Transmission du véhicule hybride

Les transmissions de véhicules hybrides transmettent la puissance aux roues motrices des véhicules hybrides. Un véhicule hybride a de multiples formes de force motrice.

Les hybrides sont proposés dans de nombreuses configurations. Par exemple, un hybride peut recevoir son énergie en brûlant du pétrole, mais commuter entre un moteur électrique et un moteur à combustion.

Les véhicules électriques ont une longue histoire combinant combustion interne et transmission électrique – comme dans un groupe motopropulseur diesel-électrique – bien qu’ils aient été principalement utilisés pour les locomotives ferroviaires. Un groupe motopropulseur diesel-électrique ne correspond pas à la définition de l’hybride, car la transmission par entraînement électrique remplace directement la transmission mécanique plutôt que d’être une source supplémentaire de puissance motrice. L’une des premières formes de véhicule terrestre hybride est le trolleybus «sans voie ferrée» des années 1930, qui utilisait normalement un courant de traction délivré par fil. Le trolleybus était généralement équipé d’un moteur à combustion interne (ICE), soit pour alimenter directement le bus, soit pour générer de l’électricité de manière indépendante. Cela a permis au véhicule de manœuvrer autour d’obstacles et de câbles de transmission aériens cassés.

Le groupe motopropulseur comprend tous les composants utilisés pour transformer l’énergie potentielle stockée. Les groupes motopropulseurs peuvent soit utiliser des produits chimiques, solaires, nucléaires ou cinétiques et les rendre utiles à la propulsion. L’exemple le plus ancien est la galère qui utilisait des voiles et des rames. Un exemple moderne courant est le vélo électrique. Les véhicules électriques hybrides combinent une batterie ou un supercondensateur complété par un ICE capable de recharger les batteries ou d’alimenter le véhicule. D’autres groupes motopropulseurs hybrides utilisent des volants d’inertie pour stocker de l’énergie.

Parmi les différents types de véhicules hybrides, seul le type électrique / ICE était disponible dans le commerce à partir de 2016. Une variété fonctionnait en parallèle pour fournir simultanément de l’énergie à partir des deux moteurs. Une autre fonctionnait en série, une source fournissant exclusivement l’alimentation et la seconde fournissant de l’électricité. L’une ou l’autre source peut fournir la force motrice principale, l’autre augmentant la force primaire.

D’autres combinaisons offrent des gains d’efficacité liés à une gestion et à une régénération d’énergie supérieures, compensées par les dépenses, la complexité et les limites de la batterie. Les hybrides électriques à combustion (CE) possèdent des batteries d’une capacité beaucoup plus grande qu’un véhicule à combustion seule. Un hybride à combustion électrique possède des batteries légères qui offrent une densité d’énergie plus élevée et beaucoup plus coûteuses. Les ICE n’ont besoin que d’une batterie suffisamment grosse pour faire fonctionner le système électrique et allumer le moteur.

Types par design

Hybride parallèle
Les systèmes hybrides parallèles ont à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique pouvant à la fois conduire individuellement la voiture ou les deux couplés pour donner une conduite. Il s’agit du système hybride le plus répandu à partir de 2016.

S’ils sont reliés par un axe (en parallèle), les vitesses sur cet axe doivent être identiques et les couples fournis s’additionnent. (La plupart des vélos électriques sont de ce type.) Lorsqu’une seule des deux sources est utilisée, l’autre doit également tourner (au ralenti), être reliée par un embrayage unidirectionnel ou par une roue libre.

Avec les voitures, les deux sources peuvent être appliquées sur le même arbre (par exemple, le moteur électrique étant connecté entre le moteur et la transmission), en tournant à vitesses égales et les couples s’additionnant lorsque le moteur électrique ajoute ou soustrait un couple au système, si nécessaire. (La Honda Insight utilise ce système.)

Les hybrides parallèles peuvent être davantage classés en fonction de l’équilibre entre les différents moteurs qui fournissent la puissance motrice: l’ICE peut être dominant (l’engagement du moteur électrique dans certaines circonstances seulement) ou inversement; dans d’autres, le système électrique ne peut fonctionner qu’en mode électrique, mais étant donné que les hybrides parallèles actuels ne sont pas en mesure de fournir des modes exclusivement électrique ou à combustion interne, ils sont souvent classés dans la catégorie des hybrides légers (voir ci-dessous).

