Hybride plug-in

Un véhicule électrique hybride rechargeable (PHEV) est un véhicule électrique hybride dont la batterie peut être rechargée en la branchant sur une source d’énergie électrique externe, ainsi que par son moteur et son générateur embarqués. La plupart des véhicules hybrides hybrides sont des voitures de tourisme, mais il existe également des versions hybrides de véhicules utilitaires et de fourgonnettes, de camions utilitaires, de bus, de trains, de motos, de scooters et de véhicules militaires.

À l’instar des véhicules 100% électriques, les véhicules hybrides rechargeables déplacent les émissions du tuyau d’échappement de la voiture vers les générateurs alimentant le réseau électrique. Ces générateurs peuvent être renouvelables ou avoir une émission plus faible qu’un moteur à combustion interne. Charger la batterie depuis le réseau peut coûter moins cher que d’utiliser le moteur embarqué, ce qui contribue à réduire les coûts d’exploitation.

Les hybrides plug-in produits en série étaient disponibles pour le public en Chine et aux États-Unis en 2010. À la fin de 2016, il existait plus de 30 modèles d’hybrides plug-in légaux autoroutiers de série pour la vente au détail. Les voitures hybrides rechargeables sont disponibles principalement aux États-Unis, au Canada, en Europe occidentale, au Japon et en Chine. Les modèles les plus vendus étaient la famille Chevrolet Volt, la Mitsubishi Outlander P-HEV et la Toyota Prius PHV.

En décembre 2016, le stock mondial de voitures hybrides rechargeables s’élevait à près de 800 000 unités, sur plus de deux millions de voitures électriques rechargeables légères sur les routes du monde à la fin de 2016. En décembre 2015, les États-Unis classé comme le plus grand marché de voitures hybrides rechargeables au monde avec un stock de 193 770 unités, suivi par la Chine avec 86 580 véhicules, les Pays-Bas avec 78 160, le Japon avec 55 470 unités et le Royaume-Uni avec 28 250.

Terminologie
La plage 100% électrique d’un hybride plug-in est désignée par PHEV- [miles] ou PHEV [kilomètres] km, dans laquelle le nombre représente la distance que le véhicule peut parcourir avec la seule batterie. Par exemple, un PHEV-20 peut parcourir 32 km sans utiliser son moteur à combustion, il peut donc également être désigné sous le nom de PHEV32 km.
Pour que ces voitures fonctionnent avec des piles, elles subissent des processus de charge qui utilisent des courants différents. Ces courants sont appelés courant alternatif (AC) utilisé pour les chargeurs intégrés et courant continu (DC) utilisé pour la charge externe.
D’autres termes populaires, parfois utilisés pour les hybrides rechargeables, sont « hybrides connectés au réseau », « véhicule électrique hybride à option gaz » (GO-HEV) ou simplement « hybrides à option gaz ». GM appelle son hybride rechargeable de la série Volt de Chevrolet un «véhicule électrique à autonomie étendue».

La technologie

Groupes motopropulseurs
Les PHEV sont basés sur les trois mêmes architectures de base du groupe motopropulseur des hybrides conventionnels; une série hybride est propulsée uniquement par des moteurs électriques, un parallèle hybride est propulsé à la fois par son moteur et par des moteurs électriques fonctionnant simultanément, et un hybride série parallèle fonctionne dans l’un ou l’autre mode. Alors qu’un véhicule hybride ordinaire charge sa batterie uniquement à partir de son moteur, un hybride rechargeable peut obtenir une quantité importante de l’énergie nécessaire pour recharger sa batterie à partir de sources externes.

Systèmes de charge
Le chargeur de batterie peut être embarqué ou externe au véhicule. Le processus pour un chargeur intégré s’explique mieux par la conversion de l’alimentation en courant alternatif, ce qui entraîne le chargement de la batterie. La capacité des chargeurs embarqués est limitée par leur poids et leur taille, ainsi que par la capacité limitée des prises secteur à usage général. Les chargeurs hors carte dédiés peuvent être aussi gros et puissants que l’utilisateur peut se le permettre, mais ils nécessitent un retour au chargeur. Les chargeurs rapides peuvent être partagés par plusieurs véhicules.

L’utilisation de l’inverseur du moteur électrique permet aux enroulements du moteur d’agir en tant que bobines de transformateur, et à l’inverseur haute puissance existant en tant que chargeur CA / CC. Étant donné que ces composants sont déjà nécessaires sur la voiture et sont conçus pour prendre en charge toute capacité de puissance pratique, ils peuvent être utilisés pour créer une forme très puissante de chargeur embarqué sans poids ni taille supplémentaire significatif. AC Propulsion utilise cette méthode de charge, appelée « charge réductrice ».

