Pourquoi passer au 48 volts dans les voitures : les principales raisons du passage aux hybrides légers MHEV

Selon les analystes de JATO Dynamics, la part des véhicules équipés de la technologie « mild hybrid » sur le marché européen a rapidement dépassé la barre des 25 % et continue de progresser de manière constante. Alors qu'auparavant, l'électrification était l'apanage des marques haut de gamme, le système 48 volts est aujourd'hui devenu la norme de base pour le segment grand public, des citadines aux gros SUV.

Pourquoi les constructeurs mondiaux ont-ils opéré une révolution technique aussi discrète mais d'une telle ampleur ? Pour les ingénieurs, cela s'est avéré être le seul moyen disponible de répondre simultanément à trois exigences strictes du marché : réduire de manière significative la consommation de carburant, respecter des limites environnementales strictes et améliorer les performances des véhicules sans augmenter la cylindrée du moteur.

Mais de nombreux propriétaires de voitures et techniciens de garages se posent encore des questions sur l'hybride léger : de quoi s'agit-il réellement ? D'un simple stratagème marketing ou d'une réelle nécessité ? Nous allons voir comment fonctionne cette architecture, où se cachent ses économies et pourquoi les garages doivent se préparer dès maintenant à son entretien.

Le mild hybrid : qu'est-ce que c'est réellement et en quoi diffère-t-il d'une voiture à moteur thermique et d'un hybride complet (HEV)

Il existe encore une idée fausse bien ancrée dans le milieu automobile : selon elle, un hybride léger 48 volts serait une voiture ordinaire équipée d'une batterie légèrement plus grande et d'un démarreur plus puissant. C'est tout à fait faux. Le MHEV repose sur un schéma d'interaction entre les parties électriques et mécaniques de la voiture radicalement différent. Nous avons déjà expliqué dans notre blog l'architecture 48 V et ses différences par rapport aux autres types d'hybrides.

Il est important de comprendre que le mild hybrid n'est pas un hybride à part entière (HEV - Hybrid Electric Vehicle) au sens classique du terme, comme par exemple la Toyota Prius. Contrairement aux hybrides complets ou aux hybrides rechargeables (PHEV), une voiture équipée d'un système MHEV n'est pas capable de rouler exclusivement en mode électrique. Il n'y a pas ici de moteur électrique de traction d'une puissance donnée, capable de faire rouler la voiture lorsque le moteur à combustion est à l'arrêt.

La base du système est constituée d'un module compact de 48 volts qui joue le rôle d'assistant du moteur à essence ou diesel principal. Il prend en charge les modes de fonctionnement critiques où le rendement du moteur à combustion interne est minimal, et assure les processus suivants :

• Assistance au démarrage et à l'accélération : le moteur électrique ajoute du couple au vilebrequin, compensant le manque de couple à bas régime lors d'accélérations intenses.
• Récupération d'énergie lors du freinage : accumulation de l'énergie cinétique qui, auparavant, était irrémédiablement dissipée dans l'air sous forme de chaleur par les plaquettes et les disques de frein.

La principale différence technique par rapport au circuit 12 V traditionnel réside dans le rendement. Un alternateur 12 V classique est capable de produire et de récupérer au maximum 1 à 1,5 kW d'énergie. Un démarreur-générateur de 48 V récupère jusqu'à 12-15 kW d'énergie lors de la décélération. Cette quantité importante d'énergie est stockée dans une batterie lithium-ion distincte d'une capacité d'environ 0,5 à 1 kWh.

Selon la conception, les constructeurs automobiles utilisent deux types principaux de modules 48 V :

1. BSG (Belt Starter Generator) / RSG : démarreur-générateur à courroie. Il remplace le générateur d'origine et est relié au vilebrequin à l'aide d'une courroie polyclinoïde renforcée. Il s'agit de la solution la plus simple, la moins coûteuse à produire et la plus répandue, qui s'intègre facilement dans l'architecture des moteurs existants sans modification du bloc-cylindres.
2. ISG (Integrated Starter Generator) / ISG : Démarreur-générateur intégré. Ce moteur électrique est monté directement entre le moteur et la boîte de vitesses (en fait à la place du volant moteur). Ce système est nettement plus coûteux, mais bien plus efficace : il délivre un couple plus élevé, n'est pas soumis aux contraintes d'une transmission par courroie et garantit un démarrage du moteur à combustion interne absolument silencieux et instantané.

