Gli HEV sono generalmente classificati in quattro gruppi definiti in base all'accoppiamento tra il motore a combustione interna ed il motore elettrico:

• Ibrido Serie
• Ibrido Parallelo
• Ibrido Serie-Parallelo
• Ibrido complesso

L'architettura di queste diverse tipologie è definita in fig

• B: Batterie
• E: Engine
• F: Serbatoio Combustibile
• G: Generatore
• M: Motore
• P: Convertitore di potenza
• T: Trasmissione

Link elettrico
Link idraulico
Link meccanico

Prima di analizzare in dettaglio le varie tipologie di HEV si può notare che tra di esse vi sono sempre presenti i seguenti dispositivi: il motore termico, il motore elettrico, l'accumulatore d'energia, il convertitore di potenza e la trasmissione che collega meccanicamente il blocco motore con le ruote.
Per realizzare pienamente la potenzialità degli HEV è necessario progettare, con estrema attenzione la gestione dei flussi di potenza detta Power Management e si intende la definizione di un algoritmo di controllo che determina la gestione e l'intervento delle due fonti di potenza. Generalmente tale algoritmo è gestito da una centralina di controllo; questa può coordinare il sistema ibrido per soddisfare certi obiettivi quali il risparmio di carburante e la riduzione delle emissioni. Sebbene il Power Management sia dipendente dal tipo di architettura scelta e dalle prestazioni che si richiedono al veicolo, si possono facilmente trovare delle caratteristiche comuni:

• Il motore elettrico può fungere da convertitore elettro-meccanico in modo da poter garantire il flusso di potenza dalla batteria alle ruote e viceversa;
• Si possono ricaricare le batterie in decelerazione o frenata con recupero di parte dell'energia cinetica del veicolo(Regenerative Braking);
• Si può far si che la trazione sia garantita dal solo motore elettrico in modo da ottenere un veicolo tipo ZEV;

In caso di stop del veicolo, o in altre circostanze in cui il conducente non richiede potenza, il motore termico può essere spento (Idle Stop) con notevole risparmio di carburante delle emissioni; nel momento in cui viene richiesta nuovamente potenza, ICE viene riacceso grazie all'intervento di un apposito motore elettrico. Si fa notare sin da subito che l'architettura dell'ibrido Complesso dipende fortemente dalle scelte costruttive e che quindi non verrà più menzionata in seguito. Nel sistema Ibrido Serie la potenza meccanica proveniente dal motore termico viene convertita in potenza elettrica grazie ad un generatore. Tale potenza elettrica può ricaricare la batteria o tramite il motore elettrico ed il sistema di trasmissione, trasformarsi in potenza meccanica sfruttabile dalle ruote.
I vantaggi di tale sistema possano essere cosi sintetizzati:

• Non esiste alcun legame meccanico tra l'ICE e le ruote e ciò permette un'elevata flessibilità nella sua disposizione all'interno del veicolo.
• L'ICE ha una potenza più bassa rispetto ad un veicolo convenzionale e generalmente questa non supera il 50% della potenza totale.
• L'ICE non segue dinamicamente le richieste di potenza imposte dal conducente del veicolo o dalle condizioni stradali ed è quindi possibile farlo lavorare a velocità e carico quasi costante, in modo da rimanere all'interno di una regione di basso consumo e basse emissioni.

Di contro, poiché almeno il 50% della potenza totale deve essere garantita dalle batterie, è necessario disporre di batteria ad alta densità di energia, generalmente gestita secondo quattro modalità operative, riassunte in seguito:

• Startup/Guida Normale/Accelerazione
  Durante tale fase sia la batteria sia l'ICE forniscono potenza all'EM.
• Basso carico
  Ai bassi carichi la potenza dell'ICE può essere maggiore di quella richiesta dal conducente e quindi parte di questa può essere usata per ricaricare le batterie fino al raggiungimento di un opportuno livello di SOE delle stesse batterie.
• Decelerazione/Frenata
  Il motore elettrico funge da generatore e trasforma l'energia cinetica delle ruote in elettricità ricaricando le batterie.
• Ricarica batterie
  Le batterie possono essere ricaricate dall'ICE anche in caso di stop del veicolo.

