混合动力汽车研究现状和发展趋势

混合动力汽车研究现状和发展趋势

1 绪论

1.1 混合动力汽车的定义

混合动力汽车的定义：使用两种或两种以上不同的储能器，能源或转换器作驱动能源

来推进车辆行驶，其中至少有一种能源提供电能的汽车称为混合动力汽车。目前我们通常

提到的混合动力汽车HEV( Hybrid- Electric Vehicle）是将电动机与辅助动力单元组合在一辆

汽车上作为混合动力装置。

混合动力装置是将发动机做小一点，让一部分动力由电池-电动机系统来承担，既发

挥了发动机持续工作时间长、动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的优点。

混合动力汽车是采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用人力和电力两套装

置开动汽车达到节省燃料和降低排放污染的目的，实用的内燃机既有柴油机又有汽油机，

但是共同的特点是排量小、质量轻、速度快、排放好。电动系统中包括高效强化的电动机、

发电机和蓄电池。混合动力汽车按照能量的合成主要分为串联式和并联式两种。混合动力

汽车与纯电动汽车相比，降低了对电池能量密度和容量的要求，减轻了电池部分的质量，

有利于提高汽车的质量利用系数；动力性、续驶里程以及乘员的舒适性都得到了保证；无

需增加充电设施，易于推广应用。与传统的汽车相比，原动机经常处于最佳工况，降低了

排放；能量自动回收，提高了能量利用率；采用纯电动行驶模式，可以在特定的区域实现

零排放。混合动力汽车除发动机、电动机、蓄电池等各种单元基础外，重要的技术是各系

统的电子控制技术和整车的动力系统优化，匹配好的系统能达到节省燃料50%、排放下降

80%、制动能量回收达到30%。

1.2 混合动力汽车技术研究的目的和意义

目前，在石油资源的渐趋匮乏和传统燃油汽车排放所造成环境污染的双重压力下，如

何才能减少汽车对不可再生资源的依赖。据最新数据统计，目前全世界汽车保有量已经达

到了10亿辆，平均每6个人就拥有一辆汽车。而在中国，2011年的汽车产销量已经达到

1850.51万辆 。看到这些庞大的数字，能让我们想到的不仅仅是生活水平的提高，还有

[1]

能源的短缺和环境的恶化。因此，开发低排放、低油耗的新能源汽车成为当今汽车工业界

的紧迫任务，特别是其他燃料汽车和电动汽车的开发，例如燃料电池汽车（FuelCell Vehicle

简称FCV）、纯电动汽车（Electric Vehicle 简称EV）和混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle

