Aix-la-Chapelle, Allemagne – Janvier 2021. Pour atteindre les objectifs CO₂ de l’accord de Paris sur la protection du climat pour 2050, une stratégie de mobilité durable devrait s’appuyer sur trois types clés de motorisations : les batteries électriques, les piles à combustible et les moteurs à combustion interne à hydrogène et les moteurs utilisant des e-carburants, en particulier pour les flottes existantes dans les décennies à venir. FEV, fournisseur de services indépendant et international de premier plan dans le développement de véhicules et de groupes motopropulseurs, a préconisé cette approche lors de sa conférence « Zero CO₂ Mobility » en novembre dernier. Cependant, l’important pilier des e-carburants dans les moteurs à combustion reste jusqu’à présent écarté politiquement.

« Les batteries sont considérées comme ayant un impact important sur la réalisation des objectifs climatiques de Paris », a déclaré le docteur Norbert Alt, COO de FEV Group, dans son discours de bienvenue lors de la conférence en ligne « Zero CO₂ Mobility » en 2020. « En l’espace de quatre ans, la production de véhicules électriques a considérablement augmenté. C’est ainsi que les constructeurs automobiles contribuent à l’e-mobilité et lancent ce type de modèles sur le marché. »

Dans le même temps, de nombreux efforts se sont concentrés sur l’infrastructure de recharge, qui est actuellement considérée comme un facteur limitatif, en particulier dans les villes et les agglomérations urbaines. Quant à savoir  si un processus de recharge doit être effectué aussi rapidement qu’une visite à la station-service, le Dr Alt a pris l’exemple du concept de charge en forme de pyramide d’un fournisseur d’énergie. Il distingue le stop-to-charge (bornes de recharge rapide à partir de 50 kW) sommet de la pyramide, le park-to-charge (3,7 à 11 kW) en milieu de pyramide et enfin la recharge à domicile/au travail (à partir de 2,3 kW) en tant que base de la recharge des véhicules électriques. En moyenne, en Allemagne, les véhicules stationnent plus de 23 heures par jour – donc « recharger aussi vite que nécessaire » doit venir avant de « recharger aussi vite que possible ». On peut alors supposer que le problème de “l’infrastructure de la recharge en centre-ville” sera résolu en Europe d’ici 2030 au plus tard.

Le deuxième pilier sur la voie du succès dans la réalisation des objectifs de CO₂ est représenté par le développement actuel des piles à combustible utilisant de l’hydrogène régénératif. Toutefois, pour produire en quantité et donc rendre les coûts plus attractifs, les piles à combustibles devraient non seulement être utilisées dans les poids lourds, mais aussi, dans une large mesure, dans les voitures de tourisme. Les constructeurs automobiles proposent déjà des véhicules à pile à combustible H2 aujourd’hui, et des modèles de série pour le transport privé devraient être disponibles à partir de 2030.

De plus, l’utilisation de l’hydrogène dans les moteurs à combustion interne est essentielle, puisqu’ils ne produisent que peu d’oxyde d’azote et peu d’émissions de CO₂. « Le moteur à combustion interne à hydrogène peut être mis sur le marché beaucoup plus rapidement et représente donc une technologie de transition pour une conduite neutre en CO₂ avec de l’hydrogène », a déclaré Norbert Alt. « La tâche pour l’industrie et la politique est maintenant d’accélérer et de promouvoir davantage la production à grande échelle des véhicules fonctionnant à l’hydrogène. »

La troisième composante de la mobilité climatiquement neutre – qui n’a pas encore été prise en compte dans la politique de l’UE – est l’augmentation significative de l’utilisation des e-carburants dans les moteurs à combustion. Dans ce contexte, le docteur Alt a souligné l’effet essentiel de la rétrocompatibilité : « Les e-carburants peuvent être utilisés dans les flottes existantes pendant les prochaines décennies et donc apporter une contribution indispensable à la réalisation des objectifs climatiques. Ceci est confirmé par les statistiques : en 2019, par exemple, plus de 50 % des véhicules en Europe avaient plus de onze ans. Le parc mondial actuel de voitures particulières et de véhicules utilitaires légers s’élève à environ 1,3 milliard. »

Dans ce contexte, le docteur Alt a soulevé la question des réglementations européennes appropriées concernant les e-carburants d’une part et les émissions d’autre part. FEV ainsi que des représentants de l’industrie automobile européenne, dont la VDA (Association allemande de l’industrie automobile), critiquent les propositions actuelles de la Commission Européenne. « Malheureusement, les normes UE7 n’ont pas suffisamment pris en compte les évaluations des experts techniques. La proposition actuelle ne peut être mise en œuvre, surtout concernant l’exigence de valeurs d’émission extrêmement faibles dans toutes les conditions limites, telles que les courtes distances et le fonctionnement à froid », a déclaré Norbert Alt. « Il reste à espérer que l’UE élaborera une nouvelle proposition avec la participation d’experts, de ce qui est techniquement réalisable. En outre, les experts se demandent si le prochain passage de l’UE6d à l’UE7 aura un effet significatif sur la qualité réelle de l’air. Des lois sur les quotas des e-carburants pour la réduction du CO₂ seraient beaucoup plus efficaces pour le climat et l’environnement. »

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FEV coordonne, depuis le 1^er août 2020, un projet collaboratif appelé « Methanol Standard ». Le projet, prévu pour deux ans, est financé par le Ministère fédéral allemand de l’économie et de l’énergie (référence de financement n°19I20005A). Le consortium multisectoriel s’est fixé pour objectif d’explorer les bases techniques de normalisation des carburants méthanol en Europe. Environ 20 partenaires scientifiques et industriels participent ainsi au projet.

Lors de la Conférence de Paris sur le climat en 2015, il a été décidé que les émissions de CO₂ devraient être réduites de 38 % d’ici 2030 et de 80 % d’ici 2050. Suite à l’accord vert européen, la Commission européenne a fixé des normes encore plus strictes, visant à une réduction d’au moins 50 % d’ici 2030 et à une neutralité climatique complète d’ici 2050. Les émissions n’ont pas diminué ces dernières années dans le secteur des transports, notamment en raison de la croissance régulière de la demande. Pour d’atteindre ces objectifs ambitieux et importants, FEV ne s’appuie pas sur une seule solution, mais plutôt sur une combinaison efficace de technologies.

« Compte tenu de la densité énergétique élevée des carburants liquides, les concepts « power-to-liquid » constituent une approche très prometteuse, notamment pour le transport de marchandises et sur de longues distances », a déclaré Christof Schernus, vice-président de la recherche et de l’innovation chez FEV. « Le principal avantage des sources d’énergie liquide est qu’elles peuvent stocker l’énergie à grande échelle et qu’elles sont faciles à transporter sur de longues distances. »

Le méthanol, qui est obtenu par synthèse du CO₂ et de l’hydrogène, est un exemple de produit « power-to-liquid ». L’hydrogène est produit par électrolyse à l’aide d’électricité renouvelable. Cela signifie que l’électricité peut être stockée dans des régions où le vent ou le soleil sont particulièrement présents. Idéalement, le CO₂ est obtenu à partir de déchets, ou extrait de l’air à long terme. Le méthanol ainsi créé peut alors être transporté par navire, par rail ou par pipeline et utilisé dans l’infrastructure existante. Aujourd’hui, le processus de production du méthanol a atteint une maturité technologique élevée.

