Véhicule hybride et électrique : exercices corrigés de Bac pro

Rappelle la définition : un véhicule hybride fait appel à plusieurs sources d'énergie distinctes pour se mouvoir.⁵

Véhicule A : le système de coupure et de redémarrage automatiques ne change pas la nature du véhicule. Son moteur électrique, parfois appelé « micro-hybride », ne sert pas à déplacer le véhicule, à cause d'une conception inadaptée et d'une faible puissance.⁶ A reste donc un véhicule thermique et n'est pas un hybride au sens strict.

Véhicule B : un moteur thermique et un moteur électrique contribuent à la traction. C'est l'architecture la plus répandue pour l'hybride électrique.⁶ B est un hybride.

Véhicule C : c'est un hybride rechargeable, qui se recharge sur le réseau électrique et roule en tout électrique pour de petits trajets.⁶ C est un hybride.

Véhicule D : il combine une assistance électrique et l'énergie musculaire du cycliste. Les vélos à assistance électrique figurent parmi les plateformes citées pour les véhicules hybrides.⁵ On le classe donc aussi dans les hybrides, mais ce n'est pas un véhicule d'atelier automobile.

Écris la relation entre énergie et distance : $d = \dfrac{E}{c} \times 100$ avec $E$ l'énergie utilisable en kWh et $c$ la consommation en kWh/100 km.

Remplace par les données : $d = \dfrac{12}{16} \times 100$.

Calcule : $\dfrac{12}{16} = 0{,}75$, donc $d = 0{,}75 \times 100 = 75\ \text{km}$.

Vérifie l'ordre de grandeur : cette distance couvre largement les petits trajets quotidiens, ce qui correspond à l'usage du mode tout électrique d'un hybride rechargeable.⁶

Identifie la donnée : $6{,}0\ \text{L}$ pour $100\ \text{km}$, soit $0{,}06\ \text{L}$ par kilomètre.

Multiplie par la distance : $V = 0{,}06 \times 450$.

Calcule : $V = 27\ \text{L}$.

Contrôle : $4{,}5 \times 6 = 27$, on retrouve le même résultat.

Écris la formule : $P = U \times I$.

Remplace : $P = 400 \times 150 = 60\,000\ \text{W}$.

Convertis en kilowatts : $60\,000\ \text{W} = 60\ \text{kW}$.

Pour la question 2, calcule l'énergie : $E = 60\ \text{kW} \times \dfrac{30}{3600}\ \text{h} = 0{,}5\ \text{kWh}$. C'est une petite fraction des $12\ \text{kWh}$ d'une batterie comme celle de l'exercice précédent : une courte accélération ne la vide pas.

Convertis la vitesse : $72\ \text{km/h} = \dfrac{72}{3{,}6} = 20\ \text{m/s}$.

Calcule l'énergie cinétique : $E_c = \dfrac{1}{2} \times 1\,500 \times 20^2 = 0{,}5 \times 1\,500 \times 400 = 300\,000\ \text{J}$.

Applique le rendement de récupération : $300\,000 \times 0{,}60 = 180\,000\ \text{J}$.

Convertis en kilojoules : $180\,000\ \text{J} = 180\ \text{kJ}$.

Client 1 : il peut brancher le véhicule chaque nuit et ses trajets sont courts. L'hybride rechargeable convient, car il se recharge sur le réseau et roule en tout électrique sur de petits trajets.⁶

Client 2 : il ne peut pas brancher le véhicule. Un hybride non rechargeable convient : la batterie se recharge par le moteur thermique ou par le freinage régénératif,⁵ sans prise.

Client 3 : le système de coupure et de redémarrage automatiques du moteur à l'immobilisation répond à son besoin. Il fonctionne avec un alterno-démarreur ou un démarreur renforcé.⁶

Vérifie la cohérence : seuls les clients 1 et 2 obtiennent un véhicule dont le moteur électrique contribue à la traction ; le client 3 reste en thermique.

Calcule la part de batterie à remplir : $100\ \% - 20\ \% = 80\ \%$, soit $0{,}8 \times 12 = 9{,}6\ \text{kWh}$ à stocker.

Tiens compte du rendement : l'énergie prélevée sur le réseau est $\dfrac{9{,}6}{0{,}8} = 12\ \text{kWh}$.

Calcule la durée : $t = \dfrac{12\ \text{kWh}}{3\ \text{kW}} = 4\ \text{h}$.

Contrôle : en recharge de nuit, 4 heures tiennent largement dans la durée d'une nuit, ce qui correspond à l'usage décrit pour les hybrides rechargeables.⁶