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ハイブリッド車の駆動系は、ハイブリッド車の駆動輪に動力を伝達します。ハイブリッド車は複数の動力源を備えており、様々な構成が可能です。例えば、ハイブリッド車はガソリンを燃焼させてエネルギーを得る一方で、電気モーターと内燃機関を切り替えることができます。
一般的なパワートレインには、蓄積された位置エネルギーを変換するために使用されるすべてのコンポーネントが含まれます。パワートレインは、推進力として化学エネルギー、太陽エネルギー、原子力エネルギー、または運動エネルギーのいずれかを使用します。最も古い例は蒸気機関車です。現代の例としては、電動自転車やハイブリッド電気自動車があり、これらは一般的にバッテリー（またはスーパーキャパシタ）と、バッテリーを充電したり車両に動力を供給したりできる内燃機関（ICE）を組み合わせています。その他のハイブリッドパワートレインでは、エネルギーを蓄えるためにフライホイールを使用することもできます。
ハイブリッド車には様々な種類がありますが、2017年現在、市販されているのは電気モーターと内燃機関を組み合わせたタイプのみです。あるタイプは並列運転で、両方のモーターから同時に動力を供給します。別のタイプは直列運転で、一方のモーターが動力のみを供給し、もう一方のモーターが電気を供給します。どちらのモーターも主動力源となり、もう一方が主動力を補助します。
他の組み合わせでは、優れたエネルギー管理と回生による効率向上が見られますが、コスト、複雑さ、バッテリーの制限によって相殺されます。内燃機関と電気機関を組み合わせたハイブリッド車（CEハイブリッド）は、内燃機関のみの車両よりもはるかに大きな容量のバッテリーパックを備えています。内燃機関と電気機関を組み合わせたハイブリッド車は、軽量でエネルギー密度が高く、はるかに高価です。内燃機関は、電気システムを動作させ、エンジンを点火するのに十分な大きさのバッテリーのみを必要とします。[ 1 ]
電気自動車には、ディーゼル電気パワートレインのように、内燃機関と電気伝動を組み合わせた長い歴史があるが、それらは主に鉄道機関車に用いられてきた。ディーゼル電気パワートレインは、電気駆動トランスミッションが機械式トランスミッションを直接置き換えるものであり、補助的な動力源ではないため、厳密な意味でのハイブリッドの定義には当てはまらない。
初期のハイブリッド陸上車両の一例として、1935年から1948年にかけて米国（ニュージャージー州）で実施された「軌道なし」トロリーバスの実験が挙げられる。この実験では、通常、架線による牽引電流が用いられていた。トロリーバスには、牽引モーター用の電力を生成するためではなく、機械式駆動系を直接駆動するための内燃機関が搭載されていた。これにより、架線がない場所でも営業運転が可能となった。
1990年代以降、トロリーバスのハイブリッド車が導入されるようになったが、これは緊急時やメンテナンス時の低速走行を可能にするための小型動力装置を搭載したものであり、通常の営業運転を支えるためのものではない。
パラレルハイブリッドシステムは、内燃機関と電気モーターの両方を備えており、それぞれが単独で車両を駆動することも、両方を連結して駆動させることもできます。これは2016年時点で最も一般的なハイブリッドシステムです。
2つの動力源が軸上で（平行に）結合されている場合、その軸上の速度は同一でなければならず、供給されるトルクは加算されます（ほとんどの電動自転車はこのタイプです）。2つの動力源のうち1つだけを使用する場合は、もう1つはワンウェイクラッチまたはフリーホイールを介して接続され、自由に回転できるようにする必要があります。
自動車の場合、2つの動力源を同じ軸に作用させることができ（例えば、エンジンとトランスミッションの間に電気モーターを接続するなど）、両者が同じ速度で回転し、トルクが加算される。電気モーターは必要に応じてシステムにトルクを加算または減算する。（ホンダ・インサイトの最初の2世代はこのシステムを採用している。）
パラレルハイブリッドは、動力供給における異なるモーター間のバランスによってさらに分類できます。内燃機関が優位な場合（特定の状況でのみ電気モーターが作動する場合）もあれば、その逆の場合もあります。また、電気システムのみで走行できるものもありますが、現在のパラレルハイブリッドは電気のみ、または内燃機関のみのモードを提供できないため、多くの場合マイルドハイブリッドに分類されます（下記参照）。
パラレルハイブリッドは回生ブレーキに大きく依存し、ICEは補助充電用の発電機としても機能します。これにより、都市部の「ストップアンドゴー」状況でより効率的になります。他のハイブリッドよりも小型のバッテリーパックを使用します。ホンダの初期のインサイト、シビック、アコードハイブリッドは、IMAを使用しており、量産型パラレルハイブリッドの例です。[ 2 ]ゼネラルモーターズのパラレルハイブリッドトラック（PHT）や、サターン・ヴューやオーラ・グリーンライン、シボレー・マリブハイブリッドなどのBASハイブリッドも、パラレルハイブリッドアーキテクチャを採用しています。