Les systèmes hybrides parallèles reposent davantage sur le freinage par récupération et le moteur à combustion interne peut également servir de générateur pour une recharge supplémentaire. Cela les rend plus efficaces dans les conditions de «stop-and-go» urbain. Ils utilisent une batterie plus petite que les autres hybrides. Les hybrides Honda Insight, Civic et Accord sont des exemples d’hybrides parallèles en production. Le camion hybride parallèle (PHT) de General Motors et les hybrides BAS tels que les hybrides Saturn VUE et Aura Greenline et Chevrolet Malibu utilisent également une architecture hybride parallèle.

À travers la route (TTR) hybride
Un hybride parallèle alternatif est le type « à travers la route ». Dans ce système, une transmission classique alimente un essieu, avec un moteur électrique ou des moteurs en entraînant un autre. Cet arrangement était utilisé par les premiers trolleybus «hors piste». Il fournit en effet un groupe motopropulseur de secours complet. Dans les moteurs modernes, les batteries peuvent être rechargées grâce au freinage par récupération ou en chargeant les roues entraînées électriquement pendant la croisière. Cela permet une approche plus simple de la gestion de l’alimentation. Cette configuration présente également l’avantage de fournir une transmission intégrale dans certaines conditions. (Un exemple de ce principe est une bicyclette équipée d’un moteur à moyeu avant, qui assiste la pédale du cycliste sur la pédale arrière.) Parmi les véhicules de ce type, citons l’Audi 100 Duo II, la Subaru VIZIV et la Peugeot 307 Hybrid HDi. Les véhicules du groupe PSA Peugeot 3008, Peugeot 508, 508 RXH, Citroën DS5 utilisent tous le système HYbrid4, l’hybride plug-in Volvo V60, la BMW Série 2 Active Tourer, la BMW i8 et la seconde génération de Honda NSX.

Série hybride
Les séries hybrides sont également appelées véhicules électriques à autonomie étendue (EREV) ou véhicules électriques à autonomie étendue (REEV). (Les hybrides de série présentant des caractéristiques particulières sont classés comme véhicules électriques à batterie à autonomie prolongée (BEVx) par le California Air Resources Board.)

La transmission électrique est une alternative aux transmissions mécaniques classiques depuis 1903. Les transmissions mécaniques imposent généralement de nombreuses pénalités, notamment le poids, le volume, le bruit, le coût, la complexité et une perte de puissance du moteur à chaque changement de vitesse, qu’il soit manuel ou automatique. Contrairement aux moteurs à combustion interne, les moteurs électriques ne nécessitent pas de transmission.

En effet, toute la transmission mécanique entre l’ICE et les roues est supprimée et remplacée par un générateur électrique, des câbles et des commandes ainsi que des moteurs de traction électriques, l’avantage étant que l’ICE n’est plus directement connecté à la demande.

Il s’agit d’un montage hybride en série utilisé couramment dans les locomotives et les navires diesel-électriques (le navire fluvial russe Vandal, lancé en 1903, était le premier navire au monde fonctionnant au diesel et au diesel) et Ferdinand Porsche a utilisé cet arrangement avec succès. début du 20e siècle dans les voitures de course, y compris la Lohner-Porsche Mixte Hybrid. Porsche a baptisé le système System Mixte, qui comprenait un moteur à moyeu de roue, avec un moteur dans chacune des deux roues avant, établissant des records de vitesse.

Les arguments d’une plus grande flexibilité, d’une efficacité accrue et de moins d’émissions au point d’utilisation sont obtenus dans un système hybride série pour véhicules routiers lorsqu’une batterie électrique intermédiaire, jouant le rôle de tampon d’énergie, repose entre le générateur électrique et les moteurs de traction électriques.

L’ICE fait tourner une génératrice et n’est pas connecté mécaniquement aux roues motrices. Cela isole le moteur de la demande et lui permet de fonctionner de manière constante à sa vitesse la plus efficace. Étant donné que la batterie produit la principale force motrice, il est possible d’installer un générateur / moteur plus petit par rapport à un moteur à entraînement direct conventionnel. Les moteurs de traction électriques peuvent recevoir de l’électricité de la batterie, ou directement du moteur / générateur, ou des deux. Les moteurs de traction sont souvent alimentés uniquement par la batterie électrique, qui peut être chargée à partir de sources externes telles que le réseau électrique.

Cela permet à un véhicule avec un moteur / générateur de ne fonctionner que lorsque cela est nécessaire, par exemple lorsque la batterie est épuisée, ou de charger les batteries.

Moteurs de traction électriques
Les moteurs électriques sont plus efficaces que les moteurs à combustion interne, avec des rapports puissance / poids élevés permettant un couple sur une large plage de vitesses. Les ICE sont plus efficaces quand on tourne à une vitesse constante.

