Le réseau 48 V

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Description détaillée

Depuis 2011, Audi, BMW, Mercedes, Porsche et Volkswagen se sont réunis pour réaliser une architecture et une base de composants communs pour leurs véhicules sous 48 V. Ils ont créé une impulsion chez leurs fournisseurs et équipementiers (électroniques, électriques et mécaniques) pour réaliser des recherches et du développement sur l'architecture 48 V.

Cette tension est 4 fois supérieure à l'actuelle. Ce qui, à puissance égale, divise la consommation de courant par 4 !

Exemple : 

Un démarreur qui consomme 200 A sous 12 V, dispose d'une puissance électrique de 2400 W.  

(Rappel : Puissance = Tension x Intensité) 

Un démarreur qui fonctionne sous 48 V, dispose de la même puissance 2400 W mais consomme seulement 50 A.

Avantage de l'augmentation de tension :

• Réduction de la consommation électrique
• Diminution de la section des fils
• Les faisceaux sont plus légers
• Augmentation de la performance des composants alimenter en 48 V

 

Même s'Il faut considérer le coût pour développer un démarreur 48 V, ce réseau permet d'économiser beaucoup plus d'énergie à l'utilisation que le réseau 12 V. De plus l'augmentation de la puissance électrique grâce au 48 V est aussi très bénéfique à la récupération d'énergie, lors des décélérations.

Exemple :

• Récupération d'un alterno-démarreur 12 V : 3 kW
• Récupération d'un alterno-démarreur 48 V : 14 kW (pendant 5 secondes) puis 5 kW le reste du temps. 

C'est 2000 watts de plus de récupération d'énergie avec un système 48 V.

C'est là que les machines électriques interviennent et prennent le rôle du démarreur...et même d'assistant pour le moteur thermique, tellement leur efficience est élevée.

 

Voici comment le 48 V s'est introduit dans nos véhicules il y a déjà plusieurs années :

 

 

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Les composants du réseau 48 V

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La batterie 48 volts

 

 

Caractéristiques :

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

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Le convertisseur DC/DC

Le convertisseur DC/DC transforme la tension 48 V en une tension de 12 V.

le convertisseur est bidirectionnel. Cela signifie que, d’une part, la tension 48 volts générée par l’alternateur est transformée en une tension 12 volts pour charger la batterie 12 volts. D’autre part, la procédure est, dans certaines conditions, inversée et une tension 48 volts est générée à partir de 12 volts. 

Cela se produit par exemple si un chargeur externe est relié au véhicule via les raccords pour auxiliaire de démarrage 12 volts.

 

 

D'autres cas existent dans lequel le convertisseur assure une transformation 12V vers 48V. 

Cela concerne les premières applications du 48V en automobile où l'alternateur est resté en 12 V. Le véhicule embarque une batterie 48 V et un convertisseur 12V/48V.

Caractéristiques :

• Conversion 48V/12V
• Conversion 12V/48V
• Puissance : 3 kW
• Refroidissement actif

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Evolution du réseau 48 V

La grande majorité associe le 48 V à l'hybridation mild hybrid, mais l'évolution du réseau 48 V permet de faire bénéficier l'augmentation de tension à d'autres composants dans le véhicule que l'alterno-démarreur. 

C'est pour cette raison que le terme de réseau 48 V est plus approprié aujourd'hui.

 

Quelques exemples : 

 

 

 

Principe de fonctionnement : 

1. Lors du pilotage du moteur électrique par le calculateur correspondant, un couple est exercé par le rotor sur l’arbre d’entrée de l’engrenage planétaire. En raison de la démultiplication totale importante de l’engrenage planétaire (1 : 200) ce couple, amplifié (jusqu’à max. 1200 Nm), est disponible en sortie de l’engrenage et agit ainsi sur la moitié de barre stabilisatrice ainsi reliée. 

