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Hybrides souples dans l’atelier

16.08.2022

Le véhicule électrique hybride léger (MHEV) est l’une des solutions les plus simples et les moins chères de la gamme des véhicules hybrides. Dans le texte qui suit, nous examinerons les caractéristiques de cette solution et décrirons les aspects pratiques de l’entretien des voitures dans un système hybride doux.

Classification des véhicules hybrides

Nous commencerons par présenter une classification des voitures hybrides. Un très grand nombre de systèmes hybrides ont été développés et utilisés dans diverses voitures. Le terme “hybride” est utilisé pour décrire un certain nombre de voitures présentant des différences significatives en termes de conception et de capacité.

Micro-hybrides

Ce terme est généralement utilisé pour décrire les véhicules équipés d’un système start-stop. Le terme “hybride” est un peu exagéré dans ce cas, car ces voitures sont propulsées par un moteur à combustion interne et ne possèdent pas de moteur électrique. Certains systèmes tentent de récupérer légèrement l’énergie de freinage, mais ce concept ne fonctionne pas avec les batteries plomb-acide traditionnelles de 12V. Pour qu’une plus grande quantité de courant parvienne à la batterie, il faut que celle-ci soit partiellement déchargée, ce qui, à long terme, entraîne une sulfatation. En outre, le transfert d’une plus grande quantité d’énergie à 12 V génère des courants très élevés, ce qui n’est pas pratique.

Hybride souple

Il s’agit d’une conduite dans laquelle le moteur électrique n’est pas en mesure de propulser entièrement le véhicule, mais a une fonction auxiliaire pendant la conduite. L’essence du système est de remplacer le démarreur et l’alternateur par une seule machine électrique capable d’assurer les deux fonctions (Integrated Starter-Generator – ISG). Des batteries de 48V sont utilisées pour le stockage de l’énergie, bien que certaines solutions (Mazda) utilisent du 24V. L’énergie récupérée lors du freinage est utilisée pour assister le moteur à combustion. La voiture ne stocke qu’une petite quantité d’énergie. Par rapport au seul moteur à combustion interne, les économies réalisées sont de l’ordre d’un million d’euros. 10 % de carburant en conditions réelles. Le terme “hybride doux” désigne donc les voitures à combustion interne équipées d’un moteur/générateur électrique auxiliaire.

Hybride complet

Un système hybride classique dans lequel le véhicule peut être propulsé à la fois par un moteur à combustion interne et, dans une certaine mesure, par un moteur électrique sans moteur à combustion interne. Cela nécessite une conception appropriée de la chaîne cinématique qui permette aux deux types d’entraînement de fonctionner indépendamment. En conduite normale, la principale fonction de la motorisation électrique est de récupérer l’énergie de freinage et de l’utiliser pour le démarrage, ce qui permet de réaliser d’importantes économies de carburant en ville (la consommation de carburant est inférieure à celle des solutions hybrides douces). Dans un système hybride complet, l’électricité est obtenue uniquement à partir des générateurs du véhicule ; nous n’avons pas la possibilité de recharger à partir du réseau. Les voitures hybrides de ce type ont une très faible autonomie grâce au moteur électrique, de l’ordre de 2 km.

Hybride rechargeable

Cette variante est une extension du système hybride complet avec un bloc-batterie permettant d’obtenir une autonomie utile en mode électrique. Les véhicules hybrides rechargeables peuvent être rechargés sur le secteur et peuvent théoriquement être utilisés comme des voitures électriques pour de courts trajets. Les hybrides rechargeables sont très controversés parce qu’ils obtiennent de très bons résultats en matière d’émissions de CO2/km dans le cadre des normes actuelles, grâce au fait qu’ils peuvent parcourir une grande partie de l’itinéraire d’essai en mode électrique, ce qui réduit également la consommation moyenne de carburant. Les conducteurs utilisent généralement ces voitures sur de longs trajets en utilisant uniquement le moteur à combustion interne, ce qui se traduit par des performances en matière d’émissions beaucoup moins favorables et une consommation de carburant beaucoup plus élevée que ce qui est annoncé. Un véhicule hybride rechargeable est un véhicule de poids important qui, en plus du moteur à combustion, contient un important bloc-batterie, tout comme les voitures électriques.

