混合动力汽车

加拿大蒙特利尔的一辆生物柴油混合动力车

1.1 两轮车和自行车

轻便摩托车，电动自行车，甚至电动踏板车都是混合动力的一种简单形式，由内燃机或电动机以及骑手的肌肉驱动。19世纪末的早期原型摩托车使用了相同的原理。

• 在并联混合动力自行车中，人和马达扭矩在踏板或车轮之一处机械耦合，例如使用轮毂电机、压在轮胎上的滚轮或使用传动元件连接到车轮。大多数机动自行车、轻便摩托车都是这种类型的。^[2]
• 在串联混合动力自行车(SHB)中(一种无链自行车)，用户踩下发电机，给电池充电或给电机供电，这样就能传递所需的扭矩。SHB很常见，原理和制造上都很简单。^[3]

1975年，奥古斯都·金泽(美国专利3'884'317)发表了第一个SHB原型。1994年，伯尼·麦克唐纳构思出了Electrilite^[4] 带有电力电子设备的SHB，允许静止时再生制动和踩踏板。1995年，托马斯·穆勒为他1995年的毕业论文设计并建造了一个“电磁感应装置”。1996年，伯尔尼应用科学大学的于尔格·布拉特和安德烈亚斯·富克斯建造了一个SHB，1998年改装了一辆莱特拉三轮车(欧洲专利EP 1165188)。直到2005年，他们建造了几个原型串联混合动力三轮车和四轮车。^[5] 1999年哈拉尔·库奇克描述了一种“主动式自行车”:其目的是通过电子补偿来实现理想的无重量无阻力自行车。

• 一种串联混合动力自行车由踏板、电池、汽油发电机或插入式充电器提供动力——比纯电动自行车具有更大的灵活性和续航能力。

大卫·麦显杰在澳大利亚制作的SHEPB原型^[6] 在2014年，使用了轻型无刷直流电机、小型手动工具大小的无人驾驶飞机的内燃机，3D打印的驱动系统和轻型外壳，总重量不到4.5 公斤。主动冷却功能可防止塑料零件变软。原型使用常规电动自行车充电端口。

1.2 重型车辆

混合动力列车使用柴油发电机或涡轮发电机为铁路机车、公共汽车、重型货车、移动液压机械和船舶提供动力。柴油/涡轮发动机驱动发电机或液压泵，发电机或液压泵为电动/液压马达提供动力——严格来说是电动/液压传动装置(不是混合动力)，除非它能从外部接受动力。大型车辆能量转换损耗的降低使得通过电线或管道分配动力相比于机械元件分配动力更优，尤其是在为多个驱动装置(例如驱动轮或螺旋桨)提供动力时。目前的大多数重型车辆几乎没有二次能源储存器，例如电池/液压蓄能器——除了最古老的混合动力设备之一——非核潜艇，在水面行驶时靠柴油发电，在水下行驶时靠电池发电。第二次世界大战的潜艇中同时使用了串联和并联混合动力装置。

铁路运输

欧洲
加拿大庞巴迪公司在法国建造的新型大容量自动铁路(自动发电机组或大容量轨道车)中使用的是柴油机/电机，依铁路系统的不同而使用1500或2500伏电压。^[7] 并在荷兰鹿特丹与日内瓦和怀俄明州的Railfeeding公司合作进行了测试。

中国
第一台混合动力测试机车由MATRAI铁路研究中心于1999年设计，2000年制造。这是一辆升级了电池的G12机车，装有200千瓦柴油发电机和4台交流电机。

日本
日本第一辆具有大容量储存能力的混合动力列车是装有顶置锂离子电池的JR东日本KiHa E200型车。^[8]

印度
印度铁路在2015年1月推出了一种天然气-柴油混合动力列车。这列火车装有1400马力的发动机。第一列火车将在81路行驶瑞瓦里-罗赫塔克路线全长100公里.^[9] 天然气是柴油和汽油的低污染替代品，在印度作为替代燃料很受欢迎。已经有许多运输车辆，如自动人力车和公共汽车使用压缩天然气燃料。

北美
在美国，通用电气公司用氯化钠镍（Na-NiCl₂）制造了一种机车电池。他们预期燃油经济性将改善大于10%。^[10]

变型内燃机车包括加拿大Railpower Technologies制造的绿山羊(GG)和绿小孩(GK)转运车/场地车发动机，带有铅酸(Pba)电池和1000至2000马力的电机，具备全新清洁燃烧技术的160马力柴油发电机。怠速时不会浪费燃料——这些类型机车大约60-85%的时间处于怠速。尚不清楚是否使用再生制动；但是原理上再生制动很容易实现。

因为这些发动机通常牵引额外的载重，所以电池组的重量是可以忽略不计的。^{[来源请求]} 柴油发电机和电池通常建在现有的“退役”场地机车框架上。现有的电机和传动装置都经过改造和重复使用。与“典型的”转运车/场地车发动机相比，可节能40-60%，污染减少80%。混合动力汽车在频繁启动、停止和怠速工况下的优势适用于典型的场地车使用。^[11] “绿山羊”机车已经被加拿大太平洋铁路、BNSF铁路、堪萨斯城南方铁路和联合太平洋铁路等国购买。