Comme le stator du moteur électrique est relié avec l’autre moitié de la barre stabilisatrice, il se produit une « précontrainte » relative entre les deux moitiés de barre stabilisatrice. Le couple de torsion augmente, la barre stabilisatrice durcie. 

2. Pour améliorer la traction, dans des conditions de tout terrain notamment, il est même possible de réaliser un désaccouplement des moitiés de barre stabilisatrice par non-pilotage du moteur électrique. En dépit d’un croisement de ponts important, les roues ne perdent pas le contact avec le sol et un couple d’entraînement peut être réalisé sur les deux roues.

 

Détails :

Détails : 

Le système possède un actionneur (moteur électrique) par demi-train, soit quatre actionneurs au total.

Le système assure la correction d'assiette du véhicule. Les systèmes de correction d'assiette existent depuis de nombreuse années, mais en version à air ou hydraulique, qui nécessite beaucoup d'énergie.

Dans ce système, on découvre la correction d'assiette entièrement électrique, pour des gains de consommations électriques évident avec le 48 V, mais aussi des temps de réponses beaucoup plus rapides permettant une correction dynamique. 

ex : prise en compte de bosses sur la route et adaptation de la hauteur de la ou des roues concernées.

Fonctionnement :

En relation avec les autres calculateurs du véhicule, le calculateur de suspension adaptative est capable de modifier la hauteur de caisse en fonction du profil de la route.

Lorsqu'une bosse est détectée par la caméra frontale, le système va piloter ses actionneurs afin de relever la hauteur de la roue pour absorber cette bosse lors du passage. Ainsi le profil d'une route en mauvaise état est gommé par le système, le confort est considérablement amélioré.

Autres avantages :

• Lorsqu’une porte est ouverte, la hauteur de caisse est relevée pour faciliter l’entrée/la sortie.
• Le mouvement de roulis est mieux maitrisé et cela influence positivement la dynamique du véhicule en raccourcissant la distance de freinage.
• Sécurité en conduite. Cela influence positivement l'expérience de conduite et la sécurité, grâce à une meilleure réponse de la direction et à un comportement neutre du véhicule.
• Sécurité en cas d'accident. Si un impact latéral imminent est détecté, ce côté du véhicule est soulevé très rapidement. Au lieu d’impacter la porte, l’objet en collision heurte une plus grande proportion de la zone du seuil plus rigide, ce qui peut réduire les effets de l’accident.

 

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Les avantages du réseau 48 V

Les véhicules équipés d'un réseau 48 volts ont plusieurs avantages :

• Assister le moteur à combustion lors des accélérations, réduisant ainsi la charge du moteur et donc sa consommation de carburant. Augmenter la quantité d'énergie récupéré au freinage.

   

• Efficacité énergétique accrue. Les systèmes de 48V permettent de transporter plus de puissance avec moins de courant qu’un réseau 12V, ce qui réduit les pertes d’énergie dues à la résistance dans les câbles. 

   

• Réduction du poids et de la taille des composants : En passant à 48V, certains composants électriques comme les câbles, alternateurs et moteurs électriques peuvent être plus compacts et légers, car la demande de courant est réduite. Cela contribue à une réduction du poids global du véhicule, ce qui améliore encore l'efficacité énergétique.

   

• Prise en charge d'équipements plus puissants : Le réseau 48V permet d'alimenter des équipements plus performants, qui ne seraient pas efficacement pris en charge par un réseau 12V.

 

Les inconvénients du réseau 48 V

Les véhicules équipés d'un réseau 48 volts présentent des inconvénients : 

 

• Complexité accrue : L’intégration d’un système 48V nécessite des composants supplémentaires et une gestion plus complexe par rapport aux systèmes traditionnels 12V.

   

• Coût plus élevé : Les véhicules équipés de systèmes 48V peuvent être plus coûteux à produire en raison des composants spécifiques nécessaires, comme les alterno-démarreurs, les convertisseurs DC/DC et batteries.

   

• Gestion thermique plus complexe : Les systèmes 48V peuvent nécessiter une gestion thermique plus rigoureuse pour éviter la surchauffe des composants, ce qui ajoute une couche de complexité.