Pour autant, la batterie classique au plomb-acide de 12 volts ne disparaît pas pour autant. Deux réseaux fonctionnent en parallèle dans la voiture : un réseau basse tension de 12 V (qui alimente le système multimédia embarqué, les serrures, les lève-vitres et l'éclairage intérieur) et un réseau de puissance de 48 V, reliés entre eux par un convertisseur CC/CC bidirectionnel spécial.

Raison n° 1. Économie de carburant réelle : comment fonctionnent les trois mécanismes techniques

Lorsque les constructeurs automobiles vantent les mérites de l'économie de carburant, les sceptiques évoquent immédiatement les tests en laboratoire WLTP, loin de la réalité quotidienne. Cependant, l'introduction de l'architecture 48 V assure une économie de carburant tout à fait physique et tangible pour les hybrides, de l'ordre de 10 à 15 % en cycles mixtes et urbains. Examinons les trois mécanismes précis qui permettent d'atteindre ce résultat.

1. Récupération d'énergie efficace lors du freinage du véhicule

En circulation urbaine, le conducteur alterne constamment entre accélération et freinage aux feux de signalisation, aux passages piétons et dans les embouteillages. Chaque fois que la pédale d'accélérateur est relâchée ou que le frein est actionné, la récupération de l'énergie de freinage fait passer le démarreur-générateur 48 V en mode génération. Au lieu de la résistance des freins, la voiture ralentit grâce au champ magnétique du moteur électrique. L'électricité gratuite ainsi obtenue est instantanément envoyée vers la batterie lithium-ion afin d'alimenter les systèmes électriques de la voiture ou de se transformer en puissance supplémentaire lors de l'accélération.

2. Un système Start-Stop ultra-rapide et confortable de nouvelle génération

Les systèmes « Start-Stop » classiques de 12 volts agacent les conducteurs : le moteur cale au feu rouge, et son redémarrage s'accompagne d'une vibration perceptible, d'un « grondement » du démarreur et d'un délai de l'ordre de 700 à 900 millisecondes. Les conducteurs désactivent souvent cette fonction à l'aide d'un bouton sur le tableau de bord, réduisant ainsi à néant toute la logique d'économie.

Le système hybride léger 48 volts change radicalement ce processus. Un démarreur-générateur puissant (en particulier de type ISG) fait tourner le vilebrequin jusqu'à son régime de fonctionnement en seulement 300 à 400 millisecondes – plus vite que le conducteur n'a le temps de passer de la pédale de frein à la pédale d'accélérateur. Le démarrage s'effectue de manière totalement silencieuse, sans aucune vibration de la carrosserie. De plus, le système électronique a la possibilité de couper le moteur à combustion interne à l'avance – non pas lorsque la voiture est déjà à l'arrêt, mais alors qu'elle roule encore à une vitesse inférieure à 20-22 km/h ou lors d'une conduite stable sur autoroute en roue libre (mode Sailing/Coasting). Dès que vous touchez l'accélérateur, le moteur à combustion interne se met en marche instantanément et imperceptiblement.

3. Libération du moteur des « parasites » mécaniques

Dans une voiture classique, le moteur est contraint de consacrer une partie de sa puissance utile à l'entraînement des équipements auxiliaires via des courroies de transmission. Le compresseur de climatisation, la pompe du circuit de refroidissement, la pompe de la transmission : tous ces composants consomment de précieux chevaux-vapeur et des grammes de carburant, même lorsque leur pleine puissance n'est pas nécessaire.

Le passage au réseau 48 V a permis aux ingénieurs de rendre ces consommateurs autonomes et de les faire fonctionner à l'électricité. Le compresseur électrique 48 V du système de climatisation ou la pompe de refroidissement consomment exactement l'énergie nécessaire à l'instant présent, quel que soit le régime du moteur à combustion interne. Cela soulage considérablement le moteur et permet d'économiser du carburant.

Cas concret : des essais indépendants menés sur la célèbre Volkswagen Golf 1.5 eTSI (équipée d'un système MHEV 48 V) par rapport à une Golf 1.5 TSI purement essence ont montré une réduction constante de la consommation de carburant en cycle urbain de 0,4 à 0,6 litre aux 100 km. À l'échelle de l'utilisation quotidienne et des flottes commerciales, cela représente des économies colossales.