Éléments d’un système hybride souple

La configuration type d’un tel système dans une voiture particulière comprend les éléments suivants.

  • Machine électrique (moteur/générateur) d’une puissance typique de l’ordre de 10 kW. Il existe plusieurs variantes pour le montage de ce composant. Dans la plus simple, il est relié par une courroie à l’arbre du moteur, tout comme l’alternateur (architecture P0 – la plupart des solutions commerciales). D’autres systèmes intègrent la machine électrique dans le vilebrequin (architecture P1, par exemple Honda IMA, Mercedes BlueHybrid). Aujourd’hui, la tendance est de placer les machines électriques du côté de l’entraînement, ce qui permet d’obtenir de meilleures performances, mais nécessite un démarreur supplémentaire. Dans le cas de l’emplacement à l’entrée de la boîte de vitesses, il s’agit d’une architecture P2 et derrière la boîte de vitesses, d’une architecture P3. Dans ce système de désignation, l’architecture P4 correspond à l’intégration de l’essieu moteur.
  • Une batterie de 48V (ou 24V) d’une capacité de 0,4 kWh – 1kWh. La quantité d’énergie stockée dans une telle batterie est donc similaire à l’énergie stockée dans une batterie de démarrage classique. Ce type de batterie est relativement petit et léger et est parfois également refroidi par liquide.
  • Système électronique qui assure la charge de la batterie (récupération d’énergie) ou qui contrôle le moteur électrique et parfois la turbine électrique pendant la conduite.

Turbine électrique – certains systèmes utilisent un support électrique pour le turbocompresseur. La pression de recharge peut être obtenue par la puissance prélevée sur la batterie. Il se peut que l’assistance électrique du turbocompresseur produise plus d’accélération au démarrage que ce que peut offrir un moteur électrique lié au vilebrequin.

Hybride souple – propriétés

  1. Pratiquement n’importe quel type de moteur à combustion interne peut être transformé en hybride doux en l’équipant de modules disponibles sur le marché. Les hybrides souples peuvent être alimentés par des moteurs à essence ou diesel. Les constructeurs peuvent convertir n’importe quel modèle de voiture existant en hybride souple sans grande difficulté.
  2. Le système n’augmente pas sensiblement le poids de la voiture et n’occupe pas beaucoup d’espace, et les coûts associés sont beaucoup moins élevés que pour les voitures entièrement hybrides. Malheureusement, de nombreux fabricants fixent des prix particulièrement élevés pour les pièces détachées de ces systèmes (par exemple, les batteries), ce qui n’est pas toujours justifié par les prix réels des composants.
  3. Le système fonctionne sur une tension de sécurité de 48 ou 24V. Cela augmente la sécurité opérationnelle des voitures et n’expose pas les mécaniciens à des tensions élevées lorsqu’ils travaillent sur le véhicule. En même temps, en augmentant la tension, nous obtenons la capacité de transférer plus de puissance, ce qui s’avère suffisant pour des solutions pratiques.
  4. Le système peut remplir les fonctions du système Start-Stop bien mieux que les systèmes traditionnels de ce type dans les voitures. La machine électrique dispose d’une grande réserve de puissance au démarrage et, grâce à la régulation électronique, peut modeler le couple de démarrage de manière favorable pour le moteur. En outre, il est relié en permanence au moteur. Il n’a pas de brosses et ne s’use pas en fonction du nombre de démarrages effectués.
  5. Les économies de carburant réelles de la voiture peuvent s’avérer inférieures à ce qu’affirment les constructeurs, mais il ne fait aucun doute que la récupération de l’énergie de freinage, même partielle, a du sens, en particulier dans des conditions de conduite urbaine.
  6. Les voitures hybrides douces (mild hybrid) bénéficient d’un traitement préférentiel, leur vente étant liée à un droit d’accise moins élevé, à l’instar des hybrides complets.

