Dossier: systèmes d’hybridation légère

Dossier: systèmes d’hybridation légère

Guillaume Darding - 07 juin 2017

L’hybridation légère consiste, en règle générale, à équiper un véhicule d’un moteur électrique de faible puissance et d’une batterie de faible capacité de manière à soulager le moteur thermique (réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2).

De fait, le moteur électrique d’un système d’hybridation légère n’a pas la capacité de mettre en mouvement le véhicule par lui-même. Plus globalement, les véhicules équipés d’un circuit électrique fonctionnant sous une tension nominale de 48V peuvent aussi être considérés comme des véhicules hybrides légers.

Récupération d’énergie au freinage

La récupération d’énergie au freinage permet de soulager la charge moteur en déconnectant l’alternateur lors de fortes accélérations, sauf si le niveau de charge de la batterie est insuffisant. Lorsque le conducteur lève le pied de l’accélérateur et/ou freine, l’alternateur devient un générateur de courant pour recharger la batterie. De fait, l’alternateur exploite le frein moteur pour recharger la batterie.

Renault Scenic Hybrid Assist - récupération d'énergie au freinage

Ainsi, lorsque le conducteur accélère, la batterie est chargée et la tension de l’alternateur peut être diminuée voire nulle. L’alternateur ne sollicite donc plus le moteur et dans les phases les plus sévères, le moteur dispose donc de plus de puissance tout en diminuant la consommation (réduction des frictions).

Afin de s’adapter à des cycles de charge et décharge plus fréquents et plus rapides et de supporter des niveaux de charge plus faibles, les batteries 12V au plomb ont dû évoluer pour des batteries de type AGM (Absorbed Glass Mat – séparateur en fibre de verre microporeuse) ou de type EFB (Enhanced Flooded Battery - une amélioration des batteries standards plus économique que les batteries AGM).

Approximativement, si une batterie traditionnelle est apte à supporter 30.000 démarrages, une batterie de type EFB peut supporter jusqu’à 85.000 démarrages tandis que la capacité d’une batterie AGM peut supporter environ 150.000 démarrages.

Start/Stop : démarreur renforcé

Les dispositifs Start/Stop peuvent être considérés comme l’un des premiers systèmes d’hybridation légère. Simples de conception, ils font appel à un démarreur renforcé et à une batterie optimisée (rendue de toute façon nécessaire avec le freinage régénératif). Un démarreur renforcé est apte à effectuer 10 fois plus de démarrages qu’un démarreur traditionnel.

Toutefois, les prestations d’un démarreur renforcé sont relativement limitées en matière de confort. Parce qu’il agit directement sur le volant moteur, le démarreur renforcé induit des vibrations qui sont largement ressenties par les occupants du véhicule.

Start/stop : alterno-démarreur

L’alterno-démarreur aurait dû supplanter le démarreur renforcé grâce à ses prestations supérieures en matière de confort. Après avoir été proposé sur certains moteurs du groupe PSA (e-HDi) dès 2004, le groupe français, rejoint en 2008 par Smart (technologie mhd), est resté isolé alors que les autres constructeurs se sont contentés de proposer un démarreur renforcé, plus simple et moins coûteux.

Renault Scenic Hybrid Assist - alterno-démarreur

Par rapport à un démarreur renforcé, les démarrages se font avec une bien plus grande douceur, exempts ou presque de vibration. Toutefois, la présence d’un démarreur classique reste généralement nécessaire lors des démarrages à froid, alors que l’huile moteur est froide et visqueuse.

Deux types de solutions existent actuellement sur le marché. La première consiste à utiliser une batterie additionnelle Lithium-Ion fonctionnant à une tension nominale de 12V, c’est le cas, notamment, de Suzuki avec la technologie SHVS. D’autres recourent à une batterie 48V, toujours de technologie Li-Ion (Renault Scenic Hybrid Assist).

La tension de 48V permet d’obtenir des puissances plus élevées. Alors que l’alterno-démarreur de la Suzuki n’est capable de délivrer que 2,3 kW et 50 N.m (sur une plage très limitée), l’alterno-démarreur peut assister le moteur thermique à hauteur de 10 kW et 150 N.m dans le cas du Scenic Hybrid Assist.

L’alterno-démarreur peut aussi être monté directement sur le vilebrequin, c’est notamment le cas sur le nouveau moteur Mercedes M256 (six cylindres en ligne essence turbo). En théorie, cette solution permet de délivrer encore plus de couple, mais elle pose un problème en matière d’encombrement car elle prend plus de place en longueur. Mercedes a résolu ce problème en équipant le moteur d’un compresseur de climatisation électrique et d’une pompe à eau électrique. Ainsi, ce moteur se passe de courroie accessoires: le moteur est ainsi plus compact.

