混合动力驱动方式、简介

混合动力汽车的驱动方式

混合动力汽车的定义

国际电子技术委员会(International Electro-technical Commission，简称IEC)对混合动力车辆的定义为：“在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。其中至少有一种存储器或转化器要安装在汽车上。混合动力电动汽车（HEV）至少有一种能量存储器、能量源或能量转化器可以传递电能。串联式混合动力车辆只有一种能量转化器可以提供驱动力，并联式混合动力车辆则不止一种能量转化器提供驱动力。”

混合动力汽车的驱动类型

根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。

二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。

三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius采用的是混联式联结方式。

根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，

也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：一是微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(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，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种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。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。

二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机(也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统)。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：(1)在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收;(2)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。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。

三是中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右，目前技术已经成熟，应用广泛。

四是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima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%。技术的发展将使得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。

、串联式混合动力电动汽车(SHEV)

、串联式混合动力电动汽车的结构

串联式混合动力电动汽车由发动机、发电机、电池组、驱动电机和控制器主要部件组成。发动机仅仅用于发电，发电机所发出的电能供给电动机，电动机驱动汽车行驶。发动机和发电机集成组成一个系统，即辅助动力单元，当发动机发出的功率超过汽车行驶所需要的功率时，发电机发出的部分电能向电池充电，来延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。

、串联式混合动力电动汽车的驱动模式

在串联式混合动力电动汽车上，由发动机带动发电机所产生的电能和电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶，电动机是唯一的驱动模式。串联式HEV 驱动系统的结构图如下图所示。只有电动机直接与驱动桥相连接（这一点与纯电动汽车相同），而发动机与发电机直接连接产生电能，来驱动电动机或者给蓄电池充电。汽车行驶时的驱动力由电动机来输出，它将储存在蓄电池中的电能转化为车轮上的机械能。当蓄电池的荷电状态值（SOC，StateOf Charge）降到一个预定值时，发动机即开始对蓄电池进行充电。发动机与驱动系统并没有机械地连接在一起，这种方式可以很大程度地减少发动机所受到的车辆的瞬态响应。瞬态响应的减少可以使发动机进行最优的喷油和点火控制，使其在最佳工况点附近工作。

、串联式混合动力电动汽车的优缺点

优点：(1)发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，使有害排放气体控制在最低范围内，并可采用燃气轮机、转子发动机等其他形式的发动机。

(2)串联式混合动力电动汽车从整体结构上看，只有发电机－电动机的电力系统，其特点更加趋近于电动汽车。几个大部件总成在电动汽车上布置起来，将有较大的自由度。

缺点：⑴各部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难。⑵在发动机－发电机－电动机驱动系统中的热能－电能－机械能的能量转换过程中，能量损失较大。因此发动机输出的能量利用率要比内燃机汽车低。所以，串联式混合动力驱动系统较适合在大型客车上使用，该布置形式更适合于道路

复杂的城市工况和山区公路运行。在环保要求高的市区，汽车在起步和低速行驶时，可以关闭发动机进入纯电动状态，使汽车达到零排放的要求。随着蓄电池技术的发展，存储能量性能的不断提高，串联式混合动力电动汽车使用发动机的次数越来越少，最终会向纯电动汽车的目标迈进。

、混联式混合动力电动汽车

混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，它的结构形式和控制方式充分发挥了两种驱动形式各自的优点。能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证了在更复杂的工况下使系统工作在最优状态，因此更容易实现排放和燃油消耗的控制目标。

一种可能的设计方式是将串联式和并联式的所有部件用一个离合器连接起来，使车辆在某种情况下以串联式工作，在另一种情况下则以并联式工作。根据不同的驱动条件来选择具有优势的那一种驱动方式。但是这种布置方式将会比单纯的串联式或并联式增加更多的零部件，导致整车的尺寸增大和复杂程度增加。

丰田Prius 所采用的混合驱动方式

丰田Prius 驱动系统的结构图如图所示。丰田Prius 驱动系统是将发动机、发电