パラレルハイブリッドの代替案として、「スルーザロード」タイプがあります。[ 3 ] [ 4 ]このシステムでは、従来の駆動系が一方の車軸を駆動し、電気モーターがもう一方の車軸を駆動します。この構成は、初期の「オフトラック」トロリーバスで使用されていました。事実上、完全なバックアップパワートレインを提供します。現代のモーターでは、回生ブレーキまたは巡航中に電気駆動ホイールに負荷をかけることによってバッテリーを充電できます。これにより、電力管理のアプローチが簡素化されます。このレイアウトには、特定の条件下で全輪駆動を提供するという利点もあります。 （この原理の一例として、フロントハブモーターを搭載した自転車があり、後輪でのペダル操作を補助します。）このタイプの車両には、アウディ100デュオIIとスバルVIZIVのコンセプトカー、プジョー3008、プジョー508、508 RXH、シトロエンDS5（すべてPSAのHYbrid4システムを使用）、ボルボV60プラグインハイブリッド、BMW 2シリーズアクティブツアラー、BMW i8、第2世代ホンダNSXなどがあります。
シリーズハイブリッドは、航続距離延長型電気自動車（EREV）[ 5 ] 、航続距離延長型電気自動車（REEV）、または航続距離延長型電気自動車（EVER）とも呼ばれます。すべてのシリーズハイブリッドはEREV、REEV、またはEVERのいずれかですが、すべてのEREV、REEV、またはEVERがシリーズハイブリッドであるとは限りません。特定の特性を持つシリーズハイブリッドは、カリフォルニア州大気資源局によって航続距離延長型バッテリー電気自動車（BEVx）に分類されます。[ 6 ]
電気式変速機は1903年までに発明されました。機械式変速機は、重量、大きさ、騒音、コスト、複雑さ、そして変速のたびにエンジン出力を消費するなど、様々なコストがかかり、マニュアル式とオートマチック式の両方に影響を与えます。内燃機関とは異なり、電気モーターは通常、変速機を必要としません。
パラレルハイブリッドとは異なり、シリーズハイブリッドではエンジンと車輪の間に機械的なトランスミッションがありません。エンジンは発電機として機能し、ケーブルを介してバッテリーに接続されます。接続はエンジン→バッテリー→電気モーター→車輪という流れになります。場合によっては、発電機がモーターに直接接続されていることもあります。
この直列配置はディーゼル電気機関車や船舶でよく見られる（1903年に進水したロシアの河川船ヴァンダル号は、世界初のディーゼル動力とディーゼル電気動力を併せ持つ船舶だった）。20世紀初頭、フェルディナント・ポルシェはローナー・ヴェルケのためにこの配置を用いた数々の成功した車両を設計した。ポルシェはこれをシステム・ミクステと呼んだ。これらのローナー・ポルシェ・ミクステ・ハイブリッド車両は、2輪または4輪にモーターを搭載したホイールハブモーター配置を採用していた。ローナー・ポルシェのレーシングカーは速度記録を樹立した。
シリーズハイブリッド方式では、エンジンを需要から切り離すことで、最も効率的な速度でのみ動作させることができます。高速走行や加速に対応する必要がないため、エンジンははるかに小型化できます。トラクションモーターは通常、バッテリーのみで駆動され、バッテリーは外部電源からも充電可能です。
日産のe-Powerシリーズ（ノート[ 7 ] 、セレナ[ 8 ] 、キックス[ 9 ] 、エクストレイル[ 10 ]、キャシュカイ）[ 11 ]は、エンジンを使用して発電機とEM57トラクションモーターを駆動します。[ 12 ]マツダのMX-30には、オプションでレンジエクステンダーが装備されています。[ 13 ] BMWのi3は、発電機をバッテリーのみに接続しています。サンダーボルトのハイブリッド路線バス[ 14 ]とBAEシステムズ（旧ロッキード・マーティン）のHybriDriveパワートレインを搭載した路線バスも、シリアルハイブリッドです。[ 15 ] [ 16 ]
電気モーターは内燃機関よりも効率が高く、出力重量比が大きいため、広い速度範囲でトルクを発揮します。内燃機関は、一定速度で回転しているときに最も効率が良くなります。
内燃機関は発電機を回転させているときに最適に作動します。シリーズハイブリッドシステムはギアチェンジを回避できるため、よりスムーズな加速を実現します。シリーズハイブリッドには以下の要素が含まれます。
加えて：
電気モーターは、バッテリーからの電力、内燃機関（ICE）によって回転する発電機からの電力、またはその両方によって完全に供給される。このような車両は、概念的にはディーゼル電気機関車に似ているが、内燃機関を稼働させずに車両に電力を供給し、加速してより高い速度を達成するためのエネルギーバッファとして機能するバッテリーが追加されている。発電機は、バッテリーを充電すると同時に、車両を動かす電気モーターに電力を供給することができる。
車両が停止すると、アイドリングせずに内燃機関が停止し、バッテリーが停止時に必要な電力を供給します。信号待ちや低速走行時など、停車中や低速走行時には燃料を消費する必要がないため、排出ガスを削減できます。