 

 

Conclusion

Un véhicule avec un réseau 48V peut encore utiliser un réseau 12V pour les systèmes qui ne nécessitent pas de forte puissance, comme les phares ou l'électronique embarquée. Le système hybride 12V/48V est donc une solution modulaire qui permet d'intégrer progressivement des systèmes plus performants tout en maintenant la compatibilité avec des composants existants.

Le réseau 48V permet aux constructeurs de faire une transition vers l'électrification complète sans immédiatement passer à des véhicules entièrement électriques. Il permet d'introduire des fonctionnalités électrifiées tout en restant compatible avec les moteurs thermiques, ce qui est un compromis intéressant pour les véhicules hybrides légers.

En résumé, l'implémentation d'un réseau 48V en automobile est motivée par la volonté d'améliorer l'efficacité énergétique, réduire les émissions et soutenir de nouveaux systèmes électroniques plus exigeants en énergie, tout en étant plus efficace et sécuritaire que le système traditionnel 12V. C'est une solution transitoire vers une électrification complète, permettant de répondre aux normes environnementales tout en optimisant la performance globale des véhicules.

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Méthodes et pratiques

Opérateur service rapide : remplacement de courroie.

Mécanicien automobile : remplacement de courroie et de machine électrique.
Respecter le kilométrage et  la tension préconisés par le constructeur pour remplacer la courroie.

Électricien et électronicien automobile : tous types de réparation. Dépose et repose de pièces.
Respect des procédures des constructeurs lors du remplacement des éléments de la réparation des faisceaux.
Utiliser l'outil de diagnostic pour diagnostiquer et paramétrer le système.
Vérifier toujours que la fonction est inhibée avant de réaliser des travaux sur le compartiment moteur ! (Sauf si c'est ce système que vous diagnostiquez, etc.)

Étant donné les conditions de fonctionnement et d'activation/désactivation de ces systèmes, il faut vérifier les paramètres avec l'outil de diagnostic lorsqu'un client se plaint du non-fonctionnement de son système. En effet, cela peut être dû à une méconnaissance des conditions de fonctionnement du système.

Les défauts enregistrés entraînent le plus souvent l'arrêt de la fonction.

Les niveaux de tension et la capacité de batterie n'imposent pas d'habilitation pour travailler sur cette technologie ou sur les éléments qui seraient alimentés en 48V (pompe à eau, compresseur, E-booster, etc). 
 

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Impact sur les compétences en atelier

La mise en œuvre de systèmes 48 volts en technique automobile peut présenter des dangers électriques. Le personnel des ateliers d’après-vente doit être en mesure d’identifier les systèmes 48 volts du réseau de bord et d’effectuer en toute sécurité des travaux sur ces systèmes. 

Des travaux sur le système 48 volts du réseau de bord ne doivent être effectués qu’à l’état hors tension et confiés à des collaborateurs possédant la formation requise et ayant des connaissances de base en électricité. 

• Identification et repérage
• câbles positifs du réseau de bord secondaire 48 volts
• Câbles de masse du réseau de bord secondaire 48 volts
• Composants alimentés en tension alternative du réseau de bord secondaire de 48 volts
• Avertissement sur la batterie 48 volts
   

Les techniciens doivent être en mesure :

• d'identifier les différents niveaux d'hybridation
• d'exploiter les outils de mesure et de contrôle sur les systèmes techniques hybrides.
• d'interpréter les paramètres des systèmes de gestion de la batterie, de l'alterno-démarreur et du convertisseur DC/DC.
• d'identifier les technologies stop and start
• de réaliser des paramétrages, initialisations sur les gestions d'énergies complexes
• d'appréhender les architectures à deux niveaux de tension
• de réaliser les déposes/poses des pièces
  
   

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.

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Exemple d’outillage approprié

• Outil de diagnostic
• Multimètre
• Appareil de mesure de tension de courroie