Modes de fonctionnement
Un hybride plug-in fonctionne en modes de réduction de charge et de maintien de charge. Les combinaisons de ces deux modes sont appelées mode mixte ou mode mixte. Ces véhicules peuvent être conçus pour rouler sur une plage étendue en mode tout électrique, à basse vitesse uniquement ou à toutes les vitesses. Ces modes gèrent la stratégie de décharge de la batterie du véhicule et leur utilisation influe directement sur la taille et le type de batterie requis:

Le mode d’épuisement de la charge permet à un véhicule hybride rechargeable entièrement chargé de fonctionner exclusivement (ou selon le véhicule, presque exclusivement, sauf en cas d’accélération brusque) sur une alimentation électrique jusqu’à épuisement de la charge de la batterie jusqu’à un niveau prédéterminé, moment auquel la combustion interne du véhicule le moteur ou la pile à combustible sera engagé. Cette période est la gamme tout électrique du véhicule. C’est le seul mode de fonctionnement d’un véhicule électrique à batterie, d’où sa portée limitée.

Le mode mixte décrit un voyage utilisant une combinaison de plusieurs modes. Par exemple, une voiture peut commencer un voyage en mode d’appauvrissement de la charge à faible vitesse, puis entrer sur une autoroute et fonctionner en mode mixte. Le conducteur peut sortir de l’autoroute et conduire sans le moteur à combustion interne jusqu’à épuisement de la autonomie électrique. Le véhicule peut repasser en mode de maintien de la charge jusqu’à ce que la destination finale soit atteinte. Cela contraste avec un déclenchement épuisant la charge qui serait conduit dans les limites de la plage tout électrique d’un VHÉP.

Stockage d’énergie électrique
La taille optimale de la batterie varie selon que l’objectif est de réduire la consommation de carburant, les coûts de fonctionnement ou les émissions, mais une étude récente a conclu que « Le meilleur choix de la capacité de la batterie PHEV dépend essentiellement de la distance parcourue par le véhicule. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions de conduite en ville et des charges fréquentes tous les 10 miles ou moins, un PHEV de faible capacité dimensionné avec un AER (autonomie électrique) d’environ 7 miles serait un choix robuste pour réduire la consommation d’essence, le coût et les gaz à effet de serre. Pour une recharge moins fréquente, tous les 20 à 100 km, les PHEV libèrent moins de GES, mais les VHE sont plus rentables.  »

Les PHEV nécessitent généralement des cycles de charge et de décharge de la batterie plus profonds que les hybrides conventionnels. Étant donné que le nombre de cycles complets influe sur la durée de vie de la batterie, il peut s’avérer inférieur à celui des véhicules hybrides classiques qui n’épuisent pas leurs batteries aussi complètement. Cependant, certains auteurs affirment que les véhicules hybrides hybrides deviendront bientôt la norme dans l’industrie automobile. Les problèmes de conception et les compromis entre la durée de vie de la batterie, la capacité, la dissipation de chaleur, le poids, les coûts et la sécurité doivent être résolus. La technologie de batterie de pointe est en cours de développement, promettant des densités d’énergie plus importantes en masse et en volume, et l’espérance de vie de la batterie devrait augmenter.

Les cathodes de certaines batteries lithium-ion du début 2007 sont en oxyde de lithium-cobalt. Ce matériau est coûteux et les cellules qui en sont constituées peuvent libérer de l’oxygène en cas de surcharge. Si le cobalt est remplacé par des phosphates de fer, les cellules ne brûleront pas et ne libéreront pas d’oxygène quelles que soient les charges. Au début de 2007, les prix de l’essence et de l’électricité ont atteint un seuil de rentabilité après six à dix ans d’exploitation. La période de récupération peut être plus longue pour les hybrides rechargeables, en raison de leurs batteries plus grandes et plus chères.

