24
Septembre
2008
|
02:00
Asia/Baku

Technologie lithium-ion et système de propulsion hybride efficace pour la berline de luxe aux plus faibles émissions de CO2

Mercedes-Benz lancera sa première voiture équipée d'un système de propulsion hybride à l'été 2009 : la S 400 BlueHYBRID. L'association d'un moteur essence V6 modifié à un module hybride compact fait de la S 400 BlueHYBRID la berline de luxe à moteur essence la plus économique au monde. Grâce à sa consommation en cycle mixte d'à peine 7,9 litres aux 100 kilomètres (NEDC), elle revendique les plus faibles émissions de CO2 (190 g/km) de son segment. Ces chiffres exemplaires vont de pair avec des performances très convaincantes. Le moteur essence de 3,5 litres développe 205 kW/279 ch, le moteur électrique génère 15 kW/20 ch et un couple de démarrage de 160 Nm. Soit au total 220 kW/299 ch et un couple maxi combiné de 385 Nm. De plus, la nouvelle S 400 BlueHYBRID est le premier modèle de série à être équipé d'une batterie lithium-ion particulièrement efficace, conçue spécialement pour l'automobile. Il s'agit d'une autre contribution majeure de Mercedes-Benz à l'électrisation de l'automobile.

La nouvelle Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID est basée sur la S350, mais dispose d'un groupe motopropulseur considérablement modifié : nouvelle version du moteur essence V6 3,5 litres, moteur magnétoélectrique supplémentaire, transmission automatique sept rapports 7G-TRONIC spécialement configurée pour le module hybride, électronique de commande et de contrôle spécifique, transformateur et batterie lithium-ion haute tension.

Le module hybride compact est un moteur électrique en forme de disque jouant également le rôle de démarreur et d'alternateur. Ce système présente un double avantage : il participe aux économies de carburant et améliore le plaisir de conduite. Ceci est en partie dû à l'effet boost du moteur électrique qui apporte sa puissance au moteur essence, soit un couple maxi supplémentaire de 160 Nm, pendant la phase d'accélération à forte consommation. Le conducteur bénéficie de l'action combinée de ces deux moteurs sous la forme d'un couple encore plus impressionnant et d'une excellente accélération, régulière et sans effort.

Le module hybride comprend également une fonction Stop/Start qui coupe le moteur lorsque le véhicule est à l'arrêt, par exemple à un feu. Au moment de redémarrer, le moteur électrique relance presque imperceptiblement le groupe moteur principal. Cela contribue également aux économies de carburant et à la protection de l'environnement : le moteur redémarrant du premier coup, et presque instantanément, les émissions sont minimisées pendant la phase de démarrage.

Lorsque le véhicule freine, le moteur électrique agit comme un alternateur et récupère l'énergie du freinage par un processus dit de « récupération ». Fonctionnant en étroite collaboration, le moteur électrique complète l'effet de freinage du moteur essence et des freins de roue pour assurer un freinage progressif et régulier. L'énergie récupérée est stockée dans une batterie lithium-ion compacte et néanmoins très efficace située dans le compartiment moteur. Elle est disponible dès que nécessaire. Ce système complexe est géré par un groupe régulateur haute performance, également placé dans le compartiment moteur.

Une étape importante sur la route de l'électrisation

La pièce centrale de ce système de propulsion hybride modulaire, très compact et très efficace, est la nouvelle batterie lithium-ion haute tension, spécialement développée pour l'automobile. Elle est utilisée pour la première fois au monde dans un véhicule de série. Ainsi, Mercedes-Benz apporte une contribution innovante à l'électrisation de l'automobile, la Classe S donnant une fois de plus le ton en matière de progrès technologique.

