Le panorama des systèmes hybrides

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Description détaillée

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Pour commencer, nous allons retirer trois intrus du panorama des systèmes hybrides. 

• BEV pour Battery Electric Vehicle, véhicule électrique à batterie, nous sommes donc sur la dénomination d'un véhicule électrique pur et non d'un hybride.

 

Dans un véritable hybride série lorsque son moteur thermique démarre, et génère du courant, il peut alimenter directement la machine électrique de traction. Ce que ne fait pas un prolongateur d'autonomie, qui lui est là, uniquement pour recharger la batterie de traction. 

L'EREV est dans sa conception de base un véhicule électrique à prolongateur et non un véhicule hybride. Il sera donc écarté de notre liste.

Dernière dénomination à être écartée de notre liste :

• FCEV pour Fuel Cell Electric Véhicle, véhicule à pile à combustible. Son architecture de base reprend celle d'un véhicule électrique (BEV). Son énergie de traction est l'électricité. 

  Néanmoins, il embarque une pile à combustible pour la production d'électricité, qui est un second convertisseur d'énergie. C'est parce qu'il embarque deux convertisseurs d'énergie, qu'il est parfois rangé dans la catégorie des véhicules hybrides.

 

1. Le premier convertisseur étant le moteur électrique, pour la traction du véhicule. Il convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. 
2. Le second étant la pile à combustible, pour l'alimentation du moteur électrique. Elle convertit l'hydrogène en électricité. 

 

Nous n'aborderons pas ici le véhicule à pile à combustible, Une fiche Innovauto existe au sujet de la pile à combustible.

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Pour éclaircir ce panorama, on va séparer les architectures, des niveaux d'hybridations.

Pour séparer ces deux notions, la première va intégrer les dénominations, qui qualifient une position de la machine électrique dans la chaine cinématique du véhicule. Ca sera "Les architectures des véhicules hybrides".

La seconde va intégrer les dénominations nous permettant de classer, les hybridations par leur degrés d'aptitude à rouler en électrique seul, en ne se préoccupant plus de la position de la machine électrique, mais plutôt de la puissance de celle-ci. Ca sera "le niveau d'hybridation".

 

1. Les architectures de véhicules hybride

   Les véhicules hybrides définit par la position de la machine électrique dans la chaine cinématique du véhicule, qui donnent différent résultat d'efficience énergétique :

• Hybride série
• Hybride parallèle
• Hybride série-parallèle

 

2. Le niveau d'hybridation 

   C'est à dire sa capacité, à circuler en électrique seul et pendant combien de temps :

• Micro-hybride
• Semi-hybride
• Mild hybrid
• MHEV
• 48 V
• HEV
• PHEV
• FCEV
• Full hybride
• Full hybride plug-in

 

 

Les architectures

Dans cette architecture hybride série, le moteur thermique n'est pas relié à la transmission, il n'est donc pas utilisé pour la propulsion du véhicule.

Les véhicules hybrides série-parallèle

Ce fonctionnement bien spécifique à cette architecture, a donné naissance à des technologies appelées à dérivation de puissance ou hybrides série/parallèle. 

Contrairement aux moteurs thermiques classiques, celui d’un hybride série/parallèle peut fonctionner soit, en tant que source directe de puissance pour la propulsion (mode parallèle) soit, comme générateur pour recharger la batterie (mode série). 

Ce qui implique des stratégies de fonctionnement complexes.

Les véhicules hybrides parallèles

Autres possibilités, le moteur électrique se trouve sur un essieu différent de celui du moteur thermique. Exemple : Volvo XC90 T8, Mitsubishi Outlander PHEV, Peugeot 3008 Hybrid4, etc... De cette façon, le véhicule peut bénéficier de 4 roues motrices. Ces exemples sont aussi des architectures hybrides parallèles.

 

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Les niveaux d'hybridations

 

• Micro-hybride
• Semi-hybride
• Mild hybrid
• MHEV
• 48 V
• HEV
• PHEV
• Full hybride
• Full hybride plug-in

La liste a commencé à diminuer. On va maintenant faire des regroupements, dans lesquels nous allons définir trois niveaux d'hybridations :

• Hybridation légère
• Hybridation standard
• Hybridation rechargeable

 

1. Hybridation légère :

    

• Micro-hybride
• Semi-hybride
• Mild hybrid
• MHEV
• 48 V

 

2.  Hybridation standard :

 

• HEV
• Full hybride

 

3. Hybridation rechargeable :

 

• PHEV
• Full hybride plug-in

1 / Micro-hybride Semi-hybride Mild hybrid MHEV 48 V

L'hybridation légère

Ils possèdent un moteur électrique de taille légèrement supérieur à celui des micro-hybride. Celui-ci en plus du stop and start assiste le moteur thermique afin de réduire les émissions polluantes dans les phases de sollicitations importante. Le poids de ces véhicules est à peine plus important qu'un véhicule thermique et l'encombrement supplémentaire reste faible grâce à l'implantation de petits composants hybrides.