Les ICE peuvent fonctionner de manière optimale lors du changement de générateur. Les systèmes hybrides en série offrent une accélération plus douce en évitant les changements de vitesse. Les séries hybrides incorporent:

Traction électrique uniquement – en utilisant uniquement des moteurs électriques pour faire tourner les roues.
ICE – transforme uniquement un générateur.
Générateur – activé par l’ICE pour générer de l’électricité et démarrer le moteur.
Batterie – tampon d’énergie.
Freinage par récupération – Le moteur de commande devient un générateur et récupère de l’énergie en convertissant l’énergie cinétique en énergie électrique, ralentissant également le véhicule et évitant les pertes thermiques.

En outre:

Peut être branché sur la grille pour recharger la batterie.
Les supercondensateurs assistent la batterie et récupèrent l’essentiel de l’énergie du freinage.

En détail
Le moteur électrique peut être entièrement alimenté en électricité par la batterie ou par le générateur mis en marche par l’ICE, ou les deux. Un tel véhicule ressemble conceptuellement à une locomotive diesel-électrique avec l’ajout d’une batterie capable de l’alimenter sans utiliser le moteur à combustion interne et agissant comme un tampon d’énergie utilisé pour accélérer et atteindre une vitesse supérieure; le générateur peut simultanément charger la batterie et alimenter le moteur électrique qui déplace le véhicule.

Lorsque le véhicule est à l’arrêt, l’ICE est éteint sans tourner au ralenti, tandis que la batterie fournit toute l’énergie nécessaire au repos. Les véhicules aux feux de circulation ou dans les véhicules à circulation lente ne doivent pas brûler de carburant à l’arrêt ou à faible vitesse, ce qui réduit les émissions.

Les hybrides de série peuvent être équipés d’un supercondensateur ou d’un volant d’inertie pour stocker l’énergie de freinage régénératif, ce qui peut améliorer l’efficacité en récupérant l’énergie perdue sous forme de chaleur par le système de freinage. Étant donné qu’un véhicule hybride série n’a pas de lien mécanique entre l’ICE et les roues, le moteur peut fonctionner à une vitesse constante et efficace quelle que soit la vitesse du véhicule, ce qui permet d’obtenir un rendement supérieur (37%, contre 20% en moyenne pour la ICE) et à faible ou des vitesses mixtes, cela pourrait entraîner une augmentation de l’efficacité globale d’environ 50% (19% contre 29%).

Lotus proposait un groupe moteur / groupe électrogène fonctionnant à deux vitesses, générant 15 kW de puissance électrique à 1 500 tr / min et 35 kW à 3 500 tr / min via le générateur électrique intégré, utilisé dans le concept Nissan Infiniti Emerg-e.

Ce profil de fonctionnement offre une plus grande marge de manœuvre pour des conceptions de moteur alternatives, telles qu’une microturbine, un moteur à cycle Atkinson rotatif ou un moteur à combustion linéaire.

L’ICE est adapté au moteur électrique en comparant les débits de sortie à la vitesse de croisière. En règle générale, les débits pour les moteurs à combustion sont fournis pour les débits instantanés (de pointe), mais en pratique, ils ne peuvent pas être utilisés.)

L’utilisation d’un moteur électrique entraînant directement une roue élimine les éléments de transmission mécaniques classiques: boîte de vitesses, arbres de transmission et différentiel, et peut parfois éliminer des accouplements flexibles.

En 1997, Toyota a lancé le premier bus série hybride vendu au Japon. Designline International d’Ashburton, en Nouvelle-Zélande, produit des autobus urbains avec un système hybride série alimenté par microturbines. Wrightbus fabrique des bus hybrides en série, notamment les bus Gemini 2 et New Routemaster. Des supercondensateurs combinés à un groupe de batteries lithium-ion ont été utilisés par AFS Trinity dans un véhicule converti en VUS Saturn Vue. Utilisant des supercondensateurs, ils revendiquent jusqu’à 150 mpg en montage hybride en série.

Les modèles hybrides de série automobile bien connus comprennent la variante de la BMW i3 équipée d’un prolongateur d’autonomie. La Fisker Karma est un autre exemple d’automobile série. La Chevrolet Volt est presque une série hybride, mais comprend également un lien mécanique entre le moteur et les roues supérieures à 70 mi / h.

