Tout ce que vous vouliez savoir sur les hybrides
Le premier véhicule hybride produit en série était la Toyota Prius à hayon 1997, qui était révolutionnaire pour l’époque. Le modèle était équipé d’un groupe motopropulseur original qui combinait des circuits séquentiels et parallèles. Le groupe motopropulseur se composait d’un moteur à essence à quatre cylindres et de deux moteurs électriques, ainsi que d’une boîte de vitesses planétaire les reliant entre eux. Aujourd’hui, la Prius est disponible en versions hybride conventionnelle et hybride rechargeable.
Selon Bosch, en 2020, les ventes mondiales de véhicules hybrides ont dépassé les 9 millions d’unités. Et d’ici 2025, les experts prédisent la croissance du marché mondial à 12 millions de véhicules. Les véhicules propulsés par une combinaison d’un moteur électrique et d’un moteur à combustion interne conventionnel sont actuellement pain quotidien. Les véhicules abordables et les supercars de course ont des versions hybrides. Il y en a tellement qu’il est souvent difficile de comprendre exactement comment cet hybride particulier fonctionne, ce que vous pouvez en attendre (efficacité énergétique, dynamique améliorée) et pourquoi vous en avez besoin. Dans notre revue, vous trouverez une classification des systèmes hybrides et leur brève présentation, indiquant les avantages et les inconvénients de chaque système.
Micro hybrides
De tels systèmes sont le tout début de l’union entre l’électricité et un moteur à combustion interne, qui n’a même pas encore de moteur électrique, le composant clé étant un générateur « intelligent » qui s’éteint pendant l’accélération, réduisant la charge sur le moteur à combustion interne et générer de l’électricité (pour les autres composants de la voiture) lors du ralentissement. Il est facile d’équiper n’importe quelle voiture moderne d’un tel système, car un microcontrôleur de charge « intelligent » peut être installé directement sur la borne de la batterie. Le système Start-Stop conventionnel peut également appartenir formellement aux micro-hybrides, car il coupe automatiquement le moteur lorsque le véhicule est à l’arrêt, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions.
- Avantages: ce système n’augmente pas le poids du véhicule, a une conception simple et un faible coût
- Inconvénients: efficacité minimale
- Économie de carburant: 2-5%
- Modèles: Mini Cooper, BMW Série 1, Mazda 6
Véhicules hybrides légers (MHEV)
Un moteur électrique lui-même aide vraiment le moteur à combustion interne, améliorant la dynamique du véhicule, mais le véhicule ne peut pas être alimenté uniquement par l’électricité. Le premier hybride léger de série est la Honda Insight 1999. L’hybride léger est basé sur un moteur électrique relié à un moteur à essence. Il est généralement appelé générateur de démarrage (et est installé à la place d’un générateur conventionnel). Il génère de l’électricité lors du freinage et la consomme lors de l’accélération. Il permet de mettre en œuvre un système Start-Stop plus avancé, qui garantit que le moteur à essence est éteint avant même que le véhicule ne s’arrête complètement.
Le système MHEV a besoin d’une batterie supplémentaire de petite capacité, capable de stocker l’énergie électrique générée lors du freinage. Mais le mode de sa consommation est déterminé par le fabricant. Par exemple, la batterie de 48 volts de l’Audi A8 alimente un ventilateur électrique, ce qui augmente l’efficacité du moteur diesel, et pour le nouveau Range Rover Evoque, l’électricité fournit jusqu’à 140 Nm de couple et permet d’économiser jusqu’à 6% de carburant.
- Avantages: meilleure dynamique, bon marché relatif
- Inconvénients: consommation sous-optimale, car la majeure partie de l’énergie est utilisée pour faire tourner le moteur à combustion interne
- Économie de carburant: 5-10%
- Modèles: Range Rover Evoque, Audi A6, A7 et A8, Ferrari LaFerrari
Véhicule électrique entièrement hybride (FHEV)
Un moteur électrique lui-même démarre le véhicule, et le véhicule est capable de parcourir au moins une courte distance en mode entièrement électrique uniquement. Par exemple, le Porsche Cayenne entièrement hybride offre une autonomie d’environ 50 km. Le moteur électrique n’est pas connecté en permanence au moteur thermique: il y a un embrayage entre eux, ce qui permet de rouler moteur éteint et d’accumuler plus efficacement l’électricité lors du freinage. Par rapport aux hybrides légers, le moteur électrique améliore la dynamique, à condition qu’il y ait suffisamment de freinage pour charger une grosse batterie.
