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Fonctionnement des différentes technologies hybrides en automobile
Désormais démocratisée, la voiture hybride vit son heure de gloire actuellement, une période de transition entre thermiques et électriques qui favorise donc les engins embarquant ces deux technologies en même temps. Il faut toutefois savoir que derrière ce terme fourre-tout, il y a tout une diversité de technologies qui vont de l'hybride anecdotique à l'hybride "lourd". Voyons donc les différentes hybridations qui existent ainsi que les tenants et aboutissants de ces dernières.
Avant de voir les différentes topologies et architectures techniques des voitures hybrides (les différents montages), nous allons d'abord faire une classification par calibrage des dispositifs.
Les différents niveaux d'hybridation
Hybride très léger MHEV ("micro" hybride / "FAUSSE" hybridation)
| Voltage : | Faible / 48V |
| Rechargeable : | NON |
| Conduite électrique : | NON |
| Surpoids : | < 30kg |
| Capacité batterie : | < 0.8 kWh |
Certains niveaux d'hybridation sont extrêmement légers, c'est le cas notamment des assistances 48V au niveau de la poulie de vilebrequin (avant cela se limitait à un Stop And Start, l'alterno-démarreur ne recevait pas de courant pour pouvoir aider le moteur). Doté d'une toute patites batterie microscopique de moins de 0.7 kWh, je ne considère pas cette technologie comme étant réellement de l'hybridation. L'effort fourni par le dispositif électrique étant bien trop anecdotique pour l'estimer comme tel. Et comme le couple est envoyé aux roues par le biais du moteur (via la poulie Damper), on est certain que la conduite 100% électrique sera impossible. Attention aux constructeurs qui en rajoutent des tonnes sur ce genre de technologie, vous laissant croire que c'est une hybridation consistante (c'est en réalité un bricolage pour gagner encore quelques grammes pour les malus écologiques). Je tiens donc bien à distinguer cette hybridation de celles qui suivent.
Attention aux constructeurs qui en abusent, l'hybridation MHEV peut presque être qualifiée de "bidon" tellement elle est anecdotique
Vous les repèrerez par la nomenclature 48V ou MHEV. On peut citer par exemple l'e-TSI ou encore l'Ecoboost MHEV.
Hybride léger ("VRAIE" hybride) HEV
| Voltage : | Elevé / ~200V |
| Rechargeable : | NON |
| Conduite électrique : | OUI |
| Surpoids : | 30 à 70 kg |
| Capacité batterie : | 1 à 3 kWh |
Nous ne sommes donc plus ici dans le très léger qui en promet trop peu (on passe de moins de 0.5 kWh à des valeurs allant de 1 à 3 kWh, soit 1 à 3 km en tout électrique). Ici on parle donc d'hybridation légère, mais d'hybridation consistante quand même (à mettre en lien avec la catégorie citée après [PHEV], ici c'est une sorte de PHEV allégé et donc non rechargeable). On peut donc rouler en tout électrique même si c'est pour une distance très courte, l'objectif ici est avant tout de réduire la consommation plutôt que de battre des distance de roulage en 100% électrique. Le contexte le plus favorable est les bouchons, milieu dans lequel les moteurs modernes downsizés à injection directe deviennent le plus énergivores (plus de richesse pour refroidir le moteur qui à la base favorise le mélange pauvre, mais ce n'est qu'une partie de l'explication). Vous ne gagnerez donc quasiment rien sur les voies rapides : nationales / départementales / autoroute. Dans ce contexte le diesel reste plus plus favorable (pour la planète aussi donc !).
La plus connue de toutes est l'hybridation HSD de Toyota, car elle est là depuis des lustres ! C'est donc aussi la plus répandue ... Sa fiabilité n'est plus à prouver et son fonctionnement est des plus astucieux.
Plus récemment on citera l'E-Tech hybride de Renault qui, comme Toyota, s'incarne par une technologie maison que personne d'autre ne dispose (ici ce n'est pas un équipementier qui vous fournit, c'est la marque elle-même qui l'a conçue). Idem pour l'IMMD de Mitsubishi.
Hybride rechargeable PHEV ("VRAIE" hybride)
| Voltage : | Très Elevé / ~400V |
| Rechargeable : | OUI |
| Conduite électrique : | OUI |
| Surpoids : | 100 à 500 kg |
| Capacité batterie : | 7 à 30 kWh |
On peut qualifier ce genre d'hybride de "lourd", car l'équipement embarqué est très loin d'être anecdotique et léger (entre 100 et 500 kg supplémentaire: batterie, électronique de puissance et moteur électrique) ...
On embarque alors une batterie qui peut aller de 7 à 30 kWh, de quoi parcourir de 20 à près de 100 km selon les autos (les plus modernes).
Comme pour les autres calibrages d'hybridation, on a tout un tas de technologies qui existent. On retrouve d'ailleurs encore l'hybride E-Tech de Renault, mais ici associé à une grosse batterie rechargeable via une prise externe. Car si la Clio a une version légère de 1.2 kWh, le Captur ou la Mégane 4 peuvent profiter d'une version de 9.8 kWh, qu'on qualifiera donc d'hybridation lourde. Un X5 45e profitera quant à lui d'une version de 24 kWh, de quoi arriver à 90 km en tout électrique.