起重机

与TSI终端系统合作的Railpower Technologies公司的工程师正在测试一种用于轮胎式龙门起重机(RTG)的混合柴油发电机组。RTG起重机通常用于在港口和集装箱堆场，用于将集装箱装载和卸载到火车或卡车上。当负载高度降低时，用于提升负载的能量可以部分回收。铁路电力工程师预测柴油消耗和污染物排放将减少50-70%。^[12] 首批系统预计将于2007年投入运行。^[13]

道路运输、商用车辆

混合动力系统正被用于卡车、公共汽车和其他重型公路车辆。小的车队规模和安装成本劣势可以通过节省燃油来弥补。^[14] 随着诸如更高容量、更低成本等电池技术的进步。丰田、福特、通用和其他公司正在推出混合动力车和越野车。肯沃斯卡车公司最近推出了肯沃斯T270级车，这种车在城市场景中似乎很有竞争力。^[15][16] 联邦快递和其他公司正在投资混合动力车——特别是在混合动力技术可能首先获得回报的城市应用场景。^[17] 截至2013年12月，联邦快递正在试用两辆装有Wrightspeed型电机和柴油发电机的载货卡车；据称，改装套件在几年后就能收回成本。柴油发动机以恒定的转速运行以达到最高效率。^[18]

1978年，明尼苏达州明尼阿波利斯市亨内平职业技术中心的学生将一辆大众甲壳虫车改装成一辆带有现成部件的石油液压混合动力车。 60马力的发动机被替换为16马力的发动机，额定油耗从32英里/加仑降至75英里/加仑，并且速度可达70英里/小时。20世纪90年代，美国环保局国家车辆和燃料排放实验室的工程师为典型的美国轿车开发了一种石油液压动力系统。测试车在美国环保局的城市/公路联合驾驶循环中油耗达到了80多英里/加仑。其使用1.9升柴油发动机，0-60英里/小时加速时间是8秒。并且没有使用轻质材料。环保局估计，大量生产液压元件只会使成本增加700美元。 根据环境保护局的测试，一辆液压混合动力福特远征油耗为城市工况32英里/加仑(7.4L/100km)，高速公路工况为22英里/加仑(11 L/100 km)。 UPS目前有两辆卡车在使用这项技术。

军用越野车

自1985年以来，美国军方一直在测试串联混动悍马^[19][20] ，并且发现它们具有更快的加速性能、低热特征的隐形模式、近乎无声的操作和更高的燃油经济性。

船舶

装有桅杆式帆和蒸汽机的船只是混合动力船的早期形式。另一个例子是柴油电动潜艇。当其潜入水中时，它依靠电池运行，当其在水面上时，电池可以由柴油发动机重新充电。

较新的混合动力船舶推进方案有大型牵引风筝，由天帆号公司制造的。牵引风筝可以在比最高的船桅高几倍的高度飞行，捕捉更强且稳定的风能。

飞机

波音燃料电池示范机使用一个质子交换膜燃料电池/锂离子电池混合系统来驱动一个电动机，该电动机连接到一个传统的螺旋桨上。燃料电池为飞行的巡航阶段提供全部动力。在起飞和爬升过程中该系统使用重量轻的锂离子电池，因为此工况下飞行功率最大。

示范机是一架由奥地利的钻石飞机工业集团制造的迪莫纳电动滑翔机，飞机结构也被改造。翼展 16.3 meters (53 feet)，飞机由燃料电池供电，速度能够达到大约 100 km/h (62 mph) 。^[21]

混合风扇翼飞机也被设计出来。风扇翼由两个引擎组成，能够像直升机一样自动旋转和着陆。^[22]

2.1 电动-燃油混合动力车

术语混合驱动汽车通常指混合动力电动汽车。包括土星5号、丰田普锐斯、丰田Yaris、丰田凯美瑞混合动力、福特Escape混合动力车2010款混合动力、丰田Highlander混合动力、本田洞察者、本田思域混合动力、凌志RX 400h和450h、Hyundai Ioniq和其他车辆。油电混合动力汽车最常用内燃机(使用各种燃料，通常是汽油或柴油发动机)和电机来驱动汽车。能量储存在内燃机的燃料和电池组中。从全混合动力到轻度混合动力，有许多类型的燃油-电力混合动力传动系统，它们各有优缺点。^[23]

威廉·巴顿于1889年初提出了汽油-电力混合轨道车推进系统的专利申请，并于1889年年中提出了类似的混合船推进系统的专利申请。^[24][25] 他的混合动力船并未取得成功，但他制造了一辆原型混合动力电车，并出售了一辆小型混合动力机车。^[26][27]