Les séries hybrides ont été reprises par l’industrie aéronautique. Le DA36 E-Star, un avion conçu par Siemens, Diamond Aircraft et EADS, utilise un groupe motopropulseur hybride en série, l’hélice étant actionnée par un moteur électrique de 70 kW (94 ch) de Siemens. Une unité de réduction de la vitesse de l’hélice à puissance réduite est éliminée. L’objectif est de réduire la consommation de carburant et les émissions jusqu’à 25%. Un moteur et un générateur rotatifs embarqués Austro Engine Wankel de 40 ch (30 kW) fournissent l’électricité.

Le Wankel a été choisi pour sa petite taille, son faible poids et son excellent rapport poids / puissance. (Les moteurs Wankel fonctionnent également efficacement à une vitesse constante d’environ 2 000 tr / min, ce qui convient au fonctionnement de la génératrice. Le maintien d’une bande constante / étroite compense nombre des inconvénients perçus du moteur Wankel dans les applications automobiles.)

Le moteur à hélice électrique utilise l’électricité stockée dans des batteries, les moteurs ne fonctionnant pas, pour décoller et grimper en réduisant les émissions sonores. Le groupe motopropulseur réduit le poids de l’avion de 100 kilos par rapport à son prédécesseur. Le DA36 E-Star a volé pour la première fois en juin 2013, faisant de ce vol le tout premier vol d’un groupe propulseur hybride de série. Diamond Aircraft déclare que la technologie est évolutive pour un avion de 100 places.

Moteurs dans la roue
Si les moteurs sont fixés à la carrosserie du véhicule, des accouplements flexibles sont nécessaires, mais pas si les moteurs de traction sont intégrés aux roues. Un inconvénient est que la masse non suspendue augmente et que la réactivité de la suspension diminue, ce qui a une incidence sur la conduite et éventuellement sur la sécurité. Cependant, l’impact devrait être minime, car les moteurs électriques dans les moyeux de roues, tels que Hi-Pa Drive, peuvent être très petits et légers, avec des rapports poids / puissance exceptionnellement élevés et des mécanismes de freinage plus légers lorsque les moteurs des roues freinent le véhicule.

Parmi les avantages des moteurs à roues individuelles, citons le contrôle de traction simplifié, la traction intégrale si nécessaire et un plancher inférieur (utile pour les autobus et autres véhicules spécialisés (certains véhicules militaires à traction intégrale 8×8 utilisent des moteurs à roues individuels). Ce concept a été utilisé par les locomotives diesel-électriques. (moteurs individuels entraînant les essieux de chaque paire de roues) pendant 70 ans. [citation complète requise]

D’autres mesures incluent des roues en aluminium légères pour réduire la masse non suspendue de la roue; La conception des véhicules peut être optimisée pour abaisser le centre de gravité en plaçant des éléments plus lourds (y compris la batterie) au niveau du sol. Dans un véhicule routier typique, la configuration de transmission de puissance peut être plus petite et plus légère que la configuration de transmission de puissance mécanique conventionnelle équivalente, libérant de l’espace; le groupe électrogène à combustion ne nécessite que des câbles pour les moteurs électriques d’entraînement, ce qui accroît la flexibilité dans la disposition des composants principaux répartis sur un véhicule, ce qui permet une meilleure répartition du poids, maximise l’espace habitacle du véhicule et ouvre la possibilité à des modèles de véhicule supérieurs exploitant cette flexibilité.

Hybride à répartition de puissance ou série parallèle
Les hybrides à répartition de puissance ou les hybrides série-parallèles sont des hybrides parallèles qui incorporent des dispositifs à répartition de puissance, permettant des chemins d’alimentation allant de l’ICE aux roues qui peuvent être mécaniques ou électriques. Le principe consiste à dissocier l’énergie fournie par la source principale de l’énergie demandée par le conducteur.

Le couple de sortie ICE est minimal à bas régime et les véhicules classiques augmentent la taille du moteur pour répondre aux exigences du marché en matière d’accélération initiale acceptable. Le plus gros moteur a plus de puissance que nécessaire pour la croisière. Les moteurs électriques produisent un couple complet à l’arrêt et conviennent bien au déficit de couple ICE à bas régime. Dans un hybride à répartition de puissance, un moteur plus petit, moins flexible et plus efficace peut être utilisé. Le cycle Otto conventionnel (densité de puissance plus élevée, plus de couple à faible régime, efficacité de carburant réduite) est souvent modifié en cycle Atkinson ou cycle de Miller (densité de puissance plus faible, couple à faible régime, efficacité de carburant plus élevée, parfois appelé Atkinson-Miller cycle). Le moteur plus petit, utilisant un cycle plus efficace et fonctionnant souvent dans la zone favorable de la carte de consommation de carburant spécifique au frein, contribue de manière significative à l’efficacité globale plus élevée du véhicule.

