Une automobile hybride électrique est un véhicule automobile faisant appel à deux types d'énergie embarqués pour se mouvoir, dont l'un est de nature électrique (électrochimique ou électrostatique). L'architecture la plus répandue pour ce type de véhicule hybride associe un moteur électrique à un moteur thermique, généralement à essence.
La nature réversible de la partie motrice électrique permet la récupération d'une partie de l'énergie cinétique du véhicule par freinage régénératif. Le moteur électrique devient alors générateur : en fournissant un couple résistant aux roues il produit de l’électricité, laquelle est stockée dans une batterie d'accumulateurs ou de supercondensateurs.
Les motorisations hybrides impliquent un surplus d'énergie grise pour leur fabrication et un surcoût de plusieurs milliers d'euros à l'achat. En contrepartie, elles permettent de réduire les émissions directes de et d'autres polluants par le véhicule de 15 à 25 %, en particulier lorsque utilisées en ville, où la circulation est erratique, ou dans les embouteillages.
vignette|La Toyota Prius est une automobile hybride essence-électricité, équipée du système HSD. vignette|La Toyota TS050 Hybrid, un véhicule hybride de compétition.
Description
Familles de véhicules hybrides Les critères distinguant les différentes familles d'hybrides sont : la proportion d'énergie secondaire disponible ; le type de technologie secondaire utilisée ; la durée de l'intervention du système secondaire (régime transitoire ou permanent) ; la nature simultanée ou séquentielle de la cogénération-motrice.
Il existe également d'autres technologies d'hybridation avec pile à combustible, compression de gaz ou volant d'inertie.
Principe de fonctionnement vignette|upright=2|Système parallèle :* ENG = moteur thermique (engine) * Clutch = embrayage * MOT = moteur électrique* PE = électronique de puissance * BATT = batterie * TX = transmission Une propulsion hybride électrique consiste à combiner un moteur thermique avec un, ou plusieurs, moteurs électriques, afin de profiter des avantages de chaque type de moteur tout en en limitant les faiblesses : le moteur électrique est très efficace à basse vitesse et souple, ne produit localement aucune pollution de l'air et permet la récupération d'énergie lors des freinages, tandis que le moteur thermique fournit le principal de la puissance, surtout à vitesse stabilisée, avec une bonne autonomie grâce à sa source d'énergie embarquée (le carburant)..
Les différentes phases de fonctionnement d'un se déroulent comme suit : lorsque le véhicule est immobile, les deux moteurs sont à l'arrêt ; la mise en mouvement de la voiture est assurée par le moteur électrique seul, jusqu'à une vitesse maximum variant entre 70 et , selon les choix techniques du fabricant et le niveau de charge de la batterie d'accumulateurs ; au-delà de ces vitesses, ou lorsqu'une accélération plus forte est demandée, le moteur thermique est démarré pour fournir le supplément de puissance et réduire ou couper l'alimentation du moteur électrique ; en cas de demande de puissance importante (forte accélération ou forte pente), les deux moteurs fonctionnent simultanément pour additionner leurs couples moteurs ; en phase de décélération ou de descente, le freinage régénératif permet au moteur/générateur électrique de convertir une partie de l'énergie cinétique en énergie électrique, rechargeant la batterie. Ce rôle de frein moteur peut être accru en couplant en outre le moteur thermique aux roues, le forçant à tourner sans injection de carburant et soulageant ainsi encore les freins à friction. Si le freinage électrique seul est suffisant, le moteur thermique est débrayé et arrêté.
La gestion de l'ensemble est confiée à l'électronique embarquée, qui tient compte de l'état de charge de la batterie, de la température du moteur thermique et de celle du catalyseur, des besoins en chauffage et en climatisation et de la pression sur les pédales d'accélérateur et de frein.
Niveaux d'hybridation On classe les véhicules hybrides en fonction de l'importance de la partie électrique et de la façon dont elle est combinée avec le moteur thermique. La nomenclature varie selon les sources et les constructeurs ; la plus utilisée est d'origine américaine..