Par rapport aux batteries nickel/hydrure métallique classiques, ses principaux avantages sont une densité d'énergie supérieure et une meilleure efficacité électrique, ainsi que des dimensions plus compactes et un poids réduit. Grâce à son installation permettant de gagner de la place dans le compartiment moteur, où elle remplace la batterie de démarrage habituelle, l'habitacle spacieux et la capacité du coffre de la S400 restent inchangés. Non seulement la batterie lithium-ion stocke l'énergie pour le moteur électrique, mais elle est également connectée au réseau embarqué 12 volts via le transformateur pour alimenter d'autres équipements standard tels que les phares et les accessoires de confort. Le système de batterie entièrement repensé comprend le bloc cellulaire avec ses piles lithium-ion et le système de surveillance des piles, la fonction de gestion de la batterie, le boîtier haute résistance, le gel de refroidissement, la plaque de refroidissement, l'alimentation en liquide de refroidissement et le connecteur haute tension.

L'efficacité thermique optimisée réduit la consommation du moteur

Le moteur essence V6 3,5 litres avec commande de soupape variable a été entièrement remodelé et amélioré. A ces fins, les ingénieurs ont utilisé les avantages offerts par le cycle Atkinson, dans lequel le temps de détente est plus long que le temps de compression. La soupape d'admission est maintenue ouverte un peu plus longtemps entre les temps d'admission et de compression, ce qui améliore l'efficacité thermique du moteur tout en réduisant la consommation spécifique et les émissions non traitées. Une nouvelle culasse, des pistons différents et un arbre à cames modifié avec une nouvelle commande d'arbre à came améliorent le rendement de 5 kW/7 ch pour atteindre 205 kW/279 ch, tout en réduisant la consommation de carburant.

En particulier sur route et autoroute, la S 400 BlueHYBRID améliore encore son efficacité en déplaçant le point de fonctionnement du moteur essence pour obtenir une consommation de carburant spécifique moindre. Le couple de démarrage extrêmement élevé, rendu possible par l'effet boost du moteur électrique, donne au conducteur une sensation particulièrement grisante d'accélération puissante, tout en réduisant consommation et émissions.

Le moteur électrique améliore l'efficacité

Le moteur électrique compact en forme de disque, qui est installé, de manière à occuper peu de place, dans le carter du convertisseur de couple, entre le moteur et la transmission automatique à sept rapports 7G-TRONIC, améliore encore davantage l'efficacité. Il s'agit d'un moteur magnétique à rotor externe CA triphasé qui développe jusqu'à 15 kW/20 ch et un couple de démarrage de 160 Nm, avec une tension de fonctionnement de 120 volts. Ce moteur compact remplit également les rôles de démarreur et d'alternateur, adoptant les fonctions de ces deux unités auxiliaires classiques.

Son interaction sophistiquée avec le moteur à combustion interne rend possible de nombreuses fonctions supplémentaires ayant une influence positive aussi bien sur les émissions que sur l'agilité de la S 400 BlueHYBRID. De plus, ce moteur en forme de disque amortit efficacement les vibrations de torsion dans le groupe motopropulseur, réduisant ainsi encore davantage le bruit et les vibrations dans l'habitacle. Tout cela pour un plus grand confort du conducteur et des passagers.

L'effet « boost » pour un plaisir de conduite accru

Le système dans son ensemble présente de considérables avantages : premièrement, il participe à la réduction de la consommation et, deuxièmement, il accroît le plaisir de conduire grâce à l'effet « boost », le moteur électrique apportant sa puissance au moteur essence avec son couple maxi de 160 Nm dès le début de la phase d'accélération, forte consommatrice de carburant. Autrement dit, le système de propulsion hybride de la S 400 BlueHYBRID dispose d'une grande puissance au démarrage, même à très bas régime, ainsi que le confirme l'impressionnante courbe du couple. Le couple supplémentaire du module hybride a également un effet positif pendant les phases d'accélération suivantes. Dans toutes les situations, le conducteur bénéficie de l'interaction entre les deux moteurs sous la forme d'une réactivité puissante et d'un couple musclé, mais sans augmentation de la consommation de carburant.

La S 400 BlueHYBRID passe de 0 à 100 km/h en 7,2 secondes et atteint la vitesse de pointe de 250 km/h (limitée électroniquement). En matière de consommation, la S 400 BlueHYBRID fait encore mieux que la S 350 à moteur classique déjà très sobre : 2,2 litres aux 100 kilomètres de moins que cette dernière (nouveau cycle de conduite européen – NEDC). Ses émissions de CO2 sont réduites de 21 %.