A l’avenir, selon un montage qui n’est pas sans rappeler le mode de fonctionnement de l’Audi A3 Sportback e-tron, un embrayage sera intercalé entre le moteur et l’alterno-démarreur, ce qui permettra à ce dernier de fonctionner indépendamment du moteur et de propulser le véhicule sur les premiers mètres.

Mode roue-libre avec extinction du moteur

Depuis quelques années, le moteur Volkswagen 1.4l TSI associé à une boîte robotisée à double embrayage (DSG) est capable de se mettre en roue libre dès que le conducteur relâche la pédale d’accélérateur. Ce dispositif est actif sur toute la plage de vitesse du véhicule. Sur la nouvelle Golf motorisée par le 1.5l Evo, le moteur est automatiquement coupé lors d’une phase de roue libre.

Volkswagen Golf 7 restylée

A l’image de la Suzuki Baleno SHVS, la Golf reçoit le renfort d’une batterie Lithium-Ion 12V pour assurer l’alimentation électrique lorsque le moteur est coupé afin de conserver les assistances (direction assistée, servofrein, ABS, ESP,…). La coupure du moteur peut intervenir jusqu’à une vitesse de 130 km/h.

Le redémarrage du moteur peut se faire classiquement à l’aide du démarreur ou, plus simplement, en fermant l’un des deux embrayages de la boîte robotisée, voire une combinaison des deux afin d’assurer un redémarrage le plus doux possible ou le plus rapidement possible selon les situations.

Compresseur électrique

De par son besoin en puissance élevé, le compresseur électrique nécessite d’être alimenté par un réseau de 48V, Audi propose cette technologie sur le SQ7 TDI. Le compresseur électrique permet de fournir un apport de puissance dès les plus bas régimes, au contraire d’un turbocompresseur. D’autre part, contrairement à un compresseur mécanique, le compresseur électrique n’est pas entraîné par le vilebrequin, réduisant d’autant les frictions néfastes au rendement moteur.

Audi SQ7 TDI - compresseur électrique

Sources : Audi, BMW, Bosch, Renault, Suzuki, Valeo, Volkswagen, Yuasa

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 11 commentaires):

Guillaume Darding [administrateur]

30 janvier 2020 à 14h42

Bonjour Stanislas,

concernant le fonctionnement des systèmes start/stop, vous pouvez vous référer à un de mes précédents articles : https://www.guillaumedarding.fr/dossier-systemes-d-hybridation-legere-8684023.html

Concernant les variations de température moteur, elles ne sont pas vraiment fortes : il faut garder à l'esprit que les temps d'arrêt restent quand même limités et que ni l'huile, ni l'eau n'ont le temps de se refroidir.

Concernant le turbo et d'éventuelles surchauffes, beaucoup de moteur sont désormais équipés d'une pompe à eau électrique additionnelle qui permet une circulation du liquide de refroidissement même lorsque le moteur est à l'arrêt. Pour les moteurs qui n'en sont pas équipés, le start/stop est neutralisé si le calculateur estime qu'il y a un risque de surchauffe d'un composant.

Finalement, l'organe le plus exposé est la batterie qui subit de nombreux cycles de charge/décharge et qui peut perdre assez rapidement de sa capacité (dans un premier temps, le start/stop intervient de moins en moins fréquemment car la batterie ne recharge plus suffisamment).
Stanislas

30 janvier 2020 à 15h00

Merci pour la réponse, je vais donc continuer d'utiliser mon Stop & Start et tenter d'arrêter la paranoïa !
pjmdur

13 février 2020 à 14h06

Bonjour Guillaume,

Toujours intéressant comme d'habitude, je pense à votre étude du moteur Mazda qui vient de paraître.
J'en profite pour espérer bientôt une étude de la solution Renault d'hybridation très originale qui va sortir sur le nouveau Captur bientôt.

Cordialement.

Guillaume Darding [administrateur]

13 février 2020 à 23h36

Bonjour pjmdur,

j'ai effectivement en tête de parler du Captur hybride... mais je manque de matériel pour en faire un article pour le moment !
Xavier

16 février 2020 à 13h37

Bonjour Guillaume,
Je suis aussi intéressé par une comparaison des technologies hybrides disponibles, notamment celle de Toyota et celle de Renault qui semble se démarquer.
Par ailleurs, avez-vous des nouvelles du moteur MCE-5 depuis votre article ?
Merci d'avance.
Guillaume Darding [administrateur]

16 février 2020 à 22h34

Bonjour Xavier, j'ai bien pris note pour la comparaison des technologies hybrides. Mais ce ne sera, de toute façon, pas avant le deuxième trimestre : j'ai déjà d'autres articles en cours et j'espère avoir d'ici, comme je le précisais à pjmdur, plus d'éléments concernant le Captur !
pjmdur

17 février 2020 à 11h28

Je crois que Peugeot travaille aussi avec Punch sur une solution originale d'hybridation, non?
Nombre d’annalistes mentionnent que les constructeurs français ont pris beaucoup de retard en hybridation; à l'instar de Peugeot qui vient de sortir un 3008 qui n'a rien d'original et semble plus un genre de mécano assemblé dans l'urgence pour répondre aux impératifs européens.
Guillaume Darding [administrateur]

17 février 2020 à 13h48

Bonjour pjmdur,

à ma connaissance, la solution sur laquelle travaille PSA et Punch Powertrain consiste à intégrer un moteur électrique dans une boîte de vitesses à double embrayage, ce qui est le principe retenu (que ce soit en double embrayage ou une boîte automatique) par beaucoup pour leurs hybrides rechargeables.

