Voitures hybrides - électriques > Fonctionnement de l'hybride E-Tech Renault 22/03/2020

Fonctionnement de l'hybride E-Tech Renault


Rares sont les constructeurs à développer eux-mêmes leur technologie d'hybridation, c'est pourtant le cas de Renault qui prouve encore une fois tout son savoir-faire technique (on ne court pas en F1 sans bagage technique ...).
C'est donc avec ses équipes maison et le dépôt de 150 brevets qu'a pu naître la technologie hybride E-Tech.

Principe général de l'E-Tech

L'idée générale de l'hybridation E-Tech est de tout concentrer dans une boîte de vitesses électrifiée. D'un point de vu logique, on déduit donc que cette technologie pourrait être installée dans n'importe quel véhicule ! En effet, tout est concentré dans la transmission, qui vient ensuite se coller au moteur au niveau de son arbre de sortie. Potentiellement, Renault pourrait donc "louer" cette technologie à d'autres marques "amies" tel Mercedes ou Nissan (si on peut encore appeler ça des amis ...). Bien évidemment, s'agissant de Renault, on parle ici de boîte pour moteur transversal, n'imaginez donc pas pouvoir mettre la chose dans une Classe C.


Dans les grandes lignes, on a une boîte de vitesses qui intègre deux moteurs électriques qui peuvent envoyer du couple sur les arbres internes, qui mènent donc vers les roues. Le pilotage électronique des passages de rapports couplé aux possibilités offertes par les moteurs électriques a permis d'éliminer l'embrayage et les synchros de vitesses (il y a des crabots à la place, et je vous laisse consulter le fonctionnement d'une boîte de vitesses pour en savoir un peu plus). L'absence d'embrayage implique forcément que le moteur thermique ne sera jamais connecté à un rapport quand le véhicule est à l'arrêt (sinon il cale).


Aperçu des crabots

On a un gros moteur qui permet de propulser l'auto mais aussi de récupérer de l'énergie au freinage et à la décélération. Le deuxième moteur électrique (plus petit) sert principalement à démarrer le moteur comme le font les alterno-démarreurs des voitures dotées d'un Stop And Start évolué (a un peu disparu avec le temps car trop coûteux). Ce deuxième petit moteur peut aussi participer à la propulsion en aidant le moteur thermique.


Le moteur thermique est lié à 4 rapports (tous les rapports de la boîte) tandis que le gros moteur électrique ne peut en exploiter que 2 (parmi les 4). Le petit moteur électrique est quant à lui connecté au moteur thermique, on peut donc dire qu'il est lié lui aussi aux 4 rapports. Ce petit moteur ne pourra toutefois jamais entraîner les roues sans que le moteur thermique ne tourne. Il n'est donc pas isolé comme le gros moteur électrique.


Notez enfin que les équipes Renault emploient des éléments de langage qui tendent à communiquer sur le fait que c'est un genre de boîte double embrayage. Ayant une bonne réputation sur l'agrément, on comprend pourquoi ils m'ont parlé d'analogie avec ce gendre de boîte. Si en réalité ce n'est pas tout à fait la même chose, ils veulent surtout appuyer sur le fait qu'il n'y a pas de rupture de charge entre les rapports.


Deux versions : hybride simple et hybride rechargeable

Deux déclinaisons existent ici, une version simple qui ne permet pas de rouler très longtemps en tout électrique (quasiment rien) et une autre rechargeable permettant cette fois de rouler plusieurs dizaines de kilomètres en tout électrique. Les seules différences se situent au niveau du calibrage de la batterie, qui induit donc une puissance plus ou moins élevée des moteurs électriques (la puissance d'un moteur électrique dépend aussi de la batterie contrairement à un thermique, bien qu'on puisse comparer cela au débit possible de la pompe de gavage. Si un moteur thermique n'a pas assez de carburant en provenance du réservoir il sera limité).

Spécificités techniques

Version "simple"


La petite version cumule 140 ch avec un moteur thermique de 90 ch, et deux moteurs électriques de 49 et 20 ch. La batterie est riquiqui avec 1.2 kWh sachant qu'on ne peut exploiter qu'environ 0.7 kWh.

Version rechargeable


La version plus avancée consiste à installer une batterie plus généreuse, à savoir 9.8 kWh. Etant plus puissante et constante dans sa manière de délivrer l'électricité, les moteurs électriques peuvent alors grimper à 65 et 30 ch.
On a alors un cumul de 160 ch et une autonomie d'environ 65 km pour des véhicules de taille moyenne (Captur, Mégane).