La fonction Stop/Start économise déjà du carburant pendant la décélération

Par ailleurs, le module hybride dispose de l'efficace fonction Stop/Start, qui coupe déjà le moteur lorsque le véhicule décélère à moins de 15 km/h, par exemple avant de s'arrêter à un feu. Lorsqu'il est temps de repartir, le moteur électrique redémarre immédiatement et imperceptiblement le moteur principal dès que le conducteur relâche la pédale de frein ou appuie sur l'accélérateur. Cela contribue également aux économies de carburant et à la protection de l'environnement : comme le moteur redémarre presque instantanément, les émissions sont minimisées pendant la phase de démarrage. En outre, les vibrations et les secousses, inévitables avec un démarreur classique, sont réduites au minimum.

La direction et le confort climatique restent inchangés : la servo-pompe de direction et le compresseur frigorifique étant alimentés électriquement. En conséquence, les deux systèmes continuent à fonctionner, même lorsque le véhicule est à l'arrêt avec le moteur automatiquement éteint. La logique de commande intelligente est capable de détecter si le conducteur est en train de tourner ou de se garer. Dans ce cas, la fonction Stop/Start automatique est provisoirement désactivée, de sorte que ces manœuvres peuvent être effectuées normalement.

Chaque activation des freins produit de l'énergie électrique pour la batterie

Lorsque le véhicule freine, le moteur électrique agit comme alternateur et utilise un processus dit de « récupération » pour convertir l'énergie cinétique en énergie électrique. Cette énergie est stockée dans la batterie lithium-ion compacte et néanmoins très efficace, et mise à disposition si nécessaire.

Dans ce processus, le moteur électrique renforce l'effet de freinage du moteur à combustion interne en deux étapes régulières et homogènes : à la première étape, lors de la décélération sans freinage, le moteur électrique agit comme un alternateur et commence à récupérer l'énergie. La deuxième étape commence dès que le conducteur appuie sur la pédale de frein : la sortie de l'alternateur est augmentée proportionnellement et perçue comme une décélération plus importante par le conducteur. Ce n'est que lorsque le conducteur appuie plus fort sur la pédale de frein que les freins de roue sont activés en plus de la récupération. Ainsi, il est produit plus d'énergie électrique, tout en réduisant l'usure du système de freinage hydraulique. Pour profiter au maximum de ce double avantage, les ingénieurs Mercedes ont également développé un nouveau système de freinage avec un nouveau module de pédale de frein pour la S 400 BlueHYBRID.

Une électronique de commande placée intelligemment

Une électronique de commande dédiée est nécessaire pour gérer le moteur électrique CA triphasé dans le réseau CC haute tension de 120 volts. Le convertisseur de courant est installé à la place précédemment occupée par le démarreur. Comme l'électronique de commande chauffe en conséquence des courants électriques allant jusqu'à 150 A, le système dispose de son propre circuit de refroidissement à basse température.

Les ingénieurs Mercedes-Benz ont placé le transformateur dans le passage de roue avant droit, où il facilite l'échange d'énergie entre le réseau haute tension 120 volts et le réseau embarqué 12 volts et permet également un démarrage d'urgence avec des câbles de démarrage si la batterie standard se décharge. Pour garantir un niveau toujours élevé d'efficacité électrique, le transformateur est également refroidi par un circuit à basse température. La batterie plomb/acide 12 volts est installée dans le coffre et alimente non seulement les équipements standard mais également le système de surveillance des composants haute tension. Grâce à son interaction avec la batterie lithium-ion, elle est nettement plus petite et plus légère que d'habitude.

Une transmission automatique testée et validée avec une nouvelle configuration

Les ingénieurs Mercedes-Benz ont également adapté la transmission automatique 7G-TRONIC, qui a fait ses preuves, à la propulsion hybride, avec un logiciel reprogrammé de gestion de la transmission. Une nouvelle pompe à huile auxiliaire assure la bonne lubrification de la transmission même dans les phases où le moteur à combustion interne est arrêté.

