3.4.2 混合动力汽车的结构形式

混合动力汽车因其低油耗、低排放、高效率和长续驶里程的特点，成为近年来比较热门的汽车产业发展技术路线。混合动力汽车是指携带不同动力源，可根据行驶需要同时或单独使用不同动力源的汽车，一般至少拥有两个动力装置和两个能量储存系统。

混合动力汽车根据动力系统的结构可分为串联（Series）、并联（Parallel）、混联（Combined, Series-Parallel, Power-split）三种结构形式；按混合度划分有微混、轻混、中混、重混四种类型；按充电方式划分有可外接充电和不可外接充电两类。不同类型的混合动力系统各有优缺点，方案的选择取决于应用环境、驾驶工况、成本等多种因素。

3.4.2.1 串联结构形式

串联混合动力系统如图3-8所示，由两个能源向单个动力机械（电机）提供动力，以推进车辆的驱动系统。发动机带动发电机发电，电能通过控制器直接输送到动力蓄电池或电机，电机产生驱动力矩驱动汽车，或工作在发电模式下将机械能转换为电能。该系统实现了能量的机械-电-机械转换，从而实现了发动机与车轮间的完全机械解耦。

在电量高于一定阈值，车辆低速行驶时，系统进入纯电动模式，其工作原理如图3-9所示：发动机关闭，电机所需的能量完全由蓄电池提供，避免了发动机在低负荷工况工作带来的燃料消耗。

在电量低于一定阈值时，发动机发电机组（APU）向外发电，电机消耗电能驱动车辆行驶，驱动功率由APU和蓄电池提供，其工作示意如图3-10所示。

车辆制动时，电机向车轮提供电制动转矩，将车辆的动能转化为电能存储于动力蓄电池中。车辆制动过程中动能通过电机转化为电能，实现了制动能量回收，其工作示意如图3-11所示。

当车辆处于原地静止状态，动力蓄电池电量过低时，APU发电为蓄电池充电，系统工作在停车充电模式，以补充动力蓄电池电能，其工作示意如图3-12所示。

3.4.2.2 并联结构形式

并联结构形式有两个及两个以上能量转换装置可同时向车辆提供驱动力。该系统由发动机、电机、蓄电池和传动装置构成。电机与发动机通过机械耦合方式驱动车辆行驶。根据电机在传动系统中的位置，并联结构形式可分为P1、P2、P3、P4等形式，其示意图如图3-13所示。

以P2形式为例，如图3-14所示，电动模式下离合器分离，当汽车起步、蠕行、低速行驶时，发动机不工作，蓄电池放电，仅电机驱动车辆。

混合工作模式如图3-15所示，离合器处于接合状态，发动机和电机联合工作。当车辆需求功率较大时，蓄电池放电，电机提供助力；当车辆处于中低速或蓄电池荷电状态（State of Charge，SOC）较低时，发动机输出的一部分转矩转变为电能为蓄电池充电。

当车辆减速制动时，可进行制动能量回收，其工作原理如图3-16所示，电机工作在发电模式，机械能转换为电能为蓄电池充电，实现能量回收。发动机和混合点间有离合器的结构形式可通过分离离合器使发动机停机，减小因倒拖发动机造成的摩擦损失，以回收更多能量。

3.4.2.3 混联结构形式

混联结构形式如图3-17所示，该系统至少包含两个电机，且同时具备并联和串联混合的特征。通过两个电机与传动系统间的耦合，系统既可实现串联方式工作，也可实现并联方式工作。发动机通过动力分配装置（如行星轮）将一部分动力传送至一个电机，此电机常作为发电机，将机械能转换为电能，另一个电机则将电能转换为机械能，实现能量串联混合。发动机的另一部分动力直接输出至车轮，以并联方式进行混合，与电机共同驱动车辆行驶。图3-17所示为两种典型的混联结构形式：P13和PS（行星轮）混联构型。

下面以P13结构形式工作模式为例进行说明。图3-18所示是电动模式，当汽车起步蠕行、低速行驶时，发动机停机，离合器分离，蓄电池放电，车辆由电机驱动行驶。

混合工作模式如图3-19所示，在蓄电池电量较高、车速为中低速时，为电动模式；在整车功率需求较大且车速较高时，离合器处于接合状态，发动机一部分动力直接输出至车轮，另一部分动力可通过发电机-电机输出至车轮，进入并联驱动模式；当电量较低且整车功率需求较大时，如爬坡加速工况，发动机不介入直接驱动，电能驱动电机工作。

制动能量回收模式如图3-20所示，当车辆制动时，离合器分离，发动机停机，电机将车辆机械能转换为电能，储存在蓄电池中。

停车充电模式如图3-21所示，此工作模式下，离合器分离，能量通过发动机到电机进入蓄电池中。