混合動(dòng)力車輛以傳動(dòng)配置怎樣分類？

并聯(lián)式油電混合系統(tǒng)

并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖

在并聯(lián)式油電混合系統(tǒng)（Parallel hybrid）中，內(nèi)燃機(jī)及電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力各自透過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞而推動(dòng)車輪，內(nèi)燃機(jī)及電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)之前各自分開、互不相干，因此稱作并聯(lián)型混合動(dòng)力。兩者同時(shí)由電腦控制以達(dá)至協(xié)調(diào)。由于現(xiàn)有的并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)大多數(shù)都不能單靠電力推動(dòng)，往往會(huì)被分類為中度混合動(dòng)力。

常見的一種并聯(lián)混合動(dòng)力設(shè)計(jì)是以內(nèi)燃機(jī)作為主要?jiǎng)恿碓?，電?dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力系統(tǒng)，兩者透過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)耦合。系統(tǒng)中并無專為電池充電用的發(fā)電機(jī)，行駛中，電池充電來源只有兩項(xiàng)：一是靠再生制動(dòng)系統(tǒng)在車輛減速、制停時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能。其二是是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)仍有余力時(shí)，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電。再生制動(dòng)所得的電量相當(dāng)有限，第二種情況所得的電量也不會(huì)太多。由于充電能力有限，此類設(shè)計(jì)傾向于使用較小的電池容量以及較低功率的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)只作為補(bǔ)助性角色，不能獨(dú)自推動(dòng)車輛。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:內(nèi)燃機(jī)可以怠速熄火、提高內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的燃油效率及降低損耗、使用再生制動(dòng)系統(tǒng)回收電能。電動(dòng)機(jī)能與內(nèi)燃機(jī)一起運(yùn)作，可以在需要時(shí)加大馬力。由于主要?jiǎng)恿碓匆琅f是內(nèi)燃機(jī)，此類設(shè)計(jì)保留了內(nèi)燃機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)較省燃料的特性，有利在高速公路行走。綜合而言，相對(duì)于同動(dòng)力的純內(nèi)燃機(jī)車，補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)的燃料消耗與碳排量較低。由于此設(shè)計(jì)所使用的電池及電動(dòng)機(jī)的容量及功率都較小，重量也較輕而減低了額外負(fù)載；另外，此設(shè)計(jì)并不需要大幅更動(dòng)純內(nèi)燃機(jī)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)變更的成本也較低。

另一種設(shè)計(jì)是內(nèi)燃機(jī)及電動(dòng)機(jī)各自分別推動(dòng)不同的輪軸，兩者透過車輪與地面的接觸耦合（couple through the road），行駛中，電池可靠再生制動(dòng)系統(tǒng)充電，另一種充電方式是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低附載狀況下推動(dòng)車輛行走時(shí)（如巡航），連著電動(dòng)機(jī)的輪軸被地面帶動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)便可發(fā)電而為電池充電。由于內(nèi)燃機(jī)的輸出是經(jīng)過路面?zhèn)髦岭妱?dòng)機(jī)，因此得名through the road。除了能夠透過再生制動(dòng)系統(tǒng)回收電能外，此種設(shè)計(jì)的另一好處是四輪驅(qū)動(dòng)性。由前后輪軸都有動(dòng)力，在某些情況下?lián)碛兴妮嗱?qū)動(dòng)的循跡性能（traction），有些類似設(shè)計(jì)甚至沒有電池，例如日產(chǎn)的e-4WD系統(tǒng)，直接以發(fā)電機(jī)推動(dòng)電動(dòng)機(jī)以推動(dòng)后輪，內(nèi)燃機(jī)則推動(dòng)前輪及發(fā)電機(jī)。然而，此系統(tǒng)最大的問題在于兩輪軸的動(dòng)力往往難以完美協(xié)調(diào)而造成能量損耗，因此在燃油效率的表現(xiàn)上受到一定程度的限制。

串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)