Raison n° 2. Exigences environnementales et pression des régulateurs : pourquoi les constructeurs automobiles se dépêchent

Pour bien comprendre pourquoi les voitures ont besoin de 48 volts, il faut se mettre à la place des dirigeants des marques automobiles. L'adoption massive des MHEV n'est pas tant une préoccupation altruiste pour l'environnement qu'une mesure pragmatique et mûrement réfléchie visant à protéger les entreprises contre les lourdes amendes infligées par les régulateurs internationaux.

Les normes environnementales strictes en vigueur dans le monde entier placent les constructeurs automobiles dans une impasse. Par exemple, la législation de l'Union européenne a obligé les marques automobiles à réduire le niveau moyen d'émissions de dioxyde de carbone (CO2) sur l'ensemble de leur gamme de modèles à des limites strictes :

• D'ici 2021, ce chiffre ne devait pas dépasser 95 g de CO2/km.
• D'ici 2025, la barre est descendue encore plus bas, à 81 g de CO2/km.
• On s'attend à des normes d'émissions de CO2 Euro 7 encore plus strictes, qui évalueront la toxicité des gaz d'échappement dans toutes les conditions d'utilisation, même les plus extrêmes, ainsi qu'au démarrage à froid.

Le prix de l'erreur se chiffre en milliards. Désormais, pour chaque gramme dépassant la limite de CO2 fixée sur chaque voiture vendue, le constructeur automobile est tenu de payer une amende de 95 euros. Lorsqu'une entreprise vend un million de voitures par an, un dépassement de la norme de seulement 3 à 5 grammes entraîne automatiquement des pertes nettes de plusieurs centaines de millions d'euros.

Pourquoi, dans ce cas, ne pas convertir immédiatement et intégralement l'ensemble de la gamme de modèles en véhicules électriques purs (BEV) ? Parce que l'industrie mondiale et les acheteurs finaux ne s'y sont pas encore préparés sur le plan technologique et économique :

• L'infrastructure de recharge à grande échelle en est encore à ses balbutiements dans de nombreuses régions.
• Le coût de revient des grandes batteries de traction reste élevé, ce qui rend les voitures électriques inaccessibles à la classe moyenne.
• Les usines ne peuvent pas réorganiser instantanément leurs chaînes de montage sans risquer d'arrêter la production.

La technologie hybride légère 48 V est devenue une solution commerciale de compromis idéale. L'intégration d'un système hybride léger réduit les émissions de CO2 de 10 à 20 grammes par kilomètre, permettant ainsi de maintenir en toute confiance les moteurs à combustion interne dans les limites légales. Dans le même temps, le coût de mise en œuvre d'une superstructure 48 volts pour l'usine est relativement faible : il est nettement moins élevé que celui de la conception d'un hybride PHEV complet, doté d'une batterie massive et d'un système de recharge externe. Cela a permis de maintenir les moteurs à combustion classiques sur la chaîne de production, protégeant ainsi les constructeurs automobiles des sanctions des régulateurs sans entraîner de hausse radicale des prix pour le consommateur final.

Raison n° 3. Plus de puissance avec un moteur plus petit

Il est erroné de croire que l'écologie et les économies ont étouffé le caractère sportif des voitures modernes. Au contraire, le système 48 volts a ouvert aux ingénieurs de nouvelles possibilités pour améliorer les performances dynamiques et la souplesse des moteurs, en aplanissant les principaux problèmes de conception de la construction moderne de moteurs.

À une certaine époque, dans le but de réduire la consommation de carburant, les ingénieurs ont opté pour une solution radicale consistant à réduire la cylindrée tout en installant un système de suralimentation performant. Ces moteurs semblent excellents sur le papier, mais présentent en réalité un défaut majeur : le « turbo lag ». À bas régime (jusqu'à 1 500-1 800 tr/min), les gaz d'échappement ne suffisent pas à faire tourner la roue de la turbine ; par conséquent, lorsque l'on appuie brusquement sur l'accélérateur, la voiture « hésite » d'abord, puis la reprise est soudaine.