1899年，亨利·皮尔开发了世界上第一辆燃油-电力混合动力汽车。1900年，费迪南德·保时捷开发了一种串联混合动力汽车，采用两种轮毂电机配置，由一台内燃机发电机组提供电力；保时捷的混合动力车创造了两项速度记录。^{[来源请求]} 虽然液体燃料/电力混合动力可以追溯到19世纪末，混合动力的再生制动技术是由大卫·阿尔萨斯(David Arthurs)在1978-79年间发明的，他是一名来自Springdale, Arkansas公司的电气工程师。据报道，他在家改装的欧宝GT油耗达75英里/加仑，计划仍然出售给这一原始设计，以及他们网站上的“Mother Earth News”修改版。^[28]

插电式混合动力汽车越来越普遍。它的续航里程满足长距离不充电的情况。电池既可以插入室内(电源)充电，也可以在发动机运转时充电。

2.2 连续舷外充电电动汽车(COREV)

一些电池电动汽车(BeV)可以在用户驾驶时充电。这种车辆通过连接的导电轮或其他类似机构与高速公路上的电气化轨道、板或架空电线建立接触 (参见导管电流收集)。在公路上，纯电动乘用车的电池通过这个过程充电，然后可以在其他道路上正常使用，直到电池放尽电。例如，伦敦地铁上用于维护列车的一些电池电力机车具有这种运行模式。

建全的纯电动乘用车基础设施将为纯电动乘用车提供高速公路续航里程几乎无限的优势。因为许多目的地的高速距离在100公里以内，纯电动乘用车技术可以减少对昂贵电池系统的需求.不幸的是，私人使用现有的电力系统几乎被普遍禁止。此外，这种电力基础设施的技术基本上已经过时，在一些城市之外，还没有广泛普及(参见管道集流、电车、电动铁路、电车、第三轨道)。升级所需的电力和基础设施成本可以由通行费收入或专用运输税提供资金。

2.3 混合燃料(双模式)

除了使用两种或更多种不同的推进装置的车辆之外，一些人还认为使用不同能源或输入类型(“燃料”)的车辆使用相同的发动机为混合动力车辆，尽管为了避免与上述混合动力车辆混淆并正确使用术语，这些车辆可能更正确地描述为双模式车辆:

• 一些电动无轨电车可以根据情况在车载柴油发动机和架空电力之间切换(参见双模巴士)。原则上，这可以与电池子系统相结合，创造一个真正的插电式混合无轨电车，尽管 截至2006年，似乎还没有这样的设计。
• 灵活燃料车辆可以使用混合在一个油箱中的输入燃料混合物——通常是汽油和乙醇、甲醇或生物丁醇。
• 双供油车:液化石油气和天然气与石油或柴油非常不同，不能在同一个储罐中使用，因此不可能建立(液化石油气或天然气)灵活的燃料系统。相反，车辆由两个平行的燃料系统组成，为一个发动机提供燃料。例如，一些雪佛兰 Silverado 2500 HDs 可以毫不费力地在石油和天然气之间切换，续航里程达1000公里(650英里)。^[29] 虽然在某些应用场景中，重复的储罐需要占用空间，但增加的续航里程、降低的燃料成本以及液化石油气或压缩天然气基础设施不完善时的灵活性可能是购买的重要原因。尽管美国天然气基础设施部分不完善，但正在快速增长，已经有2600个天然气站建立完全。^[30] 随着加油站基础设施的不断发展，这些双燃料汽车将在不久的将来得到大规模采用。汽油价格上涨也可能促使消费者购买这些汽车。当油价在4.00美元左右时，每百万英热单位汽油的价格是28.00美元，而天然气是4.00美元。^[31] 从单位能量的价格来看，天然气比汽油便宜得多。所有这些因素使得天然气-汽油双燃料汽车非常有吸引力。
• 一些车辆已被改装为使用其他燃料源(如果有的话)，例如改装为使用液化石油气的汽车和改装为使用未加工成生物柴油的废弃植物油的柴油车。
• 自行车和其他人力车辆的动力辅助机构也包括在内(见摩托化自行车)。

2.4 流体动力混合动力

液压混合动力和气动混合动力车辆使用发动机给蓄压器充气，通过液压(液体)或气动(压缩空气)驱动单元驱动车轮。大多数情况下，发动机与传动系统分离，仅用于给蓄能器充电。传动系统是连续的。再生制动可用于将部分驱动能量回收回蓄能器。

燃油-空气混合动力

一家法国公司——MDI——已经设计并运行了一款油气混合动力汽车。该系统不使用空气马达驱动车辆，直接由混合动力发动机驱动。发动机使用注入气缸的压缩空气和汽油的混合物。^[32] 混合动力发动机的一个关键方面是“主动腔”，即通过燃料将能量输出加倍来加热空气的腔室。^[33] 印度塔塔汽车公司评估了面向印度市场全面生产的设计阶段，并进入“完成压缩空气发动机在特定车辆和固定应用中的详细开发”。^[34][35]

