GESTION THERMIQUE DANS LES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES

Vous trouverez ici des connaissances de base utiles et des conseils pratiques sur le thème de la gestion thermique dans les véhicules électriques et hybrides.

Les informations suivantes vous donneront un aperçu des technologies électriques et hybrides respectives. Des bases et propriétés des systèmes aux solutions de gestion thermique en passant par les particularités en matière de maintenance, de réparation et de remorquage. Vous y trouverez également des informations importantes sur les qualifications requises pour les travaux en question.

Consigne de sécurité importante
Les informations techniques, les conseils et astuces pratiques compilés ci-après ont été rédigés par HELLA afin de fournir une aide professionnelle aux ateliers de la réparation automobile dans le cadre de leurs activités. Toutes les informations mises à disposition sur ce site sont destinées à être exploitées uniquement par des professionnels qualifiés.

 

QUELLE EST L'IMPORTANCE DES TECHNOLOGIES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES POUR L'ATELIER ?: INTRODUCTION

Plus de 2 millions de voitures électriques et hybrides rechargeables ont été vendues pour la première fois dans le monde en 2018. Avec 2,1 millions de véhicules vendus, leur part de marché est ainsi passée à 2,4 % de l'ensemble des nouvelles immatriculations - et la tendance est à la hausse. (Center of Automotive Management)
En Norvège, par exemple, la part de marché est déjà de 50 % ! 

 

Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la croissance de la mobilité électrique et hybride est principalement due à des programmes gouvernementaux tels que les primes à la vente, les interdictions de circuler locales pour les voitures à moteur thermique ou les prescriptions en matière de pureté de l'air. L'organisation considère les véhicules électriques comme l'une des technologies d'entraînement actuelles pouvant être utilisées pour atteindre les objectifs de durabilité à long terme de réduction des émissions. Selon une étude réalisée par la société de conseil Pricewaterhouse-Coopers, une voiture neuve sur trois immatriculée en Europe en 2030 pourrait être une voiture électrique.

 

La question n'est donc plus de savoir si les véhicules électriques, hybrides ou à hydrogène l'emporteront réellement. Ils feront bientôt partie de la vie quotidienne sur nos routes. 

 

Ces véhicules devront également être entretenus et réparés, et le sujet de la gestion thermique deviendra de plus en plus complexe. Le contrôle de la température de la batterie et de l'électronique de puissance joue un rôle tout aussi important que le chauffage et le refroidissement de l'habitacle du véhicule. Les composants de la climatisation sont également nécessaires pour ces types d'entraînements, et leur importance ne cesse de croître, car la climatisation a souvent une influence directe ou indirecte sur le refroidissement des batteries et de l'électronique. La « maintenance de la climatisation » jouera donc un rôle encore plus important à l'avenir.

APERÇU DES TECHNOLOGIES HYBRIDES: COMPARAISON

Le terme « hybride » signifie croisement ou combinaison. Dans la technologie automobile, il signifie que la technique d'entraînement classique d'un moteur thermique a été combinée avec les éléments d'un véhicule électrique.

 

La technologie hybride devient toujours plus exigeante techniquement en trois étapes : des véhicules à système Micro-hybrid, Mild-hybrid aux véhicules à système Full-hybrid. Malgré des différences techniques, toutes les technologies ont en commun le fait que la batterie utilisée est chargée par récupération de l'énergie de freinage.

MICRO-HYBRID

Ils s'agit en règle générale de véhicules équipés d'un moteur thermique avec un système Stop&Start ainsi qu'une récupération de l'énergie de freinage.

 

MILD-HYBRID

Ces véhicules sont équipés, en plus, d'un petit moteur électrique et d'une batterie plus puissante. L'entraînement électrique auxiliaire est exclusivement utilisé pour une assistance au démarrage et pour disposer d'une puissance supérieure lors des dépassements, ce qu'on appelle l'effet « boost ».

 

FULL-HYBRID

Ces véhicules peuvent non seulement « booster » mais également rouler en mode tout électrique. Ils sont équipés dans ce but d'une chaîne cinématique complètement électrique. Ceci requiert toutefois une batterie bien plus puissante qu'un système Mild-hybrid.

 

PLUG-IN-HYBRID

Cette technologie permet de charger les batteries, par exemple pendant la nuit. L'effet secondaire positif de ce type de véhicule est qu'il peut amener simultanément l'habitacle à la température désirée avant même de prendre la route. Le véhicule est ainsi prêt à être utilisé directement le lendemain matin. L'hybride rechargeable (Plug-in-hybrid) est une variante de Full-hybrid.

La Toyota Prius, la BMW ActiveHybrid X6 (E72) ou le VW Touareg Hybrid sont des représentants actuels typiques des véhicules Full-hybrid. En revanche, la BMW ActiveHybrid 7 et la Mercedes S400 (F04) sont des exemples de la technologie Mild-hybrid.

