Motorisation hybride thermique-électrique : Dossier complet

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RÉSUMÉ

En matière de motorisation, l'hybridation, c'est à dire l'association d'un moteur utilisant un carburant fossile ou dérivé (essence, gazole, GNV gaz naturel pour véhicule, hydrogène, etc.) et d'un moteur électrique, offre plusieurs avantages. Elle permet de diminuer de 10 à 30 % la consommation selon l'utilisation. Elle permet également de limiter considérablement les émissions polluantes. Plusieurs possibilités d'architectures existent pour ce type de fonctionnement : en série, en parallèle ou en combinaison de ces deux dispositions. Cet article propose ainsi un état de l'art de cette technologie, décrivant en détail les différent types d'hybrides. D'autres spécificités technologiques caractérisent ce mode de propulsion, certaines connaissant actuellement des améliorations importantes (technologies de transmission, matériaux constituant les engrenages...). Toutes ces innovations, causes ou conséquences des évolutions sociétales, sont en passe de susciter un véritable bouleversement des modes de déplacement et des comportements des usagers.

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ABSTRACT

Hybridization, i.e. the association of an engine using a fossil or derived fuel (petrol, diesel, NGV natural gas for vehicle, hydrogen, etc.) to an electric engine presents many advantages. It allows for reducing the consumption from 10 to 30% according to the use. It also allows for significantly reducing the pollutant emissions. Several architectures are available for this type of functioning: in series, in parallel or in combination. This article therefore presents this state-of-the-art technology by detailing the various types of hybrids. Other technological specificities characterize this propulsion mode and some of them currently undergo significant improvements (transmission technologies, materials constitutive of gearing, etc.). All these innovations, be they the causes or consequences of societal evolution" are to bring about a revolution in the modes of transport and behavior of users.

Auteur(s)

Joseph BERETTA : PSA Peugeot-Citroën - Délégué Énergies, Technologies et Émissions Automobiles

INTRODUCTION

Face à de nombreuses incertitudes comme la pénurie d'énergie fossile, le réchauffement climatique ou la qualité de l'air, les constructeurs ne baissent pas la garde, ne serait-ce que pour conserver la maîtrise de l'avenir et ne pas être un jour contraints de s'adresser à un tiers pour satisfaire ces exigences environnementales. L'idée d'un véhicule hybride réapparaît alors, vieux concept datant du début du XX^e siècle. C'est un véhicule qui combine deux sources d'énergie différentes : un moteur utilisant un carburant fossile ou dérivé (essence, gazole, GNV gaz naturel pour véhicule, hydrogène, etc.) et un moteur électrique. Il existe deux grands types d'hybridation :

l'hybride « parallèle » qui fonctionne sur l'alternance ou bien l'association des deux sources d'énergie ;
l'hybride « série » qui fonctionne toujours grâce à l'énergie électrique, l'énergie thermique ne venant qu'en renfort du moteur électrique à l'instar d'un groupe électrogène. La recharge des batteries se fait alors aussi bien par une prise domestique qu'en roulant, par le biais d'un alternateur.

L'intérêt de l'hybridation consiste à pouvoir réduire la consommation en carburant fossile et donc les émissions de CO₂ , dans la mesure où le moteur thermique ne fonctionne pas en permanence, mais principalement aux régimes où le rendement est le plus favorable. Il résulte aussi des avantages d'une propulsion électrique en zone de circulation dense, où le taux de pollution est élevé, alors que disparaissent les problèmes d'autonomie rencontrés avec les véhicules « tout électrique ».

Fiable sur le plan technique, le véhicule hybride présente cependant deux inconvénients majeurs :

la double motorisation induit une surcharge pondérale qui pénalise son autonomie et ses performances ;
son coût est relativement plus élevé qu'une motorisation classique.

