混合動力汽車將內燃機、電動機與蓄電池通過控制系統相組合，電動機可以補充提供車輛起步、加速時所需轉矩，又可以吸收並存儲內燃機富裕的功率和車輛制動能量，從而可大幅度降低油耗，減少汙染物排放。雖然沒有實現零排放，但其動力性、經濟性和排放等綜合指標均能夠滿足當前各國苛刻的法規要求，可緩解汽車需求與環境汙染及石油短缺的矛盾。
混合動力汽車與傳統的汽油機或柴油機汽車有很大不同，如豐田普銳斯的動力系統採用500V的高壓電路，為常規的變速器或自動變速器，沒有怠速工況、採用電驅動空調壓縮機、電動水泵等。這些新技術、新結構給用戶帶來全新的感覺，也給維修和銷售人員帶來新的挑戰。另外，混合動力汽車進入我國僅有一兩年，保有量很少，很多人對混合動力汽車不甚瞭解。
隨著傳統燃油汽車排放所造成的空氣質量日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，開發低排放、低油耗的新能源汽車成為當今汽車工業界的緊迫任務。由此人們越來越關注其他燃料的汽車和電動汽車的開發，例如燃料電池汽車(FuelCell Vehicle簡稱FCV)、純電動汽車(Electric Vehicle 簡稱EV)和混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle簡稱HEV)。FCV是利用氫、氧在常溫下通過電化學反應產生電能來驅動汽車，可以實現零排放。但是FCV目前存在著成本、技術和氫能源基礎設施建設等問題，離產業化至少需要十至十五年的時間。EV雖然也是實現汽車零排放的一大途徑，但是由於目前動力電池技術上並未取得突破性的進展，而且電動汽車依然存在在續駛里程短和充電時間長等問題。H E V雖然不能實現零排放，但針對以上FCV、EV所存在的問題，HEV在目前環境更具有更強大的優勢，在世界範圍內將成為新型汽車開發的熱點。
（1）發電機
混合動力汽車可以廣泛地採用四衝程發發動機、二衝程發動機、轉子發動機等。一般轉子發動機和氣輪機的燃燒效率比較高，排放也比較潔淨。
（2）電動機
混合動力汽車可以採用直流電動機、交流感應電動機、永磁電動機、開關磁阻電動機。隨著混合動力汽車的發展，直流電動機已經很少採用，多數採用感應電動機和永磁電動機，開關磁阻電動機應用也得到重視，
電池
混合動力汽車可以採用不同的蓄電池、燃料電池、儲能器和超級電容器等作為電池。
蓄電池是混合動力電動汽車發展的關鍵技術，也是提高整車性能和降低成本的重要發展方向。混合動力汽車蓄電池系統的主要作用是通過蓄電池ECU的使用監控HV蓄電池總成的狀態，並將此信息傳送給HV控制ECU，而且該系統控制蓄電池鼓風機電動機控制器，以此保持HV的適當溫度。
1.2混合動力汽車的分類
（1）按動力傳動系統佈置分類
①串聯式
串聯式混合動力汽車動力流向如圖1所示：
圖1 串聯式簡圖
圖2 串聯式混合動力汽車傳動系統
由圖1可以看出，串聯式混合動力汽車動力由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯的方式組成的動力單元系統，發動機驅動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時僅由電池驅動電動機驅動車輪，實現零排放；大負荷時由發動機帶動發電機發電驅動電動機。當車輛處啟動、加速、爬坡工況時，發動機—電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當電動車處於低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機—發電機組向電池組充電。串聯式混合動力汽車傳動系統佈局如圖2所示。