シリーズハイブリッドには、回生ブレーキエネルギーを蓄えるためのスーパーキャパシタまたはフライホイールを取り付けることができ、ブレーキシステムを通じて熱として失われるエネルギーを回収することで効率を向上させることができます。シリーズハイブリッドは内燃機関と車輪の間に機械的な接続がないため、エンジンは車両速度に関係なく一定かつ効率的な速度で動作し、より高い効率（内燃機関の平均20% [ 17 ]に対して37% ）を達成し、低速または混合速度では、全体的な効率が約50%向上する可能性があります（19%対29%）。
ロータスは 、統合型発電機を介して1,500rpmで15kW、 3,500rpmで35kWの電力を供給する2つの速度で動作するエンジン/発電機セット設計を提供しました[ 18 ] 。これは日産のコンセプトインフィニティEmerg-eで使用されています。
この運転プロファイルにより、マイクロタービン[ 19 ] 、ロータリーアトキンソンサイクルエンジン、リニア燃焼エンジン[ 20 ]などの代替エンジン設計の自由度が高まります。
内燃機関は、巡航速度での出力率を比較することで電気モーターに適合されます。一般的に、燃焼エンジンの出力率は瞬間（ピーク）出力率で提供されますが、[ 21 ]実際にはこれらを使用することはできません。
電動モーターで車輪を直接駆動することで、従来の機械式伝達要素（ギアボックス、伝達シャフト、差動装置）が不要になり、場合によってはフレキシブルカップリングも不要になる。
1997年、トヨタは日本で販売された最初のシリーズハイブリッドバスを発売した。[ 22 ] ニュージーランドのアシュバートンにあるデザインラインインターナショナルは、マイクロタービン駆動のシリーズハイブリッドシステムを搭載したシティバスを製造している。ライトバスは、ジェミニ2やニュールートマスターなどのシリーズハイブリッドバスを製造している。AFSトリニティは、改造したサターンヴューSUV車両に、リチウムイオンバッテリーバンクと組み合わせたスーパーキャパシタを使用している。スーパーキャパシタを使用することで、シリーズハイブリッド構成で最大150mpgの燃費を実現できると主張している。[ 23 ]
よく知られている自動車のシリーズハイブリッドモデルには、レンジエクステンダーを搭載したBMW i3のバリエーションがあります。シリーズハイブリッド自動車のもう1つの例は、 Fisker Karmaです。シボレーボルトはほぼシリーズハイブリッドですが、70 mphを超えるとエンジンからホイールへの機械的なリンクも含まれています 。[ 24 ] [ 25 ]
シリーズハイブリッド方式は航空機業界で広く採用されている。シーメンス、ダイヤモンド・エアクラフト、EADSが共同設計したDA36 E-Starは、シーメンス製の70kW （94馬力）電動モーターでプロペラを回転させるシリーズハイブリッドパワートレインを採用している。動力を消費するプロペラ減速機は不要となり、燃料消費量と排出ガスを最大25%削減することを目指している。機内には40馬力（30kW ）のオーストロ・エンジン製ヴァンケルロータリーエンジンと発電機が搭載され、電力を供給する。
ヴァンケルエンジンは、小型軽量で出力重量比に優れているため選ばれました。（ヴァンケルエンジンは、発電機運転に適した約2,000 RPMの一定速度で効率的に作動します。一定/狭い回転域を維持することで、自動車用途におけるヴァンケルエンジンの多くの欠点が相殺されます。[ 26 ]）
電動プロペラモーターは、エンジンが作動していない状態でバッテリーに蓄えられた電力を使用して離陸および上昇し、騒音を低減します。このパワートレインは、前機種に比べて機体の重量を100キログラム削減します。DA36 E-Starは2013年6月に初飛行し、シリーズハイブリッドパワートレインによる初の飛行となりました。Diamond Aircraft社は、この技術は100人乗りの航空機にも拡張可能であると述べています。[ 27 ] [ 28 ]
モーターが車体に取り付けられている場合はフレキシブルカップリングが必要ですが、トラクションモーターがホイールに統合されている場合は不要です。欠点の1つは、バネ下重量が増加し、サスペンションの応答性が低下するため、乗り心地や安全性に影響が出る可能性があることです。しかし、 Hi-Pa Driveなどのホイールハブ内の電気モーターは非常に小型軽量で、出力重量比が非常に高い場合があり、ホイールモーターが車両を制動するため、ブレーキ機構も軽量化できるため、その影響は最小限に抑えられるはずです。
個々のホイールモーターの利点には、トラクションコントロールの簡素化、必要に応じて全輪駆動、および低床化（バスやその他の特殊車両に有用）（一部の8x8全輪駆動軍用車両は個々のホイールモーターを使用）が含まれます。ディーゼル電気機関車はこのコンセプト（各ホイールペアの車軸を駆動する個別のモーター）を70年間使用してきました。[ 29 ] [ 30 ]