Les variantes intéressantes du design simple (illustré à droite) que l’on retrouve par exemple dans la célèbre Toyota Prius sont les suivantes:

le deuxième train planétaire à engrenages fixes utilisé dans les Lexus RX400h et Toyota Highlander Hybrid. Cela permet d’obtenir un moteur avec moins de couple mais une puissance plus élevée (et une vitesse de rotation maximale plus élevée), c’est-à-dire une densité de puissance plus élevée
Engrenage planétaire de type Ravigneaux (à engrenage planétaire avec 4 arbres au lieu de 3) et deux embrayages tels qu’ils sont utilisés dans la Lexus GS450h. En commutant les embrayages, le rapport de transmission de MG2 (le moteur de traction) à l’arbre de roue est commuté, que ce soit pour un couple plus élevé ou pour une vitesse plus élevée (jusqu’à 250 km / h / 155 mph) tout en maintenant un meilleur rendement de transmission. Ceci est effectivement accompli dans les HSD Prius de Génération 3 (Prius v, Prius Plug-in et Prius c), bien que le HSD de Génération 3 ait ce deuxième jeu d’engrenages planétaires fixé à 2.5: 1, plutôt que de basculer entre 1: 1 et 2.5: 1 en tant que « transporteur » est tenu fixe.
Deux engrenages planétaires supplémentaires associés à quatre embrayages pour créer une configuration hybride à deux modes pouvant fonctionner en mode tout électrique, électrique mixte et ICE ou ICE seul avec quatre engrenages fixes. Parmi les exemples d’hybrides à deux modes, citons les camions et VUS pleine grandeur General Motors hybrides à deux modes, les BMW X6 ActiveHybrid et Mercedes ML 450 hybride.

Types par degré d’hybridation

Micro hybrides
Micro hybride est un terme général qui désigne les véhicules qui utilisent un système d’arrêt et d’arrêt pour arrêter automatiquement le moteur au ralenti. À proprement parler, les micro-hybrides ne sont pas de véritables véhicules hybrides, car ils ne dépendent pas de deux sources d’énergie différentes.

Hybrides doux
Les hybrides légers sont essentiellement des véhicules classiques dotés de matériel hybride, mais présentant des caractéristiques hybrides limitées. Généralement, il s’agit d’un hybride parallèle avec démarrage-arrêt uniquement ou éventuellement avec des niveaux modestes d’assistance moteur ou de freinage par récupération. Les hybrides légers ne peuvent généralement pas fournir une propulsion entièrement électrique.

Les hybrides légers comme le camion hybride parallèle de General Motors 2004-07 (PHT) et les hybrides Honda Eco-Assist sont équipés d’un moteur électrique triphasé monté dans le carter pavillon entre le moteur et la transmission, ce qui permet d’éteindre le moteur. chaque fois que le camion roule, freine ou s’arrête, redémarrez rapidement pour fournir de l’énergie. Les accessoires peuvent continuer à fonctionner avec de l’énergie électrique lorsque le moteur est arrêté et, comme dans d’autres conceptions hybrides, le freinage par récupération récupère de l’énergie. Le gros moteur électrique fait tourner le moteur jusqu’à atteindre le régime de fonctionnement avant d’injecter du carburant.

La Chevrolet Silverado PHT 2004-2007 était une camionnette pleine grandeur. Chevrolet a pu améliorer son efficacité de 10% en arrêtant et en redémarrant le moteur à la demande et en utilisant le freinage par récupération. L’énergie électrique n’était utilisée que pour faire fonctionner des accessoires tels que la direction assistée. Le GM PHT utilisait un système de 42 volts via trois batteries au plomb-acide ventilées de 12 volts connectées en série (total de 36 V) pour fournir l’alimentation nécessaire au moteur de démarrage, ainsi que pour alimenter les accessoires électroniques.

General Motors a ensuite présenté son système BAS Hybrid, une autre implémentation hybride légère publiée officiellement sur la Saturn Vue Green Line 2007. Sa fonctionnalité «marche / arrêt» fonctionne de manière similaire à celle du Silverado, bien qu’elle soit connectée à l’unité moteur / générateur. Cependant, le système hybride GM BAS peut également fournir une assistance modeste en accélération et en conduite continue, et capter de l’énergie lors du freinage régénératif (combiné). BAS Hybrid a permis d’améliorer jusqu’à 27% l’économie de carburant lors des essais EPA de la Saturn VUE 2009. Le système est également présent sur les hybrides Saturn Aura 2008-09 et Chevrolet Malibu 2008-2010.

