Le mild hybrid MHEV

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Description détaillée

Les véhicules micro-hybride 

C'est un système d'hybridation très léger, souvent utilisé pour désigner les véhicules équipés du système Stop & Start et la récupération d'énergie au freinage. Le moteur thermique reste prédominant, mais ce système contribue à économiser du carburant.

Les véhicules équipés d'un dispositif de mise en veille du moteur thermique appartiennent à la catégorie des véhicules micro-hybride.

Deux systèmes stop and start existent sur le marché des micro-hybride depuis environ 20 ans : 

• Valeo (avec alterno-démarreur) :

 

 

• Bosch (avec démarreur renforcé) :

 

 

Le potentiel de réduction de la consommation reste modéré mais ce système d'hybridation reste le plus abordable.

cette solution est particulièrement présente sur le marché automobile actuel, laissant aujourd'hui la place à une évolution de l'hybridation légère, les véhicules mild hybride MHEV (Mild Hybride Electric Vehicle).

 

Les véhicules mild hybrid ou MHEV

Ils possèdent un moteur électrique de taille légèrement supérieur à celui des micro-hybride. Celui-ci en plus du stop and start assiste le moteur thermique afin de réduire les émissions polluantes dans les phases de sollicitations importante. Le poids de ces véhicules est à peine plus important qu'un véhicule thermique et l'encombrement supplémentaire reste faible grâce à l'implantation de petits composants hybrides.

 

Les principaux composants

  

1. Moteur électrique
2. Onduleur
3. Convertisseur DC/DC
4. Batterie 12 V ou 48 V

 

Le moteur électrique 
 

 

Le moteur électrique est généralement un moteur synchrone triphasé léger et très efficace, assurant plusieurs fonctions. Plus spécifiquement, il fonctionne comme un moteur d'assistance pour la puissance moteur et agit comme une génératrice électrique pour la conversion de l'énergie dynamique en énergie électrique pendant la décélération. Ce moteur fait également office de démarreur pour le moteur à essence.

Il est implanté entre le moteur à essence et la transmission. Il se compose d'un stator à enroulement 3 phases fixé sur le boîtier et d'un rotor directement connecté au vilebrequin du moteur. Le rotor est constitué d'aimants permanents disposés sur la périphérie extérieure. Trois capteurs de position sont situés dans le boîtier, ils sont utilisés pour détecter la position et le sens de rotation du rotor.

Sa puissance est souvent inférieure à 15 kW, (sauf exception MHEV Stellantis 21 kW) . Ce qui fait que le véhicule ne peut pas se déplacer en électrique seul.

L'onduleur 

L'onduleur utilise un montage en pont comprenant six transistors bipolaires à grille isolée pour effectuer la conversion entre le courant continu du module des batteries et le courant alternatif triphasé du moteur électrique. Ce module comprend un circuit de commande qui pilote les transistors IGBT en fonction des demandes d'assistance et de régénération du moteur, envoyés par le boitier de gestion électronique.

 

 

 

Le convertisseur DC-DC

 

L'alimentation électrique du réseau de servitude 12 V est réalisée par un convertisseur DC-DC. Ce composant convertit la tension continue 12 V ou 48 V (selon le véhicule) fournie par l'onduleur en une tension continue 12 V. 

Ce niveau de tension est ensuite utilisé pour le maintien de la tension du réseau de servitude 12 V.

 

Le boitier de gestion électronique (calculateur de la chaîne de traction hybride) contrôle la quantité de courant en provenance du convertisseur DC-DC conformément au volume de courant consommé par le réseau de servitude pour maintenir l'équilibre.

Dans la mesure où le convertisseur DC-DC génère de la chaleur, ce dernier est équipé d'un dispositif de refroidissement.

 

La batterie

La batterie d'un véhicule MHEV peut avoir deux niveaux de tension :

• 12 V
• 48 V
   

Sollicitée pour alimenter le moteur électrique lors du mode assistance, elle est aussi utilisée pour emmagasiner l'énergie générée. 