Ces inconvénients, joints au désir d'optimiser la filière et de marquer leur différence, ont conduit les constructeurs à décliner l'hybridation dans d'autres versions, en général du reste en l'altérant dans le même sens : celui du « sacrifice de leur part électrique ». Ainsi, la « Prius » de Toyota, le premier véhicule hybride à avoir été lancé sur le marché, ne fonctionne en électrique qu'entre 0 et 20 km/h, lors des appels de puissance et en marche arrière. L'« Insight » de Honda ne se déplace jamais en mode électrique pur. Sa batterie a pour fonction principale de récupérer l'énergie du freinage, à telle enseigne que certains ingénieurs proposent, à son sujet, de changer de vocable et de la dénommer « Mildbrids », pour Mild Hybrid.

La meilleure stratégie est encore de libérer les possibilités d'arbitrage entre les technologies et de laisser le client juger de la pertinence du choix.

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VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version courante de sept. 2020 par Joseph BERETTA

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/archives-th12/archives-machines-hydrauliques-aerodynamiques-et-thermiques-tiabl/archive-1/motorisation-hybride-thermique-electrique-bm2760/

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - BEDEUR (M.) - Histoire de l'usine Pieper-Impéria - , sur le site de la librairie Automaghttp://www.automag.be/Librairie-Automag-automobile
(2) - Site de la compagnie Krieger - * - http://l.krieger.free.fr/
(3) - BERETTA (J.) - New Classification on Electric-Thermal Hybrid Vehicles - . EVS 15, Bruxelles, Belgique (1998).
(4) - BERETTA (J.) - Le génie électrique automobile : la traction électrique - . Édition Hermès Lavoisier Science publication (2005).
(5) - BERETTA (J.) - Électronique, électricité et mécatronique automobile - . Édition Hermès Lavoisier Science publication (2007).
(6) - Citroën C3 STT - * - http://www.psa.peugeot-citroen.com
...

1 Sites Internet

PSA Peugeot Citroën http://www.psa.peugeot-citroen.com

Renault http://www.renault.com

Toyota http://www.toyota.co.jp

Honda http://www.honda.fr

HAUT DE PAGE

2 Événements

Congrès Electric Vehicle Symposium (EVS) Manifestation mondiale sur les véhicules électriques, hybrides et pile à combustible qui se tient tous les 18 mois en Asie, en Amérique du Nord et en Europe – http://www.avere.org

HAUT DE PAGE

3 Réglementation

• R101 UNECERegulation on CO₂ emission/fuel consumption.

• R83 UNECERegulation on emissions of M1 and N1...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - HISTORIQUE DES HYBRIDES

2 - ARCHITECTURES HYBRIDES THERMIQUE-ÉLECTRIQUE

2.1 - Définitions
2.2 - Hybrides thermique-électrique simples
2.3 - Hybrides thermique-électrique complexes

3 - SITUATIONS DE VIE ET FONCTIONNALITÉS DES HYBRIDES

3.1 - Différentes situations de vie des hybrides
3.2 - Différentes fonctionnalités des hybrides
3.3 - Définitions : micro, mild, full

4 - HYBRIDES SÉRIE

4.1 - Principe
4.2 - Micro hybride série ou range extender de faible puissance
4.3 - Mild hybride série ou range extender
4.4 - Full hybride série
4.5 - Transmission thermique-électrique
4.6 - Bilan des prestations des hybrides série

5 - HYBRIDES PARALLÈLES

5.1 - Principe
5.2 - Hybrides parallèles double arbre
5.3 - Hybrides parallèles simple arbre
5.4 - Micro hybride parallèle
5.5 - Mild hybride parallèle
5.6 - Full hybride parallèle
5.7 - Hybride parallèle à dominante électrique : hybride rechargeable
5.8 - Bilan coûts et prestations des hybrides parallèles

6 - HYBRIDES COMPLEXES OU À DÉRIVATION DE PUISSANCE

7 - HYBRIDES RECHARGEABLES

7.1 - Principe
7.2 - Véhicule hybride parallèle ou complexe rechargeable
7.3 - Véhicule hybride parallèle ou complexe rechargeable à dominante électrique
7.4 - Véhicule électrique hybride série avec groupe électrogène
7.5 - Bilan des prestations des hybrides rechargeables

8 - CONCLUSION GÉNÉRALE

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Motorisation hybride thermique-électrique

RÉSUMÉ

ABSTRACT

Auteur(s)

INTRODUCTION

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