Ce type d'auto peut rouler jusqu'à 130 km/h en tout électrique, les constructeurs semblent s'être fixés sur cette allure (ils proposent à peu près tous la même chose).
La majorité des hybrides de ce type ont tendance à avoir un moteur électrique situé vers l'embrayage / convertisseur de couple, entre le moteur et la boîte donc. Renault a quant à lui électrifié la boîte et supprimé l'embrayage, et Toyota utilise un train épicycloïdal pour cumuler les forces thermique et électrique vers les roues (le système HSD n'est plus léger quand on lui greffe en plus une batterie de 8.8 kWh ! Batterie qu'on peut recharger via une prise murale donc).
Les différentes architectures de voitures hybrides
Montage léger MHEV / Micro hybride 48V
Ce système fonctionne à des voltages plus bas, à savoir 24 ou 48V (quasiment tout le temps du 48V). Il s'agit cette fois de doter la voiture d'un "super" système Stop and Start qui ne se limite pas seulement à redémarrer la voiture. En effet, il va plus loin en aidant le moteur thermique même quand il est en route. Ce système ne permet pas de rouler en tout électrique mais s'avère être un procédé souple et léger qui peut s'installer n'importe où ! C'est peut-être finalement le système le plus judicieux de tous même si il vous paraît un peu léger au premier abord. Mais c'est justement l'aspect léger qui le rend intéressant ...
Montage hybride parallèle
Dans cette configuration les deux moteurs peuvent faire tourner les roues, soit le thermique seul, soit l'électrique seul (sur les Full hybrides) soit les deux en même temps. Le cumul des puissances dépendra de certaines de variables (voir plus bas : cumul des puissances). Notez aussi que certains montages peuvent un peu varier, mais la logique reste similaire : électrique et thermique ont une prise sur les roues via la boîte de vitesse. On peut citer comme exemple les hybrides allemands comme les systèmes e-Tron / GTE. Ce système se répand de plus en plus et devrait devenir majoritaire.
A lire : le fonctionnement dans le détails de l'hybridation e-Tron (transversal et longitudinal) et GTE.
Notez que j'ai choisi de faire mes schémas avec une disposition du moteur transversale, soit la majorité de nos autos. Les berlines de luxe étant généralement en position longitudinale. Sachez aussi que j'indique ici l'embrayage qui désacouple le moteur de la transmission (il faudrait donc ajouter en plus sur le schéma un embrayage ou un convertisseur entre le moteur électrique et la boîte. Mais certains connectent directement le moteur électrique à la boîte, exemple avec les E-Tense et HYbrid / HYbrid4 de PSA)
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Voici le système sur une Mercedes à moteur longitudinal. J'ai encadré en rouge le moteur électrique placé vers le convertisseur de couple. A droite c'est la boîte (épicycloïdale car BVA) et à gauche le moteur.
Montage hybride Série
D'autres systèmes ont vu les choses différemment puisque seul le moteur électrique qui peut animer les roues. Le moteur thermique ne servira alors que de générateur électrique afin de recharger les batteries. Le moteur seul n'a aucun lien avec la transmission et donc les roues, il ne fait presque pas partie de la mécanique tellement il est mis de côté. Ici on peut citer les BMW i3 ou encore la Chevrolet Volt / Opel Ampera (jumelles).
Ici seul le moteur électrique peut mouvoir l'auto puisque c'est le seul à être relié aux roues. On peut considérer qu'il s'agit d'une voiture électrique qui aurait un générateur en plus pour accroitre l'autonomie. Que le moteur thermique fasse des centaines de chevaux ne servirait pas à grand chose puisqu'il ne sert qu'à fabriquer de l'électricité.
Montage série-parallèle
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Ici vous allez certainement avoir plus de mal à saisir rapidement le concept ... En effet, ce dernier s'avère aussi astucieux que difficile à comprendre. La raison revient en partie à un train épicycloïdal qui permet de cumuler sur un seul arbre la puissance provenant de deux sources différentes : à savoir le moteur électrique et le moteur thermique. C'est aussi la complexité du nombre d'éléments mobiles qui travaillent ensemble ainsi que les nombreux modes de fonctionnement qui rendent le système globalement complexe à assimiler (mélange des concepts ardus liés à la chaîne de transmission, avec notamment le train épicycloïdal, mais aussi l'utilisation de la force électromagnétique pour générer à la fois du courant et transmettre du couple avec un effet d'embrayage). Il est appelé série/parallèle car il cumule un peu les deux manières de fonctionner (ce qui complique la chose ...).
A lire : fonctionnement de l'hybride Toyota (HSD) un peu plus dans le détail.
(Toyota Prius 3)
Le montage varie d'une génération à l'autre mais le principe est le même
Le schéma réel est inversé car vu du côté opposé ...