Exemple d'une batterie 12V Lithium-ion :

Caractéristiques : 

• Tension : 12 V
• Nombre d'éléments : 4
• Capacité : 11 Ah
• Energie exploitable : 0,13 kWh
• Refroidissement air passif

 

 

Dans cet exemple, la batterie  est composée de 4 éléments connectés en série, chaque élément (cellule) possède une tension de 3,7 V, ce qui représente une tension totale de 14,8 V. 

 

Exemple d'une batterie 48V Lithium-ion :

Caractéristiques : 

• Tension : 48 V
• Nombre d'éléments : 13
• Capacité : 9,6 Ah
• Energie exploitable : 0,46 kWh
• Refroidissement par air actif avec ventilateur

 

 

Dans cet exemple, la batterie  est composée de 13 éléments connectés en série, chaque élément (cellule) possède une tension de 3,7 V, ce qui représente une tension totale de 48 V. La batterie est équipée d'un système de refroidissement à air actif, afin d'éviter les surchauffes et donc d'éviter la dégradation prématurée des éléments de la batterie.

 

 

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principe de fonctionnement

 

Le véhicule équipé de la technologie "Mild-Hybrid" est majoritairement équipé d'un moteur essence associé à un moteur électrique implanté entre le moteur à essence et la transmission. Lors d'un freinage ou d'une décélération, l'énergie cinétique est transformée en énergie électrique par le moteur électrique et emmagasinée dans le pack batteries pour un usage ultérieur. 

Lorsque le véhicule accélère, l'énergie emmagasinée est acheminée vers le moteur électrique afin d'offrir un surcroît de puissance au moteur à essence en fonction de différents paramètres comme par exemple le SOC (état de charge) disponible. Toute l'opération se déroule automatiquement sans exiger la moindre action de la part du conducteur.

La société des ingénieurs de l'automobile (SIA) à défini un codage pour l'emplacement des machines électriques dans la chaine cinématique d'un véhicule.

 

 

Dans une hybridation légère, de type micro-hybride ou mild hybrid la machine électrique est en position P0 ou P1. 

Certaines exceptions que l'on a vu dans cette fiche peuvent proposer une hybridation légère avec une machine électrique en P2 ou P3. Néanmoins les positions de machine électrique P2, P3, P4, P5 sont plus généralement exploitées par les niveaux d'hybridation supérieures (HEV ou PHEV) qui proposent un mode 100 % électrique sur plusieurs kilomètres.

 

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Les avantages

Efficacité énergétique améliorée : 

Les MHEV récupèrent l’énergie cinétique lors des freinages et décélérations, ce qui permet de réduire la consommation de carburant.

Coût réduit : 

Ils sont généralement moins coûteux que les véhicules hybrides standard (HEV) ou hybrides rechargeables (PHEV), car ils nécessitent une batterie plus petite et une technologie moins complexe.

Simplicité d’intégration : 

La technologie MHEV est plus simple et facile à intégrer dans les véhicules existants sans nécessiter de modifications majeures.

Réduction des émissions : Ils contribuent à réduire les émissions de CO2.

Les inconvénients

Pas de mode 100 % électrique :  

Contrairement aux HEV et PHEV, les MHEV ne peuvent pas rouler en mode électrique seul. Pour la propulsion du véhicule, le moteur thermique fonctionne en quasi-permanence.

Gains de consommation limités : 

Les économies de carburant sont moins importantes comparées aux autres niveaux d'hybridations (HEV et PHEV).

Autonomie électrique limitée : 

La petite batterie ne permet pas de stocker beaucoup d’énergie, limitant ainsi l’impact sur l’efficacité énergétique globale.

 

Conclusion 

Ce qui rend l'hybridation légère particulièrement attractive est sa simplicité d'implémentation, ainsi que son efficacité. À première vue, le fonctionnement peut rappeler celui des systèmes Stop and Start avancés, mais avec une fonctionnalité accrue grâce à l'ajout d'une batterie lithium-ion. 

Depuis son introduction sur le marché par Honda en 1999, le système mild hybrid a connu de nombreuses améliorations. Originellement, il s'agissait essentiellement d'une évolution du système Stop and Start doté d'une batterie supplémentaire de moins de 0,5 kWh en plus d'une batterie au plomb. Aujourd'hui, le système fonctionne en 12, 24 ou 48 V, offrant une aide significative au moteur thermique et contribuant à une réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2.