  Micro-hybrid Mild-hybrid Full-hybrid
Puissance du moteur électrique/du générateur 2 – 3 kW
(Récupération de l'énergie cinétique au freinage par le générateur)
10 – 15 kW > 15 kW
Plage de tension 12 V 42 V – 150 V > 100 V
Économie de carburant réalisable en comparaison au véhicule à entraînement conventionnel < 10 % < 20 % > 20 %
Fonctions qui contribuent à économiser le carburant – Fonction Stop&Start
– Récupération
– Fonction Stop&Start
– Fonction Boost
– Récupération
– Fonction Stop&Start
– Fonction Boost
– Récupération
– Conduite électrique

 

Comme il ressort de l'aperçu, chacune des technologies dispose de diverses fonctions qui contribuent à économiser le carburant. Ces quatre fonctions sont représentées brièvement dans ce qui suit.

Fonction Stop&Start

Si le véhicule s'arrête à un feu ou dans un bouchon, le moteur thermique est coupé. Lorsque l'embrayage est actionné pour démarrer et que la première vitesse est enclenchée, le moteur thermique démarre automatiquement. Il est donc directement disponible pour continuer de rouler.

Récupération

La récupération est la technique avec laquelle une partie de l'énergie de freinage est récupérée. Cette énergie est normalement perdue lors du freinage sous forme d'énergie thermique. Lors de la récupération, en revanche, le générateur du véhicule est utilisé comme frein moteur, en plus des freins de roue normaux.

 

L'énergie produite par le générateur lors du ralentissement est envoyée dans l'accumulateur de courant (batterie). Ce processus augmente spécifiquement le couple de traînée du moteur et ralentit ainsi le véhicule.

Fonction Boost

Pendant la phase d'accélération, les couples disponibles du moteur thermique et du moteur électrique s'additionnent. Ainsi, un véhicule hybride peut accélérer plus rapidement qu'un véhicule à entraînement conventionnel.

 

La fonction « Boost » est destinée à assister le démarrage et à fournir une puissance supérieure lors des dépassements. Cette puissance est générée par un entraînement électrique auxiliaire et mise à disposition exclusivement pour ces deux utilisations. À titre d'exemple : sur le VW Touareg Hybrid, le supplément de puissance est de 34 kW.

Conduite électrique

Lorsqu'une puissance d'entraînement réduite est nécessaire, comme par exemple pour la circulation urbaine, seul le moteur électrique assure l'entraînement. Le moteur thermique est coupé. Avantages de ce type d'entraînement : pas de consommation d'essence et pas d'émissions.

 

Ces technologies entraînent des changements de conditions que vous devez prendre en compte dans votre travail quotidien.

Tension électrique dans le réseau de bord

L'entraînement électrique d'un véhicule électrique/hybride ne peut pas satisfaire les exigences et fournir les puissances qu'on attend de lui avec des plages de tension de 12 ou 24 volts. Des plages de tension nettement plus élevées sont nécessaires. 

 

Les véhicules équipés de systèmes haute tension sont des véhicules dont l'entraînement et les unités auxiliaires fonctionnent avec des tensions allant de 30 volts à 1000 volts CA (tension alternative) ou de 60 volts à 1500 volts CC (tension continue). Ceci concerne la plupart des véhicules électriques et hybrides

SYSTÈMES HAUTE TENSION DANS LES VÉHICULES ÉLECTRIQUES: FONCTIONNEMENT

Par définition, un véhicule électrique est un véhicule entraîné par un moteur électrique. L'énergie électrique nécessaire à son déplacement provient d'une batterie de traction (accumulateur), c'est-à-dire pas d'une pile à combustible ou d'un prolongateur d'autonomie (range extender). Étant donné que la voiture électrique elle-même n'émet pas de polluants significatifs pendant son fonctionnement, elle est classée comme véhicule sans émissions.

 

Sur un véhicule électrique, les roues sont entraînées par des moteurs électriques. L'énergie électrique est stockée dans des accumulateurs se présentant sous la forme d'une ou de plusieurs batteries de traction ou d'alimentation.
Les moteurs électriques à commande électronique peuvent délivrer leur couple maximal même à l'arrêt. Contrairement aux moteurs thermiques, ils ne nécessitent généralement pas de boîte de vitesses manuelle et peuvent accélérer fortement à basse vitesse. Les moteurs électriques sont plus silencieux que les moteurs à essence ou diesel, presque sans vibrations, et n'émettent aucun gaz d'échappement nocif. Leur rendement est très élevé, avec plus de 90 %. 

 

L'économie de poids due à l'élimination des différents composants (moteur, boîte de vitesses, réservoir) du moteur thermique est contrebalancée par le poids relativement élevé des accumulateurs. Les véhicules électriques sont donc généralement plus lourds que les véhicules correspondants équipés d'un moteur thermique. La capacité de la ou des batteries a une grande influence sur le poids du véhicule et le prix.

 

Dans le passé, les véhicules électriques avaient de faibles autonomies avec une charge de batterie. Depuis peu, cependant, le nombre de voitures électriques capables d'atteindre des distances de plusieurs centaines de kilomètres est en augmentation, par exemple : Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Afin d'augmenter encore l'autonomie des véhicules électriques, des dispositifs supplémentaires (généralement un moteur thermique) sont parfois utilisés pour produire de l'électricité. C'est ce que l'on appelle le « prolongateur d'autonomie » ou « range extender ».