その他の対策としては、軽量アルミニウム製ホイールを使用してホイールアセンブリのバネ下質量を低減すること、バッテリーなどの重い要素を床面に配置することで重心を下げるように車両設計を最適化すること、一般的な道路車両では動力伝達装置が従来の機械式動力伝達装置よりも小型軽量化され、スペースを有効活用できること、燃焼発電機セットは駆動用電気モーターへのケーブル接続のみで済むため、車両全体に主要部品を配置する際の柔軟性が高まり、優れた重量配分と車内空間の最大化が実現し、この柔軟性を活用した優れた車両設計の可能性が開かれることなどが挙げられます。
直列並列ハイブリッド、またはパワースプリットハイブリッドとは、パワースプリット装置を組み込んだ並列ハイブリッドであり、内燃機関から車輪への動力伝達経路を機械的または電気的に分割することを可能にする。その主な原理は、主電源から供給される動力と運転者が要求する動力を分離することにある。
内燃機関（ICE）のトルク出力は低回転域では最小限であり、従来の車両は市場の要求を満たすためにエンジンサイズを大きくして、許容できる初期加速を実現しています。大型エンジンは巡航に必要な出力よりも大きな出力を持っています。電気モーターは停止時に最大トルクを発生させ、低回転域でのICEのトルク不足を補うのに適しています。パワースプリットハイブリッドでは、より小型で柔軟性は低いものの、より効率的なエンジンを使用できます。従来のオットーサイクル（出力密度が高く、低回転域でのトルクが大きく、燃費が低い）は、アトキンソンサイクルまたはミラーサイクル（出力密度が低く、低回転域でのトルクが少なく、燃費が高い。アトキンソン・ミラーサイクルと呼ばれることもあります）に改良されることがよくあります。より効率的なサイクルを使用し、多くの場合、ブレーキ比燃料消費マップの有利な領域で動作する小型エンジンは、車両全体の効率向上に大きく貢献します。
例えば、有名なトヨタ・プリウスに見られるようなシンプルなデザイン（右図参照）のバリエーションとしては、以下のようなものがある。
トヨタのハイブリッドシステムTHS/ハイブリッドシナジードライブは、単一の動力分割装置（単一の3軸遊星歯車セットとして組み込まれている）を備えており、エンジンの動力がトランスミッションへの入力で分割されるため、入力分割方式に分類できます。これにより、この構成は機械的には非常にシンプルになりますが、独自の欠点があります。たとえば、第1世代および第2世代HSDでは、最高速度は主に小型の電気モーター（多くの場合、発電機として機能する）の速度によって制限されます。第3世代HSDでは、ICE-MG1経路とMG2経路が分離され、それぞれに専用のギア比（プリウスcを含む後期型プリウスではそれぞれ1.1:1と2.5:1）が設定されています。第4世代HSDでは、2番目の遊星歯車セットが廃止され、電気モーターが平行軸上に配置され、これらの軸の間に結合ギアが配置され、結合された結果が最終駆動ディファレンシャルに伝達されます。これはトヨタ傘下のアイシン精機のハイブリッドシステムと非常によく似ており、大幅な省スペース化を実現している。
ゼネラルモーターズ、BMW、ダイムラークライスラーは、グローバルハイブリッド協力の一環として、ツーモードハイブリッドと呼ばれるシステムで協力しました。この技術は、2007 年秋にシボレー タホ ハイブリッドでリリースされました。このシステムは、2005 年デトロイトで開催された北米国際自動車ショーの GMC グラファイト SUV コンセプト車両にも搭載されました。[ 33 ] BYD オートのF3DMセダンは、シリーズパラレルプラグインハイブリッド車で、2008 年に中国で販売されました。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]
2モード ハイブリッドという名称は、駆動系が全電気モード (モード 1、または入力分割) とハイブリッドモード (モード 2、または複合分割) の両方で動作できることを強調しています。この設計では、2 つ以上のモードでの動作が可能です。2 つのパワー分割モードが利用可能で、いくつかの固定ギア (実質的には並列ハイブリッド) レジームがあります。このような設計は、マルチレジーム設計と呼ばれることがあります。[ 37 ] 2 モード ハイブリッド パワートレイン設計は、トランスミッション内に 4 つのクラッチを追加することで、エンジンのパワー分割の複数の構成が可能になるため、複合分割設計に分類できます。クラッチに加えて、このトランスミッションには 2 つ目の遊星歯車セットがあります。この設計の目的は、機械的に伝達されるパワーと電気的に伝達されるパワーの割合を変化させて、低速と高速の両方の動作条件に対応することです。これにより、得られる電気ピークパワーが連続変化範囲の幅に比例するため、単一モード システムと比較して、より小さなモーターでより大きなモーターの役割を果たすことができます。 4つの固定ギアにより、2モードハイブリッドは、高速巡航やトレーラー牽引などの高出力領域において、従来のパラレルハイブリッドのように機能します。固定ギアモードでは、フル電動ブーストが利用可能です。[ 38 ]
