Les différents modes hybrides

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Description détaillée

Les véhicules à traction hybride désignent les motorisations utilisant au moins deux sources d'énergies différentes. Les technologies hybrides essence/électricité ou Diesel/électricité reposent donc sur l'association de ces deux énergies afin de propulser le véhicule.

L'énergie électrique provient des batteries de traction, elles même rechargées par le moteur thermique dans certaines phases, ou directement rechargeables par une prise de charge reliée au réseau domestique.

L'avantage de ce type de véhicule est de récupérer l'énergie cinétique (au freinage ou lors de la décélération) en énergie électrique pour l'utiliser ultérieurement.

On peut retrouver cinq phases de fonctionnement que le conducteur peut en général visualiser sur un afficheur :

   1. Mode de conduite « normale » : le moteur à essence entraîne à la fois les roues et le générateur qui alimente le moteur électrique. Le véhicule est propulsé par le moteur thermique et électrique.

   2. Accélération prononcée : le surcroît de puissance requis par une forte accélération est fournie par :

• La batterie de traction alimentant le moteur électrique
• Le moteur thermique

   3. Décélération et freinage régénérant : lors de ces deux phases, le moteur électrique se transforme en générateur haute capacité. Il contrôle la distribution de puissance aux roues afin de ralentir le véhicule. Ainsi l'énergie cinétique récupérée est convertie en énergie électrique stockée dans la batterie haute tension. Le véhicule est quand même équipé d'un système de freinage hydraulique. Son utilisation est limitée tant que le moteur électrique a une capacité suffisante pour freiner le véhicule.

   4. Charge de la batterie : lorsque la batterie haute tension atteint un seuil de décharge déterminé, le générateur est alors entraîné par le moteur essence afin de la recharger.

   5. Mode électrique seul : Lorsque le véhicule roule à faible ou moyenne vitesse, le véhicule est uniquement propulsé par le moteur électrique. L'autonomie est limitée à quelques kilomètres.

Trois éléments principaux  viennent se greffer à un système à motorisation thermique traditionnel :

Le moteur électrique ; La batterie de traction ; Le boîtier de gestion électronique

Le moteur thermique essence
Il assure deux fonctions : il permet tout d'abord de propulser le véhicule. Il permet aussi d'entraîner le générateur afin de recharger la batterie de traction. Son démarrage et son arrêt sont gérés par l'ordinateur de bord.

Le moteur/générateur électrique

Il peut être à courant continu ou alternatif, transformant l'énergie électrique en énergie mécanique ou réciproquement.

Exemple sur le Prius 2:

Ce moteur électrique synchrone à aimant permanent, fonctionnant en courant alternatif triphasé, est intégré à la « boîte pont » avec le générateur, dans le compartiment moteur. Lors des phases de décélération et de freinage, il se « transforme » en générateur afin d'optimiser la charge de la batterie.

Le générateur

Il est intégré à la « boite pont » avec le moteur électrique, dans le compartiment moteur.
C'est un générateur de courant alternatif, il permet de recharger la batterie de traction suite au redressage du courant par l'inverseur/convertisseur. 

La batterie de traction

Exemple sur une Prius 2:

La batterie de traction composée d'éléments de stockage d'énergie électrique nécessaire au déplacement du véhicule.

Elle peut être reliée :

A un moteur/générateur électrique
A un boitier de gestion électronique (module de commande)
A un convertisseur d'énergie DC/DC


Le module de commande (inverseur/convertisseur haute tension)

Il a trois fonctions principales :

1. Il transforme le courant continu de la batterie de 202 volts en courrant alternatif triphasé de 500 volts pour alimenter le moteur électrique L'augmentation de la tension et la réduction de l'intensité permettent de minimiser les pertes d'énergie, et donc d'améliorer le rendement.
   
   
2. Il transforme aussi le courant alternatif du générateur et du moteur électrique (freinage et décélération) en courrant continu, afin de recharger la batterie de traction.
   
   
3. Il transforme aussi le courant continu 202 volts en courant continu 12 volts pour alimenter la batterie basse tension 12 volts et tous les accessoires fonctionnant sous cette tension (éclairage, essuyage vitre, etc.)

Les câbles d'alimentation haute tension

Ils transportent le courant continu de la batterie de traction au module de commande. Ils transportent aussi le courant alternatif triphasé entre le module de commande et le moteur électrique, le générateur, le compresseur de climatisation.


La batterie auxiliaire (batterie 12 volts)

Le véhicule intègre aussi une batterie basse tension classique (plomb acide) alimentant tous les équipements électriques sauf le moteur électrique, le générateur, l'inverseur/convertisseur et le compresseur de climatisation. Elle est mise à la masse sur le châssis métallique du véhicule.
Lorsque la batterie est déconnectée ou déchargée, il est impossible de démarrer le véhicule, ou de le déplacer. (Il faut donc veiller à sa recharge régulière lors de station longue, spécialement en centre de formation).

 
Quand on parle de véhicule hybride, on pense souvent "Toyota Prius" et tout les hybrides nous semblent identiques. Ce n'est pourtant pas le cas.
Derrière la technologie hybride (électrique/thermique) se cache 3 grandes familles d'hybride:

• l'hybride série,
• l'hybride parallèle
• l'hybride série/parallèle.