VIDÉO SUR LE SUJET

Véhicules équipés de systèmes haute tension : consignes de sécurité et composants

La vidéo montre des exemples de composants d'un véhicule électrique et fournit des informations sur la manipulation des systèmes haute tension

Climatisation et refroidissement dans les véhicules électriques

Afin qu'un véhicule électrique puisse fonctionner avec un rendement particulièrement élevé, la température du moteur électrique, de l'électronique de puissance et de la batterie doit être maintenue dans une plage de température favorable à un rendement optimal. À cet effet, un système de gestion thermique sophistiqué est nécessaire :

Système à base de réfrigérant (ou refroidissement direct de la batterie)

Le circuit du système à base de réfrigérant se compose des principaux composants suivants : condenseur, évaporateur et unité de batterie (cellules de batterie, plaque de refroidissement et chauffage auxiliaire électrique). Il est alimenté par le circuit de réfrigérant de la climatisation et commandé séparément par des vannes et des capteurs de température. La description du fonctionnement des différents composants est donnée dans l'explication du système à base de liquide de refroidissement et réfrigérant (b).

Circuit à base de liquide de refroidissement et réfrigérant (ou refroidissement indirect de la batterie)

Plus les batteries sont puissantes, plus l'utilisation du circuit comparativement complexe à base de liquide de refroidissement et réfrigérant est judicieuse.
L'ensemble du système de refroidissement est divisé en plusieurs circuits, chacun avec son propre refroidisseur (refroidisseur basse température), sa pompe de liquide de refroidissement, son thermostat et sa vanne d'arrêt du liquide de refroidissement. Le circuit de réfrigérant de la climatisation est également intégré via un échangeur de chaleur spécial (chiller). Un réchauffeur de liquide de refroidissement haute tension assure une thermorégulation suffisante de la batterie en cas de basses températures extérieures.

 

La température du liquide de refroidissement pour le moteur électrique et l'électronique de puissance est maintenue à moins de 60 °C dans un circuit spécifique (circuit interne représenté sur le graphique) à l'aide d'un refroidisseur basse température.  Afin d'obtenir la puissance maximale et d'assurer une durée de vie la plus longue possible, il est nécessaire de maintenir la température du liquide de refroidissement de la batterie en permanence à une valeur comprise entre 15 °C et 30 °C. Si les températures sont trop basses, le liquide de refroidissement est chauffé par un chauffage auxiliaire haute tension. Si par contre la température est trop élevée, il est refroidi via un refroidisseur basse température. Si cela ne suffit pas, le liquide de refroidissement est refroidi à une température plus basse par le biais d'un chiller relié à la fois au circuit de liquide de refroidissement et au circuit de réfrigérant. Ainsi, le réfrigérant de la climatisation circule à travers le chiller et refroidit en même temps le liquide de refroidissement qui passe également au travers du chiller. Tout le processus de régulation se fait par l'intermédiaire de thermostats, de capteurs, de pompes et de vannes.

Kühl- und Kältemittelbasierender Kreislauf

Der Kühl- und Kältemittelbasierende Kreislauf für E-Fahrzeuge ist sehr komplex. Dabei unterteilt sich das gesamte Kühlsystem in mehrere Kreisläufe, welche hier genauer erklärt werden.

Description des composants

CHILLER (REFROIDISSEUR)

Le chiller est un échangeur de chaleur spécial, raccordé au circuit de liquide de refroidissement et au circuit de réfrigérant, qui permet d'abaisser davantage la température du liquide de refroidissement à l'aide du réfrigérant de la climatisation. Ceci permet de réaliser un refroidissement indirect supplémentaire du moteur électrique et de l'électronique de puissance par la climatisation si nécessaire.
À cet effet, le liquide de refroidissement d'un circuit secondaire circule à travers les plaques de refroidissement de la batterie. Après absorption de la chaleur, le liquide de refroidissement est refroidi à la température de sortie dans un chiller. L'abaissement de la température dans le chiller s'effectue par l'évaporation d'un autre réfrigérant qui circule dans un circuit primaire.

REFROIDISSEUR DE BATTERIE

Un segment de batterie se trouve de chaque côté des plaques de refroidissement. Les segments de batterie et les plaques de refroidissement forment un module indissociable. En cas de refroidissement direct de la batterie, le réfrigérant provenant de la climatisation circule à travers les plaques de refroidissement. En cas de refroidissement indirect de la batterie, le liquide de refroidissement circule à travers les plaques de refroidissement. Si la puissance de refroidissement n'est pas suffisante pour le refroidissement indirect de la batterie, le liquide de refroidissement peut être refroidi par un chiller. Le chiller est un échangeur de chaleur spécial qui est utilisé pour le refroidissement indirect de la batterie et est intégré tant dans le circuit réfrigérant que dans le circuit de liquide de refroidissement.

COMPRESSEUR ÉLECTRIQUE

Le compresseur est à entraînement électrique haute tension. Cela permet de climatiser le véhicule même lorsque le moteur est arrêté. En outre, le liquide de refroidissement peut également être refroidi à l'aide de la climatisation.

VANNE D'ARRÊT DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT/RÉFRIGÉRANT

Les vannes d'arrêt du liquide de refroidissement/réfrigérant sont à commande électrique et ouvrent/ferment des parties du circuit de liquide de refroidissement/réfrigérant selon les besoins ou relient plusieurs circuits entre eux.