これらは2種類の異なるエネルギー回収システムを備えている。これは横断的な分類である。
マイクロハイブリッド（μHEV）は、アイドリング時にエンジンを自動的に停止させる何らかのスタートストップシステムを使用する車両に与えられる一般的な用語です。厳密に言えば、マイクロハイブリッドは2つの異なる動力源に依存していないため、真のハイブリッド車ではありません。[ 39 ]
マイルドハイブリッド車（MHEV）は、基本的に従来型の車両にハイブリッド機器を一部搭載したもので、ハイブリッド機能は限定的です。一般的には、スタート・ストップ機能と、控えめなレベルのエンジンアシストまたは回生ブレーキを備えたパラレルハイブリッド方式を採用しています。マイルドハイブリッド車は通常、完全な電気駆動を実現することはできません。
ゼネラルモーターズの2004～2007年型パラレルハイブリッドトラック（PHT）やホンダのエコアシストハイブリッドのようなマイルドハイブリッドは、エンジンとトランスミッションの間のベルハウジング内に三相電気モーターを搭載しており、トラックが惰性走行、ブレーキング、または停止しているときはいつでもエンジンを停止できますが、すぐに再始動して動力を供給できます。アクセサリーはエンジンが停止している間も電気で動作し続けることができ、他のハイブリッド設計と同様に、回生ブレーキによってエネルギーが回収されます。大型の電気モーターは、燃料を噴射する前にエンジンを動作速度まで回転させます。
2004年から2007年までのシボレー・シルバラードPHTはフルサイズのピックアップトラックでした。シボレーは、必要に応じてエンジンを停止および再始動し、回生ブレーキを使用することで、10%の効率向上を実現しました。電気エネルギーは、パワーステアリングなどのアクセサリーの駆動にのみ使用されました。GM PHTは、3つの12ボルト開放型鉛蓄電池を直列接続（合計36V）した42ボルトシステムを使用して、始動モーターに必要な電力と電子機器の電力を供給しました。
ゼネラルモーターズはその後、 BASハイブリッドシステムを発表しました。これは、2007年のサターン・ヴュー・グリーンラインで正式にリリースされた、もう1つのマイルドハイブリッド実装です。その「スタート・ストップ」機能は、モーター/ジェネレーターユニットへのベルト接続を介して、シルバラードと同様に動作します。しかし、GM BASハイブリッドシステムは、加速時と定速走行時に適度なアシストを提供することができ、回生（ブレンド）ブレーキ時にエネルギーを回収します。BASハイブリッドは、2009年のサターン・ヴューのEPAテストで、複合燃費効率を最大27%向上させました。[ 40 ]このシステムは、2008～2009年のサターン・オーラ・グリーンラインと2008～2010年のシボレー・マリブ・ハイブリッドにも搭載されています。
スタート/ストップを実現するもう1つの方法は、静止始動エンジンを使用することです。このようなエンジンはスターターモーターを必要とせず、センサーを使用して各ピストンの正確な位置を検出し、燃料の噴射と点火のタイミングを正確に制御してエンジンを回転させます。 [ 41 ]
マイルドハイブリッドは、内燃機関を主動力源とし、トルクを増強する電気モーターが（ほぼ）従来型のパワートレインに接続されているため、パワーアシストハイブリッドと呼ばれることもあります。電気モーターはエンジンとトランスミッションの間に搭載されています。基本的には、エンジンを始動する必要があるときや、ドライバーがアクセルを踏み込んで追加のパワーが必要なときに作動する大型のスターターモーターです。電気モーターは、内燃機関を再始動したり、アイドリング時にメインエンジンを停止したりすることもできます。強化されたバッテリーシステムは、アクセサリーに電力を供給するために使用されます。GMは、Eassistと呼ばれるBuick LaCrosseとBuick Regalのマイルドハイブリッドを発表しました。
2015年以前、ホンダのハイブリッド車（インサイトを含む）は、小型で高効率なガソリンエンジンに関する専門知識を活かし、この設計を採用していました。このシステムは統合モーターアシスト（IMA）と呼ばれています。IMAハイブリッドは、電気のみで走行することはできません。しかし、必要な電力がはるかに少ないため、システムのサイズを小さくすることができます。
もう一つのバリエーションとして、サターン・ヴュー・グリーンラインBASハイブリッドシステムがあり、これはホンダIMAよりも小型の電気モーター（エンジンの側面に搭載）とバッテリーパックを使用していますが、機能は同様です。
このタイプのもう1つのバリエーションは、日本で販売されているマツダ デミオに搭載されているマツダのe-4WDシステムです。 [ 42 ]この前輪駆動車には、追加のトラクションが必要な場合に後輪を駆動できる電気モーターが搭載されています。このシステムは他のすべての走行状況では解除されているため、直接的に性能や燃費を向上させるものではありませんが、全体的な性能に対してより小型で経済的なエンジンの使用を可能にします。