燃油液压混合动力

几十年来，燃油液压配置在火车和重型车辆中很常见。汽车行业最近关注这种混合动力配置，因为它在小型汽车上显示出应用前景。

在燃油液压混合动力系统中，能量回收率很高，因此该系统比使用当前电池技术的电池充电混合动力系统更高效，美国环境保护局(EPA)测试中的能源经济性提高了60%至70%。^[36] 充电发动机只需调整大小，以便在使用液压蓄能器的能量进行急加速的情况下以平均功率运行，在车辆低功率运行时进行充电。充电发动机以最佳速度和负载运行，以提高效率和寿命。在美国环境保护署进行的测试下，一辆液压混合动力福特远征在城市工况下的油耗为 32 miles per US gallon (7.4 litres per 100 kilometres; 38 miles per imperial gallon) ，高速工况下油耗为 22 miles per US gallon (11 litres per 100 kilometres; 26 miles per imperial gallon) 。^[37][37] UPS目前有两辆卡车在使用这项技术。^[37]

尽管石油液压混合动力技术已经发明几十年了，并被用于火车和非常大的建筑车辆中，但是设备的高成本使得该系统无法用于较轻的卡车和汽车。在现代意义上，1978年的一项实验证明了小型石油液压混合动力道路车辆的可行性。明尼苏达州亨内平职业技术中心明尼阿波利斯的一群学生使用现成的部件将一辆大众甲壳虫汽车改装成一辆石油液压混合动力车。60马力的发动机被替换为16马力的发动机，额定油耗由 32 mpg_‑US (7.4 L/100 km; 38 mpg_‑imp) 降低至 75 mpg_‑US (3.1 L/100 km; 90 mpg_‑imp) 。实验车速度可达 70 mph (110 km/h)。^[37]

20世纪90年代，一个在美国环保局国家车辆和燃料排放实验室工作的工程师团队成功开发出了一种革命性的石油液压混合动力系统，可以驱动典型的美国轿车。测试车在美国环保局的城市/公路联合驾驶循环中油耗达到了80多英里/加仑。0-60英里/小时加速时间是8秒，使用1.9升柴油发动机。没有使用轻质材料。环保局估计，大量生产液压元件使车辆的基本成本增加700美元。^[37]

燃油液压混合动力系统比燃油电动混合动力系统充电/放电循环更快、更有效，而且制造成本也更低。蓄能器的尺寸决定了总的能量存储容量，并且可能比电池组需要更多的空间。更大尺寸的蓄能器所消耗的任何车辆空间都可能被更小尺寸的增压发动机(马力和物理尺寸)所抵消。

各公司的研究焦点现在已经转向更小的车辆。系统部件很贵，无法安装在小型卡车和汽车上。缺点是动力驱动马达在部分负载下效率不够高。一家英国公司(Artemis Intelligent Power)取得突破性进展，推出了电子控制液压泵，即Digital Displacement®泵。该泵在所有速度范围和负载下都非常高效，这使得石燃油-液压混合动力的小型化应用成为可能。^[37] 该公司改装了一辆宝马汽车作为测试平台，以证明其可行性。宝马530i在城市驾驶中的平均时速是标准汽车的两倍。这个测试使用标准的3000cc发动机，如果发动机更小，表现将会更好。使用大型蓄能器的石油液压混合动力设计允许将发动机缩小到平均功率使用，而不是峰值功率使用。峰值功率由储存在蓄电池中的能量提供。更小更高效的恒速发动机减轻了重量，并为更大的蓄能器释放了空间。^[38]

当前的车身是围绕现有发动机/变速器设置的机械结构设计的。将石油液压机械装置安装到现有的非液压装置中限制很大，而且很不理想。一个研究项目的目标是创造一种从头设计的新车，最大限度地安装车辆中的石油液压混合动力部件。所有笨重的液压部件都集成在汽车底盘上。一种设计声称通过使用一个大的液压蓄能器(也是汽车的结构底盘)在测试中油耗为130英里/加仑。小型液压驱动马达集成在轮毂内，驱动车轮并进行制动能量回收。轮毂电机消除了对摩擦制动器、机械传动装置、驱动轴和万向节的需求，降低了成本和重量。无摩擦制动器的静液压传动可用于工业车辆。^[39] 目标是在平均行驶条件下油耗为每加仑170英里。减震器和机械制动产生的能量和通常会被浪费，但有助于给蓄能器充电。一种小型化石燃料活塞发动机，其大小适合平均功率使用，为蓄能器充能。蓄能器的大小是在充满的情况下使汽车行驶15分钟。目的是使一个充满的蓄能器可以支持车辆在四轮驱动的情况下0-60英里/小时加速时间达到5秒以下。^[40][41][42]

2011年1月，工业巨头克莱斯勒宣布与美国环境保护署(EPA)建立合作伙伴关系，设计和开发适用于大型客车的试验性石油液压混合动力系统。2012年，一辆现有的minvan产品被改造成新的液压动力系统进行测试。^{[37][43][44][45]}

标致雪铁龙公司在2013年的日内瓦汽车展展示了一款实验性的“混合动力”发动机。^[46] 该车使用由制动或减速获得的能量压缩的氮气为液压驱动装置提供动力，该液压驱动装置补充了传统汽油发动机的动力。液压和电子部件由罗伯特·博世公司提供。如果该系统安装在一个雪铁龙C3车型内，在欧洲测试循环下的油耗估计约为 118 mpg_‑US (2 L/100 km; 142 mpg_‑imp) 。^[47][48] 标致雪铁龙虽然已准备好生产该车，并且证明了交付所声称的结果是可行的，但标致雪铁龙无法吸引一家主要制造商分担高开发成本，因此搁置了该项目，直到能够安排合作关系。^[49]