REFROIDISSEUR BASSE TEMPÉRATURE

La température du liquide de refroidissement du moteur électrique et de l'électronique de puissance est maintenue en dessous de 60 °C dans un circuit de refroidissement séparé au moyen d'un refroidisseur basse température. 

 

CHAUFFAGE AUXILIAIRE HAUTE TENSION DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT

Si les températures sont trop basses, le liquide de refroidissement est chauffé par un chauffage auxiliaire électrique haute tension. Celui-ci est intégré dans le circuit de refroidissement.

THERMOSTAT

Les thermostats, qu'ils soient électriques ou mécaniques, maintiennent la température du liquide de refroidissement à un niveau constant.

CHAUFFAGE AUXILIAIRE ÉLECTRIQUE/chauffage auxiliaire haute tension

Sur les véhicules électriques, il n'y a pas de chaleur dissipée du moteur qui est transférée au liquide de refroidissement. Il est donc nécessaire de réchauffer l'habitacle à l'aide d'un chauffage auxiliaire électrique situé dans le système de ventilation.

ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

Sa fonction dans le véhicule est de contrôler les moteurs électriques, de communiquer avec le système de commande du véhicule et de diagnostiquer l'entraînement. En règle générale, l'électronique de puissance se compose d'un calculateur électronique, d'un onduleur et d'un convertisseur CC/CC. Afin de maintenir l'électronique de puissance dans une certaine plage de température, elle est reliée au système de refroidissement/chauffage du véhicule.

BATTERIE HAUTE TENSION

La batterie haute tension (batterie HT) est, avec le moteur électrique, l'un des composants clés du véhicule électrique. Elle se compose de modules de batterie interconnectés, qui à leur tour se composent de cellules.  Les batteries sont généralement basées sur la technologie lithium-ion. Elles ont une densité énergétique élevée. En raison d'une réaction chimique décroissante, les performances diminuent de manière significative aux températures inférieures à 0 °C. Aux températures supérieures à 30 °C, le processus de vieillissement augmente fortement et à des températures supérieures à 40 °C, la batterie peut être endommagée. Afin d'obtenir la durée de vie et l'efficacité les plus longues possibles, la batterie doit fonctionner dans une certaine plage de température. 

CONDENSEUR

Le condenseur est nécessaire pour refroidir le réfrigérant chauffé par la compression dans le compresseur. Le réfrigérant à l'état gazeux chaud entre dans le condenseur et transmet la chaleur au milieu environnant par un système de conduites et de lamelles. En refroidissant, le réfrigérant passe de l'état gazeux à l'état liquide.

POMPE À EAU ÉLECTRIQUE

Les pompes à eau ou à liquide de refroidissement électriques, avec leur régulation électronique intégrée, sont commutées en continu, en fonction de la puissance de refroidissement nécessaire. Elles peuvent être utilisées comme pompes principales, à flux dévié ou de recirculation ; elles fonctionnent indépendamment du moteur et en fonction des besoins. 

Climatisation

Grâce à leur rendement élevé, les entraînements électriques émettent peu de chaleur dans l'environnement pendant le fonctionnement et aucune chaleur à l'arrêt. Pour chauffer la voiture par basse température extérieure ou pour dégivrer les vitres, des chauffages supplémentaires sont donc nécessaires. Ceux-ci sont des consommateurs d'énergie supplémentaires qui pèsent très lourd en raison de leur forte consommation d'énergie. Ils consomment une partie de l'énergie stockée dans la batterie, ce qui a un effet considérable sur l'autonomie, surtout en hiver. Les chauffages auxiliaires électriques intégrés dans le système de ventilation en sont une variante simple, efficace, mais aussi très gourmande en énergie. C'est la raison pour laquelle des pompes à chaleur économes en énergie sont désormais également utilisées. En été, elles peuvent également servir de climatisation pour le refroidissement. Les sièges chauffants et les vitres chauffantes amènent la chaleur directement aux zones à chauffer et réduisent également les besoins de chauffage de l'habitacle. Les voitures électriques passent souvent leurs temps d'arrêt aux bornes de charge. Là, le véhicule peut être pré-tempéré avant de prendre la route sans solliciter la batterie. En cours de route, l'énergie nécessaire au chauffage ou au refroidissement est alors considérablement réduite. Désormais, des applications pour smartphones, avec lesquelles le chauffage peut être commandé à distance, sont également proposées. 

Gestion de la charge et de la décharge

Différents systèmes de gestion sont utilisés pour les accumulateurs et assurent le contrôle de la charge et de la décharge, la surveillance de la température, l'estimation de l'autonomie et le diagnostic. La durabilité dépend essentiellement des conditions d'utilisation et du respect des limites de fonctionnement. Les systèmes de gestion de la batterie, y compris la gestion de la température, empêchent la surcharge ou la décharge profonde des accumulateurs et les conditions de température critiques qui pourraient être nuisibles et critiques pour la sécurité. La surveillance de chaque cellule de batterie permet de réagir avant que d'autres cellules tombent en panne ou soient endommagées. Les informations d'état peuvent également être enregistrées à des fins de maintenance et, en cas de défaut, des messages correspondants peuvent être transmis au conducteur.

