“混合”一词是指两种不同事物之间的混合和融合。在汽车工业中，混合动力用于描述车辆的动力总成。甲混合动力电动汽车（HEV）是其使用用于推进两个混合动力电动汽车都使用汽油（汽油）发动机和电动机的组合。

混合动力汽车有多种类型，例如：混合动力飞行器，混合动力汽车等，但是在这里中，我们将仅着眼于混合动力电动汽车。

图片：混合动力汽车原理

从工作原理来看，混合动力汽车使用2个能源和2个能量转换器。这些法律规定了混合动力电动汽车的工作方式：

• 有一次能源（1）和二次能源（2）
• 有一个初级能量转换器（1）和一个次级能量转换器（2）
• 对于混合动力汽车，主要能源是燃料箱，次要能源是电池
• 一次能源比二次能源具有更多的能量含量
• 能量可以从一次能源转移到二次能源，反之亦然
• 能量从一次能源向二次能源的转移是通过能量转换器完成的
• 对于混合动力汽车，一次换能器是内燃机，二次换能器是电机（电动机/发电机）
• 车辆的一部分动能只能在制动期间通过次级能量转换器来回收并存储在次级能量源中
• 两个能量转换器都可以同时向车轮施加牵引

混合动力电动汽车（HEV）同时使用涡轮和至少一台电机进行推进。

混合动力电动汽车发展的三个主要驱动因素：

• 减少燃油消耗和CO 2排放
• 减少废气排放
• 通过增加聚碳酸酯和功率输出来改善车辆动力学

混合动力汽车的类型

程度油耗或车辆动力学的改善取决于混合动力的水平。混合动力电动汽车是内燃机汽车（ICEV）和电池电动汽车（BEV）之间的混合动力。电池中包含的能量水平和电机的功率决定了混合动力电动汽车的水平（类型）。

有关混合动力汽车类型之间更详细的比较，请阅读文章了解微型，轻度，全动力和插电式混合动力汽车。

不同能源的比例和不同推进装置的比例决定了混合动力汽车的类型。

图片：车辆类型的能量源和推进装置

缔结总结了不同类型的混合动力汽车。

类型能量源推进装置特色ICEV（宝马车）– 100％的燃料（汽油/汽油，柴油）– 100％宝马–常规车辆mHEV（微型混合动力汽车）– 99％的燃料（汽油/汽油，柴油）– 1％的电能– 100％宝马–能够将电池能量用作电气系统，而无需从交流发电机中汲取功率–可以通过在车辆减速期间提高充电率来修改低压电池（12 V）的充电曲线MHEV（轻度混合动力电动汽车）– 80-90％的燃料（汽油/汽油，柴油）– 10-20％的电能– 80-90％的引擎– 10-20％的电动机–电机可以在车辆加速阶段提供额外的重量–电机可以在车辆减速期间回收电能–具有两个电网和电池，一个低电压（12 V）和一个高压系统（48-150V）–具有DCDC转换器以在低压网络和高压网络之间进行能量交换–具有高压电机，通常由变频器逆变器控制HEV（混合动力汽车）– 70-80％的燃料（汽油/汽油，柴油）– 20-30％的电能– 70-80％的发动机– 20-30％的电动机–除MHEV特性外，–车辆可以以EV模式转换–高压系统可以达到300-400V–高压电池具有更高的能量含量–电机具有更高的功率输出PHEV（插电式混合动力汽车）– 60-70％的燃料（汽油/汽油，柴油）– 30-40％的电能– 60-70％的发动机– 30-40％的电动机–除HEV特性：–高压电池可从电网充电–车辆可在EV模式下行驶长达50-60 km–高压电池具有更高的能量含量–电机具有更高的功率输出REEV（范围扩展器电动车）– 80％的电能– 20％的燃料（汽油/汽油）– 100％电机–可以主轴是串联混合动力–内燃机仅利用发电机–附加的发电机连接到内燃机BEV（电池电动车）– 100％电能– 100％电机–全电池电动汽车燃料电池电动汽车– 50％电池电量– 50％电池电量– 100％电机–燃料电池利用能量转换器–使用氢罐作为附加能源