L'électrification du réseau de bord résout ce problème de deux manières :

1. Un coup de pouce électrique instantané lors des dépassements

Au moment du démarrage ou lors d'une accélération brusque pour un dépassement sur autoroute, le démarreur-générateur de 48 volts (BSG/ISG) passe instantanément en mode moteur électrique. Il ajoute entre 10 et 20 Nm de couple directement sur le vilebrequin, précisément dans la plage de régime (1 000-2 500 tr/min) où le turbocompresseur n'a pas encore atteint sa pression de service. La propulsion électrique comble ce creux, assurant une réponse linéaire, prévisible et, surtout, instantanée de la voiture à l'accélérateur.

2. Compresseur électrique haute performance 48 V

Sur les modèles haut de gamme et sportifs (par exemple, l'Audi SQ7 ou la Mercedes-Benz C300de), l'énergie du réseau d'alimentation alimente un composant unique : un compresseur électrique 48 V. Il s'agit d'un surpresseur supplémentaire dont la turbine est entraînée par un moteur électrique compact et puissant en quelques fractions de seconde (moins de 250 millisecondes), quel que soit le débit actuel des gaz d'échappement. L'électrocompresseur crée immédiatement la pression de suralimentation nécessaire dans les cylindres, éliminant complètement le phénomène de « turbo lag ».

Grâce à cela, les constructeurs automobiles ont désormais la possibilité de tirer des performances élevées de moteurs de cylindrée modeste, garantissant au conducteur une accélération fluide, sûre et en toute confiance dans toutes les situations de conduite.

Ce qui change dans les systèmes de direction

Au-delà de tout ce qui précède, l'introduction de l'architecture 48 volts a entraîné des changements fondamentaux dans la conception et le fonctionnement des systèmes de direction.

Tout d'abord, la tension accrue a définitivement sonné le glas des systèmes classiques de direction assistée hydraulique (DH) à entraînement par courroie depuis la poulie du moteur à combustion interne. Ils ont été remplacés sans alternative par les systèmes de direction assistée électrique (EPS) et les ensembles électrohydrauliques (EHPS).

Deuxièmement, dans le segment des crossovers lourds, des SUV pleine grandeur, des pick-ups et des berlines haut de gamme, la puissance habituelle du réseau 12 volts ne suffit plus pour alimenter efficacement les servos électriques. Pour faire tourner les roues d'un gros 4x4 ou d'un grand véhicule à châssis sur place, il faut des courants élevés. Dans un réseau 12 V, cela entraîne une forte échauffement du câblage, la nécessité d'utiliser des câbles d'alimentation épais et lourds et, par conséquent, des pertes d'énergie.

L'utilisation d'un servomoteur de direction 48 V permet de résoudre plusieurs problèmes techniques importants :

• Réduction de l'intensité du courant et du poids : selon la loi d'Ohm, lorsque la tension est multipliée par 4 (de 12 V à 48 V), il faut 4 fois moins de courant pour transmettre la même puissance. Cela a permis de réduire la section des câbles de puissance, de rendre la carte de commande du servomoteur plus compacte et d'alléger considérablement le poids total de la crémaillère de direction.
• Puissance et précision accrues : le servomoteur de direction de 48 volts fonctionne beaucoup plus rapidement et développe une force nettement supérieure sur l'arbre de direction. Cela est essentiel pour l'intégration de systèmes de pilotage automatique, de fonctions de maintien de voie, de stationnement automatique et de manœuvres actives en cas d'urgence.
• Compatibilité avec les châssis complexes : l'alimentation 48 volts permet d'alimenter simultanément non seulement le servomoteur de direction, mais aussi les stabilisateurs actifs de stabilité transversale, ainsi que les systèmes de braquage de l'essieu arrière, transformant ainsi le châssis en un ensemble numérique unique à haute vitesse.

Le diagnostic, l'entretien et la réparation des crémaillères de direction équipées d'un calculateur de nouvelle génération exigent une connaissance approfondie de l'architecture des bus CAN et FlexRay automobiles à haut débit, la disponibilité de scanners et d'oscilloscopes spécialisés sous licence, ainsi qu'une compréhension des algorithmes de synchronisation du bloc de commande de direction avec le contrôleur général de 48 volts de la chaîne hybride.

