Le véhicule hybride et électrique : cours de Bac pro MV

Tu as déjà étudié les circuits électriques du véhicule, le multiplexage et les aides à la conduite. Ce chapitre s'appuie sur ces trois notions : un véhicule hybride ou électrique est d'abord un véhicule dont l'énergie électrique prend une place centrale, et dont de nombreux calculateurs dialoguent sur des réseaux multiplexés pour décider quelle énergie utiliser.

Le diplôme que tu prépares couvre la maintenance préventive, la maintenance corrective et le diagnostic d'un premier niveau de complexité, sur des véhicules à motorisation thermique, hybride ou électrique ². Autrement dit, ces véhicules ne sont pas une option exotique : ils font partie du métier.

Le référentiel demande de connaître les fonctions d'un système et de ses sous-systèmes, ainsi que les solutions techniques associées aux liaisons mécaniques, électriques, hydrauliques et pneumatiques ¹. Pour un véhicule hybride, cela veut dire : savoir ce que fait chaque ensemble (stocker, produire, transformer, transmettre l'énergie), avant de savoir comment il est réalisé.

Dans ce cours, tu vas :

• définir précisément ce qu'est un véhicule hybride et un véhicule électrique ;
• distinguer les grandes architectures ;
• comprendre la récupération d'énergie au freinage ;
• faire des calculs d'ordre de grandeur utiles à l'atelier ;
• construire une démarche de raisonnement pour un diagnostic.

Le principe de l'hybridation est un compromis. On cherche à garder l'avantage de chaque type de moteur tout en limitant ses défauts ⁵. Le moteur thermique apporte une grande quantité d'énergie dans un petit volume de carburant ; le moteur électrique apporte un fonctionnement souple et sans émission à l'endroit où le véhicule roule. Cette complémentarité explique que ces véhicules puissent accéder à des lieux qui leur seraient fermés avec un seul moteur thermique, pour des raisons de pollution, de réseau inadapté ou de discrétion ⁵.

Il n'existe pas une seule façon d'associer un moteur électrique et un moteur thermique. On classe les hybrides selon l'importance de leur partie électrique et selon la manière dont elle est combinée au moteur thermique ; la désignation exacte change d'un constructeur à l'autre et d'une source à l'autre ⁶. Retiens donc le raisonnement plus que l'étiquette.

Dans une configuration série, le moteur thermique ne pousse pas directement le véhicule : il entraîne un groupe électrogène, et c'est l'électricité qui alimente le moteur de traction. Une voiture comme la Chevrolet Volt fonctionne la plupart du temps ainsi, et le groupe électrogène sert aussi à recharger la batterie ⁶. Dans une configuration parallèle, les deux moteurs peuvent agir ensemble sur la transmission. Certaines voitures combinent les deux : on parle alors d'architecture série-parallèle. Le Lexus RX400h, par exemple, associait un groupe hybride série-parallèle sur les roues avant à un moteur électrique sur les roues arrière ⁶.

Quand un véhicule freine, son énergie de mouvement doit disparaître. Avec des freins classiques, elle part en chaleur dans les garnitures et les disques : elle est perdue. Sur un véhicule électrique ou hybride, on peut en récupérer une partie.

Ce mécanisme explique aussi une partie de l'intérêt des gros hybrides : leur batterie de traction doit être rechargée par le moteur thermique ou grâce au freinage régénératif, qui joue alors le rôle de frein moteur ⁵.

Pour toi, en atelier, l'idée à retenir est celle-ci : le ralentissement du véhicule peut être produit par la machine électrique et non par les freins. Conséquence de raisonnement : un freinage qui paraît « bizarre » ne vient pas forcément du circuit de freinage hydraulique, il peut venir de la gestion électrique.

Tout véhicule à moteur thermique peut recevoir un système qui coupe le moteur à l'arrêt, puis le redémarre automatiquement ⁶. Sur un véhicule non hybride, l'alternateur et le démarreur classiques sont alors remplacés par un alterno-démarreur, ou par un démarreur renforcé qui demande une batterie assez puissante dont la durée de vie est réduite ⁶.

Le référentiel te demande de raisonner en fonctions d'un système et de sous-systèmes ¹. Pour un véhicule hybride ou électrique, la chaîne d'énergie se décrit en quatre fonctions que tu retrouveras dans tous les schémas, quel que soit le constructeur.

Le titulaire de ce diplôme pose des diagnostics puis remet en état les ensembles mécaniques, les motorisations et les systèmes pilotés par l'électronique, y compris ceux qui communiquent en multiplexage ². Le descriptif de la formation ajoute la recherche des pannes mécaniques, électriques et électroniques, avec des outils et des logiciels dédiés ⁴. Ces savoir-faire valent aussi pour les véhicules hybrides et électriques : tu dois suivre les évolutions techniques de ces véhicules ⁴.

La formation prévoit d'ailleurs des travaux pratiques interactifs sur la sécurité électrique et sur les véhicules électriques et hybrides ². La sécurité n'est donc pas un détail : avant toute intervention sur la partie électrique, tu appliques les consignes de ton établissement et de ton entreprise, et tu n'interviens que dans le cadre de l'habilitation dont tu disposes.

Quelques relations suffisent pour juger si un résultat est plausible.

• Énergie électrique : $E = P \times t$, avec $E$ en kWh, $P$ en kW et $t$ en h.
• Autonomie électrique : $d = \dfrac{E_{\text{batterie}}}{c} \times 100$, avec $c$ la consommation en kWh aux 100 km.
• Énergie de mouvement : $E_c = \dfrac{1}{2} m v^2$, avec $m$ en kg, $v$ en m/s et $E_c$ en joules.
• Conversion : $1\ \text{kWh} = 3\,600\,000\ \text{J}$ et $v\ (\text{m/s}) = v\ (\text{km/h}) \div 3{,}6$.