观察：一个电机可以是电动机或发电机，视情况状况。当车辆加速且电机向车轮提供变速箱时，它就成为电动机。在车辆减速（制动）期间，电机变速箱发电机的动能转换为电能，从而为电池充电。

在这是可能的，因为这样的事实：电能可以使用缩短的时间，也可以在更高的车速下使用。

微型混合动力汽车的油耗改进最小，而插电式混合动力汽车的油耗改进最大。

图片：混合动力等级的燃油经济性功能

信誉：[1]

一个 混合动力电动汽车（HEV）也知道作为 全混合或 自充电混合动力车。完全混合动力来自与MHEV分类可以在纯EV模式下驱动HEV的事实。中，电池仅在船上，通过内燃机或在能量回收期间进行充电。相反，PHEV中的高压电池可以从电网中充电。

公认概述了混合动力电动汽车的主要功能，即混合动力等级[6]。

重要性混合型电动汽车电动汽车混合动力车插电式混合动力车发动机怠速停止/启动••••能量回收••••电动血浆辅助•••电动驾驶••电网充电•

混合动力电动汽车（HEV）架构

从能源和推进装置的角度来看，混合动力电动汽车是传统ICEV和BEV的混合体。

在由发动机驱动的车辆中，所有用于推进的能量都存储在燃油箱中。通过燃油供应管道，燃油被供给至发动机，发动机与变速箱一起为驱动轮提供动力。

图片：车辆动力总成架构– ICE

图片：车辆动力总成架构– EV

在纯电池电动汽车中，所有用于推进的能量都存储在高压电池中。通过电源线，能量与传动装置一起馈入电动机，为驱动轮提供动力。

有几种方法可以组合发动机，电动机（电动机/发电机）和高压电池。使用了基本上基本的混合动力电动汽车架构：

• 混合动力车系列
• 平行混合动力车
• 分离式混合动力车
• 串并联混合动力车

在系列混合动力汽车中，发动机从不直接为车辆提供动力。取而代之的是，发动机驱动发电机，发电机可以为电池充电或为驱动车轮的电动机。

图片：车辆动力总成架构– HEV系列

HEV系列是较简单的类型，其中只有电动机提供所有的推进力。机载的小型内燃机驱动发电机，发电机补充了高压电池，并且当充电状态（SOC）最小阈值以下时可以进行除发动机和发电机之外，推进系统与BEV中的相同，从而使电动机功率要求与BEV中的相同。

混合动力汽车的优点是：

• 发动机发电机组包装和位置的一体化
• 简单的传动系统
• 内燃发动机的简单控制策略（以最经济的速度和流量计运行）

一级混合动力汽车的缺点是：

• 需要额外的电机（发电机）
• 在没有发动机帮助的情况下，电动机的设计必须能够满足车辆可能需要的最大持续功率，例如在爬坡时；但是，车辆大部分时间都在最大功率以下运行
• 所有三个传动系统组件都需要设计成最大功率，以实现长距离，持续，高速驾驶；这是必需的，因为电池会很快替换，从而使引擎通过发电机提供所有动力

在并联混合动力汽车中，内燃机与变速器以及电动机相连。因此，发动机和电机（发电机/电动机）都可以为车轮供电，并随着行驶条件的变化来回切换。

图像：车辆动力总成架构–平行HEV

在并联混合动力汽车中，发动机和电动机可以通过单独的离合器连接至驱动轴。并行混合动力汽车中的电动机的动力要求低于BEV或串联混合动力汽车，因为涡轮补充了车辆的总动力要求。力可以由发动机，电动机或并联的两个系统提供。