Les batteries nickel-hydrure métallique et lithium-ion peuvent être recyclées; Toyota, par exemple, a mis en place un programme de recyclage en vertu duquel les concessionnaires reçoivent un crédit de 200 USD pour chaque batterie restituée. Cependant, les hybrides plug-in utilisent généralement des batteries plus volumineuses que les hybrides conventionnels comparables, et nécessitent donc plus de ressources. Pacific Gas and Electric Company (PG & E) a suggéré que les services publics pourraient acheter des batteries usagées à des fins de sauvegarde et de mise à niveau de la charge.Ils affirment que, même si ces batteries usagées ne sont peut-être plus utilisables dans les véhicules, leur capacité résiduelle a toujours une valeur significative. Plus récemment, General Motors (GM) a déclaré avoir été « approchée par les services publics intéressés par l’utilisation de batteries de Volt recyclées en tant que système de stockage d’énergie, un marché secondaire qui pourrait réduire le coût de la Volt et d’autres véhicules rechargeables pour les consommateurs » .

Les ultra-condensateurs (ou « supercondensateurs ») sont utilisés dans certains modèles hybrides enfichables, tels que le prototype du concept AFS Trinity, pour stocker rapidement l’énergie disponible avec leur densité de puissance élevée, afin de maintenir les batteries dans des limites de sécurité de chauffage et de prolonger leur durée de vie. L’UltraBattery du CSIRO combine un supercondensateur et une batterie au plomb dans une seule unité, créant une batterie de voiture hybride qui dure plus longtemps, coûte moins cher et est plus puissante que les technologies actuelles utilisées dans les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV).

Conversions de véhicules de production
Plusieurs entreprises convertissent des véhicules non hybrides fonctionnant aux combustibles fossiles en véhicules hybrides rechargeables:

La conversion du marché secondaire d’un hybride de production existant en un hybride plug-in) implique généralement l’augmentation de la capacité de la batterie du véhicule et l’ajout d’un chargeur CA à CC intégré. Idéalement, le logiciel du groupe motopropulseur du véhicule serait reprogrammé pour tirer pleinement parti de la capacité de stockage d’énergie et de la puissance de sortie supplémentaires du bloc-batterie.

De nombreuses conversions de véhicules électriques hybrides rechargeables ont été basées sur la Toyota Prius. Certains systèmes ont impliqué le remplacement de la batterie NiMH d’origine du véhicule et de son unité de commande électronique. D’autres ajoutent une batterie supplémentaire à la batterie d’origine.

Comparaison à des hybrides non-plug-in

Efficacité énergétique et déplacement de pétrole
Les hybrides rechargeables ont le potentiel d’être encore plus efficaces que les hybrides conventionnels, car une utilisation plus limitée du moteur à combustion interne du PHEV pourrait permettre une utilisation du moteur plus proche de son efficacité maximale. Alors qu’une Prius convertira probablement le carburant en énergie motrice avec un rendement moyen d’environ 30% (bien au-dessous du rendement maximal du moteur de 38%), le moteur d’un PHEV-70 fonctionnera beaucoup plus souvent près de son rendement maximal, car Les batteries peuvent répondre aux besoins modestes en énergie lorsque le moteur à combustion est forcé de fonctionner bien en dessous de son rendement maximal. Le rendement réel obtenu dépend des pertes dues à la production d’électricité, à l’inversion, au chargement / déchargement de la batterie, au contrôleur de moteur et au moteur lui-même, à la manière dont le véhicule est utilisé (son rapport cyclique) et aux possibilités de recharge en se connectant au réseau électrique.

Chaque kilowatt-heure de capacité de la batterie utilisée déplace jusqu’à 50 gallons américains de carburants à base de pétrole par an (essence ou diesel). En outre, l’électricité est multi-sources et, par conséquent, elle offre le plus haut degré de résilience énergétique.

L’économie de carburant réelle des véhicules hybrides hybrides dépend de leurs modes de fonctionnement du groupe motopropulseur, de leur autonomie entièrement électrique et de la durée de conduite entre deux charges. Si aucune essence n’est utilisée, l’équivalent essence par gallon (MPG-e) ne dépend que de l’efficacité du système électrique. Le premier vol PHEV de série fabriqué en série sur le marché américain, le Chevrolet Volt 2011, avec une autonomie entièrement électrique homologuée EPA de 56 km (56 km), et une autonomie supplémentaire étendue de 344 km (554 km uniquement pour l’essence) dispose d’un EPA Économie de carburant ville / route combinée de 93 MPG-e en mode tout électrique et de 37 mpg (6,4 L / 100 km) en mode essence uniquement, pour une consommation totale combinée essence-électricité l’équivalent (MPG-e) de 60 mpg (3,9 L / 100 km; 72 mpg). L’EPA a également inclus dans l’étiquette de consommation de carburant de la Volt un tableau indiquant la consommation de carburant et l’électricité consommée selon cinq scénarios différents: 121 km (30, 45, 60 et 75 miles) entre un scénario de pleine charge et un scénario de sans charge. Selon ce tableau, les économies de carburant atteignent 168 mpg (1,40 L / 100 km), équivalent (MPG-e) avec 45 km (72 km) parcourus par pleine charge.