Le projet collaboratif récemment lancé se concentre sur deux carburants à base de méthanol : le M100, du méthanol pur, et le M15, un mélange de méthanol et d’essence. Également connu sous le nom de carburant de remplacement, le M15 peut déjà être utilisé pour le parc existant pour obtenir des réductions de CO₂ significatives à court et moyen terme. Outre la production et l’utilisation de carburant dans le secteur des transports, les aspects de sécurité sont également partie intégrante du projet de recherche. Les résultats seront mis en œuvre dans un prototype de moteur.

FEV a également acquis de l’expérience dans la recherche de carburants à base de méthanol dans un autre de ses projets :le « consortium C3-Mobility » qui explore le méthanol et sa transformation en d’autres carburants synthétiques ainsi que l’utilisation de ceux-ci dans diverses versions et tailles de moteurs.

Les carburants renouvelables de remplacement – c’est-à-dire les carburants synthétiques – qui sont compatibles avec les normes actuelles sur les carburants, peuvent être utilisés directement pour l’ensemble du parc automobile et l’impact est donc neutre pour le climat. À ce titre, une disponibilité rapide pourrait contribuer de manière significative à la réalisation des objectifs climatiques.

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Dans le cadre de « l’Alliance Européenne pour l’Hydrogène Propre », FEV s’est engagée à développer conjointement et durablement une industrie européenne de l’hydrogène, afin d’atteindre une neutralité totale en CO₂. L’alliance est une initiative de l’Union européenne. En parallèle, FEV France est devenue membre de France Hydrogène (anciennement l’AFHYPAC), l’association française qui promeut les solutions hydrogènes.

En 2015, la Conférence de Paris sur le climat a imposé de réduire les émissions de CO₂ de 38 % d’ici 2030 et de 80 % d’ici 2050. Avec « l’accord vert », la Commission européenne a renforcé ces exigences et fixé une réduction d’au moins 50 % d’ici 2030 et une neutralité climatique complète d’ici 2050. La forte interconnexion du marché intérieur européen et la croissance constante du volume du transport nécessitent une stratégie commune pour atteindre ces objectifs climatiques, en particulier dans le secteur des transports.

« Si l’on envisage les cycles de développement du secteur des transports, l’avenir est déjà tout proche de nous. Afin d’atteindre les objectifs climatiques ambitieux, nous avons besoin d’une combinaison de toutes les approches économiquement et écologiquement raisonnables pour décarboner l’ensemble du secteur », a déclaré le professeur Stefan Pischinger, Président et CEO de FEV Group. « L’hydrogène peut être utilisé ici comme moyen de stockage pour les énergies renouvelables, comme base pour les carburants synthétiques ou directement dans les piles à combustible et les moteurs à combustion interne ».

C’est pourquoi FEV a rejoint « L’Alliance Européenne pour l’Hydrogène Propre » afin de soutenir le développement d’une industrie de l’hydrogène compétitive à une échelle transnationale.

En collaboration avec des experts des États membres de l’UE, des entreprises, des associations et des communautés dans la recherche et l’innovation, des ressources doivent être mises en commun, et de nouvelles impulsions accompagnées de nouveaux investissements doivent être générés afin d’apporter une contribution significative à la neutralité climatique. L’alliance sert de forum d’échange et couvre l’ensemble de la chaîne de valeur, de la production, au transport et au stockage de l’hydrogène jusqu’aux applications finales.

« Le besoin d’investissement, par exemple dans les électrolyseurs pour l’hydrogène vert, est énorme », a déclaré le professeur Pischinger. « Il est donc essentiel de proposer des incitations politiques claires et de poursuivre une direction européenne commune. C’est ce que nous voulons soutenir par notre engagement ».

 L’alliance prévoit de réunir 2 000 entreprises d’ici 2050.

FEV France devient également membre de France Hydrogène, l’organisme national de promotion de la filière.

En devenant adhérent, FEV France fera bénéficier aux membres de l’association de ses compétences pour la recherche et le développement des techno-briques ainsi que leur intégration dans les produits finaux. FEV contribuera aux aspects réglementaires et aux projets en cours.

Merci d’avoir lu ce communiqué de presse édité par Régis De Bonnaventure bonnaventure@fev.com.

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COMMUNIQUÉ DE PRESSE

10.12.2020 – UTAC CERAM, groupe privé et indépendant, partenaire privilégié des acteurs du monde de l’automobile et de la mobilité : essais de développement et de validation en environnement, homologation et réglementation, formation, conseil, audit et certification, contrôle technique, normalisation et évènementiel et FEV Group, groupe indépendant et l’un des principaux prestataires mondiaux du développement de véhicules et de la chaine de traction, couvrant à la fois les domaines mécanique, électronique et logiciel, annoncent la création d’une société en joint-venture, afin d’ouvrir le premier centre d’essais en Afrique, au Maroc.

Depuis le lancement du Plan d’Accélération Industrielle (PAI) en avril 2014, le Maroc s’est doté d’une forte stratégie de développement de son industrie dans différents secteurs d’activités-clés et notamment dans l’automobile. L’Etat Marocain, soutenu par les constructeurs et équipementiers présents dans le pays, a souhaité en effet développer un centre d’essais automobiles, cette activité représentant une étape majeure dans la construction de sa filière automobile.

Ainsi, UTAC CERAM et FEV Group ont choisi de s’associer pour créer ce centre à Oued Zem, à 150 kilomètres de Casablanca. L’ouverture du site est prévue en 2021.

Dès son ouverture, ce centre d’essais proposera une offre de services complète répartie en plusieurs activités :

• Essais endurance et fiabilité complète sur bancs/pistes/routes
• Développement et essais en dynamique véhicule
• Essais de coast down (piste de 4 km, unique en Europe et en Afrique)
• Bancs d’essais pour le développement des chaînes de traction (véhicules à propulsion électrique, hybride ou conventionnelle)
• Bancs à rouleaux 4×4 (- 20°C) pour calibration et homologation
• Développement et essais acoustiques
• Développement et essais en choc piéton
• Roulage RDE (Real Driving Emissions)
• Essais de flottes véhicules automatisés et connectés
• Formation à la conduite, prestations événementielles

Ce centre aura, à n’en pas douter, un effet d’entraînement sur le développement de l’ingénierie et de la R&D en Afrique et tout particulièrement au Maroc. En outre, le Maroc dispose d’une proximité géographique avec l’Europe, qui représente un atout primordial pour les acteurs internationaux.

UTAC CERAM et FEV Group recruteront près de 100 collaborateurs d’ici à 5 ans avec un programme de formation dédié.