Architecture technique


Voici une vue de la boîte hybride E-Tech. On trouve en bleu les moteurs électriques ainsi que leur arbre respectif. On a ensuite en rouge l'arbre du moteur thermique. Les pignons mis en transparence (gris clair) indiquent qu'ils sont fous, à savoir qu'ils ne sont pas solidaires de l'arbre sur lequel ils sont posés. Tous les autres, en foncé, sont donc non débrayables et liés de manière permanente à leur arbre.
R1, R2, R3 et R4 indiquent les différents rapports (j'ai choisi de les indiquer sur l'arbre de sortie mais j'aurais pu le faire sur celui du dessus, l'arbre primaire). C1 à C5 représentent les crabots, qui permettent de relier un pignon à l'arbre qu'il occupe.


Sur cette vue, on voit donc la transmission E-Tech au point mort (thermique et électrique). L'arbre venant d'ICE traverse le gros arbre bleu EV1 en son centre (le gros arbre est donc creux, et ces deux là tournent chacun de manière indépendante, ils ne sont pas liés).


Principe de fonctionnement

Voyons donc de plus près comment fonctionne le dispositif hybride de Renault, en étudiant les différents mode de propulsion possibles (et pas seulement), sachant qu'ils sont au nombre de 16 au total (les combinaisons sont en effet nombreuses, et nous n'allons pas toutes les voir).

Départ / Accélération depuis 0

Quand on est à l'arrêt, le moteur thermique tourne ou pas selon l'état de la batterie. Sur la petite version à 1.2 kWh on peut estimer qu'il tourne très souvent ... Bien évidemment, le moteur thermique est ici au point mort au niveau de la boîte, sinon l'auto calerait au avancerait.


Les départs (jusqu'à 30 km/h) se font uniquement avec le moteur électrique, ce qui permet donc d'éviter un embrayage (un moteur électrique ne peut pas caler car il n'a pas besoin d'être entraîné et donc d'avoir un régime minimal). Un crabot piloté enclenche donc le premier rapport en solidarisant le pignon sur son arbre (C1 verrouille R1).

Mode électrique


Le mode électrique consiste donc à ne faire fonctionner que le moteur électrique EV1, sur le premier ou le troisième rapports (les deux seuls qu'il peut exploiter). C'est donc le même schéma que le précédent (avec la possibilité d'être sur l'autre rapport à plus haute vitesse).

Mode combiné

En mode sport, ou quand on écrase la pédale fortement, le calculateur va alors mettre à disposition toute la puissance possible, à savoir que tous les moteurs vont envoyer du couple vers les roues.
Ici, dans cet exemple, le moteur EV1 est en première et le moteur thermique en seconde (il fallait bien que je choisisse un rapport, ou plutôt plusieurs ! Pas courant d'avoir plusieurs rapports enclenchés en même temps dans une boîte de vitesses ...).


N'oublions pas enfin le petit moteur électrique qui travaille lui aussi en envoyant du couple via les poignons qui le connectent au moteur thermique.


Récupération d'énergie ?

C'est EV1 qui est attitré à la tâche. EV2 n'est en effet pas apte à le faire car il fait partie de la chaîne de traction du moteur. Bien entendu, il faut que le rapport soit engagé pour qu'il y ait récupération, dans le cas inverse le moteur électrique n'est pas connecté aux roues.


Démarrage du moteur thermique ?


C'est EV2 qui en a la charge, c'est donc un alterno-démarreur. Car rappelons au passage que l'alternateur de la voiture est incarné par ce dernier ...

Rapports de boîte thermique et électrique

Voici les rapports disponibles pour le moteur thermique :

1                          2




3                         4

Et les deux attribués au moteur électrique EV1 :

1                          2

Pas besoin de synchro et d'embrayage ?

En ce qui concerne les synchros, il n'y en a pas besoin car les rapports sont passés exactement au bon moment. Les synchros d'une boîte classique servent avant tout pour faciliter le passage des rapports, et donc aider l'humain pour ne pas qu'il fasse craquer la boîte. Sur les anciennes boîtes il n'y avait pas de synchro et il fallait utiliser la technique du talon pointe : en gros, c'était à l'humain de synchroniser les vitesses d'arbre de boîte et moteur ! Et pour cela il donnait un coup de gaz pour faire varier le régime moteur et arriver à celui qui permet de faire encastrer deux engrenages (en tournant à peu près à la même vitesse on pouvait les faire s'engager). Ici le calculateur a la main sur la vitesse de rotation du moteur thermique (en contrôlant son régime) mais aussi sur les deux moteurs électriques, il peut donc à la fois faire tourner les éléments à la même vitesse mais aussi savoir à quel moment exact il faut passer le rapport (pour ne pas que ça craque).

