1.3　混合動力汽車的結構與分類

1.3.1　混合動力汽車的結構

混合動力汽車不同車系與車型的系統布置形式及組成存在或多或少的差異，其部件定位如圖1-3-1所示。

（1）動力電池

混合動力汽車配備了兩個電池，即動力電池和輔助電池。其中，動力電池用于存儲MG1和MG2產生的電能，為直流電壓12V系統充電。同時，當使用電機驅動車輛時，動力電池向帶轉換器的逆變器總成供電，以驅動MG1和MG2。而輔助電池（直流電壓12V）向電氣部件（如前照燈、音響設備以及各ECU）供電。為控制車輛，動力電池和輔助電池都需要正常工作。

動力電池總成如圖1-3-2所示。

（2）帶轉換器的逆變器總成

帶轉換器的逆變器總成主要由以下四個部件組成，如圖1-3-3所示。

① MG ECU　控制逆變器和增壓轉換器。

② 逆變器　將直流電轉換為用于驅動MG1和MG2的三相交流電，并將MG1和MG2產生的交流電轉換為直流電以對動力電池充電。

③ 增壓轉換器　將動力電池（直流電壓201.6V）的電壓最高升至直流電壓650V，并將其輸出至逆變器。也可降低MG1和MG2產生的電壓以對動力電池充電。

④ DC/DC轉換器　將動力電池的電壓降至直流電壓14V（用于對電氣零部件供電并對輔助電池再充電）。

（3）混合動力驅動橋

以豐田P410混合動力驅動橋為例，該驅動橋具有三軸結構，由MG2、MG1、復合齒輪裝置、傳動橋阻尼器、中間軸齒輪、減速齒輪、差速器齒輪機構和油泵組成。復合齒輪裝置、傳動橋阻尼器、油泵、MG1和MG2連接至輸入軸。中間軸從動齒輪和減速主動齒輪連接至第二軸。減速從動齒輪和差速器齒輪機構連接至第三軸。如圖1-3-4所示，電機MG1作為起動機啟動發動機，并可利用發動機動力發電。電機MG2主要用來補充發動機動力以提高行駛性能，在使用電機驅動車輛時，系統自行利用MG2驅動車輛，此外，其在車輛減速時可利用再生制動發電。

（4）動力控制ECU（HV CPU）

用于控制混合動力高壓系統的ECU與動力控制ECU集成為一體，接收駕駛員輸入的以及來自各傳感器和各ECU的車輛行駛狀況信息，并根據此信息計算所需的MG2轉矩和發動機功率輸出以控制驅動力。動力管理控制系統示意如圖1-3-5所示。

（5）發動機

混合動力系統中的發動機產生動力以驅動車輛并發電，圖1-3-6所示是為混合動力系統設計的高效阿特金森循環發動機。豐田車系2ZR-FXE發動機中的“X”表示該發動機使用阿特金森循環。阿特金森循環是一個熱循環，可使特定機構的壓縮行程和膨脹行程彼此單獨設定。通過使膨脹行程長于壓縮行程并在充分降低燃燒后的壓力后排放氣體，可獲取燃燒過程中產生的所有可用能量（高熱效率）。

現有發動機中，壓縮行程量和膨脹行程量幾乎相同。由于存在該情況，因此提高膨脹比的同時也將提高壓縮比，從而不可避免地出現發動機爆震。這也限制了提高膨脹比所做的任何努力。為處理該情況，在壓縮行程初期延遲關閉進氣門，并使吸入氣缸的部分空氣返回至進氣歧管。這可有效地延遲壓縮，并在不提高實際壓縮比的情況下獲得較高的膨脹比。其中，膨脹比=(膨脹行程量+燃燒室容積)/燃燒室容積，壓縮比=(壓縮行程量+燃燒室容積)/燃燒室容積。

1.3.2　混合動力汽車的分類

（1）按混合動力總成配置和部件的組合方式分

根據混合動力總成配置和部件的組合方式不同，一般把混合動力汽車分為串聯式混合動力汽車、并聯式混合動力汽車和混聯式混合動力汽車三類。

① 串聯式混合動力汽車主要由發動機、發電機、驅動電機三大動力總成以串聯方式組成HEV的動力系統，如圖1-3-7所示。

② 并聯式混合動力汽車的發動機和電動機/發電機都是動力總成，兩大動力總成的功率可以根據使用要求互相疊加輸出，也可以單獨輸出，如圖1-3-8所示。

③ 混聯式混合動力汽車在結構上綜合了串聯式和并聯式系統的特點，主要由發動機、電動機/發電機和驅動電機三大動力總成組成，如圖1-3-9所示。

（2）按混合動力系統中混合度分

根據在混合動力系統中混合度的不同，混合動力系統還可以分為以下五類。

① 微混合動力系統（BSG）。它是指在傳統發動機基礎上，加裝皮帶驅動啟動電機，一般這個電機都為發電啟動一體式發電機，用來控制發動機的啟動和停止。代表的車型是PSA（標致雪鐵龍）的混合動力版C3和豐田的混合動力版Vitz。

② 輕混合動力系統（ISG）。車輛可以在減速、制動等工況下進行能量回收，采用電機帶動車輛，以節省燃油。一般ISG的混合度在20%以下。代表車型是通用的混合動力皮卡車。

③ 中混合動力系統。發動機為主要動力來源，大轉矩助力電機作為輔助動力來源，與主要動力相連，可以在一定條件下加速時輔助發動機驅動車輛，這個比重一般為30%左右，目前技術已經成熟，應用廣泛。本田旗下混合動力的Insight、Accord和Civc都屬于這種系統。

④ 完全混合動力系統。豐田的Pius屬于完全混合動力系統。該系統采用了272～650V的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統相比，完全混合動力系統的混合度可以達到甚至超過50%。技術的發展將使完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。

⑤ 外接式充電混合動力汽車，又稱插電式混合動力汽車或增程式混合動力汽車。它兼具了純電動汽車和混合動力汽車的基本特征，在一定行駛里程內使用純電模式驅動，超過這個里程就會啟動發動機，采用混合模式驅動。