La nécessité de limiter la pollution de l’air et la flambée des prix du carburant contribue à l’essor de véhicules plus propres. Parmi ceux-ci, la voiture hybride se démarque comme une alternative écologique à la voiture à moteur thermique. Associant deux sources d’énergie et deux types de moteurs, la technologie d’hybridation se décline en plusieurs variantes. Tour d’horizon.
Les composants d’un système hybride
De façon générale, un système hybride associe un moteur thermique avec un ou plusieurs moteurs électriques. Selon le niveau d’hybridation et l’architecture choisie, il se compose tout ou partie des éléments suivants :
- Une batterie haute tension ;
- Un ou plusieurs moteurs électriques ;
- Un moteur thermique ;
- Un calculateur électronique de gestion moteur ;
- Une batterie 12 V ;
- Un système de recharge ;
- Un convertisseur DC/DC permettant d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule à partir de la batterie HT ;
- Un système de transmission ;
- Un système de gestion de l’électronique de puissance.
Le montage en série
Cette architecture est la plus ancienne. Dans une telle configuration, le moteur électrique est lié en série au moteur thermique. Ce dernier entraîne un générateur d’électricité permettant, au besoin, d’alimenter directement le moteur électrique ou de recharger la batterie.
La motricité du véhicule est assurée uniquement par le moteur électrique. Il n’existe donc aucune liaison mécanique entre les roues et le moteur à combustion interne, car ce dernier est totalement dissocié du système de transmission.
Tant que le niveau de charge de la batterie le permet, le moteur électrique fonctionne pour faire déplacer le véhicule. En dessous d’un certain niveau de charge de la batterie, un calculateur électronique actionne le moteur thermique afin de fournir l’énergie nécessaire pour recharger la batterie. Lorsque le niveau de charge atteint un niveau prédéfini dans la cartographie du calculateur, ce dernier coupe le moteur thermique.
Globalement, un véhicule hybride avec un montage en série peut être considéré comme un VE dont le moteur électrique et la batterie sont alimentés par un groupe électrogène (le moteur à combustion).
Le montage en parallèle
Il s’agit de l’architecture de moteur hybride la plus utilisée par les constructeurs automobiles comme Toyota. Comme son nom l’indique, elle associe un moteur thermique et un moteur électrique dans une configuration en parallèle. Le moteur électrique est généralement placé sur la chaîne de traction entre le moteur thermique et la boîte de vitesses.
Grâce à ce montage, il est possible de faire tourner les roues, soit par le couple fourni par le moteur thermique ou celui délivré par le moteur électrique, ou par les deux en même temps. L’énergie nécessaire au déplacement de la voiture est générée par le moteur à combustion, le moteur électrique n’étant mis en place que pour optimiser le fonctionnement de la chaîne de traction thermique.
Dans un véhicule hybride parallèle, le démarrage et le déplacement du véhicule sont assurés par le moteur thermique. Le moteur électrique intervient dans deux situations :
- Lorsque le véhicule a besoin de puissance, lors de fortes accélérations par exemple ;
- Lors des arrêts momentanés (embouteillage, stop ou feu rouge par exemple).
Durant les freinages et les décélérations, le moteur électrique assure la fonction de générateur et transforme l’énergie cinétique en énergie électrique permettant de recharger la batterie.
Le montage série/parallèle (Dual ou Compound)
Cette architecture d’hybridation combine les avantages du montage en série et du montage en parallèle. Elle repose sur l’utilisation d’un moteur à combustion et de deux moteurs électriques. Chaque moteur est connecté à un système de transmission à variation continue (CVT) via un train épicycloïdal (entrée / sortie). En fonction des conditions de conduite, un module électronique sélectionne le ou les moteurs qui devraient générer la force motrice nécessaire pour faire avancer le véhicule.
Le montage à dérivation de puissance (hybride complexe)
À l’instar de l’architecture série/parallèle, le montage à dérivation de puissance utilise deux moteurs électriques dont l’un assure l’entraînement du véhicule et l’autre fonctionne comme générateur.
La sélection du mode de propulsion (thermique ou électrique) se fait par le biais d’un système de gestion électronique qui sélectionne le mode approprié en fonction des besoins en termes de puissance. À noter que cette configuration offre la possibilité de rouler en mode tout-électrique.
Conclusion
Pour conclure, il existe plusieurs architectures d’hybridation. Si le montage en série permet un fonctionnement prolongé en mode tout-électrique, son rendement est pénalisé par les pertes occasionnées lors des conversions d’énergie.
Le montage parallèle présente un meilleur rendement grâce à la combinaison homogène entre le moteur thermique et le moteur électrique. Toutefois, l’énergie nécessaire au déplacement de la voiture provient uniquement du moteur à combustion, ce qui limite l’intérêt écologique de cette technologie, notamment sur les longues distances.
Enfin, les montages série/parallèle et hybrides complexes sont plus stables et consomment moins de carburant. Cependant, ils sont plus complexes et plus coûteux.
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