Ce que cela signifie pour les garages : les perspectives B2B du marché de l'entretien

Les garages indépendants et les centres de service automobile ne doivent pas paniquer ni percevoir l'arrivée de la technologie MHEV comme une menace pour leur activité. Il s'agit d'une évolution naturelle du marché, et celui qui maîtrisera en premier les nouvelles normes bénéficiera d'un sérieux avantage concurrentiel. On peut supposer que d'ici 3 à 5 ans, une grande partie des véhicules qui arriveront sur les ponts élévateurs pour un entretien hors garantie seront précisément des hybrides légers de 48 volts.

Qu'est-ce qui change exactement dans le travail du réceptionniste et du mécanicien, et qu'est-ce qui reste inchangé ?

Nouveautés :

1. Batteries lithium-ion de puissance (48 V) : elles nécessitent un contrôle particulier des paramètres de température, un équilibrage des cellules et des procédures de sécurité spécifiques.
2. Les modules BSG : les démarreurs-générateurs à courroie exercent une charge accrue sur la courroie d'entraînement et les galets tendeurs en raison du changement constant des vecteurs de force (tantôt le moteur fait tourner le générateur, tantôt le générateur fait tourner le moteur). Les courroies sont ici renforcées, et le calendrier de leur remplacement doit être strictement respecté.
3. Systèmes complexes de refroidissement par liquide : comme les blocs convertisseurs DC/DC et les BMS de batteries dégagent beaucoup de chaleur, ils sont souvent raccordés au circuit de refroidissement général ou dédié du véhicule. Le service doit être capable d'entretenir ces systèmes sans purger les circuits.

Découvrez dans le portfolio de notre entreprise comment les spécialistes du garage STS effectuent avec succès la réparation de véhicules MHEV, ainsi que de véhicules équipés d'autres systèmes hybrides.

Ce qui reste :

le moteur à combustion interne classique, les éléments de suspension, le système de freinage, la plupart des composants de la transmission, voire la partie mécanique de la direction – tout cela est entretenu et réparé selon des fiches techniques standard et éprouvées depuis longtemps.

Les responsables des centres de service n'ont donc pas besoin d'investir d'urgence des dizaines de milliers de dollars dans l'achat d'équipements lourds radicalement nouveaux. Il est toutefois essentiel d'investir dans la formation du personnel. Les électriciens automobiles et les techniciens de diagnostic doivent parfaitement comprendre la logique d'interaction entre les réseaux 12 V et 48 V, être capables de mettre hors tension en toute sécurité le circuit d'alimentation du véhicule pour effectuer des réparations et savoir interpréter correctement les codes d'erreur spécifiques aux systèmes de gestion de la propulsion hybride.

Comparaison des technologies des réseaux embarqués

Examinons un tableau comparatif illustratif qui reflète la structure actuelle du marché automobile et la place de la technologie Mild Hybrid sur ce marché.

Comme on peut le constater, le système hybride léger 48 V constitue un compromis rationnel et équilibré entre le coût de mise en œuvre pour le constructeur automobile et les avantages réels en termes de consommation de carburant et de technologie pour le grand public. Il n'exige pas du propriétaire de la voiture un changement radical de son mode d'utilisation (comme la recherche de bornes de recharge), tout en offrant tous les avantages clés de l'électrification moderne.

Votre centre d'entretien est-il prêt à prendre en charge les voitures de nouvelle génération ?

La tendance technologique est évidente : les véhicules dotés d'une architecture 48 V sont déjà une réalité quotidienne sur les routes de Pologne et de l'UE en général, et leur nombre va croître rapidement d'année en année. Il est important pour les propriétaires de MHEV et les responsables de garages indépendants de disposer d'un partenaire technique fiable, capable d'assurer un soutien professionnel dans le domaine des solutions techniques complexes.

La société STS suit de près l'évolution des technologies automobiles. Nos spécialistes disposent des compétences nécessaires, d'équipements de diagnostic de haute précision et de bancs d'essai spécialisés pour contrôler, remettre en état et entretenir les crémaillères de direction modernes à entraînement électrique 48 V, les pompes électrohydrauliques et les composants associés des systèmes embarqués complexes.

Vous avez besoin d'un conseil professionnel pour le diagnostic de la direction sur un véhicule hybride léger, le choix de pièces d'origine ou la réparation d'un module électronique complexe ? Contactez les spécialistes de STS.Parts : nous aiderons votre véhicule ou votre entreprise à garder une longueur d'avance sur le progrès technique !