Laurent Benoit, Président UTAC CERAM, déclare : « La construction de ce nouveau centre s’intègre dans la stratégie de développement et de croissance du Groupe, pour aller au-devant des demandes de ses clients. Le choix du Maroc s’est imposé en raison de ses nombreux avantages et de la politique dynamique menée par le Royaume pour faire de son  pays un pôle mondial automobile. Tout d’abord des conditions météorologiques favorables qui permettent de mener des essais de façon optimale. Puis, du fait de coûts salariaux locaux favorables, UTAC CERAM sera en mesure de bénéficier d’une meilleure compétitivité sur certains types de prestations et ainsi de compléter son offre. »

Nadim Andraos, Président, France, Espagne et Afrique du Nord de FEV Group, précise : « Le groupe FEV est implanté au Maroc depuis quelques années déjà et il nous paraissait important de nous associer à un partenaire reconnu comme UTAC CERAM pour développer ce nouveau centre. Ce pays offre un rayonnement intéressant avec l’Europe et l’Espagne en particulier ce qui nous permet de réaliser de véritables synergies. »

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Régis De Bonnaventure par mail à bonnaventure@fev.com ou par téléphone au + 33 (0)6 88 09 06 04.

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Températures extrêmes, inondation, poussière, impact de pierres – de nombreux facteurs environnementaux peuvent affecter le fonctionnement d’une batterie au cours de son cycle de vie. La reproduction de ces effets à l’eDLP demande une section d’environ 2 500 m2 dans le bâtiment, avec une capacité suffisante pour répondre à toutes les exigences des tests environnementaux conventionnels.

Lors de la phase de planification, la taille et les profils de performance de chaque station et de chaque équipement de test ont été conçus par les experts de FEV pour permettre une flexibilité maximale. Pour garantir une propreté optimale et, par conséquent, des essais de la plus haute qualité, les bancs d’essai sont situés dans des pièces fermées dotées de systèmes de ventilation et de purification de l’air appropriés. À la fin de l’essai environnemental, les éléments de test sales sont nettoyés et séchés, afin d’effectuer de nouveaux cycles de test.

Les tests environnementaux sont effectués en mettant l’accent sur les exigences de sécurité de la norme européenne ECE R100 et de la norme 38.3 des Nations Unies concernant les marchandises dangereuses, afin de prouver que les composants peuvent être expédiés en toute sécurité. En outre, les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles accordent de l’importance au comportement des cellules, des modules, des blocs de batteries et de leurs boîtiers, en particulier lorsqu’il s’agit de fournir des garanties. L’équipe d’experts de l’eDLP conseille et soutient les clients dans la spécification des objectifs de test individuels et s’occupera du développement et, si nécessaire, de la réalisation de cycles de test appropriés. Les données de la phase de dépannage et de diagnostic qui se déroule immédiatement après peuvent être intégrées dans le processus de développement du client. Cela permet non seulement de raccourcir les cycles virtuels de développement itératif, mais aussi de réduire les tests en situation réelle, ce qui permet de gagner du temps et de l’argent sur le chemin de la maturité du produit.

Conditions climatiques et température

Pour les simples tests de température, l’installation offre une armoire chaud/froid d’une capacité de 2 500 litres pour les modules et les batteries haute tension relativement petites ainsi que trois enceintes climatiques d’un volume utile de 22 m3 chacune. Elles peuvent également contenir jusqu’à quatre éléments de test chacune. À l’intérieur, les batteries non chargées peuvent être testées afin de déterminer leur comportement dans une large gamme de conditions de température entre -40 °C et 90 °C et lors de fluctuations cycliques de température entre -40 °C et 60 °C. Les chambres sont polyvalentes et peuvent être utilisées à la fois pour des tests environnementaux spécifiques et des tests d’endurance. Des essais environnementaux avec des profils de température et d’humidité prescrits peuvent également être effectués sur le shaker de 350 kN avec une hotte climatique.

Éclaboussures d’eau

Une chambre environnementale de 22 m3 est également équipée de buses à jet. Pour simuler la conduite dans une flaque d’eau en hiver, l’objet d’essai et son système de refroidissement sont généralement chauffés à des températures comprises entre 60 °C et 80 °C. Cinq buses à jet d’un débit total de cinq litres par seconde pulvérisent l’objet d’essai avec de l’eau glacée (entre 1 °C et 4 °C) ou de l’eau contenant du sable. En 100 essais, l’objet est soumis à des chocs thermiques d’une durée de 3 secondes par cycle. Le profil de test est également librement programmable en fonction des exigences du client.

Spray salin

Le sel (routier) et ses effets possibles sur les batteries sont au centre de quatre chambres de pulvérisation de sel. Dans une cabine de pulvérisation de sel pour les cellules et modules relativement petits ainsi que dans trois chambres de pulvérisation de sel accessibles au public d’un volume d’essai de 16 m3, les UUT (Unit Under Test) sont pulvérisés avec un brouillard contenant du sel, et les essais sont effectués à différentes températures et à différents niveaux d’humidité. La composition et la quantité de sel peuvent varier en fonction des spécifications du client. L’une des chambres de pulvérisation de sel de 22 m3 est conçue pour les essais de corrosion en fonctionnement continu. L’objet testé est soumis à des fluctuations de température et à un brouillard salin pendant une période pouvant aller jusqu’à huit semaines, puis il est examiné pour détecter des signes de corrosion.

Intégrité du joint d’étanchéité

L’étanchéité du joint sur un boîtier de batterie est testée dans les salles IPX de l’eDLP. Lorsque les tests IPX6 et IPX6K sont mis en place conformément à la norme ISO 20653, l’objet testé est aspergé d’eau sous une pression pouvant atteindre 10 bars, afin de simuler la conduite sous la pluie ou les éclaboussures à différentes vitesses. La chambre pour les tests IPX9K simule le nettoyage d’un véhicule dans un lave-auto ou à l’aide d’un nettoyeur à pression. Les objets testés, pesant jusqu’à 1 250 kg, sont montés sur une table tournante et sont aspergés d’eau chaude (de 75 °C à 85 °C à 80-100 bars) à intervalles de 30 secondes, tout en étant tournés à 360°. Cette opération est généralement effectuée pour tester uniquement l’étanchéité du joint du boîtier. Toutefois, les tests peuvent également être effectués à l’aide d’unités pleinement opérationnelles.

Vide et pression d’air

Dans la chambre à vide de 16 m3, les modules et les batteries de haute tension peuvent être testés pour déterminer leur durabilité dans des conditions de pression atmosphérique variables. Ce banc d’essai joue un rôle important dans le cadre de la certification des batteries destinées au transport maritime. Par exemple, la section 38.3 du Manuel d’épreuves et de critères des recommandations de l’ONU sur le transport des marchandises dangereuses exige, entre autres, un test qui simule les conditions ambiantes dans la soute d’un avion à une altitude pouvant atteindre 15 000 mètres. La batterie est soumise à une pression d’air extrêmement basse de 11,6 kilopascals pendant un total de six heures à une température moyenne de 20 °C, puis testée pour déterminer si elle fonctionne.

