一、发动机
由于混合动力电动汽车发动机需要频繁启动或关闭，为满足严格的排放标准，混合动力车用发动机设计目标从传统发动机追求的高功率转向了高效率，将功率 的调峰任务交由驱动电机完成。
从发动机技术的发展历史来看，自四冲程内燃机诞 生至今，如何提高发动机的效率是发动机工程师们一直努 力研究的课题。提到发动机效率，“压缩比”就自然而然地成为了讨论的主角。一直以来，“高压缩比=高效率、 高功率”已经成为了内燃机学当中不变的信条。由进气、压缩、膨胀、排气四个冲程循环构成的四冲程内燃机，是奥托历时14年于1876年研发成功的，该发动机原理，被称为奥托循环。而其中提高内燃机效率最具关键性的环节—一压缩冲程，即是由化学能量变为机械能的过程。
因为当时的技术限制，压缩比不能有更大的提升，因此发动机的效率也不能进一步提升。1882年，英国工程师詹姆斯·阿特金森( James Atkinson)在使用奥托循环内燃机的基础上，通过一套复杂的连杆机构，使得发动机的压缩行程大于膨胀行程，这种巧妙的设计，不仅改善了发动机的进气效率，也使得发动机的膨胀比高于压缩比，有效地提高了发动机效率，这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。图2-17所示为阿特金森循环发动机工作行程。凯美瑞一尊瑞车型搭载了以阿特金森循环版2.5L4AR-FXE发动机为主的混合动力系统。
然而，采用了阿特金森循环的发动机虽然在热效率方面得到了提高，但是，过于复杂的连杆机构使其工作的稳定性和可靠性相对较低，所以并不能得到广泛应用。到了1940年，美国工程师拉夫·米勒( RalphMiller)研发出一款膨胀比高于压缩比的发动机。但是，这款发动机摒弃此前由阿特金森研发的采用复杂的连杆机构来实现的形式，而是在吸气冲程结束，进入压缩冲程时，令进气门延迟关闭，迫使原本已经吸入气缸内的可燃混合气有一部分通过进气门“吐”出气缸，再关闭气门。令引擎的实际压缩行程不是从活塞下止点就开始，而是在下止点再往上某个点（或许是只有0.7倍的活塞行程）才开始，降低了活塞的实际压缩行程，也就达到了压缩行程小于膨胀行程的目的。
阿特金森／米勒循环发动机的特性主要有两点：独特的进气方式让低速扭矩很差；长活塞行程不利于高转速运转。在低速时，本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少，这让该类发动机低速扭矩表现很差，用于车辆起步显然动力不够。而较长的活塞行程确实可以充分利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差。在民用车上，为了平衡，通常行程与缸径两个数据是接近的。这导致阿特金森／米勒循环发动机“升功率”这个性能指标会很低。
随着油电混合车型的出现，配备米勒发动机的车辆会有电动机的辅助，解决了它本身的一些缺陷，电动机扭矩大的特性恰好能弥补阿特金森／米勒循环发动机低扭矩的特性，而且阿特金森／米勒循环发动机的热效率高，燃油经济性好的特性也能更好地满足此类环保车型自身的特点需要。
目前采用内燃机的混合动力系统基本上都对其发动机进行了重新设计或重大改进。例如丰田Prius的1.5L汽油机采用高效率、高膨胀比阿特金森工作循环、紧凑型倾斜式挤气燃烧室以及铝合金缸体，并结合了可变气门正时技术，如图2-21所示。其主要目标是实现发动机的高效率工作而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机可以舍弃非经济工作区的性能而追求经济工作区的更高效率。
另外，混合动力电动汽车还可以选用燃气轮机、斯特林发动机或燃气发动机等其他热机，利用它们各自的优势，可以构成不同特点的混合动力系统。
二、动力电池与能量管理
混合动力电动汽车上的电池与纯电动汽车的电池工作状态有所不同，由于存在两种动力来源，混合动力电动汽车动力电池常处于非周期性的充放电循环，充放电过程中，电压、电流可能有较大变化。这就要求动力电池必须具备快速充放电和高效充放电的能力，也就是说，动力电池必须同时具有高能量密度、高功率密度的特点，以便车辆在加速或爬坡时能提供较大的峰值功率。混合动力电动汽车对动力电池的具体要求如下。