简称HEV）。FCV 是利用氢、氧在常温下通过电化学反应产生电能来驱动汽车，可以实

现零排放。但是FCV目前存在着成本、技术和氢能源基础设施建设等问题，离产业化至

少需要十至十五年的时间。EV虽然也是实现汽车零排放的一大途径，但是由于目前动力

电池技术上并未取得突破性的进展，而且电动汽车依然存在在续驶里程短和充电时间长等

问题。HEV虽然不能实现零排放，但针对以上FCV、EV 所存在的问题，HEV在目前环

境更具有更强大的优势，是解决未来汽车环境污染和能源问题的重要研究方向，是电动汽

车中最具产业化前景的车型，在世界范围内将成为新型汽车开发的热点。

2 混合动力汽车的分类及其结构、原理

2.1 混合动力汽车的分类

混合动力汽车根据电力驱动系统和内燃机动力系统的布置形式可以分为3类，串联式

混合动力汽车Series Hybrid Electric Vehicle (SHEV)，并联式混合动力汽车Parallel Hybrid

Electric Vehicle(PHEV)和混联式混合动力汽车Split Hybrid Electric Vehicle(PSHEV) 三种。

2.2 混合动力汽车的结构及原理

表2-1 典型混合动力电动轿车的结构型式和主要参数

车型 形式 发动机 电机 蓄电池 变速器

Toyota 四缸汽油机 NiMH

Priuse （1.5L 43kw 102Nm） 288V

Honda 三缸汽油机 NiMH 5档手动变速

Insight （1.0L 50kw 90Nm） 144V 器

Ford 四缸柴油机 NiMH 5档自动机械

Prodigy （1.2L 55kw 153Nm） 288V 式

DC EXS3 并联 15 kw起动机发电机一体化电机

GM 三缸柴油机 NiMH 4档自动机械

precept （1.3L 44kw 170Nm） 350V 式

Nissan 四缸汽油机 17kw3相交流电动机驱动车辆和回馈制动能

Tino （1.78L 44kw 141Nm） 量，另一电机起动发电机和给蓄电池充电

混联 33 kw永磁电机驱动车辆和回馈制动能量 CVT

并联 10 kw起动机发电机一体化电机

并联 35 kw起动机发电机一体化电机

混联 25kw3相交流电动机驱动后轴

混联 Li-ion CVT

三缸柴油机 Li-ion 6档自动机械

（1.47L 55kw 165Nm） 150V 式

2.2.1 串联式混合动力汽车

串联式混合动力(SHEV)驱动系统由发动机、发电机和驱动电动机3部分组成。它们

采用“串联”的方式组成驱动系统。发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池

或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机，带动车轮，大

负荷时由发动机带动发电机，发电机驱动电动机。串联式驱动系统示意图如图2-1所示。

图2-1串联驱动方式

3

串联式结构适用于城市内频繁起步和低速行驶工况，可以将发动机调整在最佳工况

点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了

怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是整

个动力系统功率储备大，需要功率足够大的电动机。另外，发动机输出的机械能需要转化

为电能再转化为机械能，几经转换，机械效率降低。

[2]

2.2.2 并联式混合动力汽车

并联式混合动力（PHEV）由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成

，发动机、电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成PHEV的驱动系统。并联

式混合动力汽车结构比较复杂，发动机与电动机分别属于两个系统，可以分别独立地向汽

车传动系提供扭矩，发动机通过变速箱来驱动汽车，电力驱动系统通过蓄电池和电动机经

过耦合同时来驱动汽车。所以PHEV可以实现发动机驱动,驱动电动机驱动和发动机—驱

动电动机混合驱动3种驱动模式。发动机和发电机单独的功率，能达到PHEV的最大驱

动功率的0.5～1倍，这两大总成的功率可以叠加,所以在选择发动机和驱动电动机时，可

以选择功率较小的,也可以减少使整个动力总成的体积和质量,造价也随之降低。并联式驱

动系统示意图如图2-2所示。

图2-2并联驱动方式

并联式驱动系统最适合于汽车在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况。由于并联

式驱动系统的发动机工况容易受汽车行驶工况的影响，所以，不适于汽车行驶工况变化较

多、较大；相比于串联结构式，需要变速装置和动力复合装置，传动机构较为复杂 。

[3]

2.2.3 混联式混合动力汽车

混联式混合动力汽车(PSHEV)是综合SHEV和PHEV结构特点，由发动机、电动-发

电机和驱动电动机三大动力总成组成。发动机输出的部分功率通过机械传动输送给驱动

桥，其他功率则用于驱动发电机发电。发电机产生的电能输送给电动机或电池，从而通过

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动力复合装置使电动机产生的驱动力矩传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是：汽

车处于低速行驶状态，驱动系统主要以串联驱动系统的方式进行工作；当汽车处于高速稳

定行驶状态，则主要以并联驱动系统的方式进行共组。混联式驱动系统示意图如图2-3所

示。

图2-3混联驱动方式

混联式混合动力汽车充分结合了串联式和并联式驱动系统的优点，组合成了更多种形

式的混合驱动模式，可以使发动机, 电动机和发电机等部件进行更多的优化匹配, 从而保

证结构在更复杂的工况下也能使系统工作在最理想的状态。而汽车的整备质量也可以得到

降低，使经济性更好，性能更加完善，从动力性能方面拉近甚至于达到内燃机汽车的水平,

减少有害气体的排放，降低污染。因此，混联式混合动力汽车的影响力最大。

5

3 国内外混合动力汽车的研究现状

3.1 国外混合动力汽车开发情况

随着可持续发展观念在社会上的认知度程度越来越高，世界各国也纷纷将可持续发展

战略列入首选课题自上世纪90年代起，包括日本丰田与美国三大汽车公司在内的世界各

。

大汽车生产厂商陆续投入混合动力汽车的研究开发。经过多年发展，混合动力汽车在商用

化、产业化进程上的发展已经较为迅速。特别是2004 年全球各大汽车制造商继续加大环

保车型的开发力度，混合动力车型成为各大公司的战略重点，逐渐突破了小型车的限制越

来越多的应用在中大型车上，技术竞争愈演愈烈。2010年世界汽车市场混合动力汽车销量

已经超过100万辆，据预测，2015年将在世界汽车市场占15%，2020年占25%。

[4]