Poussière

Un autre test d’intégrité de l’étanchéité selon les normes IPX6K est effectué dans la chambre à poussière, où les modules et les batteries sont soumis à une tempête de poussière simulée pendant plusieurs heures. L’extrême circulation de l’air avec la poussière répondant aux normes ISO (poussière d’essai de l’Arizona) imite la conduite dans le désert ou la conduite d’un véhicule sur un terrain poussiéreux. Une fois le test terminé, le boîtier et les connecteurs sont examinés pour détecter la pénétration de poussière et les batteries sont testées de manière approfondie pour déterminer si elles fonctionnent.

Impacts sur les rochers

La durabilité des boîtiers et des connecteurs lorsqu’ils sont soumis à une forte force mécanique est au centre de l’attention dans la salle d’essai pour la simulation des impacts de roches. Le testeur d’impact de roches multiples fonctionne avec des abrasifs standardisés (grenaille de fer refroidie) et peut être réglé pour fonctionner à des pressions allant jusqu’à trois bars. La durée des intervalles de soufflage peut être ajustée aussi facilement que l’angle auquel la grenaille frappe l’objet testé.

Réservoir d’immersion

Une technique connue sous le nom de « water wading » ou « fording », dans laquelle le dessous du véhicule est complètement submergé, se produit assez rarement dans la vie réelle d’un véhicule. Toutefois, en cas d’urgence, par exemple lorsqu’un conducteur doit traverser une rivière en crue ou un passage souterrain inondé, l’équipement doit être absolument fiable. À l’eDLP, ces conditions sont simulées dans deux cuves d’immersion à paroi haute et de très grande taille (chacune de 3 300 x 2 500 x 1 700 mm et pouvant contenir 14 m3 d’eau), dans lesquelles les objets à tester peuvent être descendus jusqu’à un mètre de profondeur. La durée du test peut varier en fonction des spécifications IPX7 (30 minutes) ou des besoins du client (d’une brève immersion à une journée entière). En fonction des besoins du client, on peut également utiliser de l’eau salée ou douce, et ajouter de la poussière ou de la couleur afin de pouvoir, lors de l’ouverture ultérieure du boîtier, repérer les points et les chemins de pénétration. Des caméras peuvent également être utilisées pendant ce test afin de documenter les bulles montantes, ce qui permet de gagner du temps lors du dépannage.

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Les essais abusifs se concentrent sur les limites de l’endurance des cellules, modules et packs de batterie. Comment un élément testé réagit-il aux courts-circuits, aux contraintes mécaniques ou aux incendies ? Compte tenu des exigences élevées en matière de sécurité, notamment en ce qui concerne l’approbation et l’homologation, le besoin de capacité d’essai a augmenté de façon spectaculaire dans le monde entier. FEV a tenu compte de ces développements dès que nous avons commencé à planifier notre nouveau centre de développement et d’essai de batteries (eDLP) et à créer une infrastructure unique pour chaque type de test abusif. Une aile distincte de 3 500 m2 a été construite pour les salles de test, y compris les zones de préparation et les ateliers, afin de garantir des tests sûrs et sans danger pour les employés et l’environnement. Les dimensions du bâtiment offrent un espace généreux. L’impressionnante salle des incendies, avec sa tour de chute et son système de test de résistance au feu, mesure à elle seule 300 m2 de surface et 12 mètres de hauteur. Elle permet à la fois d’effectuer divers « stress tests » et des essais tels que la combustion contrôlée d’éléments sans aucune restriction de temps ou d’ingénierie de sécurité. Quatre autres salles de stockage aux murs de 350 mm d’épaisseur et mesurant 8 x 8 x 8 mètres offrent des équipements d’essai installés en permanence, par exemple un broyeur, des bancs de court-circuit et une machine pneumatique d’essai de choc. Toutes les salles d’essai de l’aile sont reliées au système de traitement des fumées d’échappement composé par des systèmes fermés afin d’extraire et de purifier l’air pendant et après l’essai.

Ainsi, l’eDLP permet une gamme unique de tests abusifs, allant des tests d’homologation à la certification et aux normes internationales, en passant par des profils de test spécifiques au client et librement programmables. Sur demande, l’équipe assiste ses clients dans le développement, donne des conseils sur les spécifications des objectifs et des procédures appropriées, et, si nécessaire, s’occupe de la préparation des éléments de test pour les exigences individuelles. Des tests spéciaux peuvent être mis en place si nécessaire.

La gamme d’équipements de test comprend :

• Un système pour les essais de pression interne jusqu’à 7 bars
• Un système de court-circuit dans une cellule causé par un impact mécanique
• Un broyeur d’une force de 500 kN, possibilité de récupération des objets testés à l’aide d’une grue et d’un bassin sur le banc d’essai, extensible à 1 500 kN pour les essais de véhicules complets
• Un système d’essai de résistance au feu à double voie et une table d’assemblage fixe pour la mise à feu des composants, y compris l’allumeur, une table d’essai réglable en hauteur avec un fond en fil d’acier et un pare-feu modulaire pour couvrir les éléments d’essai de différentes tailles
• Tour de chute pour des hauteurs allant jusqu’à 12 mètres, pour effectuer des tests de chute qui répondent également à la norme coréenne de sécurité des véhicules à moteur (KMVSS), qui exige des chutes d’une hauteur extrême
• Une machine pneumatique d’essai de coups de marteau pour tester des composants, des éprouvettes de 1,7 kilogramme, une production d’énergie de 5 joules d’une hauteur allant jusqu’à 300 millimètres
• Un système pour effectuer des tests de court-circuit externe avec cinq bancs de résistance pouvant être connectés en parallèle et en série, des bancs isolés en acier inoxydable, une caméra infrarouge et deux caméras haute définition

Propagation thermique

L’essai de propagation thermique jouera un rôle particulier en ce qui concerne les normes mondiales d’homologation. Selon le GB/T 31467, le test sera exigé pour le marché chinois à partir de 2021. Le test est réalisé en fixant des capteurs de température et de pression à l’ensemble de la batterie et en la plaçant dans un bassin en acier à l’intérieur de la salle des incendies. Ensuite, un défaut est simulé – à l’aide d’un clou qui pénètre la cellule de manière contrôlée, déclenchant un court-circuit interne, ou en surchauffant la batterie à l’aide de plaques chauffantes préalablement fixées. Les données de mesure, telles que la charge électrique, la pression et la température, sont enregistrées pendant toute la durée du test, et la procédure de test est documentée à l’aide d’un système de caméras. Cette approche permet d’obtenir une image claire de la façon dont la chaleur se propage autour de la cellule endommagée et des temps de réponse des autres cellules. La génération de fumée et ses effets sur le fonctionnement de la batterie haute tension sont enregistrés tout comme l’intégrité fonctionnelle du couvercle de la batterie. Le test fournit non seulement un résultat clair – que la durée minimale prescrite de cinq minutes jusqu’à ce que le gaz ou le feu s’échappe du boîtier de la batterie soit respectée ou non – mais aussi des informations sur chaque facteur majeur conduisant à ce résultat, à savoir la stabilité et l’étanchéité du joint du boîtier ainsi que la fonctionnalité des unités de ventilation dans le bloc-batterie et leur activation correcte sous des pressions spécifiques.