ジェネシスG90とジェネシスGV80クーペには、電動スーパーチャージャーを備えたマイルドハイブリッドオプションが用意されています。[ 43 ] [ 44 ]
これらには2種類の異なるエネルギー回収システムが搭載されている。
メルセデス・ベンツ Cクラス (W206)、メルセデスAMG SL 43 (R232)、メルセデスAMG CLE 53、ガソリンエンジンのメルセデス C254/X254、ポルシェ 911 カレラ GTS T-ハイブリッドには、電動アシストターボチャージャー/ MGU-Hが搭載されています。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]
フルハイブリッド（FHEVまたはHEV）は、ストロングハイブリッドとも呼ばれ、エンジン、バッテリー、またはその両方で走行できる車両です。トヨタ プリウス、トヨタ カムリ ハイブリッド、フォード エスケープ ハイブリッド/マーキュリー マリナー ハイブリッド、フォード フュージョン ハイブリッド/リンカーン MKZ ハイブリッド/マーキュリー ミラン ハイブリッド、フォード C-Max ハイブリッド、フォード マーベリック ハイブリッド、キアオプティマ ハイブリッド、トヨタ シエナ ハイブリッド、およびゼネラルモーターズの2 モード ハイブリッドトラックと SUV は、バッテリー電源のみで走行できるため、このタイプのハイブリッドの例です。大容量のバッテリーにより、バッテリーのみでの走行が可能になります。これらの車両は、機械動力と電気動力を相互変換することで、駆動系に柔軟性を持たせる分割動力経路を備えています。各部分からの力をバランスさせるために、車両はエンジンとトランスミッションのヘッドエンドに接続されたモーターの間に差動式リンケージを使用します。
トヨタはこの技術を「ハイブリッドシナジードライブ」と呼んでおり、プリウス、ハイランダーハイブリッドSUV、カムリハイブリッドに採用している。コンピューターがシステムの動作を監視し、動力源の組み合わせ方を決定する。プリウスの動作は、以下の6つの異なるモードに分けられる。
これらには2種類のエネルギー回生システムが搭載されています。デュアルハイブリッドの例としては、フォーミュラ1カーが挙げられます（フォーミュラ1エンジン#2014–2021およびフォーミュラ1エンジン#2022–2025を参照）。その他の例としては、ポルシェ919ハイブリッドや、開発中止となったインフィニティ・プロジェクト・ブラックSなどがあります。
プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）には、2つの特徴があります。それは、
これらは、バッテリー電源で走行できるフルハイブリッド車です。より大きなバッテリー容量とグリッドからの充電機能を提供します。並列または直列設計のいずれかであり、ガスオプションまたはグリッド対応ハイブリッド車とも呼ばれます。プラグインハイブリッドの主な利点は、かなりの距離をガソリンなしで走行でき、長距離旅行のために拡張された内燃機関の航続距離も提供できることです。電力研究所の研究によると、PHEVはサービスコストの削減と徐々に向上するバッテリー技術により、総所有コストが低くなっています。PHEVの「ウェル・トゥ・ホイール」効率と排出量は、ガソリンハイブリッド車と比較して、グリッドのエネルギー源に依存します（米国のグリッドは石炭が30％ 、カリフォルニアのグリッドは主に天然ガス、水力発電、風力発電です）。
電力網から充電できる大型バッテリーパックを搭載したPHEVのプロトタイプは、米国、特にカリフォルニア大学デービス校のアンディ・フランクのハイブリッドセンター[ 48 ]で製造された。量産型PHEVの1つであるルノー・カングーは、2003年にフランスで発売された。ダイムラークライスラーは、メルセデス・ベンツ・スプリンターバンをベースにしたPHEVを製造した。マイクロベットSPA [ 49 ]は、いわゆるデイリー・バイモーデールという小型トラックを提供している。
カリフォルニア・カーズ・イニシアチブは、2004年以降のトヨタ・プリウスを改造して、PRIUS+と呼ばれるプロトタイプを製作した。140kg （300ポンド）の鉛蓄電池を追加することで、PRIUS+は標準プリウスの約2倍の燃費を実現し、電気のみで最大16キロメートル（10マイル）の走行が可能になった。 [ 50 ]
中国のバッテリーメーカー兼自動車メーカーであるBYD Autoは、2008年12月15日に中国のフリート市場向けにF3DMコンパクトセダンを発売した[ 51 ] [ 52 ]が、後にBYD Qinプラグインハイブリッドに置き換えられた[ 53 ] [ 54 ] 。
ゼネラルモーターズは2010年12月に米国でシボレー・ボルトの納車を開始し[ 5 ]、その姉妹車であるオペル・アンペラは2012年初頭までにヨーロッパで発売された[ 55 ] [ 56 ]。 2012年11月現在 その他、いくつかの市場で入手可能なプラグインハイブリッド車としては、フィスカー・カルマ、トヨタ・プリウス・プラグインハイブリッド、フォードC-Maxエネルギなどがある。
