1.2 Le véhicule hybride
1.2.2 Architectures
Un véhicule hybride peut être configuré suivant plusieurs architectures qui sont répertoriées en trois grandes catégories : architectures série, parallèle et les architectures à dérivation de puissanceb.
1.2.2.1 Série
Dans une architecture série, la propulsion est uniquement assurée par le moteur électrique. Celui-ci peut être alimenté par une batterie et/ou par un système de type groupe électrogènec (Figure 1.4). Cette architecture est pri-sée pour les véhicules électriques avec prolongateur d’autonomie. Le moteur électrique doit être puissant puisqu’il assure l’intégralité de la propulsion. Les avantages liés à cette technologie sont :
– La commande indépendante du moteur thermique qui peut tourner sur ses meilleurs points de rendement.
– La simplicité de la loi de commande.
– La souplesse des moteurs électriques pour les faibles vitesses.
b. Encore appelée combiné, ou série-parallèle
1.2. Le véhicule hybride
Les inconvénients sont :
– Le passage de l’énergie du moteur thermique à la génératrice pour la stocker sous forme de potentiel électrochimique dans la batterie puis le passage de l’énergie de la batterie au moteur électrique engendrent une cascade de rendements dont le produit ne se retrouve pas avantageux. – Le coût lié à la puissance de la machine électrique.
L’hybride série est donc très peu utilisé mais se voit tout de même employé pour des véhicules urbains comme les bus. Les locomotives diesel utilisent aussi cette technologie mais ne possèdent pas de batteries. L’application pour le véhicule de tourisme est plutôt limitée, même si la première version de la Chevrolet Volt a laissé penser qu’elle emploierait cette technologie.
Moteur électrique B atter ie Moteur Thermique + alternateur Réservoir
Figure 1.4 – Architecture hybride série
1.2.2.2 Parallèle
Dans un hybride parallèle, le couplage entre les différentes sources d’éner-gie est de nature mécanique (Figure 1.5). Cette figure présente un exemple d’architecture parallèle où la machine électrique est placée sur l’arbre moteur, ce qui est très avantageux d’un point de vue de l’encombrement sous capot. Le moteur thermique est donc physiquement relié aux roues en passant par le stator de la machine électrique. Il existe d’autres architectures qui peuvent être appelées parallèles comme la séparation des organes de traction sur deux essieux différentsd ou une mise en parallèle des deux organes de traction en
les reliant par une chaîne cinématique. Cette architecture offre de nombreuses possibilités pour réaliser le couple à la roue. Les trois principaux modes de fonctionnement sont :
– Le mode thermique pur qui comprend :
– La traction thermique : le moteur thermique fournit l’intégralité de l’énergie nécessaire à la propulsion du véhicule.
– Freinage thermique : le freinage est assuré par la dissipation de chaleur dans les freins mécaniques.
– Le mode électrique pur (ZEV : Zero Emission Vehicle) qui
com-prend :
– Le freinage récupératif : l’énergie cinétique du véhicule est récupérée par le moteur électrique pour recharger les batteries.
– La traction ZEV : le moteur électrique fournit l’intégralité de l’énergie nécessaire à la propulsion du véhicule.
– Le mode hybride qui comprend :
– La traction hybride : les deux moteurs participent à la propulsion du véhicule.
– Traction hybride et recharge : Le moteur thermique fournit l’intégra-lité de l’énergie nécessaire à la propulsion du véhicule ainsi qu’un sup-plément qui est récupéré par le moteur électrique pour recharger la batterie.
– Freinage récupératif en mode hybride : L’énergie cinétique du véhicule est récupérée par le moteur électrique pour recharger la batterie, le moteur thermique est en coupure d’injection donc ne consomme pas mais les frottements de rotations consomme une partie de l’énergie ci-nétique.
L’architecture parallèle est la plus prisée des constructeurs car elle est un bon compromis entre le coût et l’efficacité. Les véhicules à architecture parallèle sont : Les BMW activehybrid x7 et activehybrid x6 avec un moteur électrique
1.2. Le véhicule hybride B oît e de vit esse Moteur électrique Batterie E mbra y age Moteur Thermique Réservoir
Figure 1.5 – Architecture hybride parallèle
entourant le volant moteur pour plus de compacité ; les Honda IMA, CR-Z, Insight et Jazz ; le Peugeot 3008 hybride avec un moteur diesel et un moteur électrique sur l’essieu arrière ; le Porsche Cayenne II hybride ; Les formules 1 utilisant la technologie appelé KERS (Kinetic Energy Recuperation System).
1.2.2.3 Parallèle à dérivation de puissance
L’hybride à dérivation de puissance combine les principes de fonctionne-ment des architectures parallèle et série, les deux fonctionnefonctionne-ments étant pos-sibles indépendamment ou simultanément (Figure 1.6).
La dérivation de puissance peut être réalisée de diverses manières, mais dans tous les cas, elle nécessite au moins : deux machines électriques, une batterie et un moteur thermique. Le couplage des différents organes est généralement effectué par un assemblage de trains épicycloïdaux. Le surcoût par rapport à une architecture parallèle n’est pas négligeable mais le potentiel d’économie d’énergie est plus important. La dérivation de puissance libère un degré de liberté supplémentaire pour optimiser la consommation de carburant [53] ce qui complexifie légèrement l’optimisation énergétique mais reflète un meilleur potentiel. Les véhicules utilisant la technologie à dérivation de puissance sont nombreux la plus connue est la Toyota Prius et son système THSII[88] employé sur les Auris, les Lexus RX450h, GS 450h, 600h, CT200 et Nissan exploitant le système de Toyota sur l’Altima. Ford a développé un système appelé FHS e-CVT [92] et un consortium de constructeurs : GM, Daimler, Chrysler, BMW Global Hybrid Cooperation (AHS2) [92].
Moteur électrique 1 Tra in s épic y clo ïd aux Moteur électrique 2 Batterie Moteur Thermique Réservoir
Figure 1.6 – Architecture hybride à dérivation de puissance