Un autre moyen de proposer un démarrage / arrêt consiste à utiliser un moteur de démarrage statique. Un tel moteur ne nécessite pas de démarreur, mais utilise des capteurs pour déterminer la position exacte de chaque piston, puis synchronise avec précision l’injection et l’allumage du carburant pour renverser le moteur.

Les hybrides légers sont parfois appelés hybrides à assistance électrique, car ils utilisent l’ICE comme source d’alimentation principale, avec un moteur électrique amplificateur de couple connecté à un groupe motopropulseur (en grande partie) conventionnel. Le moteur électrique est monté entre le moteur et la transmission. Il s’agit essentiellement d’un gros moteur de démarrage qui fonctionne lorsque le moteur doit être retourné et lorsque le conducteur «fait le plein» et demande une puissance supplémentaire. Le moteur électrique peut également redémarrer le moteur à combustion et arrêter le moteur principal au ralenti, tandis que le système de batterie amélioré est utilisé pour alimenter les accessoires.

Ford a qualifié les hybrides de Honda de « douces » dans leur publicité pour la Escape Hybrid, affirmant que la conception hybride de la Escape est plus efficace.

Hybrides complets
Un hybride complet, parfois aussi appelé hybride puissant, est un véhicule qui ne fonctionne qu’avec le moteur, les batteries ou une combinaison des deux. La Toyota Prius, la Toyota Camry hybride, la Ford Escape hybride / la Mercury Mariner hybride, la Ford Fusion hybride / la Lincoln MKZ hybride / la Mercury Milan hybride, la Ford C-Max hybride, la Kia Optima hybride, ainsi que les camions hybrides à 2 modes de General Motors Les SUV sont des exemples de ce type d’hybridation, car ils peuvent fonctionner uniquement sur batterie. Une grande batterie haute capacité assure un fonctionnement uniquement sur batterie. Ces véhicules ont une voie de puissance divisée qui permet plus de flexibilité dans la chaîne cinématique en convertissant entre énergie mécanique et électrique. Pour équilibrer les forces de chaque partie, les véhicules utilisent une liaison de type différentiel entre le moteur et le moteur connecté à la tête de la transmission.

Le nom de marque Toyota pour cette technologie est Hybrid Synergy Drive, qui est utilisé dans la Prius, le Highlander Hybrid SUV et le Camry Hybrid. Un ordinateur supervise le fonctionnement du système, déterminant comment mélanger les sources d’alimentation. Les opérations de Prius peuvent être divisées en six régimes distincts.

Mode véhicule électrique: l’ICE est éteint et la batterie alimente le moteur (ou se charge pendant le freinage par récupération). Utilisé pour la marche au ralenti lorsque l’état de charge de la batterie (SOC) est élevé.
Mode croisière – Le véhicule est en croisière (c’est-à-dire qu’il n’accélère pas) et l’ICE peut répondre à la demande. La puissance du moteur est partagée entre le circuit mécanique et le générateur. La batterie alimente également le moteur, dont la puissance est additionnée mécaniquement avec le moteur. Si l’état de charge de la batterie est faible, une partie de l’alimentation du générateur la charge.
Mode Overdrive: une partie de l’énergie de rotation produit de l’électricité car la ICE n’a pas besoin de toute sa puissance pour conserver sa vitesse. Cette énergie électrique est utilisée pour entraîner le planétaire dans la direction opposée à sa rotation habituelle. En fin de compte, la couronne dentée tourne plus vite que le moteur, mais à couple réduit.
Mode de charge de la batterie — Également utilisé pour la marche au ralenti, sauf que, dans ce cas, l’état de charge de la batterie est faible et doit être chargé, ce qui est fourni par le moteur et le générateur.
Mode de suralimentation – Utilisé dans des situations où le moteur ne peut pas maintenir la vitesse désirée. La batterie alimente le moteur pour compléter la puissance du moteur.
Mode fractionnement négatif: le véhicule roule en vitesse de croisière et l’état de charge de la batterie est élevé. La batterie alimente à la fois le moteur (pour fournir de l’énergie mécanique) et le générateur. Le générateur convertit cela en énergie mécanique qu’il dirige vers l’arbre du moteur, le ralentissant (sans toutefois altérer son couple de sortie). Le but de ce moteur est d’augmenter la consommation de carburant du véhicule.

Hybride plug-in
Un véhicule électrique hybride rechargeable (PHEV) a deux caractéristiques déterminantes. Il:

Peut être branché sur une prise électrique à charger.
Peut voyager alimenté uniquement par la batterie.