 

Fondamentalement, la capacité de la batterie de la plupart des voitures électriques actuelles est suffisante pour la majorité des petites et moyennes distances. Une étude publiée en 2016 par le Massachusetts Institute of Technology est arrivée à la conclusion que l'autonomie des voitures électriques courantes actuelles suffisait pour 87 % de tous les déplacements. Toutefois, les autonomies sont extrêmement variables. La vitesse du véhicule électrique, la température extérieure et surtout l'utilisation du chauffage et de la climatisation conduisent à une réduction significative du rayon d'action. Cependant, les temps de charge de plus en plus courts et le développement constant de l'infrastructure de charge permettent d'augmenter encore le rayon d'action des voitures électriques. 

RÈGLE DE BASE POUR LES TRAVAUX SUR LES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES: CONSEILS PRATIQUES

Des composants haute tension sont nécessairement installés dans les véhicules électriques et hybrides. Ils sont identifiés par des plaques d'avertissement standardisées. Tous les câbles haute tension sont de couleur orange vif, quel que soit le constructeur.

 

La procédure suivante s'applique lors de travaux sur des véhicules équipés de systèmes haute tension :

1. Mettre hors tension
2. Empêcher la remise sous tension
3. S'assurer de l'absence de tension

 

Respectez les indications des constructeurs automobiles et nos conseils d'atelier ! 

À quoi dois-je faire attention en tant qu'employé d'un atelier ?

  • Démarrer et déplacer le véhicule : Pour conduire un véhicule équipé d'un système haute tension, même si ce n'est que pour sortir de l'atelier ou y rentrer, la personne concernée doit être informée
  • Entretien et maintenance : Les travaux d'entretien et de maintenance (changement de roues, révisions) sur les véhicules haute tension ne doivent être effectués que par des personnes préalablement informées des dangers de ces installations haute tension et instruites en conséquence par un « spécialiste des travaux sur les véhicules HT à sécurité intrinsèque »
  • Remplacement de composants haute tension : Les personnes qui remplacent des composants haute tension tels qu'un compresseur de climatisation doivent posséder la qualification appropriée (spécialistes des travaux sur les véhicules HT à sécurité intrinsèque)
  • Remplacement de la batterie : La réparation ou le remplacement de composants haute tension (batterie) nécessite une qualification spéciale.
  • Dépannage/remorquage/récupération : Toute personne qui assure le dépannage des véhicules équipés de systèmes haute tension ou qui les remorque ou les récupère doit avoir reçu une formation sur la structure et le fonctionnement des véhicules et de leurs systèmes haute tension. En outre, les instructions respectives du constructeur du véhicule doivent être prises en compte au préalable. Si des composants haute tension (batterie) sont endommagés, il faut consulter les pompiers

 

CLIMATISATION DE L'HABITACLE: BASES

Avec les entraînements classiques à moteur thermique, la climatisation de l'habitacle dépend directement du fonctionnement du moteur vu que l'entraînement du compresseur est mécanique. Les véhicules appelés Micro-hybrid par les professionnels et possédant uniquement une fonction Stop&Start, sont également équipés de compresseurs à transmission par courroie. En cas d'arrêt du véhicule et du moteur, un problème se pose, à savoir l'augmentation de la température à la sortie de l'évaporateur de la climatisation après seulement 2 secondes. L'augmentation lente de la température de soufflage de la ventilation ainsi que l'augmentation de l'humidité de l'air sont gênantes pour les passagers.

 

Pour faire face à ce problème, il est possible d'utiliser des nouveaux accumulateurs de froid, appelés évaporateurs accumulateurs.

L'évaporateur accumulateur est composé de deux blocs : un bloc évaporateur et un bloc accumulateur. Le réfrigérant circule dans les deux blocs pendant la phase de démarrage ou lorsque le moteur est en marche. Pendant ce temps, un fluide latent présent dans l'évaporateur est refroidi jusqu'à geler. Il remplit ainsi la fonction d'accumulateur de froid.

 

En phase d'arrêt, le moteur est coupé et le compresseur n'est donc pas entraîné. L'air chaud passant sur l'évaporateur est refroidi et un échange thermique a lieu. Cet échange dure jusqu'à ce que le fluide latent ait totalement fondu. Lors de la reprise de la conduite, le processus recommence si bien que l'évaporateur accumulateur peut à nouveau refroidir l'air après une minute.

 

Sur les véhicules sans évaporateur accumulateur, lorsqu'il fait très chaud, il est nécessaire de redémarrer le moteur après une courte période d'arrêt. C'est la seule manière de maintenir le refroidissement de l'habitacle.

La climatisation de l'habitacle du véhicule inclut également le chauffage de l'habitacle en cas de besoin. Dans le cas des véhicules Full-hybrid, le moteur thermique est coupé pendant la conduite électrique. La chaleur résiduelle disponible dans le circuit d'eau ne permet de chauffer l'habitacle que pendant une courte période. Des aérothermes d'appoint haute tension sont alors mis en marche pour assurer la fonction de chauffage. Leur fonctionnement est identique à celui d'un sèche-cheveux : l'air aspiré par le ventilateur de l'habitacle est réchauffé au contact des éléments de chauffage, puis il est diffusé dans l'habitacle.