Tale architettura permette all'ICE e al EM di fornire contemporaneamente potenza alle ruote. Nella sua configurazione classica tale sistema è dotato di due frizioni che servono per trasmettere la potenza dai due motori all'albero di trasmissione, in questo modo, quindi è possibile che solo una dei due motori fornisca potenza per la trazione.
I vantaggi di tale sistema rispetto alla configurazione serie sono:

• La presenza di solo due dispositivi di potenza ( l'ICE e l'EM).
  Visto che non è previsto alcun accoppiamento elettro-meccanico diretto tra l'ICE e l'EM.
• A parità di potenza alla ruota le batterie sono più piccole con un minore aggravio di peso.
• L'EM può essere più piccolo, visto che il suo intervento è richiesto nel caso in cui il solo ICE non è in grado di soddisfare la richiesta di potenza alla ruota. Generalmente l'EM deve fornire solo il 20-30% della potenza totale. Di contro però, l'ICE non può più lavorare a carico e velocità costanti, con conseguente aggravio dei consumi e delle emissioni; inoltre la logica di controllo diventa più complessa a causa della configurazione meccanica più articolata. Il controllo dei flussi di potenza viene generalmente gestito secondo le modalità operative riassunte in fig.
• Decelerazione/ Frenata
  L'EM funge da generatore e ricarica le batterie attraverso il convertitore di potenza.
• Ricarica Batteria
  In questo caso, visto che l'ICE è accoppiato all'EM attraverso l' albero di trasmissione, è possibile durante la marcia e ai bassi carichi, che il motore termico ricarichi la batteria.

Questa architettura racchiude le caratteristiche dell'ibrido serie e dell'ibrido parallelo. Si possono trovare, infatti sia un generatore (come nell'ibrido serie) sia un collegamento meccanico tra ICE ed EM (come nell'ibrido parallelo). Esiste quindi, una più ampia gamma di modalità operativa per gestire il flusso di potenza. Essenzialmente questi possono essere racchiuse in due gruppi detti:

• Engine heavy
• Electric heavy

Il primo caso denota che il motore termico è più attivo di quello elettrico, il secondo caso viceversa. Le modalità operative dei due casi sono rappresentati in figura
Engine heavy:

• Startup
  Il solo EM è attivo, l'ICE è spento
• Accelerazione
  L'ICE e l'EM proporzionalmente si dividono la potenza alla ruota
• Guida normale
  Solo l'ICE fornisce potenza alle ruote, l'EM è spento.
• Decelerazione/Frenata
  L'EM funge da generatore e ricarica le batterie
• Ricarica batteria durante la guida
  In questa modalità, durante la guida, l'ICE non solo fornisce potenza alle ruote ma anche al generatore elettrico, che ricarica le batterie grazie al convertitore di potenza
• Ricarica Batteria
  Quando il veicolo è fermo, ma l'ICE è in funzione, quest'ultimo può fornire potenza al generatore per ricaricare le batterie.
• Startup/Basso Carico
  Il solo EM è attivo, l'ICE è spento.
• Accelerazione/Guida normale
  L'ICE e l'EM proporzionalmente si dividono la potenza alla ruota; ma in accelerazione l'energia elettrica proviene dal generatore e dalle batterie, mentre durante la guida normale solo dal generatore.
• Decelerazione/Frenata
  L'EM funge da generatore e ricarica le batterie
• Ricarica Batteria durante la guida
  In questa modalità, durante la guida, l'ICE non fornisce solo potenza alle ruote, ma anche al generatore elettrico, che ricarica le batterie grazie al convertitore di potenza.
• Ricarica batteria
  Quando il veicolo è fermo, ma l'ICE è in funzione, quest'ultimo può fornire potenza al generatore per ricaricare le batterie.

