Passat GTE / Golf GTE / A3 e-Tron : détail de leur motorisation hybride rechargeable

[Motorisation] Passat GTE / Golf GTE / A3 e-Tron : détail de leur motorisation hybride rechargeable

Il est grand temps pour HybridLife de se pencher sur la technologie de la motorisation hybride rechargeable qui équipe Audi A3 e-Tron, Volkswagen Golf GTE et Volkswagen Passat GTE, c'est à dire des véhicules de la plateforme MQB.
Il s'agit d'une motorisation qui combine un moteur essence turbo 1,4L TSI, et un moteur électrique, associé par une boîte de vitesse type double embrayage (DSG) 6 vitesses DQ400e.
À noter que la puissance diffère en fonction des modèles :
  • Volkswagen Golf GTE / Audi A3 e-tron :
    le moteur 1,4L TSI développe 150 ch, le moteur électrique 75 kW (102 ch), soit une puissance totale de 205 ch.
    la batterie lithium-ion a une capacité de 8,7 kWh

  • Volkswagen Passat GTE :
    le moteur 1,4L TSI développe 156 ch, le moteur électrique 85 kW (115 ch), soit une puissance totale de 218 ch.
    la batterie lithium-ion a une capacité de 9,9 kWh
Volkswagen-GTE-Motorisation-Architecture.jpg


Au niveau de la disposition, c'est un système de traction, ce qui diffère beaucoup de ses concurrents hybride rechargeable européen (BMW 225xe, Volvo XC90 T8 ou futur DS7 e-Tense...). En effet, ces derniers préfèrent de garder le bloc thermique à l'avant et le bloc électrique à l'arrière, ce qui rend plus aisé l'intégration et le compatibilité avec les versions thermiques, et de pouvoir annoncer une capacité 4x4.
Mais la disposition de Volkswagen, ajouté au fait que la batterie soit intégrée sous la banquette arrière, a l'avantage de préserver les espaces du coffre/sous coffre.
Volkswagen-Passat-GTE-Architecture.jpg


Sur ce point, il faut apprécier l'excellente anticipation de Volkswagen dans le développement de la plateforme MQB, quand on compare à ce qui est arrivé au coffre de Toyota Prius rechargeable développée sur la plateforme TNGA.
MQB_Motorisations.JPG


D'autre part, ce qui est intéressant, c'est que Volkswagen a adopté une stratégie modulaire "Kit d'assemblage" pour concevoir ses composants de voiture hybride : un moteur thermique peut être amené à se coupler avec n'importe quel moteur électrique ou de transmission de la gamme, être hybride ou hybride rechargeable...en fonction des besoins du marché local.

Volkswagen_Hybrid_Assembly_Kit.JPG


Cependant, cette modularité est payé au prix d'une moins bonne efficacité énergétique qu'une motorisation hybride conçue avec une transmission dédiée pour un moteur thermique donné et des moteurs électriques bien définis, car la transmission ne peut pas être optimisée physiquement pour un moteur donné.


Transmission DQ400e

Développé spécialement pour la motorisation hybride, elle a été présentée pour la première fois en 2012, à bord de la Golf VI (lirel'essai de Automobile magazine). Le moteur électrique est intégré dans la boîte de vitesse.

Volkswagen_DQ400e_Technical_Illustration.JPG


Bien qu'elle soit souvent assimilée à une boîte double embrayage, en réalité, elle est une boîte triple embrayage.
  • 2 embrayages K1/K2 qui peuvent chacun supporter jusqu'à 400 N.m de couple
  • 1 embrayage K0 qui sert à déconnecter le moteur thermique en mode 100% électrique, conçu pour 350 N.m
    Il est situé entre le rotor et l'arbre de sortie
Volkswagen_DQ400e.jpg

Dans la vidéo de fonctionnement de la transmission DQ400e, on peut noter qu'outre les étapes de transition, on a mel'embrayage K0 ouvert en mode 100% électrique, et le mode où le moteur essence est synchronisé avec le moteur électrique.
Volkswagen_DQ400e_Engine_Stationary.JPG

Volkswagen_DQ400e_Engine_Synchronised.JPG


Le système double embrayage, malgré sa complexité, permet de faire fonctionner le bloc électrique et le bloc thermique dans la plage de fonctionnement optimal. C'est sans doute pour cette raison que ce système a pu permettre aux hybrides du groupe Volkswagen d'afficher une meilleure consommation que les hybrides BMW ou Volvo.

Volkswagen_DQ400e_Double_Embrayage_Architecture.jpg


Vidéo de l'assemblage de DQ400e : lien
Vidéo des illustrations techniques de DQ400e : lien


Moteur électrique HEM80 de Volkswagen GTE / Audi e-Tron

Ce moteur électrique est du type synchrone triphasé à aimant permanent. Cette technologie est assez courante parmi les voitures hybrides (Toyota Prius) ou électriques parce qu'elle est compacte, et permet des accélérations rapides.
Il est disposé sur l’arbre d’entrée entre le volant d’inertie à deux masses, l’embrayage de coupure (pour débrayer le TSI) et les composants de la boîte DSG 6 vitesses.

Dimensionné de façon nominal à une puissance de 80 kW et un couple max de 330 N.m, il est calibré toute fois à 75 kW pour Golf GTE/A3 e-Tron et 85 kW pour Passat GTE. Pour info ce moteur électrique pèse 34 kg.