Ce système complexe est géré par le groupe régulateur du moteur haute performance modifié. Il intègre des fonctions complètes et fait la différence entre les diverses conditions de fonctionnement, telles que la circulation en ville, sur route ou sur autoroute ou encore les manœuvres à faible vitesse.

L'état du module hybride est affiché sur le bloc d'instruments

Le conducteur peut également contrôler visuellement l'état du système de propulsion hybride. Le bloc d'instruments dispose d'un affichage séparé, en position centrale, indiquant le flux d'énergie pendant les phases d'accélération et de récupération, ainsi que le niveau de chargement de la batterie.

Le concept de sécurité à 7 niveaux renforce les systèmes standard Mercedes-Benz

Comme toujours avec Mercedes-Benz, les ingénieurs de développement ont prêté une attention toute particulière aux aspects liés à la sécurité. Le savoir-faire intégré à cette voiture de série est le résultat de longues années de recherches et d'expériences menées à bien par Daimler dans le domaine de la technologie des piles à combustible. Le défi réside non seulement dans le respect de l'ensemble des exigences relatives aux crash tests, aussi bien internationales qu'internes à la société, mais également dans la garantie de la sécurité maximale pour les composants électriques. Ce système de sécurité s'applique déjà en production, concerne le personnel des ateliers pendant les opérations d'entretien et de maintenance, et tient également compte des services d'urgence lorsque les passagers doivent être secourus à la suite d'un accident.

En conséquence, la technologie hybride de la S 400 BlueHYBRID est équipée d'un concept de sécurité complet, à 7 niveaux.

1. Au premier niveau, tout le câblage est repéré par un codage couleur pour éviter tout risque de confusion, et porte des instructions de sécurité. Cela évite les erreurs d'assemblage en production et facilite les contrôles qualité réguliers.

2. Le deuxième niveau comprend la protection globale des contacts pour l'ensemble du système au moyen d'une isolation généreuse et de nouveaux connecteurs dédiés.

3. Dans le cadre du troisième niveau, la toute première batterie lithium-ion au monde à être utilisée sur un modèle produit en série a bénéficié d'un ensemble complet de mesures de sécurité soigneusement coordonnées. Cette batterie innovante est placée dans un boîtier métallique à résistance élevée, et fixée en place. Les éléments de batterie baignent dans un gel spécial qui amortit efficacement les secousses et les coups. Sans oublier l'évent de décharge avec disque de rupture et circuit de refroidissement séparé. Un contrôleur électronique interne surveille les points de sécurité et signale immédiatement tout dysfonctionnement.

4. Le quatrième niveau du concept de sécurité comprend la séparation des bornes de batterie, le câblage de sécurité individuel pour tous les composants haute tension et le contrôle continu par plusieurs interrupteurs d'interverrouillage. Cela signifie que tous les composants haute tension sont connectés par une boucle électrique. En cas de dysfonctionnement, le système haute tension est automatiquement éteint.

5. Le déchargement actif du système haute tension dès que l'allumage est coupé, ou en cas de dysfonctionnement, fait partie du cinquième niveau.

6. En cas d'accident, le système haute tension est complètement éteint en quelques fractions de seconde (niveau six).

7. Dans le cadre du septième etdernier niveau, l'apparition de courts-circuits est surveillée en continu dans le système.

Grâce à ses dimensions compactes et à sa conception modulaire, le surpoids pour le système complet (y compris les systèmes de sécurité) n'est que de 75 kilogrammes. L'expérience de conduite unique qui fait la renommée de Mercedes est en conséquence garantie par cette technologie innovante et très polyvalente, qui peut être utilisée sur pratiquement toutes les gammes de la marque. De plus, la charge utile reste inchangée à 595 kilogrammes.

Le système de gestion du moteur réagit avec précision aux différentes conditions de conduite et configure de façon optimale le système de propulsion au cas par cas, garantissant des niveaux de consommation et d'émissions aussi réduits que possible.

  • A l'arrêt, le moteur essence est généralement coupé et, en conséquence, ne consomme pas de carburant. L'entraînement électrique du compresseur frigorifique et de la servo-pompe de direction permet un fonctionnement ininterrompu de la climatisation et de la direction. Le confort n'est en aucune manière compromis et se trouve au même niveau que sur tous les modèles de la Classe S.