3.1.1 日本混合动力汽车的发展现状

1997年12月在日本京都召开的防止地球温暖化会议，具体确定了发达国家温室效应气

体排放的削减目标，进一步加快了日本有关各界对于环保措施制定和实施的步伐，特别是

汽车产业投入前所未有的力量致力于低燃料费、低污染汽车的研制开发。由于混合动力型

汽车与汽油燃料汽车相比，不仅燃料费用减少很多,而且二氧化碳的排放量可降低至普通车

的1/2，排放的有害气体也可削减到规定值的1/10，具有低燃料费和低污染双重优势。因此，

日本的汽车制造业普遍认为混合动力型汽车是目前最具有开发前景的车种。

2001年7月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将EV /HEV列为重点开发的低公害

汽车之列，并制定了专门的政策，以促进 EV /HEV的普及应用；2002年2月，日本中央环

境审议会大气环境领域的一个专门委员会提出了一份有关尾气排放标准的咨询提案；2009

年4月1日实施新的“绿色税制”，对包括混合动力车、纯电动汽车等低排放且燃油消耗量低

的车辆给予税赋优惠，一年的减税规模约为26亿美元，是现行优惠办法减税额的10倍。

为刺激消费拉动内需，日本2010年推出旧车换购新车及购买环保车补助金政策，及

换购环保车减免税政策，混合动力汽车销售旺盛，5月份新车销量中，混合动力汽车共销

售21601辆，约占12%，首次超过汽车总销量1成。2009年4—9月，混合动力汽车销量

占汽车销售总量8.9%。其中，丰田Prius共销售11万6298辆，并连续4个月位居新车销

售排行榜榜首。

日本政府2010年提出“谁控制了电池，谁就控制了电动汽车”，并组织实施国家专项

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计划，在2011年已经投入5亿美元用于先进动力电池技术研究。日本把发展新能源汽车作为

“低碳革命”的核心内容，并计划到2020年普及包括混合动力汽车在内的“下一代汽车”