Ce chiffre est à comparer au 105 kW (330 N.m) du moteur électrique de Lexus IS 300h, et au 65 kW (165 N.m) de BMW 225xe, deux véhicules de puissance similaire.

Volkswagen_GTE_Moteur_électrique.jpg

(de gauche à droite, le stator, le rotor et enfin le moteur électrique complet assemblé)

Comme on peut voir sur les images, le rotor intègre des aimants (vus au milieu de la photo ci-dessus), tandis que le stator incorpore le bobinage des fils de cuivre.

À noter que ce moteur électrique est à refroidissement liquide via une enveloppe ("Cooling jacket") située dans le stator.

Audi-A3-e-tron-moteur-électrique.jpg



Batterie lithium-ion de Volkswagen GTE / Audi e-Tron

La batterie lithium ion de la motorisation hybride rechargeable MQB est fournit par Sanyo du groupe Panasonic.
Elle est positionnée dans le soubassement devant l’essieu arrière. Et elle est composée pour l’essentiel des modules, du contrôleur de jonction de batterie (BJB) et du contrôleur de gestion de batterie (BMC).
Volkswagen_GTE_batterie.jpg


Si peu d'informations sont disponibles sur la Passat GTE qui dispose de 9,9 kWh de capacité (et une tension nominale de 353 V), on en sait un peu plus sur la batterie de Golf GTE/A3 e-Tron, qui devrait recourir à la même technologie.

La capacité est de 8,7 kWh, avec 7 kWh utilisable (source), voir 6,5 kWh selon les relevés d'utilisateur.
Ce qui donne environ un ratio de 80%.
Elle est constituée par 8 modules de 12 accumulateurs prismatiques, soit en tout 96 accumulateurs. La tension de batterie se situe entre 280 et 390 V, dépendant de l'état de charge.

L'ensemble de la batterie pèse 125 kg. Malgré une protection supérieure en plastique (et inférieure en aluminium), la batterie de Golf GTE/A3 e-Tron pèsera tout de même 5 kg de plus que Toyota Prius 4 rechargeable (dotée d'une protection 100% métallique). La différence est peut être due au fait que le refroidissent de la batterie de Volkswagen/Audi soit liquide alors que Toyota semble être un refroidissement par air et chauffage électrique.

Audi-A3-e-tron-Batterie-Architecture.jpg


Donc au menu de la gestion thermique, la température idéale de fonctionnement de cette batterie est de 25°C.
Un circuit de refroidissement basse température vient refroidir 4 plaques échangeur thermique, ce qui permet de réguler la température des 8 modules de batterie.

Audi-A3-e-tron-Batterie-Refroidissement.jpg


Système de gestion thermique

Comme on a pu commencé à parler, Audi A3 e-Tron / Volkswagen Golf GTE / Volkswagen Passat GTE disposent de trois circuits de refroidissement distincts. Un circuit haute température et deux circuits basse température.

Audi_A3_eTron_Circuit_Refroidissement.png


Le circuit haute température permet de réguler la température du moteur thermique, et la boîte de transmission peut être à la fois refroidi ou réchauffée.
Le circuit basse température 1 (entre 75 et 90°C) se charge des composants comme le turbo ou le moteur électrique, tandis que le circuit basse température 2 refroidit de façon sur demande l'onduleur, la batterie haute tension, et le chargeur.

Volkswagen_GTE_Refroidisseur_Chiller.jpg


Ce circuit de refroidissement n°2 peut évacuer sa chaleur de façon passive via un dissipateur thermique (NT2 Cooler), mais en cas de nécessité, il peut aussi s'appuyer sur le circuit de climatisation. En effet, le circuit se connecte alors à la climatisation via un "chiller", c'est à dire un réfrigérateur à compression de vapeur.

Petit mot sur le système de chauffage du système hybride rechargeable du groupe Volkswagen : en mode de conduite tout électrique, l'habitacle du véhicule est chauffé par le chauffage soufflant céramique (PTC Air heater) du circuit haute température 1. Cette technologie appelée "Positive Temperature Coefficient", permet un chauffage électrique direct et rapide de l'habitacle.
D'aprèsle site d'un fabricant, ce système de chauffage électrique d'une puissance variant entre 4 et 5 kW (rendement 99%), en chauffant directement l'air, il serait le système de chauffe le plus rapide, en fournissant un air chaud de 60°C en sortie de ventilateur, au bout de 60 secondes seulement.

Eberspaecher_Système_Chauffage_Voiture_électrique.jpg

Bref, ce n'est sans doute pas aussi économe que le système de pompe à chaleur de Toyota Prius rechargeable, mais se compare au système de radiateur électrique + chauffe eau électrique de Mitsubishi Outlander PHEV, et se distingue nettement du système de Kia dépourvu de chauffage en mode de conduite 100% électrique (en s'appuyant sur le moteur essence).

Source : Green Car Congress 1, Green Car Congress 2, Volkswagen Communiqué
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Hortevin
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superbe documentation ! Merci et bravo. A noter toutefois une précision : la capacité extractible du pack neuf est de 6,5 kWh (en tout cas sur ma voiture). Elle décroît malheureusement, de l'ordre de 0,4% pour 1000 km électriques selon mon expérience.
Hortevin
Hortevin
Merci beaucoup pour l'info, je vais rajouter dans l'article!
Excellent !