Comment fonctionnent les véhicules hybrides : combinaison de moteurs électriques et de moteurs à essence

Un véhicule électrique hybride (HEV) combine un moteur à essence à allumage par étincelle avec un ou plusieurs moteurs électriques qui tirent de l'énergie d'un bloc de batteries, selon le Centre de données sur les carburants alternatifs (AFDC) du département américain de l'Énergie. Contrairement aux hybrides rechargeables, la batterie d'un hybride conventionnel ne peut pas être rechargée à partir d'une prise électrique ; elle est rechargée uniquement par le moteur à essence et par le freinage régénératif.

Les composants principaux

L'AFDC énumère les pièces essentielles d'un système de propulsion HEV : un moteur à combustion interne, un moteur de traction électrique, un alternateur électrique, un bloc de batterie de traction, un contrôleur d'électronique de puissance qui régule le courant et la vitesse du moteur, un convertisseur CC/CC qui réduit la tension pour les accessoires embarqués, et une transmission qui envoie la puissance mécanique du moteur et du moteur aux roues.

Comment les deux sources d'énergie partagent le travail

Selon fueleconomy.gov, le moteur à essence et le moteur électrique sont gérés automatiquement par le système de contrôle du véhicule, qui décide continuellement combien chacun doit contribuer. À faibles vitesses et accélération légère, de nombreux hybrides peuvent fonctionner uniquement avec le moteur électrique. À vitesse de croisière, le moteur à combustion fait généralement la plupart du travail. Sous forte accélération ou en montée, le moteur et le moteur peuvent combiner leur puissance, et lorsque la voiture s'arrête, le moteur s'éteint pour ne pas gaspiller de carburant au ralenti.

La description officielle de Toyota de son système Hybrid Synergy Drive, utilisé sur toute sa gamme hybride, donne un exemple concret de cette logique : au ralenti ou à l'arrêt, Toyota affirme que 'les deux moteurs s'arrêtent automatiquement pour qu'aucune énergie ne soit gaspillée', tandis qu'en montée ou lors du dépassement, l'entreprise déclare que 'les deux moteurs propulsent le véhicule pour offrir les performances maximales'. Toyota affirme également que son système permet aux conducteurs d'accélérer jusqu'à 50 km/h en utilisant uniquement l'énergie électrique en mode EV, sans produire d'émissions d'échappement pendant cette phase.

Freinage régénératif : récupération de l'énergie qui serait autrement perdue

Le freinage régénératif est la technologie qui permet à un hybride de recharger sa batterie sans branchement. Fueleconomy.gov explique que le système 'utilise le mouvement vers l'avant des roues pour faire tourner le moteur', qui génère de l'électricité tout en aidant à ralentir la voiture, au lieu de dissiper cette énergie purement sous forme de chaleur à travers les freins à friction conventionnels. L'AFDC confirme qu'un alternateur électrique capture l'énergie des roues de freinage et la redirige vers la batterie de traction.

Configurations en série, en parallèle et rechargeables

Les hybrides rechargeables ne sont pas tous câblés de la même manière. La description de fueleconomy.gov des véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) distingue les PHEV parallèles, ou 'mélangés', dans lesquels le moteur et le moteur électrique sont mécaniquement connectés aux roues et peuvent les entraîner directement, des PHEV en série, dans lesquels seul le moteur électrique entraîne les roues tandis que le seul travail du moteur à essence est de générer de l'électricité pour ce moteur. Fueleconomy.gov note que les PHEV en série sont également connus sous le nom de véhicules électriques d'autonomie prolongée (EREV).

Les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) ajoutent une batterie plus grande et rechargeable en externe au même concept de base. Fueleconomy.gov affirme que les PHEV 'peuvent stocker suffisamment d'électricité pour réduire considérablement leur consommation de pétrole dans des conditions de conduite typiques', et que, selon le modèle, ils consomment environ 30% à 60% moins de pétrole que les véhicules conventionnels. L'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA) affirme que les PHEV embarquent à la fois une batterie et un moteur électrique aux côtés d'un réservoir d'essence et d'un moteur à combustion interne, et qu'ils 'produisent des émissions d'échappement lorsque l'essence est utilisée comme source de carburant', ce qui les rend plus propres que les voitures à essence conventionnelles mais pas sans émissions comme les véhicules électriques à batterie.

Pourquoi combiner les deux sources économise du carburant

L'AFDC explique que la transmission double permet aux fabricants d'automobiles d'installer un moteur à essence plus petit qu'une voiture conventionnelle comparable n'en aurait besoin, car le moteur électrique peut fournir du couple supplémentaire quand c'est nécessaire, par exemple pendant l'accélération ou la montée en côte. L'AFDC affirme que cela 'peut potentiellement permettre un moteur plus petit', et que la combinaison de la recharge régénérative, de l'assistance du moteur et de la réduction du ralenti se traduit par une meilleure économie de carburant sans compromettre les performances. Les propres chiffres de Toyota illustrent l'effet au niveau du modèle : l'entreprise énumère la consommation de carburant de son modèle Auris Hybrid Synergy Drive à 3,8 litres pour 100 km en conduite normale, avec des émissions de CO2 de 87 grammes par km.