COMPRESSEUR HAUTE TENSION: FONCTIONNEMENT

Fonctionnement du compresseur haute tension

Dans les véhicules à technologie Full-hybrid, les compresseurs électriques haute tension utilisés sont indépendants du fonctionnement du moteur thermique. Grâce à ce nouveau concept d'entraînement, des fonctions de climatisation du véhicule permettant d'accroître encore plus le confort deviennent réalisables.

Il est possible de refroidir l'habitacle chaud à la température souhaitée avant de prendre la route. Une télécommande permet de procéder à l'activation.

 

Ce refroidissement à l'arrêt n'est possible qu'en fonction de la capacité disponible de la batterie. Le compresseur est alors activé avec la plus faible puissance possible, en fonction des besoins de climatisation.

 

Avec les compresseurs haute tension actuels, la régulation de la puissance est effectuée en ajustant le régime par paliers de 50 tr/min. Il est donc possible de se passer d'une régulation interne de la puissance.

 

Contrairement au principe des plateaux oscillants, le plus souvent mis en oeuvre dans le domaine des compresseurs à entraînement par courroie, le principe Scroll est utilisé pour la compression du réfrigérant sur les compresseurs haute tension. Les avantages sont un gain de poids d'environ 20 % et une réduction équivalente de la cylindrée à puissance identique.

 

Pour générer le couple important nécessaire à l'entraînement du compresseur électrique, une tension continue de plus de 200 volts est appliquée, une valeur très élevée pour un véhicule. L'onduleur intégré dans le moteur électrique convertit cette tension continue en une tension alternative triphasée requise par le moteur électrique sans balais. La dissipation de chaleur nécessaire de l'onduleur et des enroulements du moteur est rendue possible par le reflux du réfrigérant vers le côté aspiration.

GESTION DE LA TEMPÉRATURE DE LA BATTERIE: COMPARAISON

La batterie est essentielle au fonctionnement d'un véhicule électrique et hybride. Elle doit fournir de manière rapide et fiable les importantes quantités d'énergie nécessaires à l'entraînement. Il s'agit pour la plupart de batteries haute tension hybrides lithium-ion et nickel-métal. Cela permet de réduire encore plus la taille et le poids des batteries de véhicules hybrides.

 

Il est absolument indispensable que les batteries utilisées soient exploitées dans une plage de température déterminée. La durée de vie est réduite si la température de service est supérieure à +40 °C, alors que le rendement et la puissance diminuent si celle-ci est inférieure à -10 °C. En outre, l'écart de température entre les différentes cellules ne doit pas dépasser une certaine valeur.

 

Des charges de pointe brèves associées à des courants élevés comme la récupération et le boost entraînent un échauffement non négligeable des cellules. De plus, les températures extérieures élevées durant les mois d'été contribuent à faire monter rapidement la température au seuil critique de 40 °C.

 

Le vieillissement plus rapide et la défaillance prématurée de la batterie sont les conséquences d'une température trop élevée. Les constructeurs se basent sur la durée de vie d'un véhicule pour calculer celle de la batterie (env. 8 à 10 ans). Par conséquent, seule une gestion appropriée de la température peut contrer le processus de vieillissement.

 

Jusqu'à présent, trois modes différents de gestion de la température sont utilisés.

Possibilité 1

L'air de l'habitacle climatisé est aspiré et utilisé pour le refroidissement de la batterie. L'air frais aspiré dans l'habitacle a une température inférieure à 40 °C. Cet air est utilisé pour traverser les surfaces accessibles du pack de batteries.

 

Inconvénients de cette possibilité :

  • Faible efficacité de refroidissement.
  • L'air aspiré dans l'habitacle ne peut pas être utilisé pour réduire uniformément la température.
  • Complexité de canalisation de l'air.
  • Éventuels bruits gênants dans l'habitacle générés par le ventilateur.
  • Les conduits d'air créent une liaison directe entre l'habitacle et la batterie. Ce point doit être considéré comme problématique pour des raisons de sécurité (par exemple : dégazage de la batterie)
  • Il ne faut pas sous-estimer le risque de pénétration d'impuretés dans le pack de batteries, car l'air de l'habitacle contient également de la poussière. La poussière se dépose entre les cellules et forme une couche conductrice en liaison avec l'humidité condensée de l'air. Cette couche favorise la génération de courants de fuite dans la batterie.

 

Pour éviter ce risque, l'air aspiré est filtré. L'air peut également être refroidi grâce à un petit climatiseur séparé, comme dans le cas des climatisations arrière des véhicules haut de gamme.

Possibilité 2

Une plaque d'évaporateur spéciale, incluse dans la cellule de batterie, est raccordée à la climatisation du véhicule. Ce processus, appelé splitting, est réalisé sur les côtés haute et basse pression par l'intermédiaire de conduites et d'un détendeur. L'évaporateur d'habitacle et la plaque d'évaporateur de la batterie, fonctionnant comme un évaporateur classique, sont ainsi raccordés à un seul et même circuit.