串聯式結構適用於城市內頻繁起步和低速運行工況，可以將發動機調整在最佳工況點附近穩定運轉，通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發動機避免了怠速和低速運轉的工況，從而提高了發動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。
②並聯式
並聯式混合動力汽車動力流向如圖3所示：
圖3 並聯式簡圖
圖4 並聯式混合動力汽車傳動系統
並聯式裝置的發動機和電動機共同驅動汽車，發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立地向汽車傳動系統提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時，電動機和發動機能夠同時向傳動機構提供動力，一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發動機維持該速度。電動機既可以作電動機又可以作發電機使用，又稱為電動－發電機組。由於沒有單獨的發電機，發動機可以直接通過傳動機構驅動車輪，這種裝置更接近傳統的汽車驅動系統，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應用。並聯式混合動力汽車傳動系統佈局如圖4所示。
③混聯式
混聯式混合動力汽車動力流向如圖5所示：
圖5 混聯式簡圖
圖6 混聯式混合動力汽車傳動系統
混聯式裝置包含了串聯式和並聯式的特點。動力系統包括髮動機、發電機和電動機，根據助力裝置不同，它又分為發動機為主和電機為主兩種。以發動機為主的形式中，發動機作為主動力源，電機為輔助動力源；以電機為主的形式中，發動機作為輔助動力源，電機為主動力源。該結構的優點是控制方便，缺點是結構比較複雜。並聯式混合動力汽車傳動系統佈局如圖6所示。
（2）按使用用途分類
①續駛里程延長型混合動力汽車
② 功能輔助型混合動力汽車
1.3混合動力汽車控制系統
（1）控制系統的功能
①使混合動力汽車的動力性能能夠達到或接近現在內燃機汽車的水平。
②最大限度的發揮電動機驅動的輔助作用，使混合動力汽車的燃油消耗量儘量降低，實現發動機的節能化。
③實現多能源控制，混合動力汽車關鍵的控制技術，是對內燃機驅動系統和對電動機驅動系統實現雙重控制。發動機與電動機系統的動力系統應進行最有效的組合和實現最佳的匹配。
④在環保方面，達到“超低汙染”的環保標準。
⑤在操作裝置和操縱方法上繼承或沿用內燃機汽車主要操作裝置和操縱方法。
（2）混合動力汽車控制系統的基本組成
①控制系統，由操縱裝置、中央控制器和各種控制模塊共用組成。
②發動機和驅動系統，發動機和發電機驅動系統的控制系統。
③電動機和驅動系統，電動機和電動機驅動系統的控制系統。
④信號反饋及檢測裝置
第二章 混合動力汽車的結構與原理
2.1典型的混合動力汽車結構
2.1.1串聯式混合動力汽車（SHEV）
（1）SHEV的基本特點
這種車的電能可以有電池提供，也可以有發動機驅動發電機來提供。發動機輸出的機械能首先通過發電機轉換為電能該電能可通過功率轉換器為電池充電，或經由電動機和傳動裝置驅動汽車。SHWV以電動機作為驅動裝置，發動機作為輔助動力裝置，以提高行駛里程。典型的有豐田公司的Coaster、日產的SHEV及法國雷諾的Espace。
（2）SHEV傳動系統能量流分析
有四種工作方式：在市區行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅動方式。傳動系統能量流如圖1所示。
當電池電量較低時，發動機被啟動，並將其設置在最大功率工作點上，發動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發電機為電池充電，如圖2所示。
③當汽車的最大功率低於汽車所需的功率時，電池將提供這部分差額功率。如圖3所示。
④在剎車或減速時，電動機起到發電機的作用，使部分動能轉化為電能存儲在電池裡、如圖4.
