串联式混合动力汽车中有两个能源向单个动力机械（电动机）供电。串联式混合动力系统结构如图2-2-1所示，主要由发动机、发电机、电动机三大动力总成和蓄电池组等部件组成。
发动机、发电机和驱动电动机采用串联的方式组成驱动系统。发动机仅用于发电，发电机输出的电能通过电动机控制器直接输送到电动机，由电动机产生的电磁力矩驱动汽车行驶。发电机输出的部分电能向蓄电池充电，以延长汽车的行驶里程。发动机的运行独立于车速和道路情况，适合市内常见的频繁起步、加速和低速运行工况。发动机在最佳工况点附近稳定运转，避免了怠速和低速工况，从而提高了效率和排放性能。但是在机械能与电能的转化过程中有能量损失，因此油耗并没有降低。此外，蓄电池还可单独向电动机提供电能以驱动汽车，使混合动力汽车在零污染状态下行驶。
图2-2-1 串联式混合动力系统结构
在串联式混合动力汽车上，由发动机驱动发电机产生的电能和蓄电池输出的电能，共同输出给电动机以驱动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式。
串联式混合动力汽车的动力流程如图2-2-2所示。电动机直接与驱动桥相连，发动机与发电机直接连接产生电能，以驱动电动机或给蓄电池充电，汽车行驶时的驱动力由电动机输出，将存储在蓄电池中的电能转化为车轮转动的机械能。
当蓄电池的荷电状态（SOC）降到一个预定值时，发动机开始对蓄电池充电。发动机与驱动系统并没有机械连接，这种方式可在很大程度上减少发动机所受的车辆瞬态响应。瞬态响应的减少可使发动机进行最优的喷油和点火控制，使其在最佳工况点附近工作。
串联式混合动力汽车的发动机能经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，将有害排放气体控制在最低范围。串联式混合动力汽车的总体结构比较简单，易于控制，只有电动机的电力驱动系统，其性能特点更趋近于纯电动汽车。
图2-2-2 串联式混合动力汽车动力流程
发动机、发电机、电动机三大总成在汽车上布置起来有较大的自由度，但各自的功率较大，外形较大，质量也较大，在中小型汽车上布置有一定困难。另外，在发动机—发电机—电动机驱动系统中的热能—电能—机械能的能量转换过程中，能量损失较大。从发动机输出的能量以机械能的形式从曲轴输出，并立即被发电机转变为电能，受发电机的内阻和涡流影响，会产生能量损失（效率为90%～95%）。电能随后又被电动机转变为机械能，在电动机和控制器中能量又进一步损失，平均效率为80%～85%。能量转换的效率比内燃机汽车低，串联式混合动力驱动系统适合在大型客车上使用。
串联式混合动力汽车一般有以下运行模式：
1）纯粹的电模式。发动机关闭，车辆仅由蓄电池组供电、驱动。
2）纯粹的发动机模式。车辆驱动功率仅源于发动机-发电机组，而蓄电池组既不供电，也不从驱动系统中获取任何功率。电设备组用作从发动机到驱动轮的电传动系统。(www.xing528.com)
3）混合模式。驱动功率由发动机-发电机组和蓄电池组两者提供。
4）发动机驱动和蓄电池组充电模式。发动机-发电机组提供给向蓄电池组充电和驱动车辆所需的功率。
5）再生制动模式。发动机-发电机组关闭，而驱动电动机以发电机模式运转，所产生的电功率用于向蓄电池组充电。
6）蓄电池组充电模式。驱动电动机不接收功率，发动机-发电机组向蓄电池组充电。
7）混合式蓄电池充电模式。发动机-发电机组合运行在发电机状态下的驱动电动机，两者都向蓄电池组充电。
串联式混合动力驱动系统的优点如下：
1）发动机与驱动轮脱开连接时，能运行在转速-转矩特性图上的任何运行工作点，且可能完全运行在最大效率区。在这一狭小区域内的优化可使发动机性能获得显著提高。
2）因电动机具有近乎理想的转矩-转速特性，不需要多档的传动设置，因此其结构大为简化，且成本下降。
3）由电传动系统提供的机械上的解耦，可应用简单的控制策略。
串联式混合动力驱动系统的缺点如下：
1）由于发动机的能量被两次转换（在发电机中，由机械能转变为电能，在驱动电动机中，由电能转变为机械能），发动机和电动机的低效率相加，损耗显著。
2）发动机附加了额外的重量和成本。
3）因为驱动电动机是唯一的驱动车辆的动力机械，所以必须按满足最大运行性能需求定制。
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