并聯式油電混合系統

并聯混合動力系統結構方塊圖

在并聯式油電混合系統（Parallel hybrid）中，內燃機及電動機輸出的動力各自透過機械傳動系統傳遞而推動車輪，內燃機及電動機的動力在機械傳動系統之前各自分開、互不相干，因此稱作并聯型混合動力。兩者同時由電腦控制以達至協調。由于現有的并聯混合動力系統大多數都不能單靠電力推動，往往會被分類為中度混合動力。

常見的一種并聯混合動力設計是以內燃機作為主要動力來源，電動機作為輔助動力系統，兩者透過機械傳動系統耦合。系統中并無專為電池充電用的發電機，行駛中，電池充電來源只有兩項：一是靠再生制動系統在車輛減速、制停時，將動能轉為電能。其二是是當內燃機仍有余力時，帶動電動機轉動而發電。再生制動所得的電量相當有限，第二種情況所得的電量也不會太多。由于充電能力有限，此類設計傾向于使用較小的電池容量以及較低功率的電動機，電動機只作為補助性角色，不能獨自推動車輛。此系統的優點在于:內燃機可以怠速熄火、提高內燃機起動時的燃油效率及降低損耗、使用再生制動系統回收電能。電動機能與內燃機一起運作，可以在需要時加大馬力。由于主要動力來源依舊是內燃機，此類設計保留了內燃機在高轉速時較省燃料的特性，有利在高速公路行走。綜合而言，相對于同動力的純內燃機車，補助型混合動力系統的燃料消耗與碳排量較低。由于此設計所使用的電池及電動機的容量及功率都較小，重量也較輕而減低了額外負載；另外，此設計并不需要大幅更動純內燃機車輛的動力系統，因此設計變更的成本也較低。

另一種設計是內燃機及電動機各自分別推動不同的輪軸，兩者透過車輪與地面的接觸耦合（couple through the road），行駛中，電池可靠再生制動系統充電，另一種充電方式是當內燃機在低附載狀況下推動車輛行走時（如巡航），連著電動機的輪軸被地面帶動而轉動，此時，電動機便可發電而為電池充電。由于內燃機的輸出是經過路面傳至電動機，因此得名through the road。除了能夠透過再生制動系統回收電能外，此種設計的另一好處是四輪驅動性。由前后輪軸都有動力，在某些情況下擁有四輪驅動的循跡性能（traction），有些類似設計甚至沒有電池，例如日產的e-4WD系統，直接以發電機推動電動機以推動后輪，內燃機則推動前輪及發電機。然而，此系統最大的問題在于兩輪軸的動力往往難以完美協調而造成能量損耗，因此在燃油效率的表現上受到一定程度的限制。

串聯混合動力系統

串聯混合動力系統結構方塊圖

串聯式油電混合系統（Series hybrid）是由一具功率僅供滿足行進時平均功率的內燃機（也可以是外燃機）作為發電機發電，電力用以為電池充電及供電給電動機，車上唯一推動車輪的是電動機。如果在電動車的角度來看，這種設計可以“增”加電池行走里數的不足，故稱為增程型電動系統；而其構造上動力輸出的流程完全是一直線，所以又稱串聯式油電混合系統。依其電池容量大小，如果電池容量小而不足以獨自推動電動機，這樣就是中度混合，但若電池容量大至足以推動電動機行走一段距離，依重度混合動力的定義，這樣的的串聯混合動力系統就是重度混合由于此種系統所需的電池及電動機的功率也較大，所以成本較高。由于引擎僅負責穩定運轉發電，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，加上電動機的輸出有高扭力，省卻了機械傳動系統及變速箱，能增加車箱容量及使布置合理化，簡化了機械維護，省卻了變速箱簡化了架駛操縱，也沒有變速箱換檔時做成動力不連慣感覺，這些都是因以電動機推接推動而得到根純電車一樣的好處。 在耗油量方面，這種系統特別適合于需要不停地起動及停車的情況（stop and go driving），例如巴士，因為相對內燃機，電動機在的扭力及效率在相當大的轉速范圍內都能保持相當高，可使車輛起動及慢速時的比內燃機有更佳表現，而用于發電的內燃機可保持平穩轉速而保持高效率，以英國雙層巴士的經驗可減少40%的燃油消耗。但在高速公路上，串聯混合動力系統的能量經過多重轉換：發電機損耗、電池充電損耗，電池放電損耗，電動機的轉換效率等，相比傳統內燃機車輛只有內燃機的損耗及機械轉輸的效率（一般約95%）。所以串聯混合動力系統適合在市區中使用，但在高速公路上的情況就無甚得益。