De tels systèmes utilisent une batterie de plus grande capacité et de tension plus élevée. Il a besoin d’un contrôleur puissant et d’un convertisseur de tension (pour alimenter le reste de l’électronique), de son propre système de refroidissement. Le compresseur de climatisation, la direction assistée, les freins et la climatisation sont alimentés à l’électricité. En conséquence, la version FHEV s’avère plus lourde et plus chère que la version habituelle, mais l’économie de carburant est également décente. Aujourd’hui, les véhicules entièrement hybride sont les plus courants, mais ils deviennent lentement une chose du passé.
- Avantages: économie de carburant décente, meilleure dynamique
- Inconvénients: poids lourd, complexité de conception, coût élevé
- Économie de carburant: 15 à 25%
- Modèles: Infiniti Q50 Hybrid, Porsche Cayenne S Hybrid
Hybrides à traction intégrale
Dans ce cas, un moteur à combustion interne et un moteur électrique entraînent chacun leur propre essieu. Par exemple, un moteur à essence conventionnel entraîne les roues avant, tandis qu’un moteur électrique avec sa propre boîte de vitesses entraîne les roues arrière. Il est relativement peu coûteux de transformer votre véhicule conventionnel en un hybride à traction intégrale. Les modifications du moteur à combustion interne ne sont presque pas nécessaires et l’arrière de l’hybride doit être modifié de toute façon pour accueillir la batterie.
- Avantages: conception relativement simple, traction intégrale, coût inférieur
- Inconvénients: efficacité moindre, coffre plus petit, encore plus de poids
- Économie de carburant: jusqu’à 20%
- Modèles: Peugeot 3008 Hybrid4, Mazda Demio e-4WD
Hybrides rechargeables (PHEV)
C’est actuellement la catégorie supérieure de véhicules à motorisation combinée. De nombreux constructeurs passent aux hybrides rechargeables, par exemple Porsche avec sa Panamera S E Hybrid. Le problème avec les hybrides classiques, c’est qu’ils ne peuvent accumuler leurs réserves d’électricité qu’au freinage. Et lors de la conduite sur des surfaces planes (sur autoroute par exemple), le moteur électrique n’est pas utilisé, et la recharge des batteries à l’aide du moteur à combustion interne ne compte pas, il ne sera donc pas possible d’y économiser du carburant. Par conséquent, il a été décidé de charger la batterie à l’avance à partir d’une prise externe pendant que la voiture est garée. La capacité de la batterie des versions PHEV est beaucoup plus élevée que celle des hybrides complets conventionnels. De telles batteries vous permettent de parcourir des dizaines de kilomètres en mode entièrement électrique sans gaspiller de carburant.
- Avantages: économie de carburant maximale
- Inconvénients: coût, poids élevé, dépendance aux bornes de recharge
- Économie de carburant: jusqu’à 70%
- Modèles: Volkswagen Golf GTE, Range Rover P400e, Chevrolet Volt, Mitsubishi Outlander PHEV
Hybrides de type série-parallèle
La Toyota Prius, le premier hybride de production au monde, a été le premier modèle à présenter ce schéma. Il a réussi à tout combiner à la fois: accumuler efficacement l’électricité lors du freinage par récupération, rouler uniquement à l’essence ou uniquement à l’électricité, utiliser les deux sources d’énergie ensemble et même charger la batterie du moteur à combustion interne lorsque la voiture est à l’arrêt. De plus, un tel hybride n’a pas besoin de boîte de vitesses: un réducteur planétaire à moteurs électriques fait office de transmission à variation continue. Aujourd’hui, il existe le groupe motopropulseur hybride Hybrid Synergy Drive (HSD) de quatrième génération, qui est installé sur tous les hybrides Toyota et Lexus. L’idée du HSD est protégée par des brevets Toyota, donc GM, Daimler et BMW, qui se sont unis dans le cadre du projet Global Hybrid Cooperation, ont dû élaborer un schéma beaucoup plus complexe avec deux moteurs électriques et quatre embrayages.