Dans le cas de Peugeot, on ne serait pas forcément sur une hybride rechargeable avec un réseau sous 48V, ce qui devrait limiter la puissance du moteur électrique, mais qui peut déjà parfaitement seconder le moteur thermique et diminuer ses émissions en conséquence.
Erwann

17 février 2020 à 15h28

Bonjour monsieur Darding,


Compte tenu du basculement répété du mode électrique vers le mode thermique (et vice versa) les systèmes de dépollution fonctionnent rarement pleinement sur les véhicules hybrides (hybride classique). L'hybride classique n'est-il pas plus polluant que le thermique ?
Concernant l'hybride léger, Continental a présenté l'été dernier un moteur 48 volts permettant de rouler à 90 km/h en mode électrique. Il semblerait que la technologie 48 volts ne soit plus réservée à l'hybride léger:
https://www.continental.com/en/press/press-releases/2019-07-02-48v-high-power-176814
Guillaume Darding [administrateur]

17 février 2020 à 22h14

Bonjour Erwann,

non, il n'y a pas de pollution additionnelle sur une hybride du fait de la coupure du moteur thermique. La majeure partie des émissions pollutantes produites par un moteur thermique est générée lorsque le moteur est "froid".

Donc, lorsque le moteur thermique est sollicité, le calculateur moteur va le laisser suffisamment en fonction de manière à atteindre une température de fonctionnement minimum (jusqu'à ce que l'huile, le liquide de refroidissement ainsi que les systèmes d'échappement soient à bonne température).

Une fois ce palier atteint, le moteur peut être coupé et l'inertie thermique évitera que les émissions de gaz polluant soient important lorsqu'il sera à nouveau sollicité. Il faut plusieurs dizaines de minutes pour que la température baisse significativement, c'est ce qui permet, sur certains véhicules, de réchauffer l'habitacle pendant 30 minutes après la coupure moteur, par exemple.

Concernant les solutions en 48V, il est certain que des solutions full hybrid seront proposées (c'est d'ailleurs la finalité de l'accord PSA/Punch Powertrain), mais on restera limité en matière de puissance à une cinquantaine de chevaux tout au plus. Ca peut être certainement suffisant pour une polyvalente (Clio, 208,...) mais un peu plus juste pour une compacte, en particulier pour les SUV.

Néanmoins, si on ne recherche pas la performance à tout prix (et ça ne devrait pas toujours être le cas !), ça pourrait être une bonne solution pour réduire la consommation de carburant, limiter les émissions de gaz polluants sans pour autant grever les coûts.

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Commentaires
Charles à propos de l'article «Présentation moteur: BMW i8»

Il y a 2 heures

Coucou, Je suis content d’avoir lu cet article sur la BMW i8. Je trouve que ce moteur de 3 cylindres sur le train arrière est un tour de magie. Je sais que cette motorisation a déjà fait ses preuves sur la Mini, mais là le TwinPower Turbo Technology est équipé d’une distribution Valvetronic, de l'injection directe d'essence et d’un turbo conséquent ! Cette voiture fait sans aucun doute des heureux avec sa puissance de 231 chevaux à 5.800 tr/min. Je vous remercie pour ce partage.

Charles à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Il y a 3 heures

Bonjour Guillaume, Je vous remercie de votre article très détaillé sur cette Volkswagen 1.5 TSI. Je trouve que le point le plus positif de cette voiture, c’est la réduction de la consommation d’essence. J’envisage d’acheter une auto et ce modèle me plaît bien. Ainsi, je pourrais faire de longs trajets autoroutiers sans trop dépenser de carburant.

Seb à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.5l et 1.6l Ecoboost»

Hier

bonjour Guillaume, depuis quelques semaines mon moteur refait des siennes au démarrage avec un ralenti instable comme cela m'était déjà arrivé l'an passé. j'ai donc décidé d'acheter un additif essence que j'ai versé dans le réservoir et de faire le plein en 98 pensant que peut etre cela venait de l'utilisation de l'E85. Alors mes questions sont : connaissez vous le produits facom additif essence? Et est ce que l'e85 encrasse les systeme d'injection et notament les injecteurs?

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