Comment fonctionne une voiture hybride rechargeable ?

Dans une motorisation hybride, le moteur à combustion interne et le moteur électrique peuvent fonctionner à tour de rôle ou simultanément. Un système électronique de pointe se charge de gérer automatiquement la répartition des rôles en fonction des conditions de conduite. Cependant, le conducteur peut à tout moment changer le type de traction en sélectionnant le mode de conduite approprié sur le tableau de bord. Voici dans cet article comment fonctionne une voiture hybride rechargeable PHEV. 

Les principaux composants d’une motorisation hybride rechargeable

Le système d’entraînement d’une voiture plug-in hybride se compose des éléments suivants : 

• Un moteur à combustion interne (essence ou diesel).
• Un ou plusieurs moteurs électriques, selon l’architecture de traction du véhicule.
• Une batterie de traction haute tension (généralement de type lithium-ion).
• Un système de gestion électronique pour contrôler le fonctionnement des différents organes : calculateur moteur ECU, système de contrôle de batterie BMS, électronique de puissance… 
• Un répartiteur de puissance pour arbitrer la source d’énergie (thermique ou électrique).
• Une boîte de transmission, plusieurs types sont disponibles : transmission à variation continue électronique e-CVT, boîte robotisée à double embrayage, transmission automatique à convertisseur de couple, boîte intelligente multi-mode, etc.
•  Un chargeur embarqué (OBC) avec convertisseur de courant AC/DC.
• Un onduleur pour convertir le courant continu de l’énergie stockée dans la batterie en courant alternatif pour alimenter le moteur électrique.

Un générateur pour convertir l’énergie cinétique en électricité (système de récupération de l’énergie cinétique SREC ou freinage régénératif).

Fonctionnement d’une voiture hybride rechargeable : le mode thermique

Les voitures hybrides rechargeables sont généralement équipées d’un moteur à combustion interne de type essence, le diesel étant rarement utilisé. En mode de traction thermique, le moteur à combustion interne est en marche, tandis que le moteur électrique est principalement à l’arrêt. Dans ce cas, la voiture fonctionne de la même manière qu’un véhicule thermique ordinaire. Ce mode est généralement activé lorsque le véhicule roule à grande vitesse.  Avec les véhicules hybrides PHEV Toyota, le moteur thermique augmente la puissance et l’autonomie sur les longues distances tout en rechargeant la batterie en roulant.

Le mode électrique

Dans une hybride rechargeable, le moteur électrique est généralement placé entre le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses. Cela dit, on peut également retrouver un système alliant un moteur de traction électrique et un alterno-démarreur. Par ailleurs, dans les véhicules haut de gamme et les SUV hybrides rechargeables, le système d’entraînement électrique peut comporter deux moteurs (un par essieu). 

Quelle que soit l’architecture de traction, le moteur électrique est activé par défaut lors du démarrage, car il délivre instantanément son couple maximal. Il est également utilisé lorsque le véhicule roule à petite vitesse. Le mode de traction électrique est idéal pour une conduite urbaine, car il offre plusieurs avantages : zéro émission, silence, accélérations vives, etc.  

Le mode mixte

Selon les besoins, le système de gestion électronique peut éventuellement actionner le moteur électrique pour optimiser le rendement du moteur thermique ou fournir un supplément de puissance. Par exemple, en cas de dépassement d’un autre véhicule, le moteur électrique vient en soutien du moteur thermique pour booster la puissance du véhicule. On parle dans ce cas d’une traction hybride parallèle. 

Dans une traction hybride de série, le moteur électrique entraîne les roues, tandis que le moteur thermique recharge la batterie.

Comment recharger une voiture hybride rechargeable ?

Une voiture hybride rechargeable se recharge de la même manière qu’un véhicule tout-électrique sur : 

• Une prise domestique (classique ou renforcée).
• Une installation de recharge de type Wallbox.
• Une borne publique.

Généralement, les prises domestiques et les bornes de recharge standards délivrent de l’électricité sous forme de courant alternatif AC. Étant donné que la batterie stocke l’énergie électrique en courant continu DC, le courant alternatif est converti en courant continu au niveau du chargeur embarqué. 

Par ailleurs, les bornes de recharge rapide intègrent un convertisseur AC/DC et fournissent directement de l’énergie électrique en courant continu. La conversion du courant alternatif en continu, se faisant à l’extérieur du véhicule, permet de contourner le chargeur embarqué. D’autant plus que la puissance de conversion des bornes de recharge rapide est nettement plus élevée que celle des chargeurs embarqués. Cela permet d’accélérer le processus et de réduire le temps de recharge à 30 minutes pour 80 % d’autonomie.

Notons aussi que le moteur thermique et le système de freinage régénératif contribuent à recharger partiellement la batterie en roulant. 

Le temps de recharge d’un véhicule hybride rechargeable

Généralement, le temps de recharge d’une voiture hybride dépend de plusieurs éléments : 

1. Le courant de recharge (AC ou DC).
2. La puissance de la borne de recharge. 
3. La puissance du chargeur embarqué.
4. L’intensité de courant maximale que le câble de recharge peut supporter. 
5. La capacité et l’état de la batterie.
6. La température ambiante.   

Par ailleurs, la vitesse de recharge d’un véhicule hybride rechargeable n’est pas linéaire. Elle est généralement plus rapide lorsque la batterie est en décharge profonde.

Ce qu’il faut retenir

Une voiture plug-in hybride repose sur le fonctionnement harmonieux de deux moteurs : thermique et électrique. Un système électrique se charge de sélectionner automatiquement la source d’énergie de la traction. 

Généralement, le mode électrique est activé par défaut lors du démarrage et à petite vitesse. Le mode thermique est activé sur les longs trajets et à vitesse élevée. Selon les conditions de conduite, le système de gestion électronique peut actionner les deux moteurs en même temps afin de booster la puissance du véhicule. 

La recharge d’une voiture hybride PHEV se fait de la même manière qu’un véhicule 100 % électrique (VE). Cela dit, la batterie peut également se recharger en roulant grâce au moteur thermique et au système de frein régénératif. 

Notez qu’une voiture hybride rechargeable ne peut pas rouler sur de grandes distances sans essence. En effet, les différentes configurations de traction électrique et hybride doivent fonctionner en alternance avec le moteur à combustion interne.