Pour le label plus complet relatif à l’économie de carburant et à l’environnement qui sera obligatoire aux États-Unis à partir de l’année modèle 2013, la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) et l’Environmental Protection Agency (EPA) ont publié deux étiquettes distinctes d’économie de carburant pour les véhicules hybrides rechargeables, car PHEVS peut fonctionner selon deux ou trois modes de fonctionnement: tout électrique, mélange et essence uniquement. Une des étiquettes concerne les véhicules hybrides série ou électriques à autonomie étendue (comme la Chevrolet Volt), avec les modes tout électrique et à essence uniquement; et une deuxième étiquette pour mode hybride ou hybride série-parallèle, qui comprend une combinaison de fonctionnement à essence et électrique à brancher; et l’essence seulement, comme un véhicule hybride conventionnel.

La Society of Automotive Engineers (SAE) a mis au point sa pratique recommandée en 1999 pour tester et rendre compte de l’économie de carburant des véhicules hybrides. Un comité SAE étudie actuellement les procédures de test et de compte-rendu de la consommation de carburant des véhicules hybrides rechargeables. Le Toronto Atmospheric Fund a testé en 2008 dix véhicules hybrides rechargeables ayant atteint une moyenne de 5,8 litres au 100 km, soit 40,6 milles au gallon sur six mois, ce qui était considéré comme inférieur au potentiel de cette technologie.

Dans les essais en situation réelle avec des conducteurs normaux, certaines conversions de Prius PHEV pourraient ne pas générer une économie de carburant bien supérieure à celle des VHE. Par exemple, une flotte de Prius rechargeable, disposant chacune d’une autonomie entièrement électrique de 48 km (30 miles), n’a en moyenne que 4,6 L / 100 km (61 mi / gal) sur un parcours de 27 000 km ) à Seattle, et résultats similaires avec le même type de modèles de batterie de conversion à l’initiative Google RechargeIT. De plus, le bloc-batterie supplémentaire coûte entre 10 000 et 11 000 USD.

Les coûts d’exploitation
Une étude publiée en 2014 par des chercheurs de l’Université de Lamar, de l’Iowa State University et du Oak Ridge National Laboratory comparait les coûts de fonctionnement des véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) de différentes plages de mesure (10, 20, 30 et 40 miles) des véhicules conventionnels. véhicules à essence et véhicules hybrides électriques (HEV) pour différentes périodes de récupération, en tenant compte des différents niveaux de déploiement des infrastructures de charge et des prix de l’essence. L’étude a conclu que:

Les PHEV permettent d’économiser environ 60% ou 40% des coûts d’énergie, par rapport aux véhicules à essence conventionnels et aux véhicules hybrides hybrides, respectivement. Toutefois, pour les conducteurs parcourant un nombre important de kilomètres parcourus par jour (DVMT), les véhicules hybrides peuvent même être un meilleur choix que les véhicules hybrides rechargeables d’une autonomie de 64 km, en particulier lorsque l’infrastructure de charge publique est insuffisante.
Le coût supplémentaire de la batterie des hybrides rechargeables à grande batterie est difficile à justifier sur la base des économies supplémentaires réalisées sur les coûts de fonctionnement des PHEV, sauf si une subvention est offerte pour les PHEV à grande batterie.
Lorsque le prix de l’essence augmente de 4 USD à 5 USD par gallon, le nombre de conducteurs bénéficiant d’une batterie plus grande augmente de manière significative. Si le prix de l’essence est de 3 USD, un hybride rechargeable avec une autonomie de 16 km est l’option la moins coûteuse, même si le coût de la batterie est de 200 USD / kWh.
Bien que les chargeurs rapides permettent de réduire le temps de charge, ils ne contribuent que peu aux économies d’énergie réalisées par les PHEV, contrairement aux chargeurs de niveau 2.