Le 48 volts 

Les fournisseurs et équipementiers (électroniques, électriques et mécaniques) réalisent des recherches et du développement sur l'architecture 48 V.

Cette tension est 4 fois supérieure à l'actuelle. Ce qui, à puissance égale, divise la consommation de courant par 4 ! 

Avantages du 48 V : 

• Réduction de la consommation électrique
• Diminution de la section des fils
• Les faisceaux sont plus légers
• Augmentation de la performance des composants alimenter en 48 V

 

2 / HEV et full hybride

Les hybridations standards

Contrairement à leur petite sœur les hybridations légères, les hybridations standards, intègrent des machines électriques avec des puissances supérieures à 15 kW.

Même si l'autonomie en mode électrique ne dépasse pas les 10 km. Cette hybridation, permet des roulages en électrique fréquent en ville.

La consommation du moteur thermique est très nettement diminué en cycle urbain. La récupération de l'énergie est aussi améliorée de part l'augmentation de taille de la machine électrique.

 

Avantages :

• Les véhicules hybrides standards ont des émissions de CO₂ réduites par rapport aux véhicules à moteur thermique classique. Ils utilisent souvent le moteur électrique en ville, ce qui diminue les émissions dans les zones urbaines. Le potentiel de réduction de la consommation et des émissions toxiques est élevé, en particulier en circulation en ville.

Inconvénients :

• En combinant deux moteurs (électrique et thermique) ainsi qu’une batterie, ces véhicules sont souvent plus lourds que les véhicules à moteur thermique. Ce poids supplémentaire peut réduire l'efficacité globale, notamment lors des longs trajets à haute vitesse où l'avantage du mode électrique est limité. Bien que ces véhicules puissent fonctionner en mode électrique, leur autonomie en tout électrique est faible, ce qui signifie que le moteur thermique est encore nécessaire pour les trajets plus longs.

La capacité de la batterie est augmentée pour maximiser la circulation en mode électrique. Le constructeur ajoute quelques composants, pour passer d'un véhicule HEV à un PHEV, et ainsi améliorer encore l'efficience moteur thermique.

Composants ajoutés :

• Chargeur embarqué
• Prise de charge

Composants modifiés :

• Capacité de la batterie de traction augmentée
• Système de refroidissement de la batterie plus performant

Avantages :

Avec une autonomie en mode électrique, qui dépassent les 50 km, pour la plupart des véhicules PHEV aujourd'hui, cela en fait une caractéristique particulièrement intéressante, quand on sait que la moyenne national, des kilomètres parcourus au quotidien, est de 42 km.

Inconvénients :

En embarquant quelques composants en plus, on alourdit inévitablement le véhicule . Ce qui, dans certaines situations comme des trajets autoroutiers réguliers, rend ce niveau d'hybridation moins intéressant, en terme de consommation qu'un véhicule thermique conventionnel.

Conclusion

Les systèmes hybrides représentent une avancée significative dans la quête de solutions de mobilité plus durables et efficaces. En combinant les avantages des moteurs thermiques et électriques, ces technologies permettent de réduire les émissions polluantes et la consommation de carburant, tout en offrant une expérience de conduite agréable et performante.

A travers ce panorama, on remarque que chaque hybridation a ses avantages et ses inconvénients. A partir de ce constat, il est important de comprendre que chaque technologie permet de répondre à un besoin client spécifique. 

 

• Les hybridations légères, intègrent des composants de petites tailles qui correspond à leur gabarit et au gain de consommation recherché. En maitrisant les coûts de productions.

 

• Les véhicules hybrides standards ou rechargeables, souvent de plus grande taille, peuvent intégrer des composants plus volumineux pour leur système hybride. Cela permet d’obtenir des gains d’efficacité plus significatifs, particulièrement pour ces véhicules qui, en raison de leur gabarit, ont besoin de réduire davantage leur consommation dès le départ.

 

Alors que les réglementations environnementales se renforcent et que la demande pour des véhicules plus écologiques augmente, les systèmes hybrides continueront de jouer un rôle crucial dans la transition vers une mobilité plus verte.

