬长坡，那么提供最大功率的驱动装置的尺寸就会较大；如果用作短途运行，如当通勤车或购物车，相应的内燃机/发电机装置应采用较低的功率。

    ·并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV)

    并联式混合动力系统：采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或者发动机和电动机混合驱动三种工作模式。当发动机提供的功率大于车辆所需驱动功率时或者当车辆制动时，电动机工作于发电机状态，给蓄电池充电。与串联式混合动力相比，它只需要两个驱动装置，即发动机和电动机。而且，在蓄电池放完电之前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式的发动机和电动机的尺寸要小。

    · 混联式(串并联)混合动力汽车(Series-parallel Hybrid Electric Vehicle，SPHEV)

    混联式混合动力系统：在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。尽管综合了串、并联的优点，但其结构复杂，成本高。然而，随着控制技术和制造技术的发展，一些现代混合动力电动汽车更倾向于选择这种结构。

    ·复合式混合动力汽车(Complex Hybrid Electric Vehicle，CHEV)

    复合式混合动力系统：其结构与混联式相似，二者主要区别是复合型中的电动机允许功率流双向流动，而混联式中的发电机只允许功率流单向流动。双向流动的功率流可以有更多的工作模式。复合式混合动力电动汽车同样具有复杂、成本高的缺点，不过，现在有些新型的混合动力电动汽车也采用这种双轴驱动的复合式系统。

    （2）按照两种不同的能量的搭配比例不同，混合动力车辆则有四种类型，即：

    · 微混合，也称为“起－停混合”（Micro hybrids）

    在微混合动力系统中，电机仅作为内燃机的启动机/发电机使用。现在通常使用的启动机/发电机系统是指在传统内燃机的启动电机（一般为 12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的 Belt-alternator Starter Generator，简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，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。

    · 轻混合，也称辅助驱动混合（Mild hybrids）

    与微混合相比，驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例增大，内燃机功率的比例相对减少。通常，此种混合动力系统采用集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称 ISG系统），车辆还是以发动机为主要动力来源，助动电机被安装在发动机和变速器之间，作为辅助动力来源与主要动力相联。当行驶中需要更大驱动力时，它被用作电动机。当需要重新启动熄火的发动机时，它被用作为一个起动机。其能够实现：在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；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。

    ·全混合（Full hybrids）

    全混合动力系统是指既可以使用汽油引擎或电动机单独驱动车辆也可以同时使用两种动力的汽车。它们普遍采用大容量电池以供给电动机做纯电动模式运行，同时还具有动力切换装置用以发动机、电动机各自动力的耦合和分离。在起步、倒车、缓加速（如频繁起步-停车）、低速行驶等情况下，车辆可以纯电动模式行驶；急加速时，电机和内燃机一起驱动车辆，并具有制动能量回收的能力。与轻混合系统相比，驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例更大，内燃机功率的比例更小。

    ·插电式混合（Plug－in hybrids）

    插电式混合动力系统通过接入家用电源为系统中配备的充电电池充电，充电后可仅凭充电电池作为电动汽车行驶。另外，在充电电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，继续用电动机行驶，从而形成了串联方式的插电式混合动力车。这种混合动力汽车比全混合动力汽车有较长纯电动行驶里程。该系统电机功率比例与纯电动情况基本相同（或稍小），内燃机功率比例与全混合系统基本相同，电池容量一般比全混合系统的大，比纯电动车辆的小。

    （3）按照运行模式的不同，混合动力车分为：

    ·单一模式混合动力

    ·双模式混合动力（Two-mode Hybrids）

    双模式混合动力系统的核心实质上是一个电控可调变速箱。它利用现有的传动系统，配有两个电动机，可以在两种混合动力运行模式之间实现自如切换。

    第一种模式适用于低速度和负荷较小的情况，这时汽车可以按照三种方式操控：仅使用电力驱动，或仅使用发动机驱动，或发动机和电力驱动的任意组合。如果在交通拥挤，时停时走的状态下，仅使用电力驱动，延长发动机的关闭时间，则可以实现完全意义上的节油。

    第二种模式主要适用于高速公路驾驶，除电力驱动辅助外，发动机可以在必要时启动全部 8个汽缸，比如超车、拖载或爬坡时。第二种模式整合了尖端电子控制技术，Active Fuel ManagementTM 随选排量技术、凸轮调整以及进气阀延迟启闭系统，使发动机的动力输出更加灵活、有效。