Coût des piles
Les hybrides plug-in présentent les inconvénients suivants: coût supplémentaire, poids et taille d’un pack de batterie plus volumineux. Selon une étude réalisée en 2010 par le National Research Council, le coût d’un bloc de batteries lithium-ion est d’environ 1 700 USD / kW • h d’énergie utilisable, et dans la mesure où un PHEV-10 nécessite environ 2,0 kW • h et un PHEV-40 environ 8 kW • h, le coût estimé du fabricant de la batterie pour un PHEV-10 est d’environ 3 000 USD et il peut atteindre 14 000 USD pour un PHEV-40. Selon la même étude, même si les coûts devraient baisser de 35% d’ici 2020, la pénétration du marché devrait être lente et, par conséquent, les VHÉP ne devraient pas avoir d’impact significatif sur la consommation de pétrole ou les émissions de carbone avant 2030, à moins d’une avancée fondamentale dans les technologies des batteries. se produit.

Selon l’étude de 2010 du CNRC, bien qu’un kilomètre parcouru en électricité coûte moins cher qu’un trajet en essence, les économies de carburant à vie ne suffisent pas pour compenser les coûts initiaux élevés des plug-ins et il faudra des décennies avant que le seuil de rentabilité soit atteint. En outre, des subventions et des incitations gouvernementales de plusieurs centaines de milliards de dollars seront probablement nécessaires pour assurer une pénétration rapide du marché des plug-ins aux États-Unis.

Comparaison des coûts entre un PHEV-10 et un PHEV-40
(prix pour 2010)
Brancher 
taper par 
Gamme EV
Similaire 
production 
modèle
Type de
transmission
Fabricant 
supplément 
par rapport au conventionnel 
taille moyenne non hybride
Coût estimé 
de batterie
Coût de 
système électrique 
mise à niveau à la maison
Attendu 
de l’essence 
des économies 
par rapport 
à un VHE
Annuel 
de l’essence 
des économies 
par rapport 
vers un VHE (2)
PHEV-10 Prius Plug-in (1) Parallèle 6 300 USD 3 300 USD Plus de 1 000 USD 20% 70 gallons
PHEV-40 Chevy Volt Séries 18 100 USD 14 000 USD Plus de 1 000 USD 55% 200 gallons
Remarques: (1) Considère la technologie HEV utilisée dans la Toyota Prius avec une batterie plus grande. L’autonomie estimée de la Prius Plug-in tout électrique est de 23 km 
(2) En supposant que 15 000 miles par an.

Selon une étude réalisée en 2013 par le Conseil américain pour une économie efficace en énergie, le coût des batteries est passé de 1 300 USD par kilowatt heure en 2007 à 500 USD par kilowattheure en 2012. Le département américain de l’Énergie a fixé des objectifs de coûts pour sa recherche sur les batteries sponsorisée. 300 USD par kilowattheure en 2015 et 125 USD par kilowattheure d’ici 2022. Les réductions de coûts résultant des progrès de la technologie des batteries et des volumes de production plus importants permettront aux véhicules électriques rechargeables d’être plus compétitifs que les véhicules à moteur à combustion interne conventionnels.

Une étude publiée en 2011 par le Belfer Center de l’Université de Harvard a révélé que les économies de coûts d’essence réalisées par les voitures électriques rechargeables sur la durée de vie des véhicules ne compensaient pas leurs prix d’achat plus élevés. Cette constatation a été estimée en comparant leur valeur actuelle nette sur la durée de vie aux coûts d’achat et d’exploitation de 2010 pour le marché américain, sans tenir compte des subventions du gouvernement. Selon les estimations de l’étude, un PHEV-40 coûte 5 377 USD plus cher qu’un moteur à combustion interne classique, tandis qu’un véhicule électrique à batterie (BEV) coûte 4 819 USD plus cher. L’étude a également examiné l’évolution de cet équilibre au cours des 10 à 20 prochaines années, en supposant que les coûts de la batterie diminueraient alors que les prix de l’essence augmenteraient. Selon les scénarios futurs envisagés, l’étude a montré que les VEB seraient nettement moins onéreux que les voitures classiques (moins de 1 155 USD à 7 181 USD), tandis que les PHEV seraient plus chers que les BEV dans presque tous les scénarios de comparaison, et seulement moins coûteux que les voitures classiques. dans un scénario avec des coûts de batterie très bas et des prix élevés de l’essence. Les VEB sont plus simples à construire et n’utilisent pas de carburant liquide, alors que les véhicules hybrides rechargeables en couple possèdent des groupes motopropulseurs plus compliqués tout en ayant des moteurs à essence.