并行HEV的优点是：

• 它只需要两个推进组件：发动机和电机（电动机/发电机）
• 对于短途旅行，假设电池从未更换，则它们的额定功率都可以提供最大功率的一半。对于长途旅行，在电池容量减少之前，可以使用较小的发动机和较小的电动机来获得相同的性能。旅行，可以将发动机额定为最大功率，而将电动机/发电机额定为最大功率的一半甚至转速。

双重HEV的缺点：

• 控制复杂性显着着增加，因为必须从两个并行电源调节和混合功率流
• 来自发动机和电动机的动力混合需要复杂的变速箱。

在分体式混合动力汽车中，发动机驱动一个轴，而电动机驱动另一个轴。发动机和电气部件之间没有连接，只有“通过道路”连接。

图片：车辆动力总成体系结构–混合动力汽车

在分体式HEV架构中，发动机和电动机都可以在不同的轴上同时为车辆提供动力。如果电池需要充电，则发动机将提供必要的压缩机，以推动和旋转独立轴上的电机（发电机）。

与平行式混合动力汽车比例，分离式混合动力汽车的优点是传动简单，因为电机位于单独的车轴上。缺点是，在给电池充电时会浪费大量电能，因为它是“通过道路”传输的，因此能源效率效率。

对于实用的公路车辆，最佳的体系结构是串联和并联的HEV配置的组合。在这种串联的HEV架构中，发动机还用于电池充电并为驱动轮供电。

图片：串联-平行混合动力总成

在串联并联的混合动力汽车中，动力分配装置（PSD）根据转换条件将动力从ICE通过驱动轴和发电机分配给前轮。通过发电机的功率还用作高压电池充电。电动机还可以将平行于发动机的动力传递到前轮。

对于短时的速度，动力从发动机和电动机传递到驱动轴。中央控制单元使用来自各种传感器的多当使效率最大化时，应尽量减少使用发动机为高压电池充电。在对电池充电和放电时以及在通过逆变器的功率流中，能量总是会丢失。

图片：混合动力总成系统比较

信誉：[2]

串并联混合架构结合了串联和并联混合动力汽车的优势。因此，它是生产混合动力电动汽车最常用的架构。

混合动力汽车（HEV）的优势

与传统的ICEV基准，混合动力汽车具有以下优点：

• 减少能量损失：混合动力系统自动停止发动机的空转（空转停止），从而减少了通常会浪费的能量
• 能量回收：通常会在减速和制动过程中浪费为瞬态的车辆动能，作为电能回收，以后由电动机使用
• 电动机辅助：电动机在瞬态运行（加速）过程中为发动机提供辅助，从而改善了动态响应并减少了废气排放
• 高效发动机运行：通过将电机利用电动机或发电机，可以将发动机工作点（氧化物和速度）保持在最经济的区域
• 纯电动驾驶：低速行驶时，车辆可以以EV模式行驶，因此废气排放和燃油消耗为零

由于该优点，电动机可以在加速阶段辅助ICE，并在短时间内提供额外的补偿。

图片：HEV动力总成对瞬态车速的影响

图片：混合动力总成动态响应

信誉：[4]

发动机内燃可以在稳态（恒定扭矩和速度）或过渡状态（可变扭矩和速度）下运行。过渡运行在车辆加速和减速期间发生。减速阶段通常是踩下加速踏板，因此在燃油切断操作（不燃烧）中。车辆加速阶段需要发动机增加重量和速度，这对燃料消耗和/或废气排放具有排放影响。在这种情况下，电动机非常有用，因为它可以传递驾驶员所需的部分氧化物，尖端发动机更高效地运转。

丰田混合动力系统（THS）

丰田普锐斯（Toyota Prius）是首批也是最具标志性的混合动力电动汽车（HEV），它具有串并联混合动力系统。丰田的混合动力总成被称为丰田混合动力系统（THS），它结合了一个内燃发动机，两个电机，一个动力分配装置（行星齿轮）和一个减速齿轮。