2.5 电动-人力混合动力汽车

混合动力汽车的另一种形式是人力电动汽车。这些包括辛克莱C5、Twike、电动自行车和电动滑板等车辆。

3.1 并联混动

在并联混合动力车辆中，电动机和内燃机连接在一起，使得它们可以单独或一起为车辆提供动力。最常见的是内燃机、电动机和齿轮箱通过自动控制的离合器连接。纯电驱动模式下，内燃机与电机之间的离合器是分离的，而变速箱的离合器是接合的。在燃油模式下，发动机和电机以相同的速度运行。

第一个在日本以外销售的量产并联混合动力车是第一代本田洞察者。

3.2 轻度并联混动

这些构型通常使用紧凑的电机(通常< 20 千瓦)提供自动启停功能，并提供额外的动力辅助^[50] 并在减速阶段产生制动能量回收(也称为再生制动)。

路上的例子包括本田思域混合动力、本田洞察者第二代、本田CR-Z、本田雅阁混合动力、梅赛德斯奔驰S400蓝色混合动力、宝马7系列混合动力、通用汽车巴斯混合动力、铃木S-cross、铃木Wagon R和带有微型混合动力驱动的Smart fortwo。

3.3 功率分流或混联混动

在动力分流混合动力传动系中，有两个动力源：牵引电机和内燃机。这两个动力源的动力可以通过一个动力分配装置(一个简单的行星齿轮组)共同驱动车轮。比例可以从内燃机的100%到牵引电动机的100%，或者介于两者之间，例如电动机为40%，内燃机为60%。内燃机可以作为给电池充电的发电机。

像丰田混合动力系统这样的现代车型有第二个连接到行星齿轮的电机/发电机。与牵引电机/发电机和动力分配装置合作，这相当于无级变速器。

在公路上，主要的动力源是内燃机。当需要最大功率时，例如超车工况，牵引电机用于辅助。这在短时间内增加了可用功率，产生了比实际安装的发动机更大的效果。在大多数应用中，当汽车缓慢或静止时，内燃机关闭，从而减少路边排放。

混联乘用车包括丰田普锐斯、福特Escape混合动力车2010款和福星，以及雷克萨斯RX400h、RX450h、GS450h、LS600h和CT200h。

3.4 串联混动

串联混合动力车辆由电动机驱动，当电池组能量供应充足时用作电动车辆，当电池组不足时，发动机作为发电机运行。发动机和车轮之间通常没有机械连接，增程器（即发动机）的主要目的是给电池充电。串联混合动力也被称为增程式电动汽车(EREV/REEV/EVER)。

带增程器的宝马i3是一款串联混合动力车产品。它在电池电量足够时作为电动汽车运行，之后启动发动机驱动的发电机来维持电力，也可以在没有增程器的情况下使用。菲斯克卡玛（Fisker Karma）是第一款串联混合动力车。

串联混合动力汽车的电池通常通过插电来充电，但是串联混合动力汽车也可以允许电池仅作为缓冲器(并且用于能量回收)，并且允许电机的功率由支持发动机持续供应。串联构型在柴油电力机车和船舶中很常见。20世纪初，在创速度纪录的赛车中，如Lohner-Porsche Mixte混合动力车，费迪南德·保时捷有效地发明了这种装置。保时捷将他的设计命名为“系统混合”(System Mixt)，这是一种轮毂电机设计，两个前轮各由一个单独的电机驱动。这种安排有时被称为 电力传动，因为发电机和驱动电机取代了机械传动装置。只有内燃机运转时车辆才能移动。

1997年，丰田发布了在日本销售的第一辆串联混合动力汽车。^[51] 通用汽车在2010年推出了雪佛兰Volt系列插电式混合动力车，旨在实现全电动系列 40 mi (64 km),^[52] 虽然这辆车的发动机和传动系统之间也有机械连接^[53]。超级电容器结合锂离子电池组已经被AFS Trinity用于改装土星五号越野车。使用超级电容器，他们声称在串联混合配置中最高可达150英里/加仑。^[54]

3.5 插电式混合动力汽车(PHEV)

混合动力汽车的另一个亚型是插电式混合动力汽车(PHEV)。插电式混合动力汽车通常是一种普通的燃料-电力(并联或串联)混合动力汽车，通常通过锂离子电池来增加能量存储能力，这使得汽车能够在全电动模式下行驶一段距离，该距离取决于电池大小及其机械布局(串联或并联)。它可以在行程结束时连接到充电桩，以避免使用车载内燃机充电。^[55][56]

这一概念对那些试图通过避免——或者至少是最大限度地减少——日常驾驶中使用内燃机来减少道路排放的人很有吸引力。与纯电动汽车一样，总的排放物减少量，例如二氧化碳，取决于发电公司的能源。