La réaction en chaîne de propagation thermique peut également être provoquée lorsque de l’humidité pénètre dans le boîtier de la batterie, par exemple lorsque le système de refroidissement présente une fuite, et que cela déclenche un court-circuit dans une cellule. L’eDLP a la capacité d’effectuer un test approprié pour évaluer ce risque également. Dans ce cas, les taux d’accélération pour un profil de conduite typique sont simulés sur un élément de test sous contrainte sur un banc d’essai. On laisse l’humidité pénétrer progressivement, et l’élément testé et les mesures prises sont analysés pour déterminer sa fonctionnalité et/ou les dommages éventuels qu’il pourrait subir. La procédure est répétée plusieurs fois à certains intervalles jusqu’au volume maximum de liquide de refroidissement, même jusqu’à ce que le système de batterie soit potentiellement défaillant ou en court-circuit.

Flexibilité omnidirectionnelle

Lors d’expériences quasi-statiques, l’eDLP offre la possibilité d’utiliser des mesures géométriques et optiques. Différents systèmes de caméra et de mesure peuvent enregistrer en détail ce qui se passe pendant l’essai. Le client peut ensuite incorporer les données de mesure dans des simulations, ce qui réduit la nécessité d’effectuer des essais en situation réelle ainsi que les cycles de développement et les coûts qui y sont associés.

La capacité de l’eDLP à effectuer des tests d’abus et des tests de sécurité ne se limite d’ailleurs pas aux seules batteries haute tension. L’installation peut également être utilisée pour tester d’autres composants automobiles tels que les phares, les moteurs électriques, les unités de commande, les stations de charge, les pièces de carrosserie, ainsi que des éléments de test provenant d’autres secteurs, comme les appareils médicaux et l’électronique grand public.

Compte tenu des progrès rapides des véhicules électriques, les experts de l’eDLP prévoient que les batteries pourraient être utilisées différemment dans la production automobile à l’avenir. Par exemple, ces composants pourraient être intégrés dans la carrosserie du véhicule. L’infrastructure des installations d’essai a donc déjà été conçue en vue d’une éventuelle extension pour couvrir l’ensemble du véhicule, c’est-à-dire des opérations d’essai avec des ensembles beaucoup plus grands.

Dépannage et diagnostic

En plus des tests classiques, une partie de plus en plus essentielle du travail de l’installation consiste à dépanner et à diagnostiquer. Pourquoi un élément testé n’a-t-il pas réagi comme prévu ? Pourquoi un certain type d’erreur se répète-t-il et quelle en est la cause ? Le personnel de l’eDLP est spécialisé dans le démontage des modules et des batteries brûlés – en prenant toutes les précautions nécessaires selon les directives pour travailler sur des équipements motorisés – en déterminant la cause du dysfonctionnement et en la documentant. Les clients de FEV peuvent demander ce service séparément, par exemple après un accident avec une batterie à haute tension, après une tentative infructueuse dans un laboratoire incapable d’effectuer le dépannage lui-même, ou lorsqu’un incident s’est produit dans une installation de production. Une équipe mobile d’experts ressemblant à un groupe de médecins volants se rendra alors rapidement sur les lieux pour effectuer un diagnostic.

Stockage et élimination

Enfin et surtout, le centre complète sa gamme de services de test abusifs en proposant de stocker les éléments détruits une fois qu’un défaut a été localisé et que le rapport d’essai a été rédigé. L’eDLP dispose à cet effet de locaux de stockage séparés. À la demande de ses clients, l’équipe veillera également à ce que les articles soient éliminés correctement. Cela inclut la préparation d’un certificat de destruction.

Depuis 2008, FEV développe et teste des cellules, des modules et des packs de batteries dans ses propres centres de R&D. Tout récemment, FEV a construit une autre installation en ligne, l’eDLP. Quelles en sont les raisons ?

Christoph Szasz : Depuis de nombreuses années, FEV dispose d’un réseau exceptionnel de partenaires qui aident à effectuer la validation d’un grand nombre de composants dans le domaine des tests de modules et de packs lors de projets de développement de batteries. Cependant, cette capacité n’était plus suffisante pour le nombre de projets en constante augmentation. Le programme eDLP était la conclusion logique pour, tout d’abord, combler le fossé grandissant entre le besoin de tests et la disponibilité des installations de test sur le marché et, ensuite, pour nous positionner comme un partenaire intégré pour tout type de validation nécessaire pour les batteries haute tension et leurs composants.

Hans-Dieter Sonntag : En outre, FEV peut mettre à profit son expérience et son expertise dans le développement de systèmes d’entraînement conventionnels et les mettre très facilement à la disposition de centres spécialisés dans les essais. Par exemple, le centre de test d’endurance de FEV (connu sous son abréviation allemande « DLP »), qui a ouvert ses portes en 2008 et a connu un succès absolu, en est la preuve. Nous espérons maintenant répéter cela avec le eDLP.

Quelle est la taille du site eDLP et quelle est la gamme de services que vous y proposez ?

Hans-Dieter Sonntag : Sur une surface totale de 42 000 mètres carrés se trouvent deux bâtiments de 12 000 et 3 500 mètres carrés. Ils abritent 69 systèmes qui nous permettent de proposer pratiquement tous les types de tests généralement requis par le plan de développement des batteries haute tension d’un constructeur automobile. Cela couvre toute la gamme, du fonctionnement à la sécurité fonctionnelle, en passant par la sécurité en cas d’accident, la fiabilité totale, la sécurité du transport, les performances et la durée de vie utile. Les tests comprennent bien sûr aussi les questions de dépannage, tant pour les batteries intactes que pour les batteries endommagées.

Qu’est-ce qui rend cette installation si particulière au niveau international ?

Christoph Szasz : Tout d’abord, la grande variété de tests proposés en combinaison avec sa taille. Ensuite, notre modèle de fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, le rend également unique. Nous avons perfectionné cette approche dans le domaine des essais d’endurance des moteurs et l’avons développée davantage sur la base des exigences particulières en matière d’essais environnementaux et abusifs. Nos clients apprécient cette offre car elle leur permet de réduire considérablement leurs temps de développement.

Quels types de clients sont intéressés par le eDLP et quels sont les avantages que vous offrez sur place ?

Hans-Dieter Sonntag : Nous soutenons essentiellement tout client qui développe ou fabrique des batteries pour véhicules ou même des batteries stationnaires – quelle que soit leur taille. Nous sommes un guichet unique offrant une gamme complète de services. Cela signifie que nous assurons un développement rapide et un haut niveau de reproductibilité pour nos partenaires.