2012年10月現在 最も売れているPHEVはVoltで、2010年12月以降、Volt/Amperaファミリーは世界中で33,000台以上が販売されており、米国での販売台数が27,306台でトップ[ 57 ] [ 58 ]、次いでオランダが2012年10月までに2,175台のAmperaを販売している[ 59 ] [ 60 ]。プリウスプラグインハイブリッドは、2012年10月までに世界中で21,600台を販売しており、米国での販売台数が9,623台、次いで日本が9,500台となっている[ 58 ] [ 61 ] 。最近では、 Jeep WranglerとJeep Grand Cherokeeの4xeバージョンが米国で最も売れているPHEVとなり、それぞれ2023年に67,429台と45,684台を販売した[ 62 ]。
これらには2つの異なるエネルギー回生システムが含まれています。このようなシステムの例としては、プラグインデュアルハイブリッドであるMercedes-AMG ONEがあります。Mercedes -Benz Cクラス（W206）とMercedes C254/X254にも電動アシストターボチャージャー/ MGU-Hが搭載されています。[ 63 ] [ 46 ]
電気と内燃機関（ICE）を組み合わせたハイブリッド車を作る方法は数多く存在する。電気と内燃機関を組み合わせたハイブリッド車の設計は、パワートレインの電気部分と燃焼部分がどのように接続されているか、それぞれの部分がどのタイミングで作動しているか、そして各ハイブリッド部品が供給する電力の割合によって区別される。主な分類としては、直列ハイブリッドと並列ハイブリッドがあるが、現在では並列ハイブリッドが最も一般的である。
ハイブリッド車のほとんどは、車種を問わず、減速時に回生ブレーキを用いてエネルギーを回収します。これは、モーターを発電機として機能させるという単純な仕組みです。
多くの設計では、エネルギーを節約するために、必要のないときは内燃機関を停止させるようになっています。この概念はハイブリッド車に限ったものではなく、スバルは1980年代初頭にこの機能を先駆けて導入し、フォルクスワーゲン・ルポ3Lは停車時にエンジンを停止させる従来型車両の一例です。ただし、エアコンなど、通常はエンジンで駆動するアクセサリー類については、何らかの対策を講じる必要があります。さらに、内燃機関の潤滑システムは、エンジン始動直後が最も効率が悪く、エンジンの摩耗の大部分は始動時に発生するため、このようなシステムの頻繁な始動と停止はエンジンの寿命を著しく縮めます。また、始動と停止のサイクルは、エンジンが最適な温度で動作する能力を低下させ、結果としてエンジンの効率を低下させる可能性があります。
燃料電池車には、最大加速出力を確保し、燃料電池のサイズと出力の制約（ひいてはそのコスト）を軽減するために、バッテリーやスーパーキャパシタが搭載されることが多い。これは実質的に直列ハイブリッド構成とも言える。
油圧ハイブリッド車は、電気部品の代わりに油圧部品と機械部品を使用します。可変容量ポンプが電気モーター/発電機の代わりとなります。油圧アキュムレータはエネルギーを蓄えます。この容器は通常、あらかじめ加圧された窒素ガスが充填された柔軟なブラダーを備えています。ポンプで送られた作動油がブラダーに押し付けられ、圧縮された窒素ガスにエネルギーが蓄えられます。一部のバージョンでは、加圧ブラダーの代わりにシリンダー内のピストンが使用されています。油圧アキュムレータは、バッテリーよりも安価で耐久性が高い可能性があります。油圧ハイブリッド技術は、もともと1930年代にドイツで導入されました。ボルボ・フライグモーターは、1980年代初頭からバスで石油油圧ハイブリッドを試験的に使用していました。
当初の構想では、巨大なフライホイール（ジャイロバス参照）を蓄電装置として用い、それを静油圧式トランスミッションに接続するというものだった。このシステムはイートン社をはじめとする複数の企業によって開発が進められており、主にバス、トラック、軍用車両などの大型車両向けに開発されている。2002年に発表されたフォードF-350マイティトンカ・コンセプトトラックはその一例で、高速道路の速度まで加速できるイートン社のシステムを搭載している。
システムコンポーネントが高価だったため、小型トラックや乗用車への搭載は不可能でした。欠点は、パワーモーターが部分負荷時に十分な効率を発揮しなかったことです。焦点は小型車両に移りました。英国のArtemis Intelligent Power社は、あらゆる範囲と負荷で効率的な電子制御油圧モーター/ポンプを導入することで画期的な進歩を遂げ、石油油圧ハイブリッドの小型アプリケーションを実現可能にしました。[ 64 ]同社はBMW車を改造して実現可能性を実証しました。BMW 530iは、標準車と比較して市街地走行で2倍のMPGを達成しました。テストでは標準の3,000ccエンジンを使用しました。石油油圧ハイブリッドでは、エンジンを平均出力使用量にダウンサイジングすることができ、ピーク出力使用量には対応できません。ピーク出力はアキュムレータに蓄えられたエネルギーによって供給されます。[ 65 ]