达到1350万辆，为完成这一目标，日本到2020年计划开发出至少38款混合动力车、17款纯

电动汽车。

而早在1997年日本丰田公司就开始投产Prius汽车，1998年成为世界上第一款小批量生

产的汽油电动混合动力汽车。丰田Prius1.5L汽油机采用Atkinson高效率、高膨胀比工作循

环，行星齿轮功率分配器、电子控制变速器、镍氢电池、逆变器、电动/发电机集成为一体。

2004年Pruis已经由紧凑型发展成为中等尺寸型。仅至2005年10月，丰田混合动力汽车全球

累计销量就已突破50万辆。随后国产丰田Prius 在长春下线。目前丰田Prius 牢牢占据还不

算大的世界混合动力汽车市场的霸主地位。

面对初步的成功，丰田并未停下脚步，而是进一步将混合动力技术延伸至高端车领域。

2006年3月，丰田推出了旗下高端品牌雷克萨斯的混合动力车型GS450h。之后的一段时间

里，丰田混动动力技术在继续进步发展的过程中，一直被应用于普锐斯和高端品牌雷克萨

斯、皇冠旗下的部分车型，成为只有高档车才拥有的环保技术。随着丰田混合动力技术的

进一步成熟，在丰田混合动力累计销量接近200万辆的时候，迎来了丰田全球畅销车型—

凯美瑞的混合动力版。2010年8月，丰田汽车正式宣布，截止至2010年7月31日，丰田混合

动力汽车在全球范围内的销售已经突破268万辆。

3.1.2 美国混合动力汽车的发展现状

1973年OPEC组织对西方国家石油禁运给美国政府敲响了警钟。但是直到90年代初电

动车的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放

的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中2%必须是

零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。

美国总统克林顿与美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司总裁在1993年9月共同提

出了美国“新一代汽车合作伙伴计划”（简称PNGV计划），旨在开发新一代高效节能汽车。

混合动力电动汽车计划是1997年底美国重新确定的PNGV计划4个重点领域之一。此外美国

先进项目局（ARPA）于1993年订立电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）项目，

出资2500万美元，与各州、地方和私人投资以不低于1∶1的资金比例研究EV和HEV技术。

1994年ARPA项目投资已增加到4600万美元。1993年和1996年，美国能源部分别与通用汽

车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司签定了总额达3161亿美元的混合动力电动汽车

系统开发子合同，并许下诺言：“至2000年，一定要使混合动力汽车成为美国公路上司空

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见惯的车辆”。随着PNGV计划的实施，美国三大汽车公司进行了一系列的整车技术开发和

研制工作。通用汽车公司同时致力于串联式混合动力电动汽车和并联式混合动力的研制。

在1998年1月的底特律北美国际汽车展上，三大公司分别展出了样车在此基础上，现已按

期推出三款混合动力轿车--通用Precept、福特Prodigy、克莱斯勒Dodge ESX3，三款车均接

近或实现了3升/百公里的目标。其中，通用汽车Precept是目前唯一达到新一代汽车协作伙

伴关系（PNGV）油耗要求的车型。这是一辆四门、五人座轿车，其驱动系统系由一台3缸

1.3升直喷柴油引擎与两台电动机(包括驱动前轮的电动机和驱动后轮的柴油-电动机组)及

一台手动自动变速箱组成，而电动机可吸收刹车过程中的制动能量，并给以上的电池组充

电。

进入21世纪以来，三大汽车公司总结了低批量生产电动汽车的经验教训，决定实施战

略转变，将其混合动力系统装于高耗能和高价格的SUV和轻型载货车上，轻型载货车和

SUV这类汽车在美国销售数量极大，所以改善这些车辆的燃料经济性，将对降低总体燃料

消耗和CO2的产生更有意义。在2004年组建了生产混合动力汽车和燃料电池汽车所用电池

联合开发公司—USABC，投资460万美元开发新一代环保型双动力汽车所需要的高性能锂

聚合物电池。2005年9月，通用汽车、戴姆勒-克莱斯勒集团与宝马集团签署了关于构建全

球合作联盟，以共同开发混合动力推进系统的合作备忘录，共享各自在混合动力推进系统

方面领先的技术能力及丰富的科技资源，并把发展“双模”完全混合动力系统作为首要目

标。2009年美国混合动力汽车销量达到29.03万辆，占美国汽车市场份额达2.8%，虽然份额

还较小，但却从2005年的1.2%开始呈逐年上升之势。预计美混和动力汽车的销量2013年将

达到87.2万辆，市场占有率将达到5%。

美国现任总统奥巴马实施绿色新政，已经于2009年8月宣布安排24亿美元支持PHEV的

研发与产业化，其中20亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化。计划到2015年普及

100万辆插电式混合动力电动汽车（PHEV）。此外，美国也对PHEV实施税收优惠，减税额

度在2500美元和15000美元之间。而且美国新的汽车燃油经济性法规和欧盟新车平均二氧

化碳排放法规，对汽车的技术要求大幅提高，如果不发展新能源汽车技术，汽车制造商将

很难达到新法规的要求。

3.1.3 其他国家混合动力汽车的发展现状

欧洲的汽车公司认为，虽然汽油机混合动力技术节省汽油，也能降低排放,但相比之下

柴油机轿车更好，因为柴油机已经发展成为清洁，平顺，安静的动力。增压器，高压燃料

喷射系统已经将柴油机改进得和汽油机一样好，加上清洁低硫的柴油燃料，柴油机轿车已

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经具有更高的燃料经济性，同时柴油机比汽油电动混合动力更加简单、高效、制造费用较

低，也能使制造者获得合理的利润。1.8LTDI柴油机轿车燃油经济性大约是21.1Km/L,价格

则低于本田的Civic。所以欧洲汽车公司的主要精力放在发展现代增压直喷柴油机轿车上。

但是欧洲也并没有停止对混合动力电动汽车的开发、研制工作。在欧洲，各大汽车厂

商争先恐后的推出了本公司研制的混合动力汽车。最近欧洲六大汽车公司联合就混合动力

汽车技术进行了研讨和综合评述，认为其技术成果有望使混合动力汽车的成本接近于传统

汽车，使用户买得起，生产厂商也有利可图。专家普遍评价：混合动力汽车是21世纪初汽

车产业界的一场革命，只有混合动力汽车才能满足世纪之初对汽车的环保与节能要求。此

外，欧盟在2009年上半年发放70亿欧元贷款，支持汽车制造商发展新能源汽车。

[5]