Christoph Szasz : Toutefois, nombre de nos installations peuvent également être utilisées pour des produits extérieurs au monde des batteries et des véhicules. Je ne fais pas seulement référence à nos bancs d’essai électriques, qui peuvent être utilisés pour tester d’autres composants d’un propulseur électrique, mais aussi à nos offres dans le domaine des tests environnementaux, mécaniques et abusifs. Ils ont des applications de grande envergure.

Quelles normes peuvent être couvertes par les options du eDLP ?

Hans-Dieter Sonntag : Sur nos bancs d’essai, nous pouvons proposer des tests conformes à toutes les normes courantes sur les principaux marchés tels que l’Europe, l’Asie et les États-Unis. Nous travaillons actuellement à une accréditation complète selon la norme DIN EN ISO 17025 afin de pouvoir proposer des tests pertinents pour l’homologation avant la fin de cette année. En outre, nous répondons aux demandes spéciales de nos clients.

Quel aspect de l’installation vous paraît le plus intéressant ?

Christoph Szasz : De tous les bancs d’essai, c’est le shaker qui me plaît le plus. En outre, je suis surtout impressionné par les employés. Ils nous ont aidés à accomplir cette tâche ambitieuse en construisant cette installation d’essai unique en son genre pour nos clients en un temps relativement court.

Hans-Dieter Sonntag : Absolument. Je suis d’accord avec cela. Moi aussi, je suis très fier de notre équipe et de ce que nous avons créé ici ensemble. Du point de vue de l’ingénierie, je suis impressionné non seulement par le vibrateur, mais aussi par la combinaison de tests de performance de haute technologie, de tests de durée de vie des batteries et de tests abusifs en un seul endroit.

Vous avez mentionné le shaker. Qu’a-t-il de si spécial ?

Hans-Dieter Sonntag : Le shaker peut générer des chocs à plus de 30 G, c’est-à-dire 30 fois la force de gravité. C’est extrême. Tout aussi impressionnantes sont ses performances en termes de taille et de poids des objets à tester qui peuvent être placés dedans. La complexité du système, bien sûr, n’est pas non plus à négliger. Après tout, le shaker peut simuler un voyage dynamique à travers différentes régions climatiques de notre planète, tout en examinant les effets des contraintes mécaniques, climatiques et électriques.

Le respect de l’environnement ne concerne pas seulement la mobilité, mais aussi, bien sûr, le travail de développement effectué en amont. Comment garantissez-vous tous le développement durable dans l’eDLP ?

Christoph Szasz : Nous utilisons une grande variété de technologies pour des opérations durables. Par exemple, nous exploitons l’installation presque entièrement à partir d’énergies renouvelables. Nous y parvenons grâce à l’électricité produite par un système photovoltaïque de 12 000 mètres carrés sur le toit de l’eDLP, qui nous permet d’alimenter nos systèmes d’essai. De plus, il a été conçu pour être extrêmement efficace. Par exemple, nous utilisons une installation frigorifique centrale pour alimenter nos chambres d’essai en air froid. Cela nous permet d’économiser jusqu’à 15 % d’électricité par rapport à l’utilisation de plusieurs unités réparties dans l’installation. Pour purifier l’air d’échappement de nos bunkers, où nous provoquons constamment des dégagements gazeux et des incendies, nous avons installé un système d’épuration des fumées d’échappement pour filtrer et neutraliser les polluants potentiels qui peuvent être créés pendant les essais.

Le programme eDLP dispose de capacités et d’options très étendues pour le développement et les essais. Néanmoins, une expansion future est-elle prévue ?

Hans-Dieter Sonntag : Bien que nous ayons mis en place une énorme installation, nous pouvons dire que le besoin de capacités d’essai continuera à croître. Nous sommes prêts et avons pris en compte la capacité d’expansion. Plus précisément, nous serons en mesure d’ériger un autre bâtiment de taille encore plus importante sur le site dans peu de temps, ce qui augmentera notre capacité d’un facteur supérieur à 2,5. Si, à l’avenir, de nouvelles exigences sont imposées aux stratégies d’essai ou de développement, nous serons en mesure de réagir rapidement et avec une grande souplesse.

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Les cycles RDE servent à confirmer les émissions en condition d’utilisation sur route. Ce test vise à mesurer les émissions d’oxydes d’azotes, de CO, de CO2 et de particules fines en condition de conduite réelle. Ces essais sont réalisés à l’aide d’un PEMS (Portable Emissions Measurement System). 

Le test RDE dure au maximum deux heures sur un parcours qui comprend trois zones différentes. Une zone urbaine (60 km/h max.), une zone hors urbaine (90km/h max.) et une zone d’autoroute (145 km/h max.) à des températures comprises entre -7°C et 35°C et a une altitude allant jusqu’à 1300m (Euro 6D final).

Plus on se rapproche des valeurs minima et maxima en température et en altitude, plus on va se rapprocher des conditions dites étendues. Plus les valeurs s’en éloignent, plus elles sont dans les conditions dites modérées.

Ces conditions sont obligatoires pour réaliser l’essai parfait et obtenir des résultats précis, au plus proche de la réalité. Cependant, il n’est pas facile de réunir toutes ces conditions en un seul endroit, et pour un constructeur, ces essais représentent beaucoup d’investissement en temps et en ressources.

« Nous sommes capables de proposer une validation RDE du début à la fin. »

FEV est expert dans ces essais, et, depuis plus d’un an, à Rouen, un département RDE a été mis en place. Profitant ainsi de ses experts, de ses nombreux parcours et de son banc à rouleaux, le site de Rouen peut proposer des programmes d’essais complets en incluant l’analyse et la corrélation du système au banc à rouleaux. (exemple : WLTC)

Vient la question des conditions. Comment réunir les conditions climatiques et routières nécessaires pour réaliser un essai au plus proche de ce que vit le conducteur final ?

C’est là que va jouer l’expérience du groupe FEV. L’entreprise dispose de plusieurs parcours sur toute l’Europe : en Allemagne, en Autriche, en Espagne et en France. De quoi réunir toutes les conditions modérées et étendues possibles et nécessaires.

Au final, le panel entier des conditions et des essais est regroupé au sein de FEV France à Rouen, qui peut ainsi réaliser la validation de cycle RDE de A à Z.

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Article rédigé avec Eric Kerros, Florian Nay et Alexandre Colomes.

Afin de répondre à l’évolution du marché, FEV France a lancé une véritable campagne d’électrification de ses bancs. Ajoutez à cela l’ouverture de son nouveau centre d’essai, la société est aujourd’hui capable de proposer à ses clients toutes les solutions e-mobility existantes. Parmi ses nouveaux bancs, FEV France a développé en interne, les essais de groupe motopropulseur électrique ou « e-axle ». Aujourd’hui, ce type de banc permet de réaliser tous les types d’essais comme le rendement, l’analyse vibratoire et acoustique, l’endurance, les essais de caractérisation, etc… Alors que le nouveau centre d’essai retient beaucoup l’attention en raison de son ouverture prochaine, attardons-nous un peu sur ce banc d’essai GMPe.

E-axle test bench ou banc d’essai de Groupe Motopropulseur électrique (GMPe).