Ce sont des hybrides complets, capables de fonctionner sur batterie. Ils offrent une plus grande capacité de batterie et la possibilité de recharger à partir du réseau. Ils peuvent être des conceptions parallèles ou en série. Ils sont aussi appelés hybrides à option gazeuse ou hybrides. Leur principal avantage est qu’ils peuvent être indépendants de l’essence sur des distances importantes, avec la portée étendue d’un ICE pour les trajets plus longs. La recherche menée par l’Institut de recherche sur l’énergie électrique a révélé que le coût total de possession des VHÉP était inférieur en raison de la réduction des coûts de service et de l’amélioration progressive de la technologie des batteries. L’efficacité et les émissions des VHPE «du puits à la roue» par rapport aux hybrides à essence dépendent des sources d’énergie du réseau (le réseau américain est composé à 30% de charbon; le réseau californien est constitué principalement de gaz naturel, d’énergie hydroélectrique et d’énergie éolienne).
Des prototypes de PHEV, avec des batteries plus grandes pouvant être rechargées à partir du réseau électrique, ont été construits aux États-Unis, notamment au Hybrid Center d’Andy Frank à l’Université de Californie à Davis. Une production de PHEV, le Renault Kangoo, a été mise en vente en France en 2003. DaimlerChrysler a construit des PHEV basés sur la fourgonnette Mercedes-Benz Sprinter. Les camions légers sont offerts par Micro-Vett SPA, le soi-disant Daily Bimodale.

Types par source d’alimentation

Moteur à combustion interne hybride
Il existe de nombreuses façons de créer un moteur hybride électrique-à combustion interne (ICE). La variété de conceptions électriques-ICE peut être différenciée par la façon dont les parties électrique et de combustion du groupe motopropulseur sont connectées, à quel moment chaque partie est en fonctionnement et quel pourcentage de la puissance est fournie par chaque composant hybride. Les deux principales catégories sont les hybrides en série et les hybrides en parallèle, bien que les conceptions parallèles soient les plus courantes de nos jours.

La plupart des hybrides, quel que soit leur type, utilisent le freinage par récupération pour récupérer de l’énergie lors du ralentissement du véhicule. Cela implique simplement de faire fonctionner un moteur afin qu’il agisse comme un générateur.

De nombreux modèles arrêtent également le moteur à combustion interne lorsque cela n’est pas nécessaire pour économiser de l’énergie. Ce concept n’est pas propre aux hybrides; Subaru a été le premier à utiliser cette fonctionnalité au début des années 80. La Volkswagen Lupo 3L est un exemple de véhicule classique qui coupe son moteur à l’arrêt. Il faut toutefois prévoir des accessoires tels que la climatisation, normalement entraînés par le moteur. En outre, les systèmes de lubrification des moteurs à combustion interne sont intrinsèquement moins efficaces immédiatement après le démarrage du moteur; Comme c’est au démarrage que la majorité de l’usure du moteur se produit, le démarrage et l’arrêt fréquents de tels systèmes réduisent considérablement la durée de vie du moteur. [douteux – discuter] De même, les cycles de démarrage et d’arrêt peuvent réduire la capacité du moteur à fonctionner de manière optimale. température, réduisant ainsi l’efficacité du moteur.

Hybride à pile à combustible électrique
Les véhicules à pile à combustible sont souvent équipés d’une batterie ou d’un supercondensateur afin de fournir une puissance d’accélération maximale et de réduire les contraintes de taille et de puissance de la pile à combustible (et donc son coût); c’est effectivement aussi une configuration hybride en série.

Hybride hydraulique à moteur à combustion interne
Un véhicule hybride hydraulique utilise des composants hydrauliques et mécaniques au lieu d’électricité. Une pompe à cylindrée variable remplace le moteur électrique / générateur. Un accumulateur hydraulique stocke de l’énergie. Le navire porte généralement une vessie souple d’azote gazeux sous pression préchargée. Le fluide hydraulique pompé est comprimé contre la vessie, stockant l’énergie contenue dans l’azote comprimé. Certaines versions ont un piston dans un cylindre plutôt qu’une vessie sous pression. L’accumulateur hydraulique est potentiellement moins cher et plus durable que les batteries. La technologie hybride hydraulique a été mise en œuvre en Allemagne dans les années 1930. À partir du début des années 1980, Volvo Flygmotor a utilisé des hybrides pétrohydrauliques à titre expérimental dans des autobus.

