L’électrification du groupe motopropulseur des véhicules est une des clés de la mobilité durable et l’hybridation avec des moteurs thermiques est de plus en plus répandue. Dans ce contexte, l’hybridation légère « à 48 volts » est une option à faible coût, flexible et simple à intégrer, avec des contraintes de sécurité allégées et des performances remarquables.
Néanmoins, les systèmes 48 volts sont généralement destinés à des niveaux de puissance relativement faibles, ne pouvant offrir qu’un couple d’assistance pour la propulsion et une récupération limitée d’énergie de freinage. Ces limitations sont le résultat de l’utilisation de la basse tension du côté de la source (batterie) et du côté de la charge (moteur électrique).
Une approche innovante a été conduite par une équipe d’enseignants-chercheurs et d’élèves d’IFP School sur la base d’un projet de fin d’études du programme Powertrain Engineering : une démarche d’optimisation qui combine une structure améliorée du groupe motopropulseur avec une stratégie dynamique de la gestion énergétique. Cette combinaison permet de surmonter les limitations initiales et de fonctionner à des puissances électriques élevées jusqu’à permettre une propulsion tout électrique en milieu urbain pour un véhicule à hybridation légère[1].
Transmettre une forte puissance à basse tension impose des contraintes sévères sur la batterie et sur le moteur électrique : stress thermique et vieillissement prématuré, forts courants et pertes considérables. L’analyse approfondie de ces contraintes a conduit à séparer leurs dynamiques et à les distribuer sur les différents composants du système énergétique embarqué.
Au niveau de la source, il a été décidé de combiner une source de puissance (supercondensateur) pour satisfaire les dynamiques rapides et une source d’énergie (batterie 48 V) pour satisfaire les dynamiques lentes. Quant à la charge, elle est assumée par deux moteurs électriques judicieusement dimensionnés et positionnés (figure 1).
Cette configuration a été complétée par la mise en place d’une stratégie dynamique de gestion énergétique durant tout le cycle de conduite (figure 2). En fonction des performances requises, des objectifs de réduction de consommation et de l’état de charge de la batterie, l’architecture fonctionnelle du groupe motopropulseur s’auto-adapte en temps réel. La stratégie de gestion énergétique peut alors faire appel au mode tout électrique (MG1+MG2), au mode hybride série (MG2), au mode hybride parallèle (ICE+MG2) ou au mode thermique conventionnel (ICE).
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MG : Moteur/Générateur ; ICE : Moteur thermique
(Internal Combustion Engine) ;
CVT : Transmission à variation continue ; CL : Clutch (embrayage)
L’architecture de propulsion et la stratégie de gestion énergétique proposées offrent une très grande flexibilité de fonctionnement avec la possibilité de réduire la consommation et les émissions de polluants à coût réduit, avec une intégration simplifiée.
Sur la base de ces résultats, un nouveau projet en cours s’intéresse à la possibilité d’utiliser le système 48 volts à des niveaux de puissance très élevés, adaptés au véhicule tout électrique urbain.
[1] O. El Ganaoui-Mourlan, E. Miliani, D. Carlos Da Silva, M. Couillandeau et al., Design of a Flexible Hybrid Powertrain Using a 48 V-Battery and a Supercapacitor for Ultra-Light Urban Vehicles, SAE Technical Paper 2020-01-0445, 2020
>> DOI: 10.4271/2020-01-0445
Contact scientifique : el-hadj.miliani@ifpen.fr
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