  • Le démarrage et l'accélération en douceursont toujours réguliers et confortables. Un conducteur enfonçant l'accélérateur pour un démarrage nerveux bénéficie de l'effet boost du moteur électrique, qui produit une accélération nettement plus dynamique.

  • A vitesse constante,l'électronique intelligente reconnaît les différentes conditions de conduite, telles que les longs trajets détendus sur autoroute, et ajuste automatiquement le point de charge du moteur à combustion interne pour atteindre une consommation spécifique moindre, aidant ainsi à économiser le carburant et à réduire les émissions.

  • Lors d'une décélération précédant un arrêt, la fonction de récupération est activée dès que l'avancée est interrompue (en retirant son pied de l'accélérateur, en utilisant le frein moteur). Lorsque la vitesse du véhicule passe en dessous de 15 km/h, le moteur essence est automatiquement éteint.

  • Si le conducteur freine en utilisant la pédale de frein, le moteur électrique commence par convertir l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique. Dans ce cas, le moteur électrique agit comme un alternateur, stockant l'énergie cinétique sous la forme d'énergie électrique dans la batterie lithium-ion. Le conducteur perçoit ce processus comme un effet accru du frein moteur. Les freins à disques classiques ne sont pas encore utilisés et, ainsi, ne s'usent pas. Les freins à disques ne sont activés que si le conducteur applique une forte pression sur la pédale de frein, ce qui a pour conséquence de freiner le véhicule avec le frein moteur et la récupération.

  • Pendant une manœuvre, lorsque le conducteur sélectionne « R » (marche arrière) sur la transmission automatique 7G-TRONIC, le mode Manœuvre est automatiquement activé et empêche la fonction Stop/Start de couper le moteur à de courts et fréquents intervalles.

  • Les avantages du système de propulsion hybride se réalisent pleinement en ville, avec de fréquents arrêts aux feux de circulation. Couper le moteur essence alors que la voiture s'arrête souvent diminue considérablement la consommation et les émissions, alors que la longue phase de récupération augmente la charge de la batterie. Le moteur électrique garantit un redémarrage particulièrement confortable et rapide lorsque la fonction Stop/Start est active.

  • Sur route,il y a de fréquents changements entre les phases d'accélération, de vitesse constante et de récupération. En fonction de la nature de la route, de grandes quantités d'énergie de récupération sont disponibles pour réduire la consommation et les émissions. Plus il y a de phases de freinage et d'accélération, mieux c'est : les montées et les descentes, ainsi que les routes sinueuses et favorisant une conduite dynamique, permettent de réaliser les économiques les plus importantes.

  • L'effet hybride est, par nature, moins intéressant sur autoroute. Toutefois, grâce aux modifications spécifiques apportées au moteur essence V6 et à la transmission automatique 7G-TRONIC, le conducteur peut également réaliser des économies de carburant significatives et, en conséquence, réduire ses émissions sur ce type de route à conduite rapide.

La S 400 BlueHYBRID est produite à l'usine de Sindelfingen, avec les autres modèles de la Classe S. Le moteur essence, la transmission automatique 7G-TRONIC et le moteur électrique sont tout d'abord assemblés pour former un module hybride, puis amenés à la ligne de production sous forme d'une unité complète. Le lancement commercial de ce modèle en Europe occidentale est prévu pour juin 2009 ; la Chinedevrait suivre en août 2009 puis les Etats-Unis en septembre 2009.

Technologies modulaires : l'avenir écologique des véhicules haut de gamme

La nouvelle S 400 BlueHYBRID illustre la stratégie de Mercedes-Benz, dont l'objectif déclaré est de proposer à ses clients des automobiles haut de gamme à la fois sobres et compatibles avec l'environnement, sans renoncer aux attributs classiques de la marque, tels que sécurité, confort et agrément de conduite.