德国政府在2008年11月提出未来10年普及100万辆插电式混合动力汽车和纯电动

汽车，并宣称该计划的实施，标志德国将进入新能源汽车时代。从2010年起启动了一项

4.2亿欧元的车用锂电池开发计划，几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入。国家的大

量投入，充分调动了企业的积极性，目前国际主要汽车制造商不断加强与电池企业的合作，

以动力电池突破为核心目标的强强联合与产业联盟不断涌现，动力电池技术研发和产业化

进程明显加快。德国公司生产的并联式混合动力电动车Duo已小批量生产，现在德国已

开始出租。德国汽车工业已经实施新的排放标准和节能要求，不允许百公里油耗超过5

升的轿车上路，这也促使人们更多地把希望寄托在混合动力汽车上。著名高档车品牌保时

捷也推出了混合动力车型，从而为混合动力家族增添一款贵族新丁，这就是顶级豪华SUV

卡宴Cayenne的混合动力版。保时捷公司是在第61届法兰克福车展上宣布这一消息的。

他们在2010年生产以SUV（多功能运动车）“Cayenne”为原型的油电混合动力车。混合

动力款Cayenne既保持了保时捷独有的动力性能，同时还将把燃烧效率提高15％左右，

这从根本上改变大型SUV越野车费油的弊病。混合动力款Cayenne装有一个传统的汽油

发动机和一个新的电动机系统，它们可以单独或协同地为汽车提供动力。电动机中还装有

一个专用的离合器，可以使电动机完全独立地工作，当需要时可以随时启动。整个动力系

统完全采用电子控制，可以时刻检测发动机节流阀的位置，它决定了位于车辆尾部的电池

的蓄电情况。当电动机离合器关闭时，汽油发动机和电动机一起提供动力，当电池的电量

消耗光时，电动机就会自动停止而完全靠发动机提供动力。这套混合动力系统在城市路况

行驶时的优势最为明显。在拥挤的道路中，车辆不断的停车和启动，而且行驶速度也比较

慢，这时就可完全依靠电动机提供动力，从而大大降低油耗。而且在制动时，由于行驶惯

性而产生的能量也将被储存到电池中，而不是像以前那样白白浪费，这样就为电动机提供

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了额外的动力。这套混合动力系统由保时捷和德国大众集团联合开发。大众集团的奥迪公

