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

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Renault 1.3l TCe / Mercedes A 200»

Hier

Bonjour Bruno, non, il y a nécessairement des différences mécaniques entre les moteurs, en tout cas entre les versions moins puissantes et les plus puissantes. On peut estimer qu'entre le 115 et le 130 chevaux, ce sont les même moteurs avec une calibration différente. Il devrait en être de même pour les variantes entre 140 et 160 ch. Je ne connais malheureusement pas les détails concernant les différentes évolutions moteurs du 1.3 TCe, cela reste donc des suppositions.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Audi 2.0l TFSI»

Hier

Bonjour r16 ts, merci beaucoup pour vos encouragements. J'ai effectivement noté ce point et je suis en attente de confirmation pour mettre à jour l'article. A ce jour, il semble acquis que les moteurs de génération 3 ont effectivement perdu l'injection indirecte avec le passage au normes Euro 6c / Euro 6d temp, tandis que les moteurs Gen 3b ont bien conservé l'injection indirecte. De fait, les moteurs Gen 3b ont été conçus dès le départ dans une optique de fonctionnement sur le cycle Miller à charge partielle, ce qui implique notamment l'AVS qui est passé sur l'admission et un taux de compression plus élevé. Il faut comprendre que les moteurs Gen 3b sont conçus dans une optique de rendement maximal et ne sont pas appelés à remplacer les Gen 3 (qui permettent d'aller chercher des puissances plus élevées pour les modèles sportifs grâce, en particulier, à un taux de compression plus faible) et supprimer l'injection indirecte des gen 3b ne ferait pas vraiment de sens.

Guillaume Darding à propos de l'article «Dossier: les différents types de boîtes de vitesses»

Hier

Bonjour pjmdur, il y a effectivement des craintes sur une éventuelle conductivité de l'huile qui pourrait transmettre une partie de l'énergie électrique au niveau du carter et les composants alentours jusqu'à la carrosserie. Toutefois, le risque semble très faible. D'autre part, si l'huile n'est pas du tout conductrice, cela pourrait aussi être néfaste car il y a un risque de générer un arc électrostatique, ce qui pourrait dégrader significativement les qualités de l'huile. Il faut donc un juste compromis, tout en sachant qu'il y a un nombre certains de constructeurs qui ont estimés après test, qu'une huile spécifique n'était pas indispensable. D'autres sont effectivement partis sur une huile spécialement développée pour les transmissions hybrides telles que celle que vous évoquez. Concernant les adaptations, il m'est compliqué de vous donner plus de précisions : le monde des huiles et additifs reste un secteur bien opaque ...

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