Émissions transférées aux centrales électriques
L’adoption des PHEV devrait entraîner une augmentation de la pollution dans certaines zones, mais la plupart des zones connaîtront une diminution. Une étude de l’ACEEE prédit que l’utilisation généralisée de PHEV dans des zones fortement dépendantes du charbon entraînerait une augmentation des émissions de dioxyde de soufre et de mercure locales, étant donné les niveaux d’émissions de la plupart des centrales à charbon alimentant actuellement le réseau. Bien que les technologies de charbon épuré puissent créer des centrales alimentant le réseau en électricité sans émettre de quantités importantes de ces polluants, le coût plus élevé de l’application de ces technologies peut faire augmenter le prix de l’électricité produite à partir du charbon. L’effet net sur la pollution dépend de la source de combustible du réseau électrique (fossile ou renouvelable, par exemple) et du profil de pollution des centrales elles-mêmes. Identifier, réguler et valoriser une source de pollution ponctuelle telle qu’une centrale – ou remplacer une centrale – peut également s’avérer plus pratique. Du point de vue de la santé humaine, réduire la pollution des grandes zones urbaines pourrait être considéré comme un avantage important.

Selon une étude réalisée en 2009 par la National Academy of Science, «les véhicules électriques et les véhicules hybrides dépendant du réseau ont présenté des dommages non climatiques légèrement supérieurs à ceux de nombreuses autres technologies». L’efficacité globale du transport d’énergie électrique a également une incidence sur l’efficacité des hybrides rechargeables. Aux États-Unis, les pertes de transport et de distribution ont été estimées à 7,2% en 1995 et à 6,5% en 2007. Selon l’analyse du cycle de vie des émissions de pollution atmosphérique, les véhicules fonctionnant au gaz naturel sont actuellement les moins émetteurs.

Structure tarifaire échelonnée pour les factures d’électricité
La consommation électrique supplémentaire nécessaire pour recharger les véhicules rechargeables pourrait pousser de nombreux ménages situés dans des zones ne bénéficiant pas de tarifs hors pointe, dans la tranche de prix la plus élevée et nuire aux avantages financiers. Les clients bénéficiant de tels tarifs pourraient réaliser d’importantes économies en faisant attention au moment du chargement du véhicule, par exemple en utilisant une minuterie pour limiter le chargement aux heures creuses. Ainsi, une comparaison précise de l’avantage nécessite que chaque ménage évalue son niveau actuel d’utilisation de l’électricité et ses tarifs comparés au coût de l’essence et au coût de fonctionnement réel observé du véhicule en mode électrique.

Les émissions de gaz à effet de serre
L’effet des PHEV sur les émissions de serre est complexe. Les véhicules hybrides rechargeables fonctionnant en mode tout électrique n’émettent pas de polluants nocifs au tuyau d’échappement de la source d’alimentation embarquée. L’avantage de l’air pur est généralement local car, selon la source d’électricité utilisée pour recharger les batteries, les émissions de polluants atmosphériques sont déplacées vers l’emplacement des centrales. De même, les PHEV ne dégagent pas de gaz à effet de serre de la source d’énergie embarquée, mais du point de vue d’une évaluation approfondie, l’ampleur de l’avantage dépend également du carburant et de la technologie utilisés pour la production d’électricité. Dans la perspective d’une analyse du cycle de vie complet, l’électricité utilisée pour recharger les batteries doit être générée à partir de sources à émission zéro telles que les énergies renouvelables (telles que l’énergie éolienne, l’énergie solaire ou l’hydroélectricité) ou l’énergie nucléaire pour que les VÉV ne produisent pratiquement aucun ou zéro puits. émissions à la roue. D’autre part, lorsque les véhicules à combustion lente sont rechargés à partir de centrales au charbon, ils produisent généralement un peu plus de gaz à effet de serre que les véhicules à moteur à combustion interne. Dans le cas d’un véhicule électrique hybride rechargeable fonctionnant en mode hybride avec assistance du moteur à combustion interne, les émissions d’échappement et les émissions de gaz à effet de serre sont inférieures à celles des voitures classiques en raison de leur plus faible consommation de carburant.