司刚刚发布的，以SUV（多功能运动车）“Q7”为原型的混合动力车，也将采用这套系统。

法国雷诺公司研制的VERT和HYMME两款混合动力电动汽车已在法国接受了

10000km的运行试验。并于1998年研制出电动(汽油)两用车，取名为NEXT，样车已经向公

众展出。这种电动汽油两用车前部装有一台汽油发动机；两台7Kw电动机装在两个后轮上。

当时速在40km以下时，由电动机驱动；达到40km以上时由汽油发动机驱动，同时可为电

瓶充电，最大时速达142km；若再加速，此时电瓶会提供辅助动力，最高时速可达169km。

瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6卡车改装的混合动力电动汽车，最高时速可

达90km。德国已有几十辆混合动力大客车在斯图加特和威塞尔市运行。

3.2 我国混合动力汽车开发情况

我国政府在国家高技术研究发展计划“863”计划中专门开列了包括混合动力汽车在

内的电动汽车重大专项。目前，我国在新能源汽车的自主创新过程中，坚持了政府支持，

以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、

燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三

横”的研发布局，通过产学研紧密合作，我国混合动力汽车的自主创新取得了重大进展。

3.2.1 一汽集团的发展状况及主要产品

一汽集团从1999年开始进行新能源汽车的理论研究和研制工作，并开发了红旗混合

动力轿车性能样本。“十五”期间，一汽集团承担了国家“863”计划重大专项中“红旗牌

串联方式混合动力轿车研究开发”任务，正式开始了新能源汽车的研发工作。该车建立在

红旗轿车的基础上，具有良好的性能和操纵平顺性。经转鼓实验台的性能测试结果表明：

该轿车最高车速不小于160km/h；0 ~100km加速时间为14s；NEDC工况百公里燃料消耗

为4.9L。

一汽产品奔腾B70混合动力版轿车采用油-电混合方式。动力系统采用双电机方案，

混合度为40/103，属于全混合（Full-Hybrid，亦称重混合）构型。奔腾B70混合动力版轿

车的成本是汽油版奔腾车型的两到三倍，实现量产后成本会逐渐降低，即使如此混合动力

版奔腾上市后，售价肯定比现有奔腾车型高，但高出的价格不会超过汽油版奔腾车型的

30％。

从2006年开始，在奔腾B70的基础上，进行混合动力化的技术研究。目前一汽混合

动力轿车已经取得了42％的节油效果，达到了国际先进水平。

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继2008年为北京奥运会提供了12台混合动力客车和6台混合动力轿车进行示范运行

后，一汽集团积极参与2009年科技部新能源汽车试验运行项目，建立了“大连新能源汽

车示范基地”，并中标大连和长春的示范运行，2009年分别为大连、长春提供了150辆和

100辆混合动力客车。目前，奔腾混合动力轿车的中试生产线已获一汽集团批准，正在建

设中；混合动力轿车已初步形成批量生产能力 。

[6]