Hybride dissocié / différencié
On peut citer par exemple le système de PSA (ou plutôt Aisin) Hybrid4 qui un moteur électrique pour les roues arrière tandis que l'avant est classique avec un moteur thermique (parfois c'est aussi hybride à l'avant, comme les Rav4 HSD ou encore les HYbrid2 et HYbrid4 de deuxième génération dans certains cas).
Les différents niveaux d'hybridation
Avant de voir les différentes manières de rendre une voiture hybride, voyons d'abord le vocabulaire décrivant les différentes hybridations possibles :
- Full hybrid : littéralement "hybride complet" : électrique ayant au moins 30% de la puissance totale. Le moteur électrique (il peut y en avoir plusieurs) est capable d'assurer la propulsion en totale autonomie sur plusieurs kilomètres.
- Plug-in hybrid : Full Hybride rechargeable. Les batteries peuvent se raccorder directement au réseau électrique.
- Mild hybrid / Micro hybride : dans ce cas, la voiture ne pourra pas rouler en tout électrique, même sur de petites distances. Le thermique sera donc toujours allumé. Les versions modernes en 48V apporte même systématiquement une aide au moteur via la poulie Damper. Sur les première versions des années 2010, ça se limitait à un Stop and Sart évolué car géré par un alterno-démarreur et non plus un démarreur classique (on peut donc récupérer de l'énergie à la décélération, ce qui n'aurait pas pu être le cas avec un démarreur classique bien évidemment)
Pourquoi les puissances ne se cumulent pas tout le temps ?
Dans le cas d'une hybride propulsée par un moteur électrique qui est lui-même rechargé par un générateur (ou moteur ..) thermique, il est facile de comprendre qu'il n'y a aucune addition à faire ... Que le thermique fasse 2 ou 1000 chevaux ne changera rien puisqu'il ne sert qu'à recharger des batteries. En gros ça ne pourra que jouer sur la vitesse de rechargement.
Pour le système plus conventionnel (voiture de conception traditionnelle avec moteur électrique en soutient) les puissances du moteur électrique et thermique se cumulent mais ne donnent pas forcément comme résultat la simple addition des puissances.
En effet, plusieurs facteurs peuvent faire varier le cumul comme par exemple :
- La disposition du système (l'électrique va-t-il entrainer les mêmes roues que le thermique ? Non sur Hybrid4 par exemple, hybride parallèle ou série-parallèle)
- La puissance de la batterie (qui alimente le moteur électrique) a un rôle très important. Car contrairement à un thermique qui se nourrit de carburant venant d'un réservoir (2 litres suffisent pour nourrir quelques secondes un V8 de 500 ch), un moteur électrique ne pourra pas donner toute sa puissance si la batterie ne l'est pas suffisamment (au moins autant que le moteur à alimenter), ce qui est le cas sur certains modèles. Pour comparer avec une voiture thermique, c'est comme si le débit de carburant était limité ...
- Les caractéristiques techniques des deux moteurs associés. Un moteur ne développe pas une même puissance sur toute sa plage de régime (on dit qu'un moteur a X chevaux à X tours/min, puissance qui devient différente à Y tous/min). Donc quand deux moteurs sont cumulés, la puissance maximale n'atteindra pas la puissance maxi des deux moteurs. Exemple : un thermique de 200 ch à 3000 t/min cumulé à un électrique de 50 ch à 2000 t/min, ne pourra pas donner 250 ch à 3000 t/min puisque le moteur électrique avait sa puissance maximale (50) à 2000 t/min. À 3000 t/min, il ne développera peut-être que 40 ch, donc 200 + 40 = 240 ch.
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Fiches techniques voitures hybrides
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Par enzozo (Date : 2022-03-23 10:40:49)
je trouve que les documents son super expliquer et est bien détailler mais il y tros de pub se qui nuis a la bonne compréhension du site dans son ensemble.
- Par Admin
ADMINISTRATEUR DU SITE (2022-03-23 15:12:02) : Je sais bien, mais bientôt elles ne seront plus là. Ce sont les pubs automatiques de Google.
Je devais le remplacer ce mois ci mais le contexte économique a induit un retard sur l'intégration de la nouvelle solution (moins invasive) ... Navré, mais sans ça le site meurt. - Par Olive 244 T
TOP CONTRIBUTEUR (2022-03-25 22:19:02) : Changez de moteur de recherche, Enzozo!
Essayez "Brave" (le lion)!
L'interface est un chouïa moins intuitive que Gougoule, mais vous verrez, c'est pas mal du tout à l'usage!
Quel repos pour les yeux: pas de pubs!
Du coup, pluss de réactivité informatique et SURTOUT, RESPECT de la vie privée!
Exit le flicage de Gougoule et consorts.
Au plaisir de vous lire!
TOP CONTRIBUTEUR / MECANO (2016-09-29 20:33:10) : Ces batteries sont toujours plus chères que les traditionnelles, quant à leur durée de vie, tout dépend de l'utilisation du véhicule, cdt.
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