L’hybridation légère (ou micro-hybride, en anglais ou mHEV) Niveau d'hybridation minimal dans lequel, sauf à l'arrêt, le moteur thermique tourne en permanence. Le moteur électrique récupère l'énergie cinétique pendant un freinage ou une descente, le moteur électrique fonctionne alors en générateur et fournit un couple résistant s'ajoutant au frein moteur, jusqu'à ce que la batterie soit pleinement chargée. L'énergie récupérée est stockée dans une batterie d'accumulateurs ou de super-condensateurs et fournit un appoint de puissance pour aider aux démarrages et aux reprises. C'est un aux fonctionnalités élargies. Ce système est appelé chez PSA (concept-car C5 Airscape), et est également développé par BMW ou Ford. Un système analogue, le SREC est utilisé en compétition automobile, notamment en Formule 1. Ce niveau d'hybridation correspond à des puissances de 8 à Compte-rendu de la conférence Hybridation de l’énergie pour les transports, 22 octobre 2009 . Ses systèmes peuvent utiliser du 12, 24 ou 48 volts, selon la conception du groupe motopropulseur et le niveau d'assistance recherché.. Ce type d'hybridation légère a été inauguré par Suzuki en 2015 sur la Baleno II où l'énergie cinétique récupérée au freinage et à la décélération par l'alterno-démarreur est stockée dans une petite batterie lithium-ion de 8 Ahhttps://www.largus.fr/actualite-automobile/voitures-hybrides-tout-savoir-sur-le-mild-hybrid-ou-hybride-leger-10264391.html.
L’hybridation classique (ou 100 % hybride, en anglais ou HEV, parfois FHEV) hybridation complète, dans laquelle la voiture peut être entraînée par chaque moteur séparément ou par les deux moteurs ensemble, on peut rouler sans que le moteur thermique tourne. Ce fonctionnement nécessite une puissance électrique supérieure à . Une gestion de la transmission complexe permet toutes les combinaisons: Le moteur électrique est placé entre le moteur thermique et la transmission, avec un système d’embrayage permettant de découpler le thermique. Le moteur électrique peut entraîner les roues seules, ou travailler avec le thermique en parallèle. Cela permet d’optimiser les phases de roulage, de réduire fortement la consommation. Le moteur électrique est placé côté sortie de boîte (ou à l'intérieur), généralement avant le différentiel ou directement lié à la réduction finale. C'est donc lui qui prend le rôle de moteur de traction. Le moteur électrique est placé sur un essieu différent de celui du moteur thermique. Typiquement, thermique à l’avant, électrique à l’arrière. Cela permet de créer un 4x4 sans arbre de transmission. Chaque essieu est entraîné indépendamment, et la gestion électronique répartit le couple en fonction des besoins. Cette configuration demande deux chaînes de traction distinctes, ce qui peut augmenter les coûts et la complexité globale.
Le pourcentage d'utilisation du moteur électrique dépend de la capacité de la batterie, dont la charge a lieu en roulage ou lors des ralentissements, respectivement par dérivation de puissance du moteur thermique et par récupération de l'énergie cinétique par le moteur électrique. Bien que contradictoires, les appellations et sont parfois utilisées depuis l'émergence des micro-hybrides pour les distinguer...
L'hybride rechargeable (en anglais ou PHEV) Un véhicule hybride rechargeable peut recharger sa batterie sur le réseau électrique, ce qui permet de l'utiliser en mode tout électrique pour les petits trajets. La configuration peut être série ou parallèle. Ainsi les Chevrolet Volt, Opel Ampera, Toyota Prius III, et Renault Kangoo en version Elect'road., premières utilisatrices de ce système, permettent à leurs utilisateurs de rouler jusqu'à par jour sans utiliser d'essence, en rechargeant les batteries la nuit. Sur les modèles EREV (de l'anglais « »), le moteur thermique est mis en route lorsque les batteries sont épuisées ou au-delà d'une certaine vitesse, allouant jusqu'à voir plus d'autonomie totale.