（1）PHEV的特點
PHEV採用發電機和電動機兩套驅動系統。可採用單獨驅動電動機單獨驅動或發電機和電動機聯合驅動3種工作模式。與串聯相比，PHEV的優點是並聯僅有到電動機和發電機，並且發電機和電動機的最大功率較小，而缺點是由於發動機與推進系統是共軸連接的，所以並聯需要是離合器，這使得並聯結構複雜控制難度大。
（2）PHEV的傳動系統能量
在起步或加速階段，發動機只為耦合器提供總功率的一部分，剩下的功率要由電機來提供，實現“功率輔助”是目的，傳動傳統能量流如圖5。
在剎車或減速時，電動機起到發動機的作用，將部分動能轉化為電能存儲到電池裡，如圖6所示。
當電池電量較低時，發動機被啟動，並將其設置在最大功率工作點上，發動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發電機為電池充電，如圖7所示。
④在市區行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅動方式。傳動系統能量流如圖8所示。
⑤在高速巡航時，由發動機驅動，此時相當於傳統燃油汽車運行。如圖9所示。
（1）混聯式混合動力汽車的特點
混聯HEV在結構上綜合了SHEV和PHEV的特點。它主要偏向於並聯結構，但又包含一些串聯結構的特點。與SHEV相比，它增加了機械動力傳輸路線;與PHEV相比，它增加了電能的傳輸路線。今年來，出現了2種不同的結構：不包含行星齒輪組合包含了1組行星齒輪組的混聯式結構。
（2）帶有行星齒輪組的混聯式HEV的傳動系統能量流
①在高速巡航時，由發動機單獨驅動。此時相當於傳統燃油汽車運行。傳動系統能量流如圖10所示。
②在市區行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅動方式。傳動系統能量流如圖11所示。
③在剎車或減速時，電動機起到發動機的作用，將部分動能轉化為電能存儲到電池裡，如圖12所示。
④在起步或加速階段，發動機只為耦合器提供總功率的一部分，剩下的功率要由電機來提供，實現“功率輔助”是目的，傳動傳統能量流如圖13。
當電池電量較低時，發動機被啟動，並將其設置在最大功率工作點上，發動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發電機為電池充電，如圖14所示。
2.2混合動力汽車的發動機
汽車發動機本身就是壓氣機和氣動機的混合體,當動力多餘時把其中的1-N個汽缸做壓氣工作,利用壓縮空氣儲存能量;當起步時,發動機做氣動機用,高壓空氣充入汽缸做功,此時甚至可以同時噴油點火;提速.超車等需要超大馬力時,乾脆就把四行程發動機變成二行程發動機,利用壓縮空氣在排氣行程結束時直接充入高壓空氣,噴油點火,此時功率增加一倍,由於此時沒有了進氣行程和壓縮行程的功耗,功率增加0.5倍;又可以方便地做成高增壓發動機,功率再增加0.5倍;此時,原50KW發動機的功率為: 50*2*1.5*1.5=225KW.本技術與上面幾種技術相比,1.具有明顯的低成本優勢--只多一個氣瓶,最大馬力相同時,本發動機由於排氣量理論值只有普通發動機的1/4,再者由於啟動時可以做為氣動機啟動點火,省去了電動啟動機,成本甚至低於現有普通發動機.2.汙染少--本技術不會增加電池造成的汙染--誰知道當滿世界都是混合動力汽車和電動汽車時,要製造多少電池,又要處理多少報廢電池呢;另外,本技術的空氣汙染也少,這是因為小排量本身排出的廢氣就少;起步時發動機作為氣動機具有足夠的馬力驅動汽車,使之達到一定速度時再加油點火,避開了發動機排氣汙染最嚴重的低速區;再者,本技術使發動機不用工作在燃燒不充分的高速區就可以輸出大馬力;還有,當其工作於二行程時,由 於採用高壓空氣進氣方式,具有完整的排氣行程,使換氣充分,並且工作於高增壓狀態,燃燒充分.3.最大馬力大--混合動力汽車中的發動機和電動機功率相加一般只能達到其發動機的1.5倍,本技術可以輕鬆達到發動機的4倍以上.4.耗油少--因為小排量發動機本身耗油就少,其經常工作於中速區,又儲存了多餘能量加以利用,使其耗油少.5,由於利用的都是成熟技術,因此容易實現,幾乎適用於所有如汽車.火車.船舶.飛機用發動機,特別是應用於頻繁停止.起步的城市公交車及其他市內車輛,可以大量減少市區廢氣汙染.
實現本技術的幾個要點:
1.發動機要做成L3.L5.L6.V6型,這樣不論曲軸
在任何角度,總會有一個或二個汽缸處於動力行程,可以做氣動機啟動.