（1）大功率充放电的能力。质量比功率和体积比功率是衡量电池快速放电能力的指标，相对于能量要求，混合动力系统的电池对比功率的要求更高。同时，混合动力系统在制动能量回收或低功率调峰时要求电池能够在短时间内接受大量的能量。目前的高功率电池往往存在快速充电接受能力差的问题。提高电池快速充电接受能力比提高电池的比功率更加紧迫和关键。
（2）充放电效率。混合动力电动汽车中内燃机发出的相当一部分能量须经历充电一放电的能量循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。
（3）混合动力系统的电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定。混合动力系统在使用条件下能达到足够的充放电循环次数也是对电池的基本要求。
此外，作为车用动力电池，还有一些基本要求：电压、质量比能量和体积比能量、免维护性以及成本。目前，镍氢电池和锂离子电池已经可以达到混合动力电动汽车的使用要求，但仍有价格高或寿命不长等缺陷。Prius采用镍氢电池。国内比亚迪采用其自主研发的锂离子电池，因采用的材料含铁元素，故命名为铁电池。丰田公司在最新款插电式Prius上首次采用了锂离子电池作为其蓄电池，为整车提供动力。
除了动力电池外，各大汽车公司亦开发了其他类型的混合动力电动汽车储能技术。
1)飞轮电池。飞轮电池有比能量高、比功率大、充电快、寿命长、无污染等优点，但目前技术难度和成本都较高。
2)超级电容。超级电容虽然能量密度较低，但却拥有很高的功率密度，能在瞬时提供很大的电流和功率，同时寿命长、效率高、充电快，是混合动力系统中很有前途的一种瞬时供能装置。
电池能量管理是整车能量管理系统的一部分。整车能量管理策略的实施要依赖电池管理系统对电池状态的判别和对电池性能的维护。电池管理系统的主要功能有：防止电池过充电或过放电，判定荷电状态，选择适当的充电或放电模式，对电池进行均衡充电控制并且平衡电池组的工作温度。
从发展看，能量储存装置的研究应该包括以下几个方面：一是研究电池内部的连接、检测、监控。二是电池设计和制造方面的改进，降低制造成本，改善电池的性能和提高寿命。适用于混合动力电动汽车的电池需要有较高的比功率，要达到的目标是，功率与能量比值大于20W/W．h；使用寿命达到10年；至少循环使用12万次。三是电池的热能管理及剩余电量管理。此外，电池的剩余电量直接影响混合动力电动汽车的经济性和排放，因此需要有效的测试方法和控制装置。
三、电机及其控制技术
电机是混合动力电动汽车驱动轮动能的直接来源，混合动力电动汽车要求其电机具备性能稳定、质量轻、尺寸小、转速范围宽、效率高、电磁辐射量小、成本低等特点。从整车性能的角度，要求电机峰值功率要具备启动发动机能力、电驱动能力、整车加速能力、制动能量回收能力等。目前，混合动力电动汽车使用的电机主要有直流永磁电机、永磁无刷同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机等。表2-2为各种电机性能比较。丰田Prius采用的是同步交流永磁电动机作为电动机，采用同步交流发电机作为电池充电。
根据混合动力电动汽车工作原理，电机质量、体积、可靠性、动态响应等性能对整车动力性及经济性极为重要。针对混合动力电动汽车结构特点，ISG(IntegratedStarter Generator，—体化起动机／发电机结构)成功开发，这种结构取代了常规起动机和交流同步发电机，将电动机与发电机合为—体安装在曲轴上，集成为—体，且电机转子替代传统发动机飞轮，配以供电系统。这种结构是在原有发动机动力系统的基础上改进而来，这也使得混合动力电动汽车对原有内燃机汽车结构改进成为可能，这种结构的混合动力电动汽车能实现较好的节油、排放效果。