混聯式混合動力系統（動力整合/分配式混合動力系統）

混聯混合動力系統結構方塊圖

“混聯式油電混合系統”（Series-Parallel hybrid），又稱為“動力整合式混合動力系統或動力分配式混合動力系統”（Power-split hybrid）系統同時擁有功率相當的引擎與馬達，所以可依路況選擇使用電動模式、汽油（或柴油）模式或混合模式；設有由內燃機推動的發電機，產生充電或電動機所需電力。兼俱并聯式及串聯式的功能及特性，因而得名混聯式混合動力。

在起步或低速時，內燃機的效率低，所以會全由低速性能及效率較佳的電動機推動，從而提高效率而達至較省燃料。視電池狀況而定，內燃機會在需要時會推動發電機向電池充電或直接向電動機供電，亦即串聯混合動力。當車速提高至內燃機能工作在有高效率的轉速時就轉由內燃機推動，在這情況相比繼續以電動機推動，改由內燃機推動可以免卻電動機推動時因多次能量轉換而產生的能量損耗（燃料發電推動電動機的過程中，能量由化學由內燃機轉為動能，動能由發電機轉為電能，電能由電動機最后轉為動能，每次轉換都會有損耗；若是先充電池再由電池供電的話，更是增加充放電時的損耗），提高效率，減少耗油量。而當需要時，例如加速及爬坡，電動機可以同時開動，增加額外馬力，亦即并聯混合動力。

馬達提供了怠速熄火系統及制動再生功能，在停車或以電動機推動時關閉內燃機，在減速與剎車時、下坡時進行動能回收。內燃機也不必兼顧起動及低速的需要，可以進一步優化高轉速時的需要，提高燃油效率及性能，也同時降低污染物的排放。

由于各推動單元都能各自獨力推動整部車，因此混聯式混合動力也必然地能達至重度混合動力的程度。但混聯式混合系統并不是唯一可達至重度混合的技術。

應用例子

補助型混合動力系統
“補助型混合動力系統”（Assist Hybrid）是依其特性所稱的名稱，如果依其構造分的話也就是“并聯式油電混合系統”（Parallel hybrid）。補助型混合動力系統目前的主流設計是以一具功率較大引擎（多是內燃機）作為主要動力，再配上一具功率較小的馬達（多在20kW以下）做補助動力，所以才叫做補助型混合動力系統；并提供動力給馬達發電。馬達與引擎直接連接，功能主要是發電、協助提高轉速、進行動能回收和強化引擎性能等。而且兩者同時驅動造出更大的縱效馬力還可強化性能，由于這種技術是開發混合動力技術的過程，因此所有有開發過混合動力技術的車廠都具備這樣的技術，例如奔馳、法拉利、本田、馬自達和豐田。

奔馳利用S-Class開發了一款自家的中度混合動力車S400 Hybrid L，采用的就是典型的補助型混合動力系統。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馬達，單靠引擎動力可達299hp的馬力與38公斤米的扭力值，碟型電動馬達則可輸出15kW之功率，縱效馬力達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的補助型混合動力系統。Ferrari的混合動力系統取名叫HY-KERS，該系統目前是由一個V型12缸引擎和一個配備電動馬達的雙離合器變速箱構成，而安裝在V12引擎前方的第二臺電動馬達則專門用于輔助系統上。這兩組電動馬達也與電池組相連，使得電池組可根據空間大小和最終配置情況，放置于車體結構內。這套系統并非以環保節能為主要目標，而是以提升引擎動力為優先，而且不得過度增加車重，希望能在增加動力之余還能降地碳排放與油耗。該系統曾試驗性的以前中置引擎后輪驅動安裝在599 Hybrid Concept上，但目前展示的系統已改為后中置引擎后輪驅動，計劃優先搭載于限量跑車Enzo的后繼車款F150 LaFerrari上。

