L’hybridation légère, c’est quoi au juste?

Publié le 16 octobre 2019 dans Technologie/Véhicules autonomes par Hugues Gonnot

C’est la révolution dans les batteries! Depuis le passage aux 12 volts dans les années 50, il ne s’était pas passé grand-chose côté stockage et distribution d’électricité pour les voitures à essence. Mais les besoins et les réalités changent.

Le passage aux systèmes à 48 volts (ou hybride léger) répond à deux besoins principaux : réduire les émissions polluantes et fournir la puissance nécessaire aux équipements modernes, toujours plus nombreux.

Un peu de physique…
La puissance électrique transmise (exprimée en watts) est le produit de la tension (exprimée en volts) par l’intensité (exprimée en ampères). Pour transmettre plus de puissance, vous pouvez augmenter l’intensité du courant. Problème, vous avez besoin de fils plus gros (donc plus lourds), de circuits électriques plus costauds (donc plus chers) et vous augmentez les pertes d’énergie (proportionnelles au carré de l’intensité). Mieux vaut donc augmenter la tension. C’est par exemple le cas des réseaux de transport d’Hydro-Québec, qui font appel à du très haut voltage pour transmettre de grandes puissances.

Mais alors, direz-vous, pourquoi ne pas augmenter la tension dans les autos à 100, 200 ou 300 volts? C’est là qu’entrent en jeu les questions de sécurité. Une décharge électrique pour l’humain est considéré sans grand danger jusqu’à 60 volts. Au-delà de cette tension, on passe dans le haut voltage et les normes exigent qu’il faille installer dans les autos des câbles renforcés, des connecteurs spéciaux et des gaines de signalisation oranges, entraînant un surplus de coûts. C’est pour cela que les pompiers utilisent des précautions spéciales quand ils interviennent sur des autos électriques accidentés, comprenant des circuits 300 volts. Voilà pourquoi la valeur a été fixée à 48 volts.

Photo: Hyundai

Le 12 volts n’a pas dit son dernier mot
Dès le milieu des années 90, plusieurs compagnies, menées par Daimler Benz, ont commencé à travailler sur un système 42 volts. Il était prévu que celui-ci soit généralisé sur les autos de série au milieu des années 2000. Mais devant les coûts de développement et d’implémentation pour l’industrie, rien n’a abouti.

Mais lorsqu’il a fallu répondre à de nouvelles normes antipollution toujours plus exigeantes, le 48 volts est revenu tout naturellement au devant de la scène. Tout en ajoutant une twist : le système 12 volts reste encore présent. Car certains composants fonctionnent parfaitement en 12 volts et cela permet de ne pas avoir à redévelopper de nombreuses pièces (comme des moteurs de vitre électrique ou des systèmes d’infodivertissement).

Ainsi, un système 48 volts classique se compose de trois modules : les 48 volts (batterie, inverseur alternatif continu, contrôleur de batterie), les 12 volts (batterie, convertisseur de courant continu de 48 à 12 volts) et l’assistance moteur.

Hybridation légère
Le module 12 volts continue d’alimenter les composants qui requièrent le moins de puissance électrique. Il reçoit son énergie du module 48 volts via le convertisseur. Sa batterie est plus petite que les batteries traditionnelles. Le module 48 volts interagit avec l’assistance moteur et alimente les composants qui sont les gros demandeurs de puissance.

L’assistance moteur se compose d’un moteur/générateur à courant alternatif (d’où la nécessité de l’inverseur,lequel transforme le courant continu en courant alternatif) qui remplace le démarreur et l’alternateur et qui peut aussi fournir de la puissance additionnelle au train roulant (fonction moteur). Et comme dans une voiture hybride classique, il peut récupérer l’énergie mécanique du freinage et la transformer en énergie électrique (fonction générateur). Parce que soumis à des charges importantes, ce moteur fait appel à un refroidissement liquide.

On obtient ainsi une hybridation légère qui offre 50 à 70% des gains d’un système hybride classique à seulement 30% du coût. En outre , la fonction « Start/stop » est plus efficace et offre des démarrages plus francs.

Ce module peut aussi comprendre un compresseur (supercharger) qui est désormais entraîné par un moteur électrique au lieu d’une courroie reliée au vilebrequin. L’avantage de cette technologie est d’offrir une réponse plus rapide (on n’a plus besoin d’attendre que le moteur thermique monte dans les tours pour faire monter la pression d’air) et donc mieux optimisée selon les conditions de circulation.

Photo: Delphi

Mais ce n’est pas tout!
D’autres nouvelles technologies peuvent bénéficier d’un surplus de puissance électrique. Par exemple, Bentley a dévoilé sur le Bentayga un système de barres antiroulis actives pour améliorer la tenue de route de son VUS.

Ensuite, il y a la possibilité de découpler certains accessoires du moteur, comme la pompe à eau ou le climatiseur, qui sont normalement entraînés par courroie. En les associant à un moteur électrique, on peut ainsi les faire fonctionner selon les besoins réels et non plus selon le régime moteur, réduisant ainsi les pertes.

Par exemple, c’est l’hiver et vous habitez en bas d’une côte. Pour la gravir, il faut faire monter le moteur en révolution, donc la pompe à eau tourne plus vite, ce qui envoie plus de liquide de refroidissement dans le moteur, retardant de ce fait sa mise en température. Dans cette situation , avec une assistance électrique, la pompe tournerait à faible vitesse, même si le moteur tournait à 4 000 tr/min, jusqu’à la mise en température.

Enfin, certains envisagent des catalyseurs à chauffage électrique, accélérant la mise en température, réduisant ainsi les émissions polluantes à froid. Comme on peut le voir, grâce aux 48 volts, le moteur thermique a encore quelques tours dans sa manche pour faire face aux défis de la mobilité moderne.

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