Connexions fiables pour les compresseurs électriques des climatiseurs de voitures électriques
Avec la tendance à l’électromobilité, les compresseurs de climatisation fonctionnent de plus en plus à l’électricité. Les tensions de fonctionnement et donc les exigences concernant les bornes d’alimentation diffèrent considérablement. SCHOTT a développé des traversées de compresseur électrique optimales, tant pour la haute tension que pour le 48 V. Les conducteurs en cuivre pour courant élevé et l’isolation supplémentaire au moyen d’un élastomère synthétique spécial pour les applications haute tension sont uniques.
La climatisation fait désormais partie de l’équipement standard des voitures. Même en Europe, avec ses zones climatiques très différentes, la proportion de véhicules climatisés sortant des chaînes de production est d’environ 92 %, tandis qu’aux États-Unis, elle est presque de 100 %. Les experts s’attendent également à des taux de croissance élevés en Inde, par exemple.
Contribuer à une expérience de conduite optimale
Le confort n’est pas le seul rôle assuré par la climatisation des véhicules. Des études ont montré que la sécurité routière est fortement menacée lorsque les conducteurs subissent des températures supérieures à 30 degrés. La climatisation protège également le conducteur et les passagers de certains polluants atmosphériques, car les substances telles que la poussière sont éliminées en même temps que l’humidité.
L’électromobilité présente de nouveaux défis pour la climatisation. En effet, dans certaines situations, les batteries lithium-ion utilisées pour alimenter les véhicules doivent également être refroidies, car des températures élevées réduisent la durée de vie de ces batteries. Elles fonctionnent à un rendement maximum entre 15 et 35 degrés Celsius. Au-delà de cette température, le processus de vieillissement s’accélère. Plusieurs approches technologiques sont utilisées pour réduire la température de fonctionnement. C’est ce que l’on appelle la climatisation de batterie, et la façon la plus courante d’y parvenir est d’utiliser le système de climatisation lui-même, car il est déjà installé dans le véhicule. La source de refroidissement habituelle est un compresseur.
Haute tension et 48 V
Sur un véhicule entièrement électrique, le compresseur doit également être électrique. Il en va de même pour les véhicules hybrides, qui peuvent ainsi parcourir de longues distances en mode électrique. Dans le cas contraire, la climatisation de l’habitacle et la climatisation de la batterie d’entraînement ne seraient plus garanties dans ce mode de fonctionnement. Actuellement, 7 % des véhicules neufs livrés dans le monde sont équipés d’un compresseur électrique. La