 

Les différentes fonctions des deux évaporateurs engendrent des exigences différentes concernant le débit de réfrigérant. Tandis que l'habitacle doit être refroidi selon les exigences de confort des passagers, la batterie haute tension doit être refroidie plus ou moins fortement, en fonction de la situation du véhicule et de la température ambiante.

 

Tous ces besoins entraînent une régulation complexe de la quantité de réfrigérant évaporé. La forme particulière de la plaque d'évaporateur et son intégration rendue ainsi possible dans la batterie fournissent une surface de contact importante pour l'échange thermique. Ainsi, la température supérieure maximale critique de 40 °C n'est pas dépassée.

 

Si la température extérieure est très basse, une augmentation d'au moins 15 °C serait nécessaire pour atteindre la température idéale de la batterie. Cependant, la plaque d'évaporateur ne pourrait alors fournir aucune contribution. Une batterie froide est moins performante qu'une batterie bien tempérée et ne peut presque plus être chargée à des températures bien inférieures à zéro. Cela est tolérable pour les véhicules Mild-hybrid : dans le pire des cas, la fonction hybride n'est que partiellement disponible. La conduite avec le moteur thermique est néanmoins possible. En revanche pour un véhicule complètement électrique, un chauffage de batterie doit être prévu pour pouvoir démarrer et conduire dans tous les cas en hiver.

 

Remarque
Les plaques d'évaporateur, directement intégrées dans la batterie, ne peuvent pas être remplacées individuellement. C'est pourquoi il faut toujours remplacer toute la batterie en cas de dommage.

Possibilité 3

Pour les batteries de capacité élevée, une régulation correcte de température est fondamentale. C'est pourquoi, aux très faibles températures, un chauffage supplémentaire de la batterie est nécessaire, afin de l'amener dans la plage de température idéale. Une autonomie satisfaisante en mode « conduite électrique » peut être atteinte uniquement dans cette plage.

 

Pour assurer ce chauffage supplémentaire, la batterie est reliée à un circuit secondaire. Ce circuit garantit la stabilité de la température de service idéale entre 15 °C et 30 °C.

 

Dans le bloc de batteries, une plaque de refroidissement intégrée est traversée par du liquide de refroidissement, composé d'eau et de glycol (circuit vert). A basse température, le liquide de refroidissement peut être chauffé rapidement par un chauffage pour atteindre la température idéale. S'il se produit une augmentation de température dans la batterie pendant l'utilisation des fonctions hybrides, le chauffage est coupé. Le liquide de refroidissement peut alors être refroidi par le refroidisseur de batterie se trouvant à l'avant du véhicule, ou par le refroidisseur basse température, grâce au vent relatif.

 

Si le refroidissement par le refroidisseur de batterie est insuffisant du fait de températures extérieures élevées, le liquide de refroidissement traverse un échangeur de chaleur spécial. Le réfrigérant de la climatisation du véhicule est évaporé dans cet échangeur. En outre, une chaleur très compacte et à haute densité de puissance peut être transmise du circuit secondaire au réfrigérant évaporé. Un refroidissement supplémentaire du liquide de refroidissement en circuit fermé a lieu. L'échangeur de chaleur spécial permet d'utiliser la batterie dans une plage de température optimale au rendement.

FORMATION CONTINUE NÉCESSAIRE À LA RÉPARATION DES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES: BON À SAVOIR

Pour pouvoir entretenir et réparer les systèmes complexes, notamment de gestion thermique des véhicules électriques et hybrides, il est indispensable de suivre une formation continue permanente. En Allemagne, par exemple, les employés travaillant sur de tels systèmes haute tension ont besoin d'une formation supplémentaire de deux jours en tant que « spécialistes des travaux sur les véhicules haute tension (HT) à sécurité intrinsèque ».

 

Les connaissances alors acquises permettent d'un côté d'évaluer le danger des interventions nécessaires sur le système, et de l'autre, de réaliser la mise hors tension pour toute la durée des travaux. Sans la formation correspondante, il est interdit d'effectuer des interventions sur les systèmes haute tension ou leurs composants. La réparation ou le remplacement de composants haute tension (batterie) nécessite une qualification spéciale.

MAINTENANCE DES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES: CONSEILS POUR L'ATELIER

Les travaux généraux de révision et de réparation (comme par exemple sur les systèmes d'échappement, les pneus, les amortisseurs, la vidange, le changement de pneus, etc.) engendrent également des situations particulières. Ces travaux ne peuvent être effectués que par un personnel formé par un « spécialiste des travaux sur les véhicules HT à sécurité intrinsèque »
aux dangers de ces systèmes haute tension. Il est de plus impératif d'utiliser des outils qui répondent aux spécifications des constructeurs automobiles !

 

Les établissements automobiles sont tenus de former tous les employés qui participent à l'exploitation, à la maintenance et à la réparation des véhicules électriques et hybrides. Veuillez tenir compte des particularités de chaque pays. 

DÉPANNAGE, REMORQUAGE ET RÉCUPÉRATION DE VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES: CONSEILS POUR L'ATELIER

Les conducteurs et conductrices de véhicules équipés de systèmes haute tension (HT) ne sont pas exposés à des risques électriques directs, même en cas de panne. Un grand nombre de mesures prises par les constructeurs automobiles sécurisent le système HT. 