運動エネルギー回生率は高く、そのためこのシステムは2013年式のバッテリー充電式ハイブリッドよりも効率的で、EPAテストでは60%から70%の燃費向上を示しています。[ 66 ] EPAテストでは、油圧ハイブリッドのフォード・エクスペディションは、市街地走行で32mpg - US （7.4L / 100km ） 、高速道路で22mpg - US （11L /100km ）を記録しました。[ 67 ]
ある研究会社の目標は、ガソリン油圧ハイブリッド部品のパッケージングを改善する新しい設計を作成することでした。かさばる油圧部品はすべてシャーシに統合されています。ある設計では、構造シャーシでもある大型油圧アキュムレータを使用することで、テストで 130mpg を達成したと主張しています。油圧駆動モーターはホイールハブに組み込まれており、ブレーキエネルギーを回収するために逆回転します。目標は、平均的な運転条件下で 170mpg です。ショックアブソーバーによって生成されたエネルギーと、通常は無駄になる運動ブレーキエネルギーが、アキュムレータの充電を助けます。平均的な電力使用量に合わせてサイズが調整された ICE がアキュムレータを充電します。アキュムレータは、完全に充電されたときに 15 分間車を走らせることができるサイズです。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]
2011年1月、クライスラーはEPAと提携し、乗用車に使用できる実験的なガソリン油圧ハイブリッドパワートレインを設計・開発すると発表した。クライスラーは既存の量産ミニバンをパワートレインに適合させた。[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]
米国のNRG Dynamix社は、同社のアプローチにより、電気ハイブリッド車と比較してコストが3分の1削減され、車両重量も電気ハイブリッド車の454kgに対し、わずか136kgしか増加しないと主張した。同社は、2.3リットル4気筒エンジンを搭載した標準的なピックアップトラックが市街地走行で16.8L/100kmの燃費を達成したと主張した。石油油圧システムを使用すると、燃費は「20台半ば」に達した。[ 76 ]
圧縮空気は、ガソリンコンプレッサーで動力を供給するハイブリッド車を動かすことができる。フランスのモーター・デベロップメント・インターナショナル社は、このような空気圧駆動車を開発していた。UCLAの機械・航空宇宙工学教授であるツチン・ツァオ氏率いるチームは、フォード社のエンジニアと協力して、空気圧ハイブリッド技術の実用化に取り組んだ。このシステムは、ハイブリッド電気自動車と同様に、ブレーキ時に発生するエネルギーを回収・蓄積し、加速時に必要に応じてエンジンを補助する仕組みになっている。
多くの陸上および水上車両は、人力に加えて別の動力源を組み合わせて利用しています。一般的なのはパラレルハイブリッドで、例えばオール付きの帆船、電動自転車、あるいはTwikeのような人力と電気を組み合わせたハイブリッド車両などが挙げられます。シリーズハイブリッドも存在します。こうした車両は、車載太陽電池、グリッド充電式バッテリー、ペダルなど、3つの動力源を組み合わせたトライブリッド車両となる場合があります。
ハイブリッド車は様々なモードで使用できます。図は、パラレルハイブリッド構成における代表的なモードを示しています。
Pは位置を表します。複数の電動モーターが異なる場所に設置されている場合は、P1 + P3 または P0 + P2.5 + P4 のように表記されることがあります。
駆動系における電気モーターの位置：
多くの場合、アフターマーケットのパワートレインを車両に追加できます。アフターマーケットソリューションは、ユーザーがグライダー（ローリングシャーシ）とハイブリッド（2つのエンジン）または全電気（電気モーターのみ）のパワートレインキットを自動車メーカーに納入し、技術がインストールされた車両を受け取る場合に使用されます。アフターマーケットのインストーラーによって、（電気またはハイブリッド）パワートレインをグライダーに追加できます[ 79 ] 。
2013年、セントラルフロリダ大学のデザインチーム「オン・ザ・グリーン」は、古いモデルの車両をガソリン・電気ハイブリッド車に改造するためのボルトオン式ハイブリッド変換キットの開発に取り組んだ。[ 80 ]
カリフォルニアのエンジニアが1966年型マスタングの改造を実演した。このシステムではオルタネーターを12kW （ ピーク時30kW）のブラシレス電気モーターに置き換えた。燃費と出力が向上した。[ 81 ]
内燃機関車のホイール[ 82 ]やホイールとブレーキローター[ 83 ]の間にハブモーターを取り付けることで、ハイブリッド個別ホイール駆動（IWD）に改造できる。
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