Évaluations du cycle de vie de l’énergie et des émissions

Argonne
En 2009, des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne ont adapté leur modèle GREET afin d’effectuer une analyse complète de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre (GES) des véhicules électriques hybrides rechargeables selon plusieurs scénarios, en prenant en compte différents paramètres embarqués. carburants et différentes sources de production d’électricité pour recharger les batteries du véhicule. Trois régions des États-Unis ont été sélectionnées pour l’analyse, à savoir la Californie, New York et l’Illinois, dans la mesure où elles comprennent les principales zones métropolitaines avec des variations significatives de leurs sources de production d’énergie. Les résultats de l’analyse du cycle complet ont également été rapportés pour le mix de production américain et l’électricité renouvelable afin d’examiner les cas de mélanges moyens et propres, respectivement. Cette étude de 2009 a montré une large dispersion de l’utilisation du pétrole et des émissions de GES parmi les différentes technologies de production de combustible et les différents modèles de production de réseau. Le tableau suivant résume les principaux résultats:

PHEV well-to-wheel Consommation d’énergie du pétrole et émissions de gaz à effet de serre
pour une plage tout électrique entre 16 et 64 km (10 et 40 miles) avec différents carburants embarqués. (1)
(en% par rapport à un véhicule à moteur à combustion interne utilisant de l’essence à carburant fossile)
Une analyse Essence reformulée
et diesel à très faible teneur en soufre
Carburant E85 de
maïs et panic raide
Pile à combustible
hydrogène
Réduction de la consommation d’énergie du pétrole 40–60% 70–90% plus de 90%
Réduction des émissions de GES (2) 30–60% 40–80% 10–100%
Source: Centre de recherche sur les transports, Laboratoire national d’Argonne (2009). Voir le tableau 1. Notes: (1) Simulations pour 2020 
avec PHEV, année de modèle 2015. (2) Aucune modification de l’utilisation des terres, directe ou indirecte, incluse dans l’analyse WTW pour les matières premières de carburant de biomasse.

L’étude Argonne a révélé que les véhicules hybrides hybrides rechargeables réduisaient la consommation d’énergie tirée du pétrole par rapport aux véhicules électriques hybrides classiques.Plus d’économies d’énergie pétrolière ainsi que plus de réductions des émissions de GES ont été réalisées avec l’augmentation de la gamme tout électrique, sauf lorsque l’électricité utilisée pour la recharge était dominée par la production d’électricité au charbon ou au mazout. Comme prévu, l’électricité d’origine renouvelable a entraîné les réductions les plus importantes de la consommation d’énergie du pétrole et des émissions de gaz à effet de serre pour tous les véhicules hybrides rechargeables tout en augmentant la gamme tout électrique. L’étude a également conclu que les véhicules rechargeables utilisant des carburants à base de biomasse (biomasse-E85 et hydrogène) pourraient ne pas réaliser d’avantages en termes d’émissions de GES par rapport aux hybrides ordinaires si la production d’électricité était dominée par des sources fossiles.

Oak Ridge
Une étude réalisée en 2008 par des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory a analysé la consommation d’huile et les émissions de gaz à effet de serre (GES) des véhicules hybrides rechargeables par rapport aux véhicules électriques hybrides selon plusieurs scénarios pour les années 2020 et 2030. L’étude a examiné le mélange de sources d’énergie pour 13 États-Unis. régions qui seraient utilisées lors de la recharge des véhicules, généralement une combinaison de charbon, de gaz naturel et d’énergie nucléaire, et dans une moindre mesure, des énergies renouvelables. Une étude réalisée en 2010 au Laboratoire national d’Argonne a abouti à des conclusions similaires, concluant que les VHÉP réduiraient la consommation de pétrole mais pourraient produire des émissions de gaz à effet de serre très différentes pour chaque région en fonction du mix énergétique utilisé pour générer de l’électricité afin de recharger les hybrides rechargeables.

Agence de Protection de l’Environnement
En octobre 2014, l’Environmental Protection Agency des États-Unis a publié l’édition 2014 de son rapport annuel intitulé « Tendances dans les domaines de la technologie automobile légère, des émissions de dioxyde de carbone et de l’économie de carburant ». Pour la première fois, le rapport présente une analyse de l’impact des véhicules à carburant de remplacement, l’accent étant mis sur les véhicules électriques rechargeables car, leur part de marché approchant les 1%, les PEV ont commencé à avoir un impact mesurable sur le nouveau véhicule à carburant américain. économie et émissions de CO2.