Pour l'embrayage c'est simple, pour ne pas caler il suffit que le moteur soit mis au point mort. Les départs étant assurés par le moteur électrique (qui ne cale pas à l'arrêt), il n'y a donc plus besoin de faire joindre les vitesses de moteur et de boîte par le biais d'un embrayage.

Interface du dispositif













Tous les commentaires et réactions



Dernier commentaire posté :


Par cricri (Date : 2020-03-28 15:59:54)

Comment se font les changements de rapport sans rupture de couple à la roue ?

Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2020-03-29 09:17:58) : Le moteur électrique prend le relais entre les rapports. Donc la propulsion continue quand les manipulations de changement de vitesses sont effectués.

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Suite des 2 commentaires :

Par Le chew (Date : 2020-03-25 18:10:42)


Tout ça semble extrêmement prometteur. En admettant que la fiabilité soit de mise, reste une grande question.
La batterie de faible capacité est susceptible d'être déchargée quotidiennement (dans le cadre du trajet boulot + course+ week-end par exemple)
dans ce contexte, la conso carburant sera réduite à un minimum, mais quid de la durée de vie de la batterie? 300 cycles/an, en 4 ans cela fait 1200 cycles, ce qui est souvent la durée de vie admise. Pas sur que la réduction de la conso parvienne à financer le remplacement de la batterie… mais, bien sur, je suis loin de connaitre le fin mot de l'histoire.


Il y a 2 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2020-03-27 11:28:01) : En effet, je n'ai pas parlé de l'aspect fiabilité ... Car tout cela doit parfaitement être orchestré par le calculateur, qui se nourrit des informations liés au capteurs notamment.
    Avec moins de 1 kWh effectifs vous aurez à peine l'impression de conduire une voiture classique (sauf au niveau de l'agrément mécanique très spécial), et c'est toujours quasi vide (même rempli on a quasi rien en énergie ...).
    Votre interrogation sur le nombre de cycle est très pertinente et intéressante, et on peut se poser la question. Mais on peut atteindre 5000 cycles sur certaines batteries (ça dépend vraiment, et les tests sur smartphones le prouvent). Et le temps a aussi une incidence, ce qui complique l'étude (une batterie perd de ses capacités même sans être sollicitée, et même si elle est conservée avec une charge favorable vers 50%). Et enfin la gestion de la charge par l'électronique induira aussi une accélération des pertes (si l'électronique charge jusqu'à 100% et décharge à moins de 10% de manière fréquente la pérennité est largement pénalisée).
    Pour ma part, je pense (au doigt mouillé certes) que la batterie aura encore plus de 50% de sa capacité après 7 ans et une utilisation intensive.
    N'oubliez pas non plus que les Prius ont le même genre de système (qui vide et reremplit continuellement une petite batterie, bien qu'il faille aussi distinguer NiMH du Lithium-ion ...).

    Enfin, il n'y a pas d'économie à espérer sur autoroute (version petite) car c'est le moteur thermique qui assumera 99% (pour ne pas dire 100) de la propulsion (1 kWh à cette vitesse c'est quasiment égal à zéro). Le système est donc efficient en ville (jusqu'à 40% de conso en moins selon Renault, sans qu'ils ne précisent si c'est la petite ou la grosse version ..) mais n'apporte rien à plus vive allure.
  • Par le chew (2020-03-27 18:24:37) : merci pour votre retour. Celui-ci me fait comprendre que je me suis mal exprimé. Lorsque je citais la faible capacité de la batterie, je ne pensais pas à celle qui emmagasine le moins d'énergie, mais à celle du modèle rechargeable. cette dernière permettant effectivement des trajets quotidiens de quelques dizaines de km, le possesseur de ce modèle va pour ce type de trajet très probablement vouloir utiliser le mode tout électrique, d'où la recharge quotidienne et donc avec le risque d'une durée de vie pas forcément très longue. Ce risque de durée de vie a par contre quasiment disparu (pour l'utilisateur lambda)avec les VE tout électriques dotés de grosses batterie pour lesquels les cycles de recharge sont devenus beaucoup plus espacés.

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