 

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Méthodes et pratiques

Les techniciens intervenant sur les véhicules hybrides peuvent réaliser:
 

• L'entretien du véhicule, (vidange, freinage..)
• Le remplacement d'éléments,
• Le diagnostic des systèmes,
• L'apprentissage ou l'initialisation des calculateurs,
• Le contrôle d'isolement du moteur électrique,
• Les réparations des boitiers de gestion électronique,
• La remise en état des batteries de traction,
• L'équilibrage des cellules,
• La mise en sécurité du véhicule.

Les intervenants non formés à la prévention des risques électriques ne sont pas autorisés à intervenir sur ces véhicules.
 
 

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Impact sur les compétences en atelier

Les interventions de réparation et de diagnostic sur ces systèmes exige de: 


 

• Connaître la structure des réseaux multiplexés,
• Maîtriser la lecture des schémas électriques,
• Maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic,
• Connaître les procédures d'intervention,
• Connaître les différentes architectures hybrides,
• Identifier les niveaux d'hybridations,
• Posséder une habilitation.

Les interventions d'entretien nécessite de: 
 

• Connaître les procédures d'intervention,
• Posséder à minima un niveau averti.

 Les personnes ne possédant pas d'habilitation ou à minima d'un niveau averti, ne sont pas autorisées à intervenir sur ces véhicules.

 

Les habilitations

Le travail sur véhicules électriques et hybrides nécessitent une habilitation selon la réglementation NF C18-550.

Il est important de bien identifier les limites d’actions de son titre d’habilitation.

 

Voici quelques exemples d'interventions et le titre d'habilitation nécessaire pour être autorisé à réaliser l'intervention :

Votre titre d’habilitation est lié à une norme délimitant votre périmètre d’action. Les métiers de l’automobile sont liés à la norme NFC 18-550. Cette norme ne vous autorise pas à travailler sur les infrastructures électriques (prise, borne de recharge…)

Pour cela, il est important d’identifier quel « domaine d’intervention » est couvert par votre titre d’habilitation.
 

Dans le domaine de l’automobile, on distingue plusieurs types d’intervenants :

•Une personne NON habilitée - Ordinaire

C’est une personne n’ayant reçu aucune formation sur les risques électriques. Ne sachant pas analyser les risques électriques et donc intervenir en sécurité, elle n’est pas autorisée à intervenir sur un véhicule électrique ou hybride.

 

•Une personne NON habilitée – Avertie

C’est une personne ayant suivi une formation sur les risques électriques. A travers cette formation et une évaluation, l’apprenant a justifié qu’il est en mesure de réaliser une analyse de risque avant d’intervenir. Il est donc autorisé à travailler sur un véhicule électrique (hors chaîne de traction) si le véhicule est conforme. En cas de détection d’un risque, il stoppe son activité, et alerte la personne qui devra sécuriser ce véhicule.

 

•Une personne habilitée – B0L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux non électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à travailler hors chaîne de traction. A condition que le véhicule ne présente pas de risque électrique. Elle connaît ses limites d’interventions et ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilité - B2L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sur la chaîne de traction du véhicule, si celui-ci est consigné. Elle ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilitée – B2VL

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques au voisinage, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à sécuriser la chaîne de traction d’un VE/VH au voisinage d’une PNST (c’est-à-dire à moins de 30 cm), même si elle n’est pas consignée, par exemple pour isoler une pièce nue sous tension. Elle est équipée d'EPI.

 

•Une personne habilitée – BCL

C’est une personne habilitée à consigner un VE/VH, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est équipé d’EPI.

Un BCL seul n'est pas autorisé à travailler sur un véhicule électrique ou hybride. Il le consigne pour permettre à une personne habilitée (B2L, B2VL…) de faire les réparations.

Dans l’automobile on trouve rarement des personnes habilitées uniquement BCL !

 

•Une personne habilitée – B2TL

C’est une personne habilitée aux travaux sous tension, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sous tension, c’est-à-dire intervenir dans la batterie de traction.

Exemple : Remplacement d’un module dans la batterie, d’un capteur, d’un bus bar, d’un BMS, des relais de puissance...

Elle a des EPI spécifiques, et ne travaille qu’avec des outils isolés. Une habilitation sous tension ne remplace pas une habilitation hors tension.

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Exemple d’outillage approprié

Selon la norme NF C18-550, L'ensemble des outils utilisés lors d'intervention sur chaine de traction doivent répondre à un niveau d'isolation de 1000 Volts.

Tous les outils classiques du mécanicien( clé plate, clé à pipe, cliquets, douilles, pinces, tournevis, etc...) existe en version isolé 1000V.

Outillage nouveau :