Contrairement aux configurations hybrides qui utilisent le moteur thermique et/ou le moteur électrique pour propulser le véhicule, le système hybride 48 V s’utilise dans un véhicule typique à fonction Stop and Start en complétant le moteur thermique d’un ensemble moteur/générateur électrique 48 V, améliorant ainsi l’accélération et augmentant les économies de carburant.
De plus, les composants électrisants tels que le compresseur de climatisation, les pompes de direction assistée et d’huile moteur réduisent davantage la charge du moteur thermique et augmentent le rendement du carburant.
1 Ensemble moteur/générateur électrique.
2 Inverseur CA/CC
3 Batterie 48 volts
4 Convertisseur CC/CC
5 Unité de distribution de l’énergie 48 volts
6 Batterie 12 volts
7 Unité de distribution de l’énergie 12 volts
8 Borne de recharge électrique
Électriser des véhicules avec des tensions supérieures à 12 volts n’est pas un phénomène nouveau. En effet, l’industrie automobile envisageait déjà d’utiliser un système 42 volts dans les années 90. Cette idée a ensuite été abandonnée en raison de son coût et pour des motifs pratiques, à savoir, les commutateurs et les relais qui tombaient en panne prématurément. Toutefois, motivée par des préoccupations environnementales, l’électronique moderne utilise les transistors, les diodes et les micro-interrupteurs qui sont plus solides, formant alors une option plus viable.
Alors pourquoi s’arrêter à 48 volts ? Les réglementations actuelles précisent que toute puissance supérieure à 60 volts devient officiellement une « haute tension ». Elle représente un coût supplémentaire en raison de l’ajout d’un blindage onéreux, de connecteurs et de conduits, comme ceux de couleur orange que l’on voit souvent sur de nombreux véhicules hybrides et électriques. Pourtant, cela ne signifie pas que l’architecture électrique de l’ensemble du véhicule passera au système 48 volts. L’alimentation de 12 volts traditionnelle sert toujours à alimenter de nombreux circuits standard tels que l’éclairage, le verrouillage des portes, les vitres électriques et le système d’info-divertissement du véhicule.
Communément, le véhicule hybride 48 volts comprend seulement un nombre restreint de composants supplémentaires : un ensemble moteur/générateur électrique, un inverseur CA/CC, un convertisseur CC/CC, une batterie 48 volts et une borne de recharge.
• Ensemble moteur/générateur électrique : Le moteur/générateur électrique refroidi par eau et entraîné par courroie remplace l’alternateur classique et sert à redémarrer le moteur après un arrêt automatique du moteur, tandis que le démarreur classique 12 volts sert à démarrer le véhicule normalement par le biais de la clé de contact.
Parfois, le moteur/générateur électrique peut soutenir le moteur pour améliorer l’accélération et réduire la charge de manière stratégique en vue d’augmenter au maximum les économies de carburant. De plus, le moteur/générateur électrique, en mode générateur, recharge les deux batteries, comme pour un alternateur traditionnel, mais aussi lorsque le véhicule est au point mort ou freine.
• Inverseur CA/CC : L’inverseur CA/CC peut soit être intégré ou non intégré dans le moteur/générateur électrique 48 volts et sert à remplir deux fonctions.
Sa première fonction consiste à convertir le courant continu (CC) provenant de la batterie 48 volts en courant alternatif (CA), qui ensuite alimente le moteur/générateur électrique en mode moteur.
Sa seconde fonction consiste à convertir le CA généré par le moteur/générateur électrique, lorsqu’il est en mode générateur, en CC, rechargeant ainsi les batteries 12 et 48 volts.
• Convertisseur CC/CC : Tandis que ce véhicule comprend à la fois des systèmes 12 volts et 48 volts, un convertisseur CC/CC est installé pour réduire la tension électrique de 48 volts à 12 volts.
• Batterie 48 volts : La batterie lithium-ion 48 volts est généralement située à l’arrière du véhicule. Tout comme le moteur/générateur électrique, elle peut utiliser le système de refroidissement pour réduire la chaleur générée.
• Borne de recharge électrique : Le turbocompresseur classique est remplacé par une version électrique plus connue sous le nom de borne de recharge électrique. Au lieu d’attendre que les gaz d’échappement augmentent la vitesse de rotation du rotor, un moteur électrique permet d’entraîner ce dernier, et fournit instantanément l’accélération nécessaire sans le délai courant que l’on subit habituellement avec les moteurs turbocompressés. Une autre solution consiste à électriser les surcompresseurs afin de fournir des résultats équivalents à ceux d’un turbocompresseur propulsé par moteur électrique.
Le système hybride 48 volts évolue toujours pour répondre aux réglementations en matière d’émission des gaz d’échappement, pour augmenter les économies de carburant et fournir une meilleure accélération. Pour cette raison, les fabricants de véhicules développent déjà d’autres améliorations intelligentes pour compléter ce système à 48 volts. En voici quelques exemples :
• Système de désactivation dynamique des cylindres (DSF – Dynamic Skip Fire) : Inclut la désactivation des cylindres dans le système hybride 48 volts. Ce système isole un cylindre en déconnectant les poussoirs de pompe, aussi appelés cam followers. Cette action verrouille les soupapes d’admission et d’échappement en position fermée lorsqu’une puissance inférieure est nécessaire, permettant ainsi de réaliser des économies de carburant plus importantes.
• Technologie Stop and Start avancée : Contrairement à la technologie Stop and Start classique qui éteint le moteur lorsque le véhicule se trouve à l’arrêt complet, le système Stop and Start avancé coupe aussi le moteur à l’approche d’un stop ou pendant que le véhicule circule à une vitesse constante.
• Chauffage électrique du pot catalytique : Afin de réduire la quantité d’émissions toxiques, le pot catalytique doit atteindre la température de fonctionnement le plus rapidement possible. Les systèmes hybrides ont davantage besoin du chauffage du pot catalytique en raison des fréquents événements Stop and Start ou de la circulation du véhicule avec le moteur à l’arrêt. Néanmoins, une solution simple consiste à chauffer le pot catalytique à l’aide du système électrique de 48 volts.
• Électrification des auxiliaires propulsés par le moteur : La pompe à eau et le compresseur de climatisation sont deux exemples de composants pouvant fonctionner à l’électricité. Ainsi, la traînée parasite du moteur est diminuée et, plus important encore, les composants peuvent établir leur propre cycle de service selon le véhicule et les exigences du conducteur.
Par conséquent, tandis que le système 12 volts actuel lutte, par rapport aux autres systèmes véritablement hybrides et aussi plus onéreux, la technologie hybride 48 volts offre une solution rentable qui respecte les réglementations en matière d’émissions et les augmentations à venir en termes de composants électriques gourmands en énergie.
L’utilisation de la technologie 48 volts va probablement continuer à augmenter, surtout si l’on considère les objectifs de plus en plus stricts en matière d’émissions de CO2 et le déclin continu des moteurs à combustion interne.
Les véhicules hybrides électriques et électriques connaissent actuellement un très grand engouement. Ainsi, pour veiller à ce qu’Autodata demeure la solution de premier choix en matière de diagnostic et réparation de véhicules routiers, nous déployons ce mois-ci les schémas du système de propulsion se rapportant à cette catégorie précise d’automobiles.