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Méthodes et pratiques

Les techniciens intervenant sur les véhicules micro-hybride et mild hybrid peuvent réaliser:
 

• L'entretien du véhicule (vidange, freinage..)
• Le remplacement d'éléments
• Le diagnostic des systèmes
• L'apprentissage ou l'initialisation des calculateurs
• Le contrôle d'isolement du moteur électrique
• Les réparations des boitiers de gestion électronique
• La remise en état des batteries de traction
• L'équilibrage des cellules
• La mise en sécurité du véhicule
  
  
  Les intervenants non formés à la prévention des risques électriques ne sont pas autorisés à intervenir sur ces véhicules.

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Impact sur les compétences en atelier

Les interventions de réparation et de diagnostic sur ces systèmes exigent de : 
 

• Connaître la structure des réseaux multiplexés.
• Maîtriser la lecture des schémas électriques.
• Maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic.
• Connaître les procédures d'intervention.
• Posséder une habilitation.

Les interventions d'entretien nécessite de: 
 

• Connaître les procédures d'intervention.
• Posséder à minima un niveau averti.

Les personnes ne possédant pas à minima un niveau averti ne sont pas autorisées à intervenir sur ces véhicules.

Les habilitations

Le travail sur véhicules électriques et hybrides nécessitent une habilitation selon la réglementation NF C18-550.

Il est important de bien identifier les limites d’actions de son titre d’habilitation.

 

Voici quelques exemples d'interventions et le titre d'habilitation nécessaire pour être autorisé à réaliser l'intervention :

Votre titre d’habilitation est lié à une norme délimitant votre périmètre d’action. Les métiers de l’automobile sont liés à la norme NFC 18-550. Cette norme ne vous autorise pas à travailler sur les infrastructures électriques (prise, borne de recharge…)

Pour cela, il est important d’identifier quel « domaine d’intervention » est couvert par votre titre d’habilitation.

 

Dans le domaine de l’automobile, on distingue plusieurs types d’intervenants :

•Une personne NON habilitée - Ordinaire

C’est une personne n’ayant reçu aucune formation sur les risques électriques. Ne sachant pas analyser les risques électriques et donc intervenir en sécurité, elle n’est pas autorisée à intervenir sur un véhicule électrique ou hybride.

 

•Une personne NON habilitée – Avertie

C’est une personne ayant suivi une formation sur les risques électriques. A travers cette formation et une évaluation, l’apprenant a justifié qu’il est en mesure de réaliser une analyse de risque avant d’intervenir. Il est donc autorisé à travailler sur un véhicule électrique (hors chaîne de traction) si le véhicule est conforme. En cas de détection d’un risque, il stoppe son activité, et alerte la personne qui devra sécuriser ce véhicule.

 

•Une personne habilitée – B0L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux non électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à travailler hors chaîne de traction. A condition que le véhicule ne présente pas de risque électrique. Elle connaît ses limites d’interventions et ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilité - B2L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sur la chaîne de traction du véhicule, si celui-ci est consigné. Elle ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilitée – B2VL

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques au voisinage, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à sécuriser la chaîne de traction d’un VE/VH au voisinage d’une PNST (c’est-à-dire à moins de 30 cm), même si elle n’est pas consignée, par exemple pour isoler une pièce nue sous tension. Elle est équipée d'EPI.

 

•Une personne habilitée – BCL

C’est une personne habilitée à consigner un VE/VH, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est équipé d’EPI.

Un BCL seul n'est pas autorisé à travailler sur un véhicule électrique ou hybride. Il le consigne pour permettre à une personne habilitée (B2L, B2VL…) de faire les réparations.

Dans l’automobile on trouve rarement des personnes habilitées uniquement BCL !

 

•Une personne habilitée – B2TL

C’est une personne habilitée aux travaux sous tension, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sous tension, c’est-à-dire intervenir dans la batterie de traction.

Exemple : Remplacement d’un module dans la batterie, d’un capteur, d’un bus bar, d’un BMS, des relais de puissance...

Elle a des EPI spécifiques, et ne travaille qu’avec des outils isolés. Une habilitation sous tension ne remplace pas une habilitation hors tension.