- Avantages: haute efficacité, conception simple, poids léger
- Inconvénients: électronique de contrôle complexe, prix
- Économie de carburant: jusqu’à 40%
- Modèles: Toyota Prius, Lexus RX 450h, BMW X6 ActiveHybrid, Mercedes ML 450 Hybrid
Faits en bref
- L’hybride léger utilise à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique pour améliorer l’efficacité énergétique. Pour ce faire, il utilise l’énergie stockée dans la batterie, qui est générée lors du freinage. Cette énergie est ensuite utilisée par le moteur thermique pour accélérer le véhicule. L’hybride léger utilise un moteur électrique pour aider le moteur à combustion interne.
- Le système entièrement hybride a un moteur électrique et une batterie plus gros qu’un hybride léger. Ce système peut conduire un véhicule sur de courtes distances à l’aide d’un moteur électrique, et recharger une batterie à l’aide d’un moteur ou d’un freinage régénératif.
- L’hybride rechargeable peut être rechargé en se branchant sur une prise domestique ou en utilisant une borne de recharge publique. L’hybride rechargeable n’offre une plus grande autonomie que grâce à la plus grande batterie et au moteur électrique. L’hybride rechargeable est capable de répondre aux exigences d’autonomie quotidienne de la plupart des gens.
Que peut-on espérer pour le futur?
En 2020, la directive 443/2009, qui exige que les émissions moyennes de CO2 des nouveaux modèles du constructeur automobile ne dépassent pas 95 g/km pour 1 370 kg de masse est entrée en vigueur dans l’UE. Pour chaque gramme supplémentaire de chaque voiture vendue, vous devrez payer une amende. Ces exigences correspondent approximativement à une consommation mixte de 4,1 l/100 km pour l’essence ou de 3,6 l/100 km pour le gazole. Ils ne peuvent être rencontrés qu’à l’aide de batteries et de moteurs électriques, et même un hybride complet moderne a du mal à le faire. Et dans quelques années, le seuil d’émissions autorisées devrait être encore plus bas! Il y aura donc de plus en plus de véhicules rechargeables.
Par conséquent, nous devrons abandonner complètement les moteurs à combustion interne à l’avenir. Point final. Avec le développement de la technologie (batteries principalement), tous les véhicules deviendront tôt ou tard électriques. Mais aujourd’hui, les véhicules électriques sont encore assez chers, ont une autonomie limitée et prennent trop de temps à charger. Certains pays ont déjà annoncé les prochaines interdictions ICE, notamment le Royaume-Uni, la Suède, le Danemark, l’Islande, l’Inde et la Chine, où d’ici 2030, les ventes de voitures neuves à moteur à combustion interne seront interdites; la Norvège les interdira à partir de 2025.
Israël. Des travaux sur un ensemble de « masse critique » de transports respectueux de l’environnement sont en cours en Israël. D’ici 2030, le pays cessera de vendre des voitures à moteur essence et diesel. Après quoi il n’y aura plus que l’électricité et le gaz naturel, dont le territoire est riche. Les autorités ont déjà annoncé qu’elles réduiraient au maximum la taxe sur les véhicules « propres », voire à zéro. Dans le même temps, la croissance des infrastructures desservant le transport électrique va s’accélérer, et de nombreuses nouvelles bornes viendront s’ajouter aux deux mille bornes de recharge existantes. On s’attend à ce que d’ici 2025, 177 000 véhicules électriques circuleront sur les routes d’Israël, ce qui est beaucoup. La prévision est d’un million et demi de voitures électriques d’ici 2030!