串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖

串聯(lián)式油電混合系統(tǒng)（Series hybrid）是由一具功率僅供滿足行進(jìn)時(shí)平均功率的內(nèi)燃機(jī)（也可以是外燃機(jī)）作為發(fā)電機(jī)發(fā)電，電力用以為電池充電及供電給電動(dòng)機(jī)，車上唯一推動(dòng)車輪的是電動(dòng)機(jī)。如果在電動(dòng)車的角度來看，這種設(shè)計(jì)可以“增”加電池行走里數(shù)的不足，故稱為增程型電動(dòng)系統(tǒng)；而其構(gòu)造上動(dòng)力輸出的流程完全是一直線，所以又稱串聯(lián)式油電混合系統(tǒng)。依其電池容量大小，如果電池容量小而不足以獨(dú)自推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這樣就是中度混合，但若電池容量大至足以推動(dòng)電動(dòng)機(jī)行走一段距離，依重度混合動(dòng)力的定義，這樣的的串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)就是重度混合由于此種系統(tǒng)所需的電池及電動(dòng)機(jī)的功率也較大，所以成本較高。由于引擎僅負(fù)責(zé)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，因此可以較好地易控制排污及提高效率，而引擎配置位置也較彈性，加上電動(dòng)機(jī)的輸出有高扭力，省卻了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及變速箱，能增加車箱容量及使布置合理化，簡(jiǎn)化了機(jī)械維護(hù)，省卻了變速箱簡(jiǎn)化了架駛操縱，也沒有變速箱換檔時(shí)做成動(dòng)力不連慣感覺，這些都是因以電動(dòng)機(jī)推接推動(dòng)而得到根純電車一樣的好處。 在耗油量方面，這種系統(tǒng)特別適合于需要不停地起動(dòng)及停車的情況（stop and go driving），例如巴士，因?yàn)橄鄬?duì)內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)在的扭力及效率在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持相當(dāng)高，可使車輛起動(dòng)及慢速時(shí)的比內(nèi)燃機(jī)有更佳表現(xiàn)，而用于發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)可保持平穩(wěn)轉(zhuǎn)速而保持高效率，以英國雙層巴士的經(jīng)驗(yàn)可減少40%的燃油消耗。但在高速公路上，串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量經(jīng)過多重轉(zhuǎn)換：發(fā)電機(jī)損耗、電池充電損耗，電池放電損耗，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換效率等，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛只有內(nèi)燃機(jī)的損耗及機(jī)械轉(zhuǎn)輸?shù)男剩ㄒ话慵s95%）。所以串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)適合在市區(qū)中使用，但在高速公路上的情況就無甚得益。

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力整合/分配式混合動(dòng)力系統(tǒng)）

混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖

“混聯(lián)式油電混合系統(tǒng)”（Series-Parallel hybrid），又稱為“動(dòng)力整合式混合動(dòng)力系統(tǒng)或動(dòng)力分配式混合動(dòng)力系統(tǒng)”（Power-split hybrid）系統(tǒng)同時(shí)擁有功率相當(dāng)?shù)囊媾c馬達(dá)，所以可依路況選擇使用電動(dòng)模式、汽油（或柴油）模式或混合模式；設(shè)有由內(nèi)燃機(jī)推動(dòng)的發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生充電或電動(dòng)機(jī)所需電力。兼俱并聯(lián)式及串聯(lián)式的功能及特性，因而得名混聯(lián)式混合動(dòng)力。

在起步或低速時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的效率低，所以會(huì)全由低速性能及效率較佳的電動(dòng)機(jī)推動(dòng)，從而提高效率而達(dá)至較省燃料。視電池狀況而定，內(nèi)燃機(jī)會(huì)在需要時(shí)會(huì)推動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電或直接向電動(dòng)機(jī)供電，亦即串聯(lián)混合動(dòng)力。當(dāng)車速提高至內(nèi)燃機(jī)能工作在有高效率的轉(zhuǎn)速時(shí)就轉(zhuǎn)由內(nèi)燃機(jī)推動(dòng)，在這情況相比繼續(xù)以電動(dòng)機(jī)推動(dòng)，改由內(nèi)燃機(jī)推動(dòng)可以免卻電動(dòng)機(jī)推動(dòng)時(shí)因多次能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的能量損耗（燃料發(fā)電推動(dòng)電動(dòng)機(jī)的過程中，能量由化學(xué)由內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)為動(dòng)能，動(dòng)能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為電能，電能由電動(dòng)機(jī)最后轉(zhuǎn)為動(dòng)能，每次轉(zhuǎn)換都會(huì)有損耗；若是先充電池再由電池供電的話，更是增加充放電時(shí)的損耗），提高效率，減少耗油量。而當(dāng)需要時(shí)，例如加速及爬坡，電動(dòng)機(jī)可以同時(shí)開動(dòng)，增加額外馬力，亦即并聯(lián)混合動(dòng)力。

馬達(dá)提供了怠速熄火系統(tǒng)及制動(dòng)再生功能，在停車或以電動(dòng)機(jī)推動(dòng)時(shí)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，在減速與剎車時(shí)、下坡時(shí)進(jìn)行動(dòng)能回收。內(nèi)燃機(jī)也不必兼顧起動(dòng)及低速的需要，可以進(jìn)一步優(yōu)化高轉(zhuǎn)速時(shí)的需要，提高燃油效率及性能，也同時(shí)降低污染物的排放。

