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Véhicules Electriques Hybrides
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A.Boyali (*) -
C.Pianese (**) - M.Sorrentino (**)
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(*) Istanbul Technical
University - (**) DIMEC, Università di Salerno |
Résumé
Cette section explique la définition des termes "hybrides" et véhicules électriques hybrides, pourquoi nous avons besoin de cette sorte de technologie, un bref historique, les applications des véhicules électriques hybrides actuelles et leur architecture.
Véhicules Electriques Hybrides
Avant de commencer, nous devons comprendre ce que le terme “hybride” signifie. Le terme hybride peut être exposé avec concision comme étant l'utilisation de deux ou plus sources de puissance pour faire fonctionner n'importe quelle sorte de système. Par rapport à la terminologie "véhicules électriques hybrides", cela signifie propulser le véhicule en utilisant deux ou plus sources de puissance comme par exemple un moteur électrique, un moteur à combustion interne ou de l'énergie solaire.
La population du monde augmente jour après jour. Cela provoquera une augmentation des exigences de mobilité de notre population. Au contraire, les ressources naturelles se déplacent vers le bord d'un point d'équilibre dangereux dut à l'augmentation de la pollution atmosphérique et à ses effets nuisibles sur la nature. C'est parce que les véhicules actuels sont surtout propulsés par des moteurs à combustion interne qui utilisent des combustibles fossiles. La contribution des véhicules de route à la pollution atmosphérique mondiale et au réchauffement est très importante, à cause de la leur émission en monoxyde de carbone. Pour cette raison, scientifiques et chercheurs essayent de trouver de nouvelles sources d'énergie dans le but de soulager les émissions de gaz d'échappement émis par les voitures.
Figure 1. Le Réchauffement global et ses effets
(Source: www.augustachronicle.com )
Il existe des sources d'énergie alternatives propres tel que l'hydrogène et l'électricité. Mais leur infrastructure n'est pas assez mûre et la gamme de voyage avec ces sources ne peut pas rivaliser avec la gamme disponible avec les combustibles fossiles. Une solution intermédiaire est donc exigée. Cette solution se trouve dans les véhicules hybrides.
Un Bref Historique des Véhicules Electriques Hybrides
Bien que l'histoire des véhicules électriques hybrides commence au 17ème siècle, la première voiture électrique hybride produite en masse, la Toyota Prius, ait été introduite sur le marché japonais en 1997. Après cette première étape de Toyota, Honda a présenté le modèle Insight en 2000.
Comment fonctionne un Véhicule Electrique Hybride
Les véhicules électriques hybrides utilisent deux unités de propulsion : un moteur électrique et un moteur à combustion interne. Pendant le mouvement de véhicule, l'utilisation des deux sources de puissance du véhicule électriques hybrides est répartie de façon à réaliser une consommation de carburant basse et des émissions de gaz à effet de serre basses. Les composants principaux des véhicules électriques hybrides sont le moteur électrique (aussi utilisé comme générateur), les batteries et les dispositifs d'accouplement (voir la figure 2).
Figure 2.
Composants d'un Véhicule Electrique Hybride
(Source: http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml)
Le moteur électrique se procure l'énergie des batteries tandis que le moteur à combustion interne utilise le réservoir de carburant. Le moteur électrique et celui à combustion interne sont connectés l'un à l'autre via des dispositifs mécaniques. L'énergie des batteries est à nouveau remplie de deux façons différentes lors des voyages du véhicule électrique hybride. La première est le freinage régénérateur. La deuxième exploite le moteur électrique tel un générateur afin de produire de l'électricité lors de l'utilisation normale du véhicule.
Il y a principalement deux architectures différentes pour les véhicules électriques hybrides qui sont l'architecture série et l'architecture parallèle.
Véhicules Electriques Hybrides Série
Dans la configuration hybride série, le moteur à combustion interne est seulement utilisé pour charger les batteries. Il n'y a aucune connexion mécanique entre le moteur électrique et le moteur à combustion interne (Figure 3). Quand la charge de la batterie atteint le niveau minimal, le moteur à combustion interne commence à charger la batterie. Quand la batterie est entièrement chargée, le moteur à combustion interne coupe. Dans cette configuration, le moteur à combustion interne fonctionne de manière la plus efficace. L'inconvénient principal de cette configuration est que, il y a des pertes d'énergie lors de la conversion de l’énergie du carburant en énergie électrique puis de l’énergie électrique en énergie mécanique.
Figure 3. Configuration d’un Véhicule Electrique Hybride Série
(Source: http://www.toyota.co.jp/en/tech/environment/ths2/what.html)
Véhicules Electriques Hybrides Parallèle
Dans la configuration hybride parallèle, les roues sont conduites par le moteur électrique et par le moteur à combustion interne, répartie de manière à obtenir la meilleure efficacité. Le moteur électrique et le moteur à combustion interne sont raccordés parallèlement. Si la charge de la batterie est basse, le moteur électrique agit comme un générateur pour les remplir à nouveau.
Figure 4. Configuration d’un Véhicule Electrique Hybride Parallèle
(Source: http://www.toyota.co.jp/en/tech/environment/ths2/what.html)
ELes bénéfices énergétiques de l’hybridation des véhicules
L'impact positif de l'hybridation des véhicules sur l'économie de carburant est double. Premièrement, la présence de batterie permet de faire fonctionner le moteur surtout à son efficacité optimale. Pour la structure série, cela est réalisé en concevant le train moteur d'une telle façon que le moteur travaille à une condition de fonctionnement qui correspond à son efficacité de conversion maximale. Donc, les sommets dans la demande de puissance sont effectués par les batteries. Pour la disposition parallèle, le moteur a un fonctionnement meilleur que dans le cas d'un véhicule conventionnel, principalement à cause de deux raisons : la minimisation de la masse et l'occasion de fonctionnement du moteur pendant la conduite urbaine, où l'économie de carburant du ICE (moteur à combustion interne) est d'habitude très basse. Dans ce cas, l'épuisement de la charge de la batterie est indemnisée en allumant le moteur dans des itinéraires de route et en exigeant plus de puissance pour recharger des batteries.
Le deuxième avantage important concerne le freinage régénérateur. Par un tel processus, le moteur/générateur électrique fournit le moment de torsion négatif exigé pour ralentir le véhicule, tant dans la structure série que dans la structure parallèle. Donc, l'énergie cinétique du véhicule, qui est généralement perdue sous forme de chaleur dans les véhicules conventionnels, peut être récupérée et reconstituée dans la batterie. Le freinage régénérateur contribue significativement à l'économie de carburant. Comme par exemple, en conduite urbaine, les économies de carburant obtenues via le freinage régénérateur s'étendent jusqu'au 15/20 % en respectant les même proportions puissance-poids que les voitures conventionnelles.
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