Honda Insight本田洞察者

Honda在2000年投產的Insight也是補助型混合動力系統。Honda開發的補助型混合動力系統命名為IMA（Integrated Motor Assist）。IMA系統使用自家的i-VTEC引擎配上電動馬達，可達到有效的節能與性能表現，不過因為仍屬中度混合動力的程度，效果仍算有限。Insight當前采用的是輸出動力95匹的1.3升四缸汽油引擎搭配可輸出14匹的電動馬達，總合動力輸出有102匹，大約相當于1.5升的引擎。除了Insight之外，Honda現在還有Fit Hybrid、Fit Shuttle、Freed、Freed Spike和CR-Z等車款使用IMA系統。

Mazda發展的e-4WD亦是類似的系統。e-4WD是在前輪帶動車的后輪裝上電動機，在需要的時候在后輪加進推力。

Toyota第一代的Prius因為技術尚未成熟，所以也是采用補助型混合動力系統，但從第二代起技術已開發完備而改用更進步的重度混聯式混合動力系統。

增程型電動系統（串聯式油電混合系統）
這種設計目前多用于大型車輛，例如Wrightbus的雙層巴士Wright Gemini 2及運載量達13噸的軍用運輸車HEMTT A3 Hybrid Truck。

采用串聯混合動力的雙層混合動力巴士Gemini 2 HEV

Chevrolet Volt和Opel Ampera掛載1.4升增程式電動動力系統。這組由通用汽車GM集團研發的1.4升增程式電動動力系統，擁有了Electric純電動以及Extended-Range增程模式。在純電動模式下有約56km最大巡航距離，而在電池耗盡后，發動機供電的增程模式能夠提供約554km的最大距離，總行駛距離達約610km，能滿足日常生活使用。 2010年正式推出量產車型，中文名為沃藍達。為延長電池壽命，電池電量狀態（SOC）被控制在30至85%之間，低于30％時發電機會啟動，為電池充電及供電給發電動機以推動車輛行駛。不過在部分行駛模式中會更早地啟動發動機。

Audi的A1 e-tron概念車也是這種設計，車上配備一具小排氣量轉子引擎只作發電用，專為電池組充電，車輛完全由電動馬達驅動，但Audi并無計劃量產這型號。

全面型混合動力系統（混聯式油電混合系統）
全面型混合動力可以是讓引擎與馬達都驅動前輪或后輪，也可以設計成分開驅動前后輪變成四輪驅動。目前擁有全面型混合動力系統技術的廠商有Toyota和Ford,其中Ford的混合動力系統來自于Toyota的授權和專利交換。

從2013年開始，Honda推出了名為I-MMD系統的混合動力雅閣，在北美和日本首先上市。該系統具體工作原理與Toyota的行星齒輪組有較大不同，但是經過一系列媒體測試表明，該系統燃油效率非常高，按照美國EPA標準合47MPG(5.0l/100KM)，實際測試效果也基本達到預期。目前Honda的I-MMD系統也被認為屬于全面型混合動力系統。


豐田Prius使用的是混聯式混合動力系統

Lexus和Toyota使用的是豐田集團開發的HSD全面型混合動力系統（Lexus和Toyota同為豐田集團旗下廠牌，BMW也以技術交換合法共享部分該技術）。HSD系統用一顆Atkinson循環汽油引擎配上兩具電動馬達，其中一具馬達與引擎整合，主要功能是當發電機用引擎余力發電，同時也是在怠速熄火系統啟動后幫引擎提升轉速；另一具馬達則與驅動軸連接，主要功能是在電動和混合模式時提供車輪動力，并在減速與剎車時進行動力回收，而Atkinson循環汽油引擎在低轉速下扭矩不足的缺點，可有效的為馬達所彌補，使得豐田混合動力汽車同時擁有極低的油耗和優異的動力表現。這些技術結合下來打造當今最有效的混合動力系統。Lexus和Toyota已有數十款車型也實用，當前在省油效果方面最佳的代表是第四代Toyota Prius。