Le concept initial impliquait un volant géant (voir Gyrobus) pour le stockage connecté à une transmission hydrostatique. Le système est en cours de développement par Eaton et plusieurs autres sociétés, principalement dans les véhicules lourds tels que les bus, les camions et les véhicules militaires. Le camion concept Ford Mighty Tonka de Ford F-350 présenté en 2002 en est un exemple. Il est équipé d’un système Eaton qui peut accélérer le camion à la vitesse sur autoroute.

Les composants du système étaient chers, ce qui excluait l’installation dans des camions et des voitures plus petites. Un inconvénient était que les moteurs de puissance n’étaient pas assez efficaces à charge partielle. Focus s’est orienté vers des véhicules plus petits. Une société britannique a franchi une étape décisive en introduisant un moteur / pompe hydraulique à commande électronique qui est efficace sur toutes les plages et charges, permettant de réaliser de petites applications d’hybrides pétrohydrauliques. La société a converti une voiture BMW pour prouver sa viabilité. La BMW 530i a doublé le MPG en conduite urbaine par rapport à la voiture standard. Le test a utilisé le moteur standard de 3 000 cm3. Les hybrides pétro-hydrauliques permettent de réduire la taille du moteur pour une utilisation moyenne de la puissance, pas pour une consommation de pointe. La puissance de pointe est fournie par l’énergie stockée dans l’accumulateur.

Le taux de récupération d’énergie de freinage cinétique est plus élevé et le système est donc plus efficace que les véhicules hybrides chargés à la batterie datant de 2013, démontrant une économie accrue de 60% à 70% des tests EPA. Selon les tests de l’EPA, une Ford Expedition hybride hydraulique avait atteint 7,4 L / 100 km en conduite urbaine et 22 MP sur la route.

L’une des sociétés de recherche avait pour objectif de créer un nouveau design afin d’améliorer l’emballage des composants hybrides essence-hydraulique. Tous les composants hydrauliques encombrants ont été intégrés au châssis. Une conception a prétendu atteindre 130 mpg lors des tests en utilisant un grand accumulateur hydraulique qui constitue également le châssis structurel. Les moteurs hydrauliques sont incorporés dans les moyeux de roue et s’inversent pour récupérer l’énergie de freinage. L’objectif est de 170 mi / gal en conditions de conduite moyennes. L’énergie créée par les amortisseurs et l’énergie de freinage cinétique qui serait normalement gaspillée aident à charger l’accumulateur. Une ICE dimensionnée pour une utilisation moyenne consomme l’accumulateur. L’accumulateur est dimensionné pour faire fonctionner la voiture pendant 15 minutes lorsqu’elle est complètement chargée.

Moteur à combustion interne-pneumatique
L’air comprimé peut alimenter une voiture hybride avec un compresseur à essence. En France, Motor Development International mettait au point de telles voitures pneumatiques. Une équipe dirigée par Tsu-Chin Tsao, professeur en génie mécanique et aérospatial à l’UCLA, a collaboré avec des ingénieurs de Ford pour mettre en place la technologie hybride pneumatique. Le système est similaire à celui d’un véhicule hybride électrique en ce que l’énergie de freinage est exploitée et stockée pour aider le moteur au besoin pendant l’accélération.

Puissance humaine-puissance environnementale
De nombreux véhicules terrestres et maritimes utilisent la force humaine combinée à une source d’énergie supplémentaire. Les plus courants sont les hybrides parallèles, par exemple un voilier à rames, des vélos à moteur ou un véhicule hybride homme-électrique tel que le Twike. Certaines séries hybrides existent. Ces véhicules peuvent être des véhicules tribrides, combinant trois sources d’énergie, à savoir des cellules solaires embarquées, des batteries chargées au réseau et des pédales.

Options du marché secondaire
Le groupe motopropulseur Conmarket / aftermarket peut être ajouté à un véhicule.

La solution conmarket est utilisée lorsque l’utilisateur livre au constructeur un kit de transmission hybride (deux moteurs) ou tout électrique (uniquement un moteur électrique) et reçoit le véhicule sur lequel le technicien est installé. Un groupe motopropulseur (électrique ou hybride) peut être ajouté à un planeur par un installateur du marché secondaire.

En 2013, l’équipe de conception de l’Université de la Floride centrale, On the Green, a travaillé au développement d’un kit de conversion hybride hybride pour transformer un ancien modèle de véhicule en un hybride essence-électricité.

Une conversion de Mustang de 1966 a été démontrée par un ingénieur en Californie. Le système a remplacé l’alternateur par un moteur électrique sans balai de 12 kW (30 kW en pointe). La consommation d’essence et la puissance ont été améliorées.