Entretien des hybrides souples

Contrairement aux hybrides classiques et aux hybrides rechargeables, l’entretien des hybrides souples ne nécessite pas de qualification électrique supplémentaire. Les tensions présentes dans le système sont considérées comme sûres. Bien entendu, cela ne signifie pas que tous les mécaniciens seront immédiatement prêts à assurer l’entretien de ces véhicules. Comme pour toute nouvelle technologie, il est utile de commencer par une formation et d’acquérir les connaissances nécessaires pour faire les premiers pas en toute sécurité dans l’utilisation d’hybrides de ce type.

Qu’est-ce qui peut mal tourner ?

L’un des éléments les plus sûrs du système sera certainement le module de batterie, qui est soumis à l’usure naturelle et qui peut également souffrir d’erreurs dans le fonctionnement de la voiture. Bien que les piles au lithium n’aient pas besoin d’être complètement chargées comme les piles au plomb, un état de charge partielle leur est même bénéfique, car elles se dégradent plus lentement dans cet état. Attention toutefois à la décharge : une batterie profondément déchargée peut être endommagée. Dans de nombreux cas, l’électronique intégrée à la batterie peut empêcher la recharge d’une batterie profondément déchargée. Par conséquent, selon les recommandations des fabricants, vous devez empêcher la batterie de se décharger en démarrant la voiture au moins une fois par mois. Méfiez-vous également des batteries de rechange. Si elles sont restées trop longtemps à l’abandon (par exemple, les voitures accidentées), elles peuvent perdre toute valeur, même si elles sont peu âgées ou peu kilométrées. Lorsque nous parlons d’une batterie, nous faisons référence non seulement à la pile au lithium, mais aussi à l’électronique intégrée, généralement équipée d’un connecteur supplémentaire pour la communication avec le contrôleur.

Le deuxième composant problématique est l’onduleur. Il s’agit d’un composant chargé de courants élevés et responsable du transfert de puissance dans le circuit. Parallèlement, il est nécessaire de miniaturiser ces composants tout en optimisant les coûts. Dans de nombreux cas, le taux de défaillance des onduleurs est probablement dû à leur durée de vie relativement courte et l’on peut s’attendre à ce que les problèmes soient éliminés dans les générations suivantes de systèmes.

Le troisième élément, le moins sûr, des voitures hybrides du type en question est la machine électrique. Les moteurs modernes de ce type, sans balais ni collecteur, sont durables et ne devraient pas poser de problèmes tant qu’ils sont conçus et fabriqués correctement.

Mesures à l’oscilloscope

Un exemple de mesure relativement simple à réaliser pour voir en pratique comment fonctionnent les voitures équipées d’un système hybride souple est une mesure à l’oscilloscope à l’aide de pinces ampèremétriques. Si nous voulons mesurer la tension en même temps, il est important de prévoir un appareil auquel nous pouvons raccorder 48V en toute sécurité. Pour de nombreux appareils, nous devons utiliser des pinces appropriées avec un diviseur. Avec l’oscilloscope d’atelier Scope DT, nous n’avons pas à nous en préoccuper, car nous pouvons connecter une telle tension à n’importe laquelle des entrées. En outre, la conception des entrées protège contre la possibilité d’un court-circuit. Lors de la sélection des pinces, nous devons utiliser un composant avec une gamme de courant appropriée, par exemple 400A. Nous serrons l’un des fils de courant menant à la batterie. En effectuant le test dans les conditions d’un dynamomètre, nous sommes en mesure de voir quand le courant circule dans la batterie, la chargeant, et quand une puissance supplémentaire est transférée au moteur électrique, qui assiste le moteur à combustion.

Autant de fabricants que de variantes

La manière spécifique d’entretenir une voiture hybride souple donnée dépend de la version du système. Le marché n’en manque pas et les fabricants développent de nouvelles générations de puces qui se distinguent par leur technologie et leurs capacités. Si vous envisagez d’utiliser des systèmes de type 48V, reportez-vous toujours aux procédures d’entretien des véhicules spécifiques.

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