Un banc e-axle est destiné aux essais de Groupes Motopropulseurs électriques. On y effectue tous les types d’essais possibles. L’objectif d’un tel banc est de stresser, d’optimiser et de valider tous les composants du GMPe par des cycles d’endurance.

Ce test est précédé par les essais de fiabilité qui sont complétés par des essais de caractérisations réguliers (Mécanique, électriques, vibratoires, etc…) et permettent ainsi de suivre l’évolution du GMPe pendant son endurance.

Suivant un profil type, basé sur une valeur de couple et de vitesse, l’essai d’endurance est composé de plusieurs cycles qui sont répétés diverses fois. Après un premier essai d’endurance, les essais de fiabilité et de caractérisation sont lancés à nouveaux pour comparer ensuite les résultats obtenus avec les tests précédents. Des mesures de résistance sont effectuées à intervalle régulier, ainsi que des mesures d’isolement qui ne doivent pas dépasser un voltage définit par le client. L’évolution de ces valeurs est suivie tout au long de l’essai d’endurance.

D’autres essais sont disponibles, comme les tests qui permettent d’éprouver l’efficacité de la chaîne de traction ou pour la mise au point de logiciel d’onduleur. Le banc peut aussi simuler une étude de route sur un cycle d’homologation. Un moteur peut-être définit et une loi de route (profil de route avec conditions climatiques, de charges, etc…) choisie.

Grâce à la proximité du centre d’essai batterie et du centre d’essai moteur à combustion, le banc e-axle de FEV France est capable de définir proprement des architectures hybrides complexes.

De quoi le banc e-axle est-il fait ?

Le banc e-axle de FEV France est composé de deux machines de charges, des Dynacrafts FEV qui peuvent atteindre une vitesse de rotation de 3000 tr/min et un couple de 2844 Nm à 3700 Nm en pointe. Elles simulent les roues, le freinage et le poids du véhicule. L’une des machines est mobile, ce qui lui donne la possibilité d’agrandir le banc pour accueillir des architectures de taille variables. Il peut réaliser des essais en conditions froides : jusqu’à -30°C.

Installé sur un marbre, les arbres de transmission sont fixés sur le palier des machines de charges. Les deux systèmes de refroidissements installés sont appelés des panoplies, et ils permettent de refroidir à la fois l’huile et l’eau pour conserver une température inférieure à 120°C.

Pour l’onduleur, un simulateur de batterie à deux voies permet de l’alimenter en courant continu. Chaque voie est de 1000 V, 600A et 200kW. Les deux voies peuvent être couplées, ce qui double la capacité du simulateur : 1000V, 1200A et 400kW.

Le banc est équipé d’un système d’analyse vibratoire et de l’analyseur de puissance bien connu à FEV l’OSIRIS Powermeter, l’ancien système d’analyse de combustion de FEV, qui a été habilement mis à jour afin de devenir l’analyseur de puissance en temps réel le plus efficace du marché.

Le tout est maintenu dans le banc dont la température ambiante oscille entre 20 et 30°C.

Dans la salle de contrôle, le système communique via CAN, Ethernet, USB et autres. Il est piloté sous le système d’automatisation MORPHEE, le logiciel phare de FEV. MORPHEE fête ses 30 ans cette année. C’est le premier système d’automatisation, développé sous Windows ! Depuis, il y a eu des kilomètres parcourus. Et pour pouvoir utiliser la puissance d’un logiciel tel que MORPHEE, il faut lui ajouter des applicatifs. FEV a développé ces applications nommées SCALE (Standard and Configurable Application for Laboratory Environment). Pour le banc e-axle c’est donc l’application SCALE e-axle qui a été choisie. Et il en existe toute une panoplie : powertrain, epowertrain, emotor, engine, etc…

Ce banc est un outil puissant permettant ainsi de réaliser les essais qui dorénavant seront axés sur l’électrification des véhicules.

Article rédigé par Benoît HAUTIER avec l’aide de Julien Neveux Responsable du banc e-axle de Trappes.

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Évaluation et intégration du concept de groupe motopropulseur hybride (Partie 1 sur 2)

La possibilité de réduire simultanément les émissions de NOx et de CO2 via un système de post-traitement des gaz d’échappement amont turbo (PT-EATS), en combinaison avec un concept hybride léger a été étudiée par simulation. Les composants du moteur principal et du système hybride ont été spécifiés. Les stratégies d’exploitation pour la récupération et le contrôle du turbocompresseur ont été déterminées pour permettre au système d’atteindre une valeur définie des émissions de NOx de 40 mg/km, avec un facteur de conformité (CF) de 1 sur tous les cycles de conduite réels. Les performances et la maniabilité du démonstrateur sont définies comme étant équivalentes à celles du véhicule de base. 

L’idée principale était de placer le système de post-traitement des gaz d’échappement (EATS) directement en aval du collecteur, mais en amont du turbo, comme le montre la figure 1. Ainsi il a été obtenu simultanément le meilleur potentiel de réduction du CO2 et les meilleures performances de post-traitement.

Les composants du moteur et le PT-EATS ont été conçus et optimisés par simulation pour identifier la meilleure disposition des catalyseurs et quantifier les avantages potentiels en termes de réduction des émissions de CO2 et de NOX. Le système 48V, composé d’un alterno-démarreur (BSG) avec les composants de commande associés, d’un turbocompresseur électrique assisté (e-TC) et de la batterie 48V ainsi que du PT-EATS, a été intégré au modèle moteur existant. Les simulations ont optimisé la taille des composants EATS pour réussir l’intégration dans le compartiment moteur. L’e-Turbo a été dimensionné à l’aide de GT Power et la stratégie EGR a été optimisée pour atteindre les objectifs d’émissions de NOx extrêmement bas. De plus, le potentiel de récupération a été établi à l’aide du modèle de simulation. Le collecteur d’échappement d’origine a été tourné de 180° pour permettre l’intégration du turbocompresseur et un refroidisseur d’EGR plus grand a été inséré pour permettre l’utilisation de l’EGR à pleine charge.  D’autres modifications de conception ont été apportées au support du refroidisseur intermédiaire, aux conduites d’eau et aux conduites d’air pour permettre l’intégration complète dans le compartiment moteur du véhicule de démonstration du segment J choisi.

Impacts de l’enthalpie :

La mise en place du système de post-traitement en amont de la turbo entraîne une modification du profil d’enthalpie et d’inertie thermique du turbocompresseur par rapport à une disposition classique (Fig. 2). L’introduction d’un système électrique de 48 V dans le véhicule, permet l’incorporation d’un système de post-traitement amont turbo, via l’intégration d’un e-TC qui compense la perte de pression et de température causée par l’inertie thermique accrue du PT-EATS.