Le rapport de l’EPA incluait l’analyse de 12 voitures de tourisme 100% électriques et de 10 hybrides rechargeables disponibles sur le marché comme année modèle 2014. Afin de permettre une estimation précise des émissions, l’analyse a pris en compte les différences de fonctionnement entre ces PHEV comme le La Chevrolet Volt peut fonctionner en mode tout électrique sans utiliser d’essence, et celles qui fonctionnent en mode mixte comme la Toyota Prius PHV, qui utilise à la fois l’énergie stockée dans la batterie et celle du réservoir d’essence pour propulser le véhicule, mais cela peut fournir une conduite tout électrique substantielle en mode mixte. De plus, étant donné que la gamme tout électrique des hybrides rechargeables dépend de la taille de la batterie, l’analyse introduit un facteur d’utilité qui permet de projeter en moyenne le pourcentage de kilomètres parcourus à l’électricité (en énergie électrique). seuls et combinés) par un conducteur moyen. Le tableau ci-dessous indique l’économie totale de carburant VÉ / hybride exprimée en miles par gallon d’équivalent essence (mpg-e) et le facteur d’utilité des dix hybrides rechargeables MY2014 disponibles sur le marché américain. L’étude a utilisé le facteur d’utilité (car en mode EV pur, il n’ya pas d’émission de tuyau d’échappement) et la meilleure estimation de l’EPA des émissions de CO2 produites par ces véhicules dans les conditions réelles de fonctionnement en ville et sur route, sur la base de la méthodologie du label EPA à 5 cycles, en utilisant une conduite pondérée de 55% en ville et de 45% sur autoroute. Les résultats sont présentés dans le tableau suivant.

En outre, l’EPA a comptabilisé les émissions de CO2 en amont associées à la production et à la distribution de l’électricité nécessaire pour recharger les PHEV. Comme la production d’électricité aux États-Unis varie considérablement d’une région à l’autre, l’EPA a envisagé trois scénarios / fourchettes avec la limite inférieure de la fourchette correspondant au facteur d’émission de la centrale californienne, le milieu de la fourchette correspondant au facteur d’émission moyen national, et l’extrémité supérieure de la plage correspondant au facteur d’émission de la centrale pour les Rocheuses. L’EPA estime que les facteurs d’émission de gaz à effet de serre de l’électricité pour diverses régions du pays varient de 346 g CO2 / kWh en Californie à 986 g CO2 / kWh dans les Rocheuses, avec une moyenne nationale de 648 g CO2 / kWh. . Le tableau ci-dessous présente les émissions d’échappement et les émissions combinées d’échappement et d’amont pour chacun des 10 véhicules hybrides rechargeables de la saison 2014 disponibles sur le marché américain.

Bureau Nationale de la Recherche Economique
La plupart des analyses d’émission utilisent des taux d’émission moyens dans toutes les régions au lieu d’une production marginale à différentes heures de la journée. La première approche ne prend pas en compte le mix de production au sein de marchés de l’électricité interconnectés et l’évolution des profils de charge tout au long de la journée. Une analyse de trois économistes affiliés au National Bureau of Economic Research (NBER), publiée en novembre 2014, a mis au point une méthodologie permettant d’estimer les émissions marginales de la demande d’électricité qui varient selon le lieu et l’heure de la journée aux États-Unis. L’étude a utilisé les données sur les émissions et la consommation de 2007 à 2009, ainsi que les spécifications de la Chevrolet Volt (autonomie entièrement électrique de 56 km). L’analyse a révélé que les taux d’émission marginaux sont plus de trois fois plus élevés dans le Haut-Midwest que dans l’ouest des États-Unis et que, dans certaines régions, les débits sont plus de deux fois supérieurs à ceux de certaines heures de la journée. En appliquant les résultats de l’analyse marginale aux véhicules électriques rechargeables, les chercheurs du NBER ont constaté que les émissions de PEV en charge variaient selon les régions et les heures de la journée. Dans certaines régions, telles que l’ouest des États-Unis et le Texas, les émissions de CO2 par kilomètre généré par la conduite de VPE sont inférieures à celles générées par la conduite d’une voiture hybride. Cependant, dans d’autres régions, telles que le Haut-Midwest, le fait de charger pendant les heures recommandées de minuit à 4 heures du matin implique que les VÉV génèrent plus d’émissions par kilomètre que la moyenne des voitures actuellement sur la route.Les résultats montrent une tension fondamentale entre la gestion de la charge d’électricité et les objectifs environnementaux, car les heures où l’électricité est la moins chère à produire tendent à être celles qui produisent les plus grandes émissions. Cela est dû au fait que les centrales au charbon, qui ont des taux d’émission plus élevés, sont le plus souvent utilisées pour répondre à la demande d’électricité de base et hors pointe; tandis que les unités de gaz naturel, qui ont des taux d’émission relativement bas, sont souvent mises en ligne pour répondre à la demande de pointe. Ce schéma de changement de combustible explique pourquoi les taux d’émission ont tendance à être plus élevés la nuit et plus bas pendant les périodes de forte demande matin et soir.