由于各推動(dòng)單元都能各自獨(dú)力推動(dòng)整部車，因此混聯(lián)式混合動(dòng)力也必然地能達(dá)至重度混合動(dòng)力的程度。但混聯(lián)式混合系統(tǒng)并不是唯一可達(dá)至重度混合的技術(shù)。

應(yīng)用例子

補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)
“補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)”（Assist Hybrid）是依其特性所稱的名稱，如果依其構(gòu)造分的話也就是“并聯(lián)式油電混合系統(tǒng)”（Parallel hybrid）。補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)目前的主流設(shè)計(jì)是以一具功率較大引擎（多是內(nèi)燃機(jī)）作為主要?jiǎng)恿?，再配上一具功率較小的馬達(dá)（多在20kW以下）做補(bǔ)助動(dòng)力，所以才叫做補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)；并提供動(dòng)力給馬達(dá)發(fā)電。馬達(dá)與引擎直接連接，功能主要是發(fā)電、協(xié)助提高轉(zhuǎn)速、進(jìn)行動(dòng)能回收和強(qiáng)化引擎性能等。而且兩者同時(shí)驅(qū)動(dòng)造出更大的縱效馬力還可強(qiáng)化性能，由于這種技術(shù)是開發(fā)混合動(dòng)力技術(shù)的過程，因此所有有開發(fā)過混合動(dòng)力技術(shù)的車廠都具備這樣的技術(shù)，例如奔馳、法拉利、本田、馬自達(dá)和豐田。

奔馳利用S-Class開發(fā)了一款自家的中度混合動(dòng)力車S400 Hybrid L，采用的就是典型的補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)。一顆V6引擎加上鋰電池，引擎曲軸箱與變速箱中央的碟型電動(dòng)馬達(dá)，單靠引擎動(dòng)力可達(dá)299hp的馬力與38公斤米的扭力值，碟型電動(dòng)馬達(dá)則可輸出15kW之功率，縱效馬力達(dá)319 hp。平均油耗僅7.9L/100km，每行駛一公里僅有186g二氧化碳排放。

Ferrari在2012年4月正式展示自家開發(fā)的補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)。Ferrari的混合動(dòng)力系統(tǒng)取名叫HY-KERS，該系統(tǒng)目前是由一個(gè)V型12缸引擎和一個(gè)配備電動(dòng)馬達(dá)的雙離合器變速箱構(gòu)成，而安裝在V12引擎前方的第二臺(tái)電動(dòng)馬達(dá)則專門用于輔助系統(tǒng)上。這兩組電動(dòng)馬達(dá)也與電池組相連，使得電池組可根據(jù)空間大小和最終配置情況，放置于車體結(jié)構(gòu)內(nèi)。這套系統(tǒng)并非以環(huán)保節(jié)能為主要目標(biāo)，而是以提升引擎動(dòng)力為優(yōu)先，而且不得過度增加車重，希望能在增加動(dòng)力之余還能降地碳排放與油耗。該系統(tǒng)曾試驗(yàn)性的以前中置引擎后輪驅(qū)動(dòng)安裝在599 Hybrid Concept上，但目前展示的系統(tǒng)已改為后中置引擎后輪驅(qū)動(dòng)，計(jì)劃優(yōu)先搭載于限量跑車Enzo的后繼車款F150 LaFerrari上。

Honda Insight本田洞察者

Honda在2000年投產(chǎn)的Insight也是補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)。Honda開發(fā)的補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)命名為IMA（Integrated Motor Assist）。IMA系統(tǒng)使用自家的i-VTEC引擎配上電動(dòng)馬達(dá)，可達(dá)到有效的節(jié)能與性能表現(xiàn)，不過因?yàn)槿詫僦卸然旌蟿?dòng)力的程度，效果仍算有限。Insight當(dāng)前采用的是輸出動(dòng)力95匹的1.3升四缸汽油引擎搭配可輸出14匹的電動(dòng)馬達(dá)，總合動(dòng)力輸出有102匹，大約相當(dāng)于1.5升的引擎。除了Insight之外，Honda現(xiàn)在還有Fit Hybrid、Fit Shuttle、Freed、Freed Spike和CR-Z等車款使用IMA系統(tǒng)。

Mazda發(fā)展的e-4WD亦是類似的系統(tǒng)。e-4WD是在前輪帶動(dòng)車的后輪裝上電動(dòng)機(jī)，在需要的時(shí)候在后輪加進(jìn)推力。