En 2019, dans l'Union européenne, la part des voitures hybrides dans les immatriculations s'élevait à 7 % (hybrides : 5,9 %, hybrides rechargeables : 1,1 %) Making the Transition to Zero-Emission Mobility - 2020 Progress Report , ACEA, octobre 2020, page 5..
Concernant les véhicules à source d'énergie non-embarquée, raccordés électriquement à une source extérieure (comme les tramways), on parle de traction électrique avec propulsion secondaire.
Disposition mécanique La connexion entre les moteurs permet de distinguer différentes technologies et différents modes : Hybride parallèle Hybride parallèle différencié Ce système consiste à combiner un moteur à combustion interne en traction purement mécanique (moteur et boite de vitesses) sur un essieu et un ou plusieurs moteurs électriques sur un autre essieu de manière indépendante, ces deux motorisations pouvant fonctionner indépendamment ou conjointement. Ce système est celui employé sur la Peugeot 3008 I.
Le Citroën C-Métisse utilisait ce principe, de même que les Peugeot 3008 Hybrid4Benoit Solivellas, « Mondial de l'Auto : la Peugeot 3008 hybride livre ses secrets », sur Cartech.fr, octobre 2010 (voir archive). et Peugeot 508 RXH hybride. (commercialisées depuis début 2012).
Hybride parallèle doublé Ce système consiste à combiner une motorisation hybride parallèle sur un essieu ainsi qu'une seconde purement électrique sur un autre essieu. Le premier véhicule à utiliser ce principe en production en série était plus complexe encore, puisque le Lexus RX400h combinait un groupe hybride entraînant les roues avant (Hybrid Synergy Drive|système HSD série-parallèle) et un moteur électrique entraînant les roues arrière« Lexus RX400h : l'hybride chic, cher mais performant, qui fait vraiment rêver », Moteurnature.com, 2005 (voir archive).. Architecture toujours d'actualité en 2020 sur les 4x4 hybrides de Toyota et Lexus
Hybride parallèle simple L'hybride parallèle comprend deux motorisations, l'une thermique, l'autre électrique, disposées à la suite sur le même arbre moteur et placés devant une boite de vitesses. Ils peuvent être séparés par un embrayage permettant un fonctionnement indépendant du moteur électrique ou être solidaires, ne permettant qu'un fonctionnement combiné du moteur thermique avec le moteur électrique.
On distingue plusieurs modes de fonctionnement :
Le rechargement de la batterie s'effectue de différentes façons : au freinage, par récupération de l'énergie (freinage régénératif) ; selon les configurations et les conditions de fonctionnement, le surplus de puissance développé par le moteur à combustion interne peut également être transformé par un générateur électrique pour recharger la batterie ; de manière externe (hybride rechargeable). centré|vignette|upright=2|Composants :1. Moteur à combustion interne (MCI)2. Embrayage 3. Moteur électrique 4. batterie d'accumulateurs ou de supercondensateurs 5. Boite de vitesses Exemples de véhicules : la Honda Insight et les hybrides de PSA.
Hybride série L'hybride série utilise uniquement le moteur électrique pour entraîner les roues. Le moteur à combustion interne (MCI) entraîne uniquement un générateur électrique pour former un groupe électrogène qui fournit tout ou partie de l'électricité nécessaire au fonctionnement du moteur électrique, il n'est donc pas relié mécaniquement aux roues motricesIl peut donc être disposé de façon à optimiser l'espace et fonctionner à son régime optimal (de meilleure consommation spécifique). La transmission, simplifiée, réduit les pertes mécaniques..
On distingue plusieurs modes de fonctionnement :
Le rechargement de la batterie s'effectue de différentes façons : au freinage par récupération de l'énergie (freinage régénératif) ;