 Chacunes de ces combinaisons on leur avantages propres et bien choisies, elles peuvent rendre les véhicules hybrides jusqu'à 2 fois plus efficaces que les véhicules conventionnels tout en fournissant des performances et un confort similaires.
 Elles permettent d'allier les points forts des éléments choisis en évitant dans une large mesure leurs points faibles. Les systèmes hybrides assurent une autonomie comparable aux véhicules avec une motorisation classique (Moteur thermique avec une boîte de vitesses), tout en réduisant les émissions polluantes et les consommations.

Véhicule hybride parallèle :


Définition :

C'est un véhicule à double motorisation électrique et thermique couplé à une boite de vitesse dont l'énergie de ravitaillement provient du pétrole.(on aura toujours un rapport dans les 2 motorisations pour tracter le véhicule ex : 50/50 ou 25/75)

Le moteur électrique est alimenté par des batteries de traction rechargées par un générateur.

Synoptique :

Description du Fonctionnement :

Phase de démarrage :

La puissance requise pour déplacer le véhicule sera fournie par le moteur électrique, puis la stratégie de fonctionnement choisira la proportion des deux puissances à fournir en fonction d'une cartographie.


Phase de roulage à vitesse maintenue :

La stratégie de fonctionnement choisira si on utilisera toute la puissance fourni par le moteur électrique ou thermique (ex : Cleanova2 à prédominance électrique, on utilisera plus la puissance fournie par le moteur électrique).


Phase de décélération

La puissance fournie par le moteur électrique ou thermique, suivant la prédominance de fonctionnement, diminue jusqu'à devenir nulle.


Phase de freinage:

Dans cette phase la stratégie de fonctionnement choisira d'utiliser la puissance fournie par le moteur électrique, qui devient un générateur, pour restituer de l'énergie aux batteries de traction.



Avantages :

-        Fort couple au démarrage grâce au moteur électrique

-        A Haut régime, cumul des deux puissances possibles

-        Rejets de polluants moindres.

Inconvénients :
- Rejets de polluants

 

Véhicule hybride Série :

Définition :

C'est un véhicule à motorisation électrique couplé aux roues, dont l'énergie électrique de traction provient d'un générateur relié à un moteur thermique. L'énergie de ravitaillement provient du pétrole.

Synoptique :

Description du Fonctionnement :

La puissance requise pour déplacer le véhicule sera celle fournie par le moteur électrique dans toutes les phases de fonctionnement.

L'énergie électrique est crée par un générateur dont la puissance est fournie par le moteur thermique.


Phase de démarrage :

Couple maxi dans les premiers tours du moteur électrique, la puissance fournie par le moteur électrique augmente et suit la puissance requise pour déplacer le véhicule, il en est de même pour la puissance du moteur thermique qui évolue avec les besoins du moteur électrique.


Phase de roulage à vitesse maintenue :

Le couple diminue puisque les efforts les plus durs à vaincre sont au démarrage, comme le véhicule se déplace la puissance requise pour se déplacer est moindre du fait de l'énergie cinétique donc la puissance fournie par le moteur électrique diminue pour se stabiliser, la puissance fournie par le moteur thermique diminue elle aussi.


Phase de décélération :

La puissance fournie par le moteur électrique diminue jusqu'à devenir nulle, il en est de même pour le moteur thermique.


Phase de freinage:

Il n' y a plus de besoin en énergie, le moteur électrique et le moteur thermique sont à l'arrêt.


Avantages :

-        Beaucoup de couple au démarrage

-        Utilisation d'un moteur thermique dans ses meilleurs rendements.


Inconvénients :

Rejet de polluant

Véhicule hybride série parallèle :


Définition :

C'est un véhicule Hybride avec la possibilité de passer d'un mode Série à un mode Parallèle en fonction d'une stratégie de fonctionnement. L'énergie de ravitaillement provient du pétrole.

Synoptique :

Description du fonctionnement

Phase de démarrage :

La puissance requise pour déplacer le véhicule sera celle du moteur électrique, puis la stratégie de fonctionnement décidera d'utiliser les puissances fournies par les deux moteurs dans des proportions choisies par une cartographie.


Phase de roulage à vitesse maintenue :

Dans cette phase la stratégie de fonctionnement peut choisir de restituer de l'énergie aux batteries de traction en augmentant la puissance fournie par le moteur thermique par rapport à celle requise pour se déplacer.


Phase de décélération:

La stratégie de fonctionnement peut choisir d'utiliser uniquement la puissance du moteur électrique pour restituer de l'énergie aux batteries de traction.


Phase de freinage:

Dans cette phase la stratégie de fonctionnement choisira d'utiliser la puissance fournie par le moteur électrique, qui devient un générateur, pour restituer de l'énergie aux batteries de traction


Avantage :

-        Donne les avantages en bas régime d'un Hybride série et à haut régime les avantages d'un hybride parallèle.

-        Gestion optimum de l'énergie.

-        Rejets de polluants moindres.

-        Recharger la batterie de traction même sans décélérer.

Inconvénient :
- Mode « tout électrique » à faible autonomie
- Rejets polluants

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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'élément
• 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

Les intervenants non formé selon les normes françaises ne peuvent pas 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
• de maîtriser la lecture des schémas électriques.
• de maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic.
• de connaître les procédures d'intervention 
• d'avoir une habilitation

Les interventions d'entretien nécessite:

• de connaître les procédures d'intervention
• de posséder à minima un niveau averti

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