Per potere gestire i flussi di potenza viene generalmente usato un riduttore epicicloidale come aviene, ad esempio, per la Toyota Prius. La scelta di tipo di architettura da utilizzare è influenzata da diversi fattori e, nello stesso tempo, influenza prestazioni e scelte progettuali. Volendo generalizzare, si può dire che i parametri che determinano la scelta di un particolare tipo di propulsione ibrida sono:

• Peso del veicolo
• Utilizzo urbano ed extraurbano

Per quanto riguarda il peso dei veicoli possono essere distinti in veicoli leggeri LDV quali scooter ed autovetture, e in veicoli pesantiHDVquali bus e veicoli da trasporto.
Per i LDV si preferisce usare una configurazione di tipo Ibrido Parallelo o in alcuni casi Ibrido S/P: in questo caso, infatti, le batterie necessarie per un seriale puro (che potrebbe trovare dei vantaggi in quanto tali veicoli sono spesso usati nel traffico cittadino) porterebbero un sovraccarico in peso che globalmente sfavorirebbe i consumi. Spesso, inoltre, per alcuni di questi veicoli, si preferisce anche la sola propulsione elettrica che però, se da un lato garantisce emissioni nulli (si parla di ZEV), dall'altro non permette autonomia e prestazioni paragonabili né con veicoli convenzionali né con veicoli Ibridi Paralleli o Ibridi S/P. L'utilizzo del veicolo, invece, diventa un fattore determinante per gli HDV: per i bus cittadini, infatti, si preferisce una predisposizione seriale, in quanto, il peso e le dimensioni di questi permettono una facile disposizione delle batterie che non incidono sul peso globale del mezzo in modo eccessivo; inoltre nel traffico cittadino, mentre il motore termico tradizionale lavorerebbe a regimi in cui il rendimento è molto basso, l'ibrido serie garantisce che l'ICE funzioni a carico e velocità costanti, nella zona di miglior rendimento riducendo consumi ed emissioni. Per veicoli da trasporto merci, il cui utilizzo è associato a lunghi percorsi autostradali, si preferisce una disposizione parallela: il motore termico, infatti, in queste condizioni, lavora già in un range di velocità e carico di buon rendimento e le prestazioni che si possono ottenere in questo modo sono superiori a quelle di un ibrido Serie. Esempi di veicoli ibridi saranno presentati in seguito. Questo autoveicolo, a soli due posti, è un ibrido parallelo puro. E' dotata di un motore termico tre cilindri in linea, 12 valvole, avente una cilindrata pari a 995cc ed una potenza di 50kW a 5700rpm e di un motore elettrico, sincrono trifase a magneti permanenti, che eroga una potenza massima di 10kW a 3000rpm; la trasmissione è manuale a 5 marce
Tra le applicazioni di oggi ricordiamo la Fiat Multipla Ibrida, prodotta in una decina di esemplari per un programma dimostrativo in corso nella città di Napoli. In questo caso i due motori sono un benzina 1.6 16V ed un motore elettrico da 15/30 kW, quello della Sei cento Elettrica. Un alternatore da 10.5 kW provvede alla ricarica del pacco batterie, opportunamente dimensionato (batteria al Nichel-Idruri metallici da 280 kg) al fine di consentire una congrua autonomia in solo elettrico, 70 km circa.
Come già accennato in precedenza, la configurazione ibrido-serie presenta vantaggi notevoli nei percorsi urbani, se confrontata con i veicoli tradizionali. L'applicazione immediata è stata la trazione negli autobus.
Le due caratteristiche principali degli autobus sono la necessità di continue fermate e ripartenze, intervallate da soste, che possono raggiungere anche qualche minuto, a causa del traffico urbano e la salita e discesa dei passeggeri. Inoltre questi autoveicoli viaggiano a velocità medio-basse, raramente superiori ai 70km/h. Questi motivi hanno spinto la ricerca verso l'applicazione ibrido-serie.
Da sottolineare il prototipo tedesco Neoplan, bus progettato per 57 passeggeri con un motore a combustione interna da 5900cc, accoppiato con il generatore può soddisfare interamente la necessità di potenza dell'autoveicolo. E' un autobus da città a pianale ribassato, lungo 10m,con la carrozzeria in materiali compositi e fibre di carbonio, che rendono l'autobus molto leggero.