Dans les premières phases de fonctionnement, la température avant turbo est nettement plus basse que sans PT-EATS, en raison de l’augmentation de la masse thermique. Mais à mesure que le système d’échappement chauffe, un décalage de la température globale est observé. Cette réaction est due à l’inertie thermique supérieure en amont du turbo. Le profil de perte de chaleur sur le PT-EATS conduit à une perte d’enthalpie cumulée calculée d’environ 4 % sur un WLTC (figure 2). Afin de maintenir les niveaux de pression de suralimentation dans ces phases de faible enthalpie, le turbocompresseur électrique génère une pression de suralimentation supplémentaire, il est également utilisé pour récupérer l’énergie excédentaire lorsque cela est possible.

Potentiel de récupération :

Le potentiel de récupération du système a été étudié en deux points de de charge partielle, comme le montre la figure 3. La comparaison de la consommation carburant spécifique effective pour deux stratégies de récupération a été étudiée et montrée à la figure 3. La récupération au turbocompresseur via VGT est comparée à l’extraction de la même puissance sur le BSG via un déplacement du point de charge. Cette dernière stratégie montre un meilleur rendement énergétique, jusqu’à 3,3 %, car la fermeture du VGT augmente les pertes de la pompe, comme le montre la Fig. 3, à droite. Il convient toutefois de noter que l’augmentation de la récupération augmente la consommation de carburant, car une puissance supplémentaire est nécessaire pour produire la même puissance effective.

Dimensionnement du turbocompresseur :

Le dimensionnement de l’e-TC a été envisagé, car un turbo plus grosse pourrait réduire la consommation de carburant en optimisant les pertes par pompage. Cependant, comme les scénarios n’étaient pas affectés significativement par ces pertes, il était peu avantageux d’augmenter la puissance électrique pendant le fonctionnement transitoire. En conséquence, un plus petit turbo a été choisi, car l’augmentation du e-TC aurait été d’une efficacité minimale.

Le critère clé pour déterminer la taille de la machine électrique utilisée a été le comportement de réponse transitoire du véhicule. Une accélération de 0 à 100 km/h a été simulée avec différentes tailles d’e-TC pour voir lequel pourrait atteindre un comportement d’accélération comparable à celui du véhicule de base (0 à 100 km/h en 8,7 s). Ces simulations sont présentées à la Fig. 4 illustrant que sans boost électrique, le temps d’accélération augmente jusqu’à 13.0 s, confirmant qu’un e-Turbo est nécessaire. Une augmentation de la puissance de la machine électrique supérieure à 11 kW n’a montré aucune réduction significative du temps de réponse (de 9,0 s à 9,4 s) car l’accélération est limitée par la vitesse maximale de la machine électrique (180 000 tr/mn)

Stratégie EGR :

En ce qui concerne la possibilité de réduire le coût et la complexité du circuit EGR, nous avons étudié l’utilisation d’une stratégie HP-EGR uniquement, qui consisterait à récupérer l’énergie excédentaire des gaz d’échappement tout en contrôlant la position du VGT, pour obtenir la contre-pression nécessaire et faire augmenter les taux de recyclage des gaz d’échappement à une pression d’admission comparable, a été étudiée. Les résultats ont montré que l’inclusion de la voie LP-EGR réduit l’énergie électrique nécessaire sur le WLTC d’environ 30%, les HP et LP- EGR sont donc tous les deux utilisés. Comme le volume du PT-EATS n’a qu’une incidence mineure sur la consommation de carburant, comparativement à l’influence de la stratégie EGR (figure 5), les volumes du PT-EATS ont été choisis pour remplir l’espace disponible.

Toutes ces variables ont été combinées pour créer une stratégie de flux d’air optimisé. La combinaison du LP et du HP-EGR avec un turbo relativement petite et un moteur électrique de 11 kW permet d’obtenir un besoin de suralimentation le plus faible possible dans des conditions de conduite transitoires. Le besoin en énergie supplémentaire pour cette configuration par rapport à un WLTC était d’environ 52 Wh en omettant la récupération au BSG ou au e-Turbo.

Contrôle du circuit d’air :

Le turbocompresseur électrique VGT nécessite une stratégie de contrôle dédiée pour optimiser les différents points de fonctionnement. Pour la configuration de ce concept, la machine électrique est principalement utilisée pour le support transitoire lors de l’augmentation de la pression de suralimentation et pour la récupération lors de la décélération ou lors de surrégime. Le contrôle conventionnel de la pression de suralimentation du VGT a été étendu avec un modèle de commande avancé de la puissance et du couple de la machine électrique. Dans cette approche, le couple de la machine électrique est calculé sur la base de la différence entre le couple souhaité et le couple réel du turbo. Un facteur de commande e-boost supplémentaire est introduit pour équilibrer et ajuster la réactivité de la demande de couple calculée par le modèle en fonction de la consommation d’énergie électrique de l’e-machine. La pénalité de consommation de carburant et les émissions de NOx du moteur en fonction du facteur de commande e-boost sont indiquées à la Fig. 6 pour le WLTC.

Lors de l’application de faibles valeurs du facteur de commande e-boost, la machine électrique ne supporte le turbocompresseur que lors de différences très élevées entre le couple souhaité et le couple réel du turbo. Tandis que pour des valeurs plus élevées du facteur de commande, l’e-machine supporte le turbocompresseur pour des deltas plus petits dans le couple du turbo. Ainsi, les émissions d’oxydes d’azote sont réduites à des valeurs plus élevées du facteur de contrôle e-boost, tandis que la consommation de carburant augmente considérablement en raison de l’augmentation de la demande en énergie électrique. Ces tendances ont été combinées pour déterminer la zone d’opération cible.

Optimisation de la stratégie hybride :

Les avantages supplémentaires de l’architecture du système mild hybrid 48 V présentée à la Fig. 7 ont été évalués. Un alterno-démarreur 48V remplace le générateur 12V conventionnel, une batterie 48V de 0,5 kWh et le turbocompresseur électrique VGT ont été intégrés, avec une alimentation du réseau de bord 12V via un convertisseur DC/DC bidirectionnel.

Lors de l’optimisation de la commande du turbocompresseur électrique VGT, un gestionnaire de priorités régit la puissance disponible pour les différents consommateurs, en fonction de l’état actuel du système électrique. Le modèle de simulation utilise une stratégie de gestion de l’énergie de plus haut niveau pour assurer une alimentation fiable du réseau de bord de 12 V dans toutes les conditions d’exploitation et maximise simultanément le potentiel des divers composants de 48 V pour équilibrer le soutien transitoire pendant l’augmentation de la pression de suralimentation et le potentiel de récupération en surrégime moteur et haute enthalpie en amont du turbo.

L’équilibre de l’énergie électrique dans le système 48V sur le WLTC est illustré à la Fig. 8. La récupération se fait presque exclusivement par la BSG, alors que la consommation d’énergie est répartie en parts à peu près égales entre l’alimentation des consommateurs du réseau 12V et le support de la suralimentation électrique. Comme l’énergie récupérée dépasse la consommation, environ 30% est utilisé pour charger la batterie 48V.

La deuxième partie du présent document décrira en détail l’optimisation du système PT-EATS et le rendement global du système au cours des principaux cycles RDE.

Rédigé par Dr. Lynzi Robb robb@fev.com

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