图片：丰田混合动力总成

图片：丰田混合动力总成–组件

THS有多个版本，在这里中，我们将重点介绍THS II，解释其组件及其工作方式。THSII的主要组件是：

• 高效汽油发动机（在阿特金森循环中工作，这是一个高膨胀比循环）
• 永磁交流同步电动机
• 永磁交流同步发电机
• 高压镍氢（Ni-MH）电池
• 电力电子控制单元
• 动力分配装置（行星齿轮组）
• 金属链和减速齿轮

功率电子控制单元除了用于在交流电和交流电之间进行转换的AC-DC逆变器外，还包含一个高压电源电路，用于将电动机和发电机的电源系统的电压提高到500 V的高压。电动机和发电机以及混合电池的直流电。其他关键组件包括动力分配装置，该动力分配装置通过分配和组合它们来传递来自发动机，电动机和发电机的机械变速器。功率控制单元可以精确地高速控制这些组件，以使它们能够高效协同工作。

混合动力电动汽车（HEV）驾驶模式

而且，在车辆减速期间，车辆的动能可以被回收并通过发电机转换成电能。所有这些情况都给混合动力汽车的行为带来了复杂性，特别是在车载能量管理方面。

完全总结了丰田普锐斯的主要驾驶模式，但对于大多数混合动力汽车而言，它们是标准的。根据HEV架构，驱动（操作）模式可能会有所不同，但不一定完全相同。

电流描述

图片：THS操作模式–启动费用

启动充电

根据电池的充电状态，在车辆启动时，ICE可能会启动并为电池充电。在变速箱中进入驱动模式之前，此模式可用。

图片：THS操作模式– EV驾驶

EV行驶的

ICE处于关闭状态，电池为车辆的发射和转移提供了所有必要的能量。此模式仅在有限的时间可用，并且车速小于15-25 kph。此模式在反向中也可用。

图片：THS操作模式–发动机和电动机驱动

发动机和电动机驱动器

在最低的车速和预燃器要求下，发动机为驱动轮提供部分柴油，为发电机提供部分柴油。

图片：THS操作模式–发动机驱动和电池充电

驱动发动机状语从句：电池产品充电

在较低的车速状语从句：驱动扭矩要求下，如果电池的充电状态低，则发动机将为车辆推进和电池充电提供扭矩。在此模式下，电动机不输出任何扭矩以节省电能并给电池充电。

图片：THS操作模式–发动机和电动机驱动以及电池充电

发动机和电动机驱动以及电池充电

在此模式下，发动机同时为驱动轮提供电压，为发电机提供模块化以为电动机产生电能并为电池充电。

图片：THS操作模式–全功率

完全加速

在加速踏板强制降档的情况下，发动机为驱动轮和发电机提供变速，而电池则为电动机提供动力。在这种模式下，发动机和电动机均提供最大体积。

图片：THS操作模式–能量回收

能量回收

在车辆减速期间（踩下加速踏板抬起或踩下制动踏板），电动机将成为发电机，转化为车辆的动能转换为电能，从而为高压电池充电。

概要

顾名思义，混合动力汽车将任何两种动力源结合在一起进行车辆行驶。在该通用定义内的一种特殊情况下是混合动力电动汽车（HEV）。将纯电动汽车（EV）和传统的纯内燃机汽车（ICEV）的组件结合在一起，即可获得混合动力汽车。

参考文献

[1]约翰·米勒（John M. Miller），混合动力推进系统：汽油电强混合

动力系统，2005年。[2]丰田混合动力系统– THS II，丰田汽车公司，2002年。

[3]克里斯·米（Chris Mi），混合动力汽车的新兴技术，密西根大学迪尔伯恩分校。

[4] Christoph Luttermann，《新宝马Active Hybrid 5的全混合动力总成》，中国亚琛，2011年。

[5]伊克巴尔Husain的，电动和混合动力汽车设计基础，CRC出版社，2005年。

[6]博世汽车手册，第9版，威利（Wiley出版社），2014年。