2.汽車的加速時間一般在10秒左右,氣瓶的容積應為排氣量*10秒內的轉速*壓縮比,比如1L發動機,一般轉速在4000/分鐘,10秒的轉速在666轉,壓縮比1:10,氣瓶容積應該是1*666*1/10=66L.
3.發動機可以只用1-2個汽缸做壓氣機--二行程轉換.
4.壓縮空氣也可以用於轉向助力.
2.3混合動力汽車的電動機
2.3.1 混合動力汽車電動機系統特點
混合動力汽車上所使用的電動機往往要求頻率啟動，頻率加減速以及工作模式的頻繁切換，這對電動機的響應性提出了更高的要求。
由於汽車內部空間緊張，往往要求電動機系統體積小，重量輕，以及具有較高的功率密度和工作效率等性能要求。
相對於傳統電動機相比，混合動力汽車所使用的電動機系統的工作環境更加惡劣，干擾更大，從而要求它具有更高的可靠性，抗震性和抗干擾性。
傳統電動機一般工作在額定工作點附近，而混合動力汽車電動機的工作範圍相對較寬，卻由於混合動力電動機工作模式的特殊性，額定功率這個參數對於混合動力電動機而言，沒有特大意義。
在供電方面，傳統電動機由常規標準電源供電，而混合動力電動機所使用的電源來自於蓄電池，卻有功率轉換器直接供給，一般傾向於使用較高電壓。
2.3.2 混合動力汽車驅動電動機種類
混合動力汽車的驅動電動機的主要參數為：電動機類型、額定電壓、機械特性、效率、尺寸參數、質量參數、可靠性和成本等。圖15為現代混合動力汽車所採用的各種電動機。
2.4混合動力汽車的蓄電池
蓄電池是混合動力電動汽車發展的關鍵技術，也是提高整車性能和降低成本的重要發展方向。自上世紀90年代以來，蓄電池的比能量、比功率、循環壽命等方面的問題就一直成為電動汽車發展的主要障礙；對於混合動力電動汽車來說，由於電動比例較高，因此同樣面臨著蓄電池技術改進的問題：第一，比能量相對不足，因而成本較高，比能量值越高，汽車經濟性越好；第二，蓄電池的壽命相對較短，蓄電池壽命一般為充放電1000次左右，比整車壽命低得多，若在汽車十幾年的生命週期頻繁更換蓄電池的話，混合動力汽車的運營成本將大大提高。另外，蓄電池的應用還涉及到充電時間較長、電池荷電狀態（SOC）判別等問題這些都不同程度影響整車性能。目前，在混合動力電動汽車上使用的蓄電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池（MH-Ni）和鋰離子電池，如克萊斯勒ESX2採用鉛酸電池，豐田Prius和本田Insight用鎳氫電池日產Tino用鋰離子電池。
2.5豐田Prius混合動力原理解析
豐田的Prius屬於以電機為主的形式。它的混合動力總成包括兩個動力源，發動機與電動機。還有包含了發電機、內置動力分離裝置的混合動力專用變速器、鎳氫電池組和動力控制總成。豐田Pruis混合動力系統有一個特點，就是採用行星齒輪變速結構，變速器內置動力分離裝置，行星齒輪機構巧妙地將減速器、發電機和電動機等動力部件偶合在一起，同時行星齒輪又起到無級變速器的功能，結構十分緊湊，形成一個集成化混合動力總成系統如圖13所示。
圖16 Prius混合動力總成系統
圖17 低速行駛動力源
啟動以及中速以下行駛，此時發動機效率低下，因此Prius的發動機關閉，僅由大功率電動機驅動車輛，如圖17中箭頭A所示。在常規行駛時，發動機做主動力源，由動力分離裝置將動力分成兩路，一路驅動發電機進行發電，產生的電力驅動電動機運轉，如圖18中箭頭B所示，另一路則直接驅動車輪，如圖18中箭頭C所示。系統會自動對兩條路徑的動力進行最佳分配，以達到效率的最大化。