对于一些用户来说，只要使用电能比他们原本使用的汽油/柴油便宜，这种类型的车辆在经济上也可能具有吸引力。许多欧洲国家目前的税收制度将矿物油税作为主要收入来源。一般而言，电力并非如此，无论国内用户如何使用，电力都要统一征税。一些电力供应商还为非高峰时段的夜间用户提供价格优惠，这可能进一步增加插电式混动车对通勤者和城市驾驶者的吸引力。

3.6 骑自行车者、行人的道路安全

2009年美国国家公路交通安全管理局的一份报告审查了涉及行人和骑自行车者的混合动力电动汽车事故，并将它们与涉及内燃机车辆(ICEV)的事故进行了比较。研究结果表明，在某些道路情况下，混合动力汽车对步行或骑自行车的人来说更危险。对于车辆减速或停车、倒车、进入或离开停车位的事故(当混合动力汽车和内燃机车辆之间的声音差异最明显时)，混合动力汽车发生行人碰撞的可能性是内燃机车辆的两倍。对于涉及骑车人或行人的撞车事故，当车辆转弯时，混合动力汽车的事故率比内燃机车辆高。但是在直行时，不同类型的车辆之间没有统计学上的显著差异。^[57]

几家汽车制造商开发了电动汽车警告声音，旨在提醒行人注意混合动力电动汽车、插电式混合动力汽车和低速行驶的纯电动汽车等电动汽车的存在。他们的目的是让行人、骑自行车的人、盲人和其他人在车辆处于纯电动模式时意识到车辆的存在。^{[58][59][60][61]}

市场上有这种安全装置的车辆包括日产聆风， 雪佛兰沃蓝达、菲斯克卡玛（Fisker Karma）、本田FCX Clarity,、日产风雅混合动力/英菲尼迪M35、现代ix35 FCEV、现代索纳塔混合动力、2012本田飞度电动汽车、2012丰田凯美瑞混合动力、2012雷克萨斯CT200h以及最近推出的所有普锐斯系列汽车，包括标准2012年款普锐斯、丰田普锐斯v和丰田普锐斯插电式混合动力。

4.1 油耗和排放

混合动力汽车通常比传统内燃机汽车实现更高的燃油经济性和更低的排放。这些主要通过典型混合动力设计的三个要素来实现:

1. 依靠发动机和电机来满足峰值功率需求，导致平均使用比峰值功率使用更小的发动机尺寸。更小的发动机内部损失更小，重量更轻。
2. 具有显著的电池存储容量来存储和再利用回收的能量，尤其是在城市驾驶循环中的走走停停工况中。
3. 制动过程中回收大量通常被浪费为热量的能量。根据电动机/发电机的额定功率，这种再生制动通过将部分动能转化为电能来降低车速；

不一定是“混合动力”特性，但在混合动力车辆上经常使用的其他技术包括:

1. 使用阿特金森循环发动机代替奥托循环发动机来提高燃油经济性。
2. 在车辆停止、滑行或其他怠速期间关闭发动机。
3. 改善空气动力学；(SUV燃油经济性如此差的部分原因是汽车的阻力。箱形汽车或卡车必须施加更大的力才能在空气中行驶，这会给发动机带来更大的压力，使其工作更加困难)。改善汽车的形状和空气动力学是一个很好的方法，有助于更好地节约燃料，同时也能改善车辆操纵性能。
4. 使用低滚动阻力轮胎(轮胎通常是为了提供安静、平稳的行驶、高抓地力等。但是效率是较低的优先级)。轮胎造成机械阻力，使发动机负载更大，消耗更多燃料。混合动力汽车可以使用比普通轮胎充气更多且更硬的特殊轮胎，或者通过选择胎体结构和橡胶混合物，在保持可接受的抓地力的同时具有更低的滚动阻力，从而提高燃料经济性，无论是何种动力源。
5. 在需要时为空调、动力转向和其他辅助泵供电；与用传统发动机皮带连续驱动相比，这减少了机械损失。

这些特点使得混合动力汽车对于经常停车、滑行和怠速的城市交通特别有效。此外，与传统的发动机车辆相比，噪声减少了，特别是在怠速和低运行速度下。对于连续高速公路工况来说，这些特性在减少排放方面用处不大。

4.2 混合动力汽车排放

今天混合动力汽车的排放接近甚至低于环境保护局(EPA)设定的推荐水平。他们建议典型乘用车的推荐水平应等于5.5公吨 CO₂。三种最受欢迎的混合动力汽车——本田思域、本田洞察者和丰田普锐斯——产生4.1吨、3.5吨和3.5吨的二氧化碳排放量，比现行标准更 严格。混合动力汽车可以减少高达90%的烟雾污染物的排放，并将二氧化碳排放减半。^[62]

制造混合动力汽车比传统汽车需要更多的化石燃料，但运行汽车时减少的排放超过了这一点。^[63]

4.3 混合动力汽车电池的环境影响

尽管混合动力汽车比传统汽车消耗更少的燃料，但是混合动力汽车电池对环境的破坏仍然是一个问题。今天，大多数混合动力汽车电池是以下两种类型之一:1)镍氢电池，2)锂离子电池；这两种电池都被认为比铅基电池更环保，铅基电池是当今汽油车启动电池的主要组成部分。电池有很多种类型。有些比其他的有毒得多。锂离子是上述两种物质中毒性最小的。^[64]