Toyota第一代的Prius因?yàn)榧夹g(shù)尚未成熟，所以也是采用補(bǔ)助型混合動(dòng)力系統(tǒng)，但從第二代起技術(shù)已開發(fā)完備而改用更進(jìn)步的重度混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。

增程型電動(dòng)系統(tǒng)（串聯(lián)式油電混合系統(tǒng)）
這種設(shè)計(jì)目前多用于大型車輛，例如Wrightbus的雙層巴士Wright Gemini 2及運(yùn)載量達(dá)13噸的軍用運(yùn)輸車HEMTT A3 Hybrid Truck。

采用串聯(lián)混合動(dòng)力的雙層混合動(dòng)力巴士Gemini 2 HEV

Chevrolet Volt和Opel Ampera掛載1.4升增程式電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。這組由通用汽車GM集團(tuán)研發(fā)的1.4升增程式電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，擁有了Electric純電動(dòng)以及Extended-Range增程模式。在純電動(dòng)模式下有約56km最大巡航距離，而在電池耗盡后，發(fā)動(dòng)機(jī)供電的增程模式能夠提供約554km的最大距離，總行駛距離達(dá)約610km，能滿足日常生活使用。 2010年正式推出量產(chǎn)車型，中文名為沃藍(lán)達(dá)。為延長(zhǎng)電池壽命，電池電量狀態(tài)（SOC）被控制在30至85%之間，低于30％時(shí)發(fā)電機(jī)會(huì)啟動(dòng)，為電池充電及供電給發(fā)電動(dòng)機(jī)以推動(dòng)車輛行駛。不過在部分行駛模式中會(huì)更早地啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

Audi的A1 e-tron概念車也是這種設(shè)計(jì)，車上配備一具小排氣量轉(zhuǎn)子引擎只作發(fā)電用，專為電池組充電，車輛完全由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，但Audi并無計(jì)劃量產(chǎn)這型號(hào)。

全面型混合動(dòng)力系統(tǒng)（混聯(lián)式油電混合系統(tǒng)）
全面型混合動(dòng)力可以是讓引擎與馬達(dá)都驅(qū)動(dòng)前輪或后輪，也可以設(shè)計(jì)成分開驅(qū)動(dòng)前后輪變成四輪驅(qū)動(dòng)。目前擁有全面型混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的廠商有Toyota和Ford,其中Ford的混合動(dòng)力系統(tǒng)來自于Toyota的授權(quán)和專利交換。

從2013年開始，Honda推出了名為I-MMD系統(tǒng)的混合動(dòng)力雅閣，在北美和日本首先上市。該系統(tǒng)具體工作原理與Toyota的行星齒輪組有較大不同，但是經(jīng)過一系列媒體測(cè)試表明，該系統(tǒng)燃油效率非常高，按照美國EPA標(biāo)準(zhǔn)合47MPG(5.0l/100KM)，實(shí)際測(cè)試效果也基本達(dá)到預(yù)期。目前Honda的I-MMD系統(tǒng)也被認(rèn)為屬于全面型混合動(dòng)力系統(tǒng)。


豐田Prius使用的是混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

Lexus和Toyota使用的是豐田集團(tuán)開發(fā)的HSD全面型混合動(dòng)力系統(tǒng)（Lexus和Toyota同為豐田集團(tuán)旗下廠牌，BMW也以技術(shù)交換合法共享部分該技術(shù)）。HSD系統(tǒng)用一顆Atkinson循環(huán)汽油引擎配上兩具電動(dòng)馬達(dá)，其中一具馬達(dá)與引擎整合，主要功能是當(dāng)發(fā)電機(jī)用引擎余力發(fā)電，同時(shí)也是在怠速熄火系統(tǒng)啟動(dòng)后幫引擎提升轉(zhuǎn)速；另一具馬達(dá)則與驅(qū)動(dòng)軸連接，主要功能是在電動(dòng)和混合模式時(shí)提供車輪動(dòng)力，并在減速與剎車時(shí)進(jìn)行動(dòng)力回收，而Atkinson循環(huán)汽油引擎在低轉(zhuǎn)速下扭矩不足的缺點(diǎn)，可有效的為馬達(dá)所彌補(bǔ)，使得豐田混合動(dòng)力汽車同時(shí)擁有極低的油耗和優(yōu)異的動(dòng)力表現(xiàn)。這些技術(shù)結(jié)合下來打造當(dāng)今最有效的混合動(dòng)力系統(tǒng)。Lexus和Toyota已有數(shù)十款車型也實(shí)用，當(dāng)前在省油效果方面最佳的代表是第四代Toyota Prius。