    在双模式混合动力系统下，精准的控制机构将决定汽车在特定的行驶状态下采用何种驱动方式。控制机构输入功率将取决于行驶时所需的扭矩，并向发动机和电动机发出相应的指令。发动机和电动机将扭矩传送到变速箱中的一系列齿轮，利用与传统自动变速箱类似的原理将扭矩放大，从而推动汽车前进。但与传统的持续型可变变速箱不同的是，双模式混合动力电子控制系统并不使用皮带或传送带。两种模式之间是同步切换，即切换模式时无需改变发动机速度，从而实现平稳加速。

    （三）  混合动力电动汽车控制策略

    由于各种混合动力电动汽车结构上的差异，因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流在不同元件间的流动，其目的是为了达到以下四个主要目标： 
    -  最佳的燃油经济性

    -  最低的排放

    -  最低的系统成本

    -  最好的驱动性能 
    混合动力电动汽车控制策略的设计主要考虑以下几点： 
    （1）  优化发动机的工作点：基于最佳燃油经济性、最低排放或者二者选其一，根据发动机的转矩/转速特性曲线确定最优工作点；

    （2）  优化发动机的工作曲线：如果发动机需要发出不同的功率，相应的最优工作点就构成了发动机的最优工作曲线；

    （3）  优化发动机的工作区：在转矩/转速特性曲线上，发动机有一个首选的工作区，在此工作区内，燃油效率最高；

    （4）  最小的发动机动态波动：应控制发动机的工作转速以避免波动，从而使发动机的动态波动达到最小；

    （5）  限制发动机最低转速：当发动机低速运行时，燃油效率很低，因而当发动机转速低于某一下限值时，应关闭发动机；

    （6）  减少发动机的开/关次数：频繁地开/关发动机，引起油耗和排放增加；

    （7）  合适的蓄电池荷电状态：蓄电池的容量须保持在适当的水平，以便在汽车加速时提供足够的功率，在汽车制动或下坡时能回收能量。若蓄电池的容量过高，应关闭发动机或使之怠速运转；

    （8）  安全的蓄电池电压：在放电、发电机充电或制动回收充电时，蓄电池的电压挥发生很大变化，应避免蓄电池电压过低或过高，否则蓄电池会产生永久性破损，因而蓄电池管理很关键；

    （9）  分工适当：在驱动循环中，发动机和蓄电池应合理分担汽车所需功率；

    （10） 在某些城市或地区混合动力电动汽车以纯电动模式工作效率最高，这种转变可以通过手动或自动来实现。 

    二、国内混合动力电动汽车整车系统匹配技术方案介绍

    根据参加国家 863 电动汽车研发项目的调查情况，我国混合动力电动汽车整车系统匹配技术方案主要包括：起-停式微混合，辅助驱动轻混合，和主副电机中度混合三种。EVT 等全混合和 PLUG-IN 混合动力技术的研究开始受到关注。

    下面举例介绍国内出现的混合动力整车系统匹配技术方案，以及方案的特点。 
    （一）轿车 
    【技术方案 1】

    【方案特点】

    ·微混合（启-停混合）

    ·BSG系统具有简单、重量轻，对整车原有结构改动很小，成本低的优势

    ·可实现 5%~10%的节油效果

    【技术方案 2】

    【方案特点】

    ·并联

    ·ISG技术

    ·永磁直流电机

    【该方案下的车辆性能指标】

    【技术方案 3】

    【方案特点】

    ·并联、单轴式轻度混合

    ·结构精减

    ·对电池的依赖性较小

    ·对于整车的改动比较少，比较容易实现

    ·技术较成熟

    ·性价比较高

    【该方案下的车辆性能指标】

    【技术方案 4】

    【方案特点】

    ·将主电机在变速器输出轴与发动机的动力进行混合 
    【该方案下的车辆性能指标】

    ·其最高车速为：160km/h；

    ·0-100km/h 加速时间达到 14s

    ·NEDC 工况燃料消耗 4.9L/100km

    ·排放性能优于欧Ⅱ标准

    【技术方案 5】

    【方案特点】

    ·双电机全混合

    【该方案下的车辆性能指标】

    【其他方案】