据一个消息来源称，镍氢电池——目前用于混合电池的类型——的毒性水平和环境影响远低于铅酸蓄电池或镍镉蓄电池。^[65] 另一个消息来源声称镍氢电池比铅电池毒性大得多，而且回收和安全处置它们也很困难。^[66] 一般来说，各种可溶性和不溶性镍化合物，如氯化镍和氧化镍，对鸡胚和大鼠具有已知的致癌作用。^[67][68][69] 镍氢电池中的主要镍化合物是羟基氧化镍(NiOOH)，用作正极。

锂离子电池因其在混合动力电动汽车中的潜在应用而引起了人们的关注。日立公司是其发展的领导者。除了体积更小、重量更轻之外，锂离子电池还提供了有助于保护环境的性能，其特点包括改善了充电效率环境而没有记忆效应。锂离子电池很有吸引力，因为它们具有可充电电池中最高的能量密度，并且可以产生比镍氢电池高三倍以上的电压，同时还能储存大量电能。与电池的寿命大致相当于车辆的寿命相比，电池还能产生更高的输出(提高车辆功率)、更高的效率(避免浪费电能)并具有优异的耐久性。此外，锂离子电池的使用还减轻了车辆的总重量，并且与燃油动力车辆相比，燃油经济性提高了30%，从而降低了二氧化碳排放，有助于防止全球变暖。 ^[70]

4.4 充电

有两种不同的充电方式。一种是慢充，因为它使用120伏/15安单相接地插座。一种是快充；提供208伏或240伏的充电方式(最高80安，19.2伏 千瓦)。它可能需要专用设备和家用或公共设备的连接装置，尽管像特斯拉这样的汽车上有电力电子设备，只需要电源插座即可充电。^[71] 锂离子电池的最佳充电窗口电压为3-4.2 V。用120伏家用电源插座充电需要几个小时，240伏充电器需要1-4个小时，快速充电大约需要30分钟才能达到80%的充电率。充电时有三个重要因素——充电距离、充电成本和充电时间 ^[72]。为了让混合动力汽车靠电力行驶，汽车必须进行制动以产生一些电力。当汽车加速或爬上斜坡时，电能的释放最为迅速。在2014年，混合动力电动汽车电池可以单独用电行驶70-130英里(110-210km)。混合动力电池的总能量目前从4.4千瓦时到85千瓦时不等。在混合动力汽车上，电池组的目前的总能量从0.6千瓦时到2.4千瓦时不等，这代表了混合动力汽车在用电方面的巨大差异。^[73]

4.5 原材料增加成本

用于制造混合动力汽车的许多稀有材料的成本即将增加。^[74] 例如，稀土元素镝用来制造混合动力推进系统中的许多先进电动机和电池系统。^[74][75] 钕是另一种稀土金属，是永磁电机中高强度磁体的关键成分。^[76]

世界上几乎所有的稀土元素都来自中国，^[77] 许多分析师认为，到2012年，中国电子制造业的整体增长将消耗掉全部稀土供应。^[74] 此外，中国稀土元素出口配额政策导致供应数量不明。^[75][78]

少数非中国稀土来源，如加拿大北部的先进霍伊达斯湖项目和澳大利亚的焊接山，目前正在开发中；^[78] 然而，稀土行业进入门槛很高^[79] ，其需要数年才能上线。

混合动力汽车结合了燃油发动机 和电动机的优点。提高效率或性能的关键方面是再生制动、双动力源和减少怠速。^[80]

• 再生制动。 传动系统可用于将动能(来自行驶中的汽车)转化为储存的电能(电池)。 驱动传动系统的相同电动机用于抵抗传动系统的运动。电机施加的这种阻力会导致车轮减速，同时给电池充电。
• 双动力源。 动力可以来自发动机、电机或两者同时，这取决于驾驶工况。电动机可以提供辅助发动机加速或爬升的额外动力。或者更常见的是，更小的电动机为低速行驶条件提供所有动力，并且在更高的速度下被发动机增强。
• 自动启停。当车辆停止时，它自动关闭发动机，当油门踏板被踩下时，它重新启动发动机。有了电动机，这种自动化要简单得多。

其他类型的绿色车辆包括完全或部分依赖化石燃料以外的替代能源的其他车辆。另一种选择是在传统的化石燃料车辆中使用替代燃料组合物(即生物燃料)，使其部分依赖可再生能源。

其他方法包括个人快速交通，这是一种公共交通概念，在一个特殊建造的路标网络上提供自动按需不间断交通。

标致和雪铁龙已经宣布他们也正在制造一种使用压缩空气作为能源的汽车。然而，他们设计的汽车使用混合动力系统，该系统也使用汽油发动机(用于将汽车驱动至70 km/h，或者当压缩空气耗尽时）。^[81]