3.2.2 上汽集团的发展状况及主要产品

在新能源汽车的研发上，上汽明确了以混合动力为重点，燃料电池为方向，同时加快

替代产品的研发。

2010年上汽荣威750中混混合动力轿车将投放市场，该车采用BSG系统（皮带传动

的起动发电一体机），具备“智能停机零排放”和“环保与动力性兼备”两大突出特点，

最高时速为205km/h，最大续驶里程达500公里。作为上汽首款面向产业化的自主品牌混

合动力轿车，荣威750中混混合动力轿车可实现综合节油率20%左右。在上海世博会期间

上汽投放150辆混合动力汽车在世博越江专线上运行。2012年，荣威550插电式强混轿

车将上市，目前该车的动力系统前期开发已经启动，并且进展顺利。。

3.2.3 东风集团的发展状况及主要产品

从“十五”计划开始，东风公司每年投资上亿元研发电动汽车，再加上国家以及省市

政府投资，共达6个多亿，目前东风在纯电动、混合动力、燃料电池等各种电动汽车的研

发方面都独立掌握了核心技术，不依赖于任何外力，实现自主知识产权。

东风EQ7200HEV混合动力轿车是“863”项目的重大专项和东风汽车公司重大战略项

目。该轿车是以EQ7200-Ⅱ车型（风神蓝鸟轿车）为基础，采用电控自动变速箱与创新型

并联机电耦合的方案，配置直流永磁无刷电动机和镍氢电池，其最大车速大于160km/h,

0~100km/h的加速时间不超过13s，最大爬坡度不小于25%，续驶里程（不带空调,50km/h

的匀速情况）大于500km。整车排放不低于欧洲3号标准，百公里油耗与EQ7200轿车相比

下降30%，计划在“十五”期间实现产业化。产业化后，整车成本比EQ7200轿车成本增加

幅度≤30%。

3.2.4 中国长安集团的发展状况及主要产品

“十一五”期间，长安加大了对清洁能源汽车的投入，开展了多元化能源技术的探索

性研究。通过在节能环保车型上不断推陈出新、引领行业的技术升级，充分利用和调动全

球资源，长安在中度油电混合动力汽车、强度油电混合动力轿车等技术领域均有探索。

11

长安首款混合动力轿车长安杰勋HEV已于2009年6月成功上市，杰勋混合动力轿车的

动力系统由长安自主研发的1.5L高效发动机和13kW永磁同步无刷电机组成，续驶里程大于

500公里，整车动力水平和2.0L汽油发动机相当，整车油耗可以节约大概20%以上。；首批

20辆长安志翔混合动力出租车已经正式在重庆投入投入运行。并计划在未来3年内，形成

不同档次、不同用途、搭载不同的系统的中混平台化、弱混规模化、强混产业化研发能力，

覆盖商用车、A级、B级、C级产品。2014年将实现产销新能源汽车15万，2020年达到新能

源汽车产销50万辆以上。

3.2.5 奇瑞汽车集团的发展状况及主要产品

从2003年开始到2008年，奇瑞主要进行混合与中度混合动力轿车以及节能环保系统

的开发，并实现产业化；奇瑞已经在芜湖的出租车上进行了试用，油耗将降低10%到30%，

达到欧Ⅳ排放标准。从2004年开始，奇瑞主要进行强混合动力轿车的开发，并实现产业

化。奇瑞混合动力轿车油耗目标达到3L/100km，排放达到欧美法规。

奇瑞A5BSG是一款并联式弱混合动力轿车，采用燃油发动机、电力发动机互补工作模

式，这两种动力源在汽车不同的行驶状态下分别或者一起工作，通过这种组合达到最少的

燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。与传统轿车相比，该车在城市工况可

节省燃油10%-15%，减少二氧化碳排放约12%，而成本只增加25%-30%左右。

[7]

12

4 混合动力汽车的研究方向和研究方法

4.1 混合动力汽车的研究方向

就目前来看，研究混合动力汽车技术的方向主要有：控制策略研究、再生制动能量回

收研究及动力总成参数匹配研究等，下面我们就这几个方法来具体分析。

4.1.1 混合动力汽车控制策略的研究

能量控制策略用于解决由混合动力系统多能量源所引起的工作模式切换问题，以及能

量流的优化控制问题，以更好地控制多能量源之间能量流的协调和分配 。控制策略是混

[8]

合动力汽车技术的核心，是能量管理系统的核心，是实现混合动力汽车低油耗和低排放等

目标的关键所在。

[9]

为了能够充分发挥混合动力汽车的潜力，使其动力总成系统协调行驶，建立先进合理

的能量管理控制策略以及对现有的控制策略进行优化已成为国内外各著名汽车公司研究

的核心技术之一。

[10-12]

混合动力汽车控制策略的总体目标是为了协调混合动力汽车动力系统工作，以便实现

整车动力性、燃油经济性或排放性的最优或折衷。各种形式的控制策略如下。

[13]

串联式控制策略。串联式HEV的发动机跟汽车行驶的工况没有直接的联系，其控制策

略以使发动机在最佳效率区和最少尾气排放区为主要目标。串联式HEV的控制策略有恒温

器控制模式和发动机跟踪器控制模式这两种基本控制模式。

并联式控制策略。并联式HEV的控制策略通常是根据电池的SOC、驾驶员的加速踏板

位置、车速和驱动轮的平均功率等参数，按照一定的匹配规则使发动机和电动机输出相应

的转矩（或功率），以满足驱动轮驱动力矩的要求。并联式HEV目前总体上来说有4种控

制策略：基于规则的逻辑门限控制策略、瞬时优化控制策略、智能控制策略和全局最优控

制策略。

混联式控制策略。混联式控制策略大体上有两种：一种是基于目标函数的控制策略，

将优化目标（比如油耗、排放等）表示为系统状态变量的函数，通过对状态变量的实时控

制来达到优化目标；另一种是基于最高效率的控制策略，将整车系统的各部件的效率综合

计算得到整车系统的能量效率，再通过选择状态变量（比如发动机转矩、转速、电池的放

电电流等）使得整车效率达到最高。基于以上两种分析思路，可以得到4种具体控制策略：

发动机恒定点控制策略、发动机最优工作曲线控制策略、瞬时优化控制策略和全局优化控

13

制策略。

4.1.2 混合动力汽车再生制动能量的研究

再生制动是指汽车在减速或制动时，通过与驱动轮（轴）相连的能量转换装置，把汽

车的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量

的目的，然后在汽车起步或加速时又释放储存的能量，以增加驱动轮（轴）上的驱动力或

增加混合动力汽车及电动汽车的续始里程。理论上汽车制动能量回收的方法有空气储能、

液压储能、飞轮储能和电储能。目前采用较多的方法是电储能法。从国内外研究现状可看

出，汽车制动能量回收系统研究主要集中在回收制动能量方法、回收制动能量的效率、驱

动电机与功率转换器的控制技术、再生制动控制策略、机电复合制动的协调等方面。目前，

急需解决的制动能量回收系统关键技术问题主要有4方面：制动稳定性问题、制动能量回

收的充分性问题、制动踏板平稳性问题、复合制动协调兼容问题。

[14]