 

Le dépannage des véhicules équipés d'un système HT est également inoffensif tant qu'aucune intervention sur l'installation HT n'est nécessaire pour éliminer les pannes.

 

Cependant, il existe des dangers en cas de dépannage ou de remorquage de véhicules endommagés lors d'un accident ou qui doivent être récupérés dans la neige ou dans l'eau. Bien que la sécurité intrinsèque des véhicules pour se protéger contre les risques de choc électrique ou d'arc électrique soit très élevée, il n'y a pas de sécurité complète ou à 100 % pour chaque cas de dommage. En cas de doute, les informations respectives du constructeur du véhicule doivent être prises en compte ou demandées. 

Comment puis-je reconnaître que le véhicule est équipé d'un système haute tension ?

  • Aux inscriptions sur le tableau de bord ou sur le véhicule
  • Aux câbles haute tension orange (voir illustration). En règle générale : ne touchez pas les composants haute tension et les câbles orange
  • Au marquage des composants HT (voir illustration) 

Qui est autorisé à assurer le dépannage ?

Le dépannage des véhicules électriques et hybrides peut être effectué par toute personne spécialement qualifiée à cet effet. De ce fait, les intervenants en cas de panne reçoivent des instructions sur la conception et le fonctionnement des véhicules équipés de systèmes haute tension. Les exigences et conditions spécifiques à chaque pays pour les travaux non électrotechniques s'appliquent. (Pour l'Allemagne, la DGUV Information 200-005 « Qualification pour les travaux sur les véhicules équipés d'un système haute tension » (anciennement BGI 8686) est applicable. Veuillez tenir compte des particularités de chaque pays.)

Premiers pas dans le dépannage ?

  • Retirer la clé de contact (Attention : les transpondeurs s'enclenchent automatiquement à l'approche) et tirer ensuite la fiche de sectionnement/le sectionneur de la batterie haute tension.
  • Vérifier visuellement si les composants HT sont endommagés.
  • Pas de travaux sur les composants HT. Ceux-ci ne doivent être effectués que par des personnes qualifiées pour travailler sur des véhicules équipés de systèmes haute tension. Ceci s'applique également si des composants HT sont endommagés ou s'il s'avère qu'ils ont été endommagés pendant le dépannage.
  • Une tension résiduelle peut également être présente après l'arrêt du système HT plusieurs minutes selon le constructeur. 

Démarrage extérieur, remorquage et récupération - À quoi faut-il faire attention ?

DÉMARRAGE EXTÉRIEUR

Observez impérativement les indications du constructeur. Le démarrage extérieur via le réseau de bord 12/24 V CC n'est possible que pour un nombre restreint de véhicules. Des tensions résiduelles dangereuses qui ne sont pas déchargées par une résistance à décharge continue peuvent être présentes après la mise hors tension. Avant d'ouvrir, respecter les instructions du mode d'emploi et/ou les informations techniques du constructeur du véhicule.

RÉCUPÉRATION ET REMORQUAGE

  • Les véhicules non endommagés peuvent généralement être chargés sur un véhicule de dépannage (véhicule à plate-forme).
  • En cas de remorquage à l'aide d'une barre ou d'un câble, les indications du constructeur doivent être respectées.
  • Afin de récupérer les véhicules en toute sécurité, toutes les mesures du chapitre « Assistance sûre avec les voitures électriques » doivent être prises en compte.
  • Si le véhicule est remorqué/récupéré à l'aide d'un treuil, aucun composant HT ne doit se trouver au niveau des points d'attache et risquer d'être endommagé. Il en va de même pour le levage à l'aide d'un cric ou d'une grue de chargement. 

Comportement en cas d'accident

  • En cas d'accident, dans la plupart des cas, le système HT est désactivé lors du déclenchement de l'airbag. Cela s'applique à presque toutes les voitures particulières, mais pas nécessairement aux véhicules utilitaires.
  • Afin de pouvoir travailler sans danger, toutes les mesures du chapitre « Règles de base pour le travail sur les véhicules électriques et hybrides » doivent être prises en compte
  • Certains constructeurs recommandent ou prescrivent de débrancher la borne négative de la batterie du réseau de bord 12/24 V CC (d'autres informations sont également disponibles dans les directives de sauvetage respectives).
  • Si les batteries HT ou les condensateurs HT (accumulateurs d'énergie dans les véhicules utilitaires) ont été endommagés ou arrachés lors d'un accident, cela représente un danger particulier. Le personnel d'urgence des pompiers ou du THW doit être appelé à l'aide dans ce cas. Lors de la manipulation de batteries HT endommagées, un équipement de protection individuelle approprié (protection faciale, gants de protection pour travaux sous tension) est nécessaire. 
  • Les liquides de batterie renversés peuvent être corrosifs ou irritants, selon le type de batterie. Un contact doit être évité dans tous les cas. Après un accident, il n'est pas exclu que les batteries HT s'enflamment encore plus tard en raison de réactions internes. Les véhicules accidentés ne doivent donc pas être stationnés dans des espaces clos.