圖18 正常行駛動力源
圖19 加速行駛動力源
當要加速時，電池組會加進來為電動機供電，增強電動機輸出功率，如圖10中箭頭A所示。
當減速或制動時，則由車輪的慣性力驅動電動機。這時電動機變成了發電機，車輛制動能量轉換成了電能，如圖21中箭頭D所示。
圖21 減速行駛充電
圖22 自動充電
電池組電量保持在一個恆定水平。當系統發現電池組電量下降會啟動發動機驅動發電機發電，向電池組充電，如圖22中箭頭E所示。
Prius的混合動力技術，在帶來燃油經濟性的同時還保證了其出眾的動力性能。在正常駕駛環境下，由於擁有發動機和電動機的雙重動力，普銳斯的加速性能絕對毋庸置疑，其雖然是1.5L排量的小車，但它的加速能力絕對可以媲美普通2.0L的車輛。
第三章 混合動力汽車維修特點
3.1混合動力控制系統維修特點
混合動力傳統使用高壓電路，因此不正確的操作可能導致電擊或漏電。在檢修過程中，必須遵循下列步驟。
（1）對高壓系統進行操作時斷開電源
確保電源開關關閉
從輔助蓄電池上斷開負極端子電纜
一定要帶絕緣手套
（2）線束和連接器的注意事項
高壓電路的線束和連接器都是橙色。另外，HV蓄電池等的高壓零件都貼有“高壓”警示。
（3）進行維修或檢查時的注意事項
開始各種前，一定要斷開電源。
檢查、維修任何的高壓配線盒零件時，必須戴絕緣手套。
在對高壓系統進行操作時，用類似“高壓工作，輕忽靠近！”的警告牌警示其他技師。
不要攜帶任何類似卡尺或測量捲尺等的金屬物體，因為這些物體可能掉落從而引起短路。
3.2 發電機控制系統維修特點
（1）檢查或維護髮動機室時應遵守的注意事項
電源開關ON位置時，發動機自動ON或OFF。維護髮放及室前，將HV主系統OFF。
在檢查模式下，在警告燈點亮時，解除檢查模式來檢查診斷區域。
解除檢查模式前行駛可能損壞變速驅動橋。
（2）初始化
斷開蓄電池負極電纜後，當重新連接端子時。以下系統將被初始化，僅拆下蓄電池不能完成初始化。
（3）激活混合動力系統時應注意
警告燈亮起或蓄電池 斷開又重新連接，則初次按下電源開關可能無法啟動該系統，如果這樣，則再次按下電源開關。
將電源開關切合為ON，斷開蓄電池。如果重新連接時鑰匙不在鑰匙孔裡，則可能輸出DTC B2799.
3.3 混合動力電池系統維修特點
蓄電池是混合動力電動汽車發展的關鍵技術，也是提高整車性能和降低成本的重要發展方向。混合動力汽車蓄電池系統的主要作用是通過蓄電池ECU的使用監控HV蓄電池總成的狀態，並將此信息傳送給HV控制ECU，而且該系統控制蓄電池鼓風機電動機控制器，以此保持HV的適當溫度。
檢查注意事項：
檢查蓄電池加液口塞導通性：用歐姆表測量端子間的電阻。
標準：10Ω或更大。如果不符合標準，則更換蓄電池加液口塞。將塞安裝到固定座上。
用歐姆表測量端子間的電阻。標準;小於1KΩ。如果不符合標準值，則更換蓄電池加液口塞。
檢查系統主繼電器：檢查導通性；檢查電阻;
3.4 保養維修費用
由於混合動力車是新推出的車型, 其售後、維修體系尚未成熟, 而且混合動力車的部分零部件依靠進口, 這樣維修、保養成本會較高。例如混合動力車的蓄電池對性能要求很高, 價格自然不菲。所以要儘快發展和形成混合動力產業鏈, 降低混合動力車保養維修費用。
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