Parmi les principaux axes de développement figurent les technologies de propulsion modulaire, utilisées seules ou en association en fonction du véhicule, du profil de fonctionnement et des exigences du client : Mercedes-Benz a déjà décrit l'application de ce concept à sa gamme dans son programme « La Route du Futur ». Dans ce contexte, Mercedes-Benz donne également un aperçu de l'avenir du moteur à combustion interne, avec l'innovant moteur DIESOTTO monté sur le véhicule de recherche F 700.

Des solutions dédiées pour des exigences variées

Les exigences pour les voitures du futur sont complexes et multifacettes. En effet, la population mondiale et, en conséquence, le besoin de mobilité, augmentera considérablement ces prochaines décennies. En même temps, les ressources naturelles deviennent plus rares et, donc, de plus en plus onéreuses pour les consommateurs et pour les constructeurs automobiles. Selon les régions, les exigences légales en matière de respect de l'environnement peuvent être très différentes. C'est par exemple le cas avec les zones écologiques déjà créées dans de nombreuses villes européennes ou les quotas légaux de véhicules sans émission imposés en Californie.

Ces événements ont déjà un effet notable sur le comportement des consommateurs. En plus des facteurs économiques, principalement l'augmentation du prix des carburants, la compatibilité environnementale d'une automobile gagne en importance comme critère d'achat. Qui plus est, les exigences des clients du point de vue de l'utilisation quotidienne de leur véhicule deviennent de plus en plus spécifiques : les conducteurs couvrant de longues distances à la campagne ont des exigences différentes des personnes utilisant leur véhicule principalement, voire exclusivement, dans des zones urbaines plus densément peuplées.

Du point de vue de Mercedes-Benz, il n'existe en conséquence pas de technologie unique capable d'apporter la solution idéale pour la mobilité durable à l'avenir. La société préfère proposer des solutions polyvalentes, adaptées qui répondent réellement à ces exigences variées. Chaque technologie a ses avantages en termes de consommation et d'émissions optimales, dans les domaines d'application spécifiques concernés. L'approche adoptée par Mercedes-Benz envisage des concepts de véhicule avec des technologies de propulsion modulaire, garantissant qu'avantages pour le client et compatibilité avec l'environnement sont toujours associés.

Un plan d'action pour la mobilité durable

La stratégie de développement de Daimler AG vise à préserver, à long terme, sa position de leader sur le segment du haut de gamme. A ces fins, trois axes de développement ont été définis dans le plan pour la mobilité durable :

  • L'optimisation des véhicules avec la dernière technologie de moteur à combustion interne (par exemple, par réduction de la taille, chargement haute pression, injection directe et technologie diesel respectueuse de l'environnement BlueTEC) ainsi que les améliorations spécifiques des véhicules dans le domaine de l'aérodynamique, de la réduction du poids et de la gestion de l'énergie (BlueEFFICIENCY), par exemple.

  • D'autres améliorations de l'efficacité au moyen d'une hybridation selon les besoins à diverses étapes de développement (de la fonction Stop/Start à l'hybride bimode fonctionnant exclusivement à l'électricité).

  • Une propulsion localement sans émission avec les véhicules à pile à combustible et à batterie.

La société est également activement impliquée dans le développement de carburants propres et alternatifs, qui n'entrent pas en concurrence avec la production de denrées alimentaires, en particulier SunDiesel, obtenu à partir de déchets végétaux.

Une association intelligente de systèmes de propulsion comme solution pour la mobilité du futur

Mercedes-Benz a déjà apporté de nombreuses réponses aux défis de demain. Les exemples les plus récents sont les modèles BlueEFFICIENCY des Classe A, Classe B et Classe C, le B 170 NGT fonctionnant au gaz naturel et les SUV BlueTEC, puissants et néanmoins sobres et propres, qui ont été lancés sur le marché américain cette année. Une association de systèmes de propulsion modulaire, des plus récents moteurs à combustion interne équipés de BlueTEC ou à injection directe, avec ou sans hybridation, jusqu'aux véhicules à pile à combustible et batterie localement sans émission, fournit toutes les conditions qui permettront à Mercedes-Benz de proposer, à long terme, à ses clients une mobilité adaptée à leurs besoins, conforme au standard de qualité élevé habituel de la marque.

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