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Freinage : le jeu de la récupération d’énergie

La motorisation électrique impacte peu les autres équipements du véhicule, peut-on se dire à priori, mais dans le détail, les conséquences sont beaucoup plus grandes, à commencer par le freinage qui peut bénéficier d’un frein moteur régénératif d’énergie. Une aubaine que ne peuvent ignorer les constructeurs.

Le principe du frein régénératif : au lever de pied, la motorisation électrique recharge la batterie (document Renault)

Le principe du frein régénératif : au lever de pied, la motorisation électrique recharge la batterie (document Renault)

Le freinage électrique n’est pas nouveau, il est utilisé de longue date dans le poids lourds (le Telma) en permettant de soulager le freinage par friction sur des ralentissements longs, par exemple dans des descentes de cols, qui risquent de trop chauffer les garnitures. Mais ce ralentisseur restitue une énergie électrique qui est perdue dans des résistances. En l’appliquant sur des véhicules électriques qui disposent de batteries de traction à forte capacité, il permet de prolonger l’autonomie du véhicule.

Principe et problématique

Pour exploiter le freinage électrique, il faut un générateur de courant et un circuit de récupération du courant. Dans le véhicule électrique, le générateur est également l’élément moteur. Celui-ci est en effet réversible. Il faut un circuit de récupération de l’énergie, car si le circuit est « ouvert », c’est-à-dire que le courant ne peut pas circuler, la force réactive du moteur est nulle. Dans les véhicules hybrides et électriques, ce circuit est constitué de la batterie.

Il faut pour autant que l’électronique de gestion soit compatible pour le courant « moteur », et pour la recharge ponctuelle, variable et la plus importante possible. Il faut aussi que la batterie puisse accepter un courant de recharge, c’est-à-dire qu’elle ne doit pas être chargée à 100%, auquel cas le courant de charge serait nul et la force de freinage absente.

Une application transparente

Deux solutions d’utilisation peuvent se présenter. Une récupération lors du lever de pied de l’accélérateur est simple à mettre en œuvre, mais empêche alors la fonction « roue libre » qui améliore les consommations de carburant sur route. C’est donc généralement l’appui sur la pédale de freins qui engage la fonction de récupération d’énergie. Là aussi, 2 cas se présentent dans la gestion. La régénération peut être constante dès lors que le frein est utilisé par le conducteur, et avant que le freinage par friction (disques et tambours) ne soit activé. Sur les véhicules les plus récents, la régénération est croissante avec la force appliquée sur les freins. L’optimisation de la batterie est mieux faite avec cette solution et les pièces de frein classiques sont moins sollicitées.

Cette batterie de solutions est complètement transparente pour le conducteur. Dans le cas où le combiné d’instruments indique l’état de charge de la batterie, le conducteur peut lire l’information du flux de charge jusqu’à la charge complète de l’accumulateur.

Sur les dernières Renault hybride E-Tech, le conducteur peut activer plusieurs modes de récupération d’énergie comme pour gérer le couple moteur thermique et électrique.

En après-vente

La présence d’une récupération d’énergie au freinage se traduit en entretien par une baisse d’usure du système classique de freinage, plaquettes, disques, mâchoires et tambours. Le système hydraulique (maître cylindre) est adapté pour fournir l’information aux calculateurs d’un début de freinage, avant que la pression ne soit transmise aux roues.

Le réparateur prendra en compte l’intégration du système de batterie haute tension dans les opérations de maintenance du freinage, ce qui exige alors les équipements réglementaires et les formations liées à la haute tension…

Les équipementiers devancent le marché

Les fabricants de systèmes de freinage ne peuvent ignorer les véhicules électriques. Pour compenser la faible sollicitation sur ces modèles, des équipements spéciaux sont créés : plaquettes aux caractéristiques adaptées à la faible sollicitation, hydraulique répondant au besoin de la régénération, etc. Brembo a ainsi imaginé un bloc de commande intégrant le maître cylindre et la commande d’inversion de la gestion électrique.

Le système agit en partie comme un freinage à commande électrique, le système renvoyant dans la pédale jusqu’aux sensations virtuelles de la commande classique totalement hydraulique.

Brembo a développé une gamme spécifique de freins pour les véhicules hybrides et électriques. Ici, le maître cylindre à pédalier à simulation de retour.

Brembo a développé une gamme spécifique de freins pour les véhicules hybrides et électriques. Ici, le maître cylindre à pédalier à simulation de retour.

 

Application rodée en compétition

Les derniers modèles de Formule Un et des Sport prototypes utilisent des motorisations hybrides où l’énergie est récupérée au freinage pour être restituée sont forme de puissance à l’accélération. Le gain de puissance peut atteindre jusqu’à 160 chevaux dans ces montages qui mettent en jeu des systèmes alliant plusieurs moteurs électriques (en série sur le vilebrequin mais également concentriques au turbocompresseur) et des batteries à fort rendement, capable de se recharger sur quelques secondes et de restituer une forte intensité.

Mercedes devrait prochainement être le premier constructeur à mettre en œuvre un tel dispositif en série.

Application de la récupération d’énergie sur les Formule 1 hybrides

Application de la récupération d’énergie sur les Formule 1 hybrides

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Jean-Marc Felten dispose d'une formation de technicien d'atelier avec des expériences chez les constructeurs en après-vente qui l'ont orienté naturellement vers la rédaction de notices techniques pendant 20 ans. Une aventure qui s'est terminée comme rédacteur en chef de la Revue Technique Automobile.

Son goût pour la technique a repris le dessus avec près de 10 ans de spécialisation en technique de réparation, enquêtes sur l'équipement de garage et près de 60 bancs d'essais principalement d'appareils de maintenance électronique.

Prendre du recul n'exclut pas la passion : il exerce au sein de la rédaction d'Après-Vente Auto, ainsi qu'en tant que Directeur technique des Grands Prix Internationaux de l'Innovation Automobile d'Equip Auto depuis 2017.

jmarcfelten@hotmail.fr