汽车制造商每年花费大约800万美元来销售混合动力汽车。在许多汽车公司的共同努力下，混合动力汽车行业已经售出了数百万辆混合动力汽车。 丰田、本田、福特和宝马等混合动力汽车公司齐心协力创造了一个华盛顿游说集团推动混合动力汽车销售，以降低全球排放量，减少对石油消费的依赖。 2005年，销量超过了200，000辆混合动力车，但回想起来，这仅使全球汽油消耗量减少了200，000加仑/天。这只是每天消耗的3.6亿加仑汽油的一小部分。 布拉德利·伯曼(Bradley Berman)在《驾驶革命——一次一辆混合动力车》一书中写道，“冷静的经济学表明，除了20世纪70年代的短暂飙升之外，天然气价格一直保持着相当稳定和低廉的价格。燃料仍然是拥有和驾驶个人车辆总成本的一小部分”。^[82] 其他营销策略包括“绿色清洗”，这是“对环境美德的不合理滥用”^[83] Temma 埃伦菲尔德在《新闻周刊》的一篇文章中解释道。就汽油消耗而言，混合动力车可能比许多其他汽油发动机更有效率，但就绿色环保而言，这是完全不准确的。如果混合动力汽车公司希望真正实现绿色，他们还有很长的路要走。根据哈佛商学院教授西奥多·莱维特的说法，“管理产品”和“满足顾客需求”，“你必须适应消费者期望和对未来欲望的预期”。"^[84] 这意味着人们买他们想要的，如果他们想要一辆省油的汽车，他们会买一辆混合动力车，而不会考虑产品的实际效率。奥特曼称之为“绿色近视”，但这失败了，因为营销人员关注的是产品的绿色，而不是实际效果。研究人员和分析人员说，人们被新技术以及更少加油的便利所吸引。其次，人们发现拥有更好、更新、更闪亮的所谓绿色汽车是有好处的。在混合动力汽车运动开始时，汽车公司通过顶级名人、宇航员和流行电视节目来推销混合动力汽车，从而接触到年轻人。这使得混合动力汽车的新技术成为许多人获得的一种地位象征，也是当时必须保持冷静甚至实用的选择。拥有一辆混合动力车有很多好处和地位，人们很容易认为这是正确的做法，但事实上可能并不像看起来那么环保。

2019年，“自充电混合动力车”一词在广告中变得流行起来，尽管这个名字所指的汽车并没有提供任何不同于标准混合动力车的功能。唯一的自充电效果是通过再生制动回收能量，这也适用于插电式混合动力车、燃料电池电动车和电池电动车。^[85]

尽管今天美国混合动力车的市场规模较小(2011年占新车销量的2.2%)。^[86] 相比之下，2011年日本新车销售份额为17.1%，^[87] 随着时间的推移，随着提供更多的模型和由于学习和规模效益而导致的增量成本下降，它有可能变得非常大。然而，预测相差很大。例如，对混合动力汽车持长期怀疑态度的鲍勃·鲁兹表示，他预计混合动力汽车“永远不会占据美国汽车市场的10%以上”^[88] 其他消息来源也预计，混合渗透率在美国将保持在10%以下很多年。^[89][90][91]

截至2006年，更乐观的观点包括混合动力车将在未来10至20年主导美国和其他地方的新车销售。^[92] 索林·沙阿(Saurin Shah)采用的另一种方法是检查混合动力汽车和电动汽车的四个类似物(历史和当前)的渗透率(或S曲线)，试图衡量美国的车辆保有量混合动力化或电气化的速度。类似的例子有:(1)20世纪初美国工厂的电动机，(2)1920-1945年期间美国铁路上的柴油电力机车，(3)过去50年中美国引进的一系列新汽车技术，以及(4)过去几年中中国购买的电动自行车。这些类似物共同表明，混合动力和电动汽车至少需要30年才能占据美国乘用车保有量的80%。^[93]

根据欧盟委员会的新闻稿，欧洲议会、理事会和欧盟委员会达成了一项协议，旨在到2020年将乘用车二氧化碳平均排放量降至95克/公里。

根据该新闻稿，协议的主要细节如下:

排放目标:根据欧盟委员会的提议，该协议将从2020年起将新车的平均二氧化碳排放量降低至95克/公里。这比2015年130克/公里的强制性目标减少了40%。该目标是每个制造商新车型的平均值；它允许设备制造商制造一些排放量低于平均水平的车辆和一些排放量高于平均水平的车辆。2025年目标:要求委员会在2015年底前提出一个进一步的减排目标，于2025年生效。这个目标将符合欧盟的长期气候目标。低排放车辆的超级信用额:该法规将给予制造商额外的激励，以生产二氧化碳排放量为50 g/km或更少的汽车(将是电动或插入式混合动力汽车)为标准。每辆这样的车在2020年将被计算为两辆车，2021年为1.67辆，2022年为1.33辆，从2023年起将被计算为一辆车。这些超级积分将有助于制造商进一步降低他们新车型的平均排放量。 然而，为了防止该计划破坏立法的环境完整性，每个制造商在任何一年对其目标的贡献值将有一个2.5 g/km的上限。^[94]