4.1.3 混合动力汽车动力总成参数匹配的研究

在混合动力汽车的产品开发中，最关键的环节是根据不同的混合动力驱动系统制定和

优化其控制策略。控制系统首先根据采集到的速度和负荷等信号，计算出满足要求的输出

功率，以最高效率点为基准对发动机与电机的功率进行分配，然后根据功率分配比例，结

合电机的初始参数值，算出发动机和电机较优的控制参数。因此，如何实现混合动力汽车

发动机、电机及蓄电池三者之间的良好匹配和优化控制，是混合动力汽车目前必须解决但

尚未完全解决的一项技术难题。

4.2 混合动力汽车的研究方法

目前，混合动力汽车所采用的研究方法主要有：计算机仿真法、试验法及硬件在环仿

真法。

4.2.1 计算机仿真法

计算机仿真法具有适应性强、费用低、开发周期短等优点，但受动力系统复杂的数学

模型的制约，难以得到准确结果，仿真结果的可信性可用性必须通过其它途径来检验。

4.2.2 试验法

（HILS）是指将部分实际被控对象用高速计算机上实时运行的仿真模型来替代，并与控制

单元实物连接成为一个系统，它通过仿真试验实现对控制系统功能进行测试和验证。HILS

既解决了纯粹计算机仿真对现实条件过于简化和理想化的问题，又克服了实际试验中时间

长和费用高的制约，所以它是一种切实可行的既缩短开发周期，又节约开发成本的工程技

术手段。况且，一些实车试验因道路条件的复杂性和高度危险性缺乏可操作性，因此，目

5 混合动力汽车的发展前景及趋势

在能源和环保的压力下，世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域，但是由于技术和

经济上存在的各种困难，电动汽车还有相当长的路要走才有可能实现商品化，而混合动力

汽车技术相对更为成熟，由于采用了精湛的机电耦合技术和智能化的整车控制策略，从而

实现整车的高性能，低能耗和低排放，因此日本、美国等多家汽车公司已经和正向市场推

出各种混合动力汽车产品，世界主要地区汽车销售量及混合动力汽车销售量预测如图5-1

。

图5-1 混合动力汽车销售量预测图

目前，计算机技术、自动控制技术及各种智能控制系统（包括模糊控制技术、自适应

控制技术、神经网络控制系统、专家控制系统等）在混合动力汽车上的逐渐应用，将进一

步促进混合动力汽车的发展。作为从混合动力汽车到纯电动汽车的一种过渡技术方案，插

电式混合动力电动汽车（PHEV）已成为当前新的研发和推广热点之一。PHEV兼顾了常规

混合动力汽车和纯电动汽车的优点，由于能大量减少温室气体排放、减少燃油消耗、充电

便捷，插电式混合动力汽车技术是现阶段可行的一种清洁节能、使用方便的车辆。目前，

国内外已经有部分PHEV产品的出现。国外典型的PHEV有：雪佛兰Volt电动汽车；插电式

普锐斯电动汽车；欧宝Ampera插电式电动汽车。我国典型的PHEV有：深圳五洲龙可充电

式混合动力电动汽车；比亚迪F3 DM Plug－in混合动力电动汽车等。随着技术的不断发展，

PHEV必将成为混合动力汽车发展延续的主流，最终过渡到纯电动汽车。

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结论

总之，与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优势，

在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，HEV的电压和功率等级与电动车类似，

但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。HEV在近20—30年内会很有发

展前景，这一点是毫无疑问的。汽车行业专家预言，不久的将来，新生产的汽车中 HEV

将占40％以上，与传统燃油汽车分享市场。国内混合动力汽车正处于样车试制阶段，已

开发出混合动力轿车、混合动力中巴车、混合动力大客车样车，而国外日本等少数国家汽

车制造商已开始了逐年增长的小批量商业化生产，并正在广泛进入世界市场。

我国的汽车工业应顺应科技发展趋势，抓住HEV这块市场，在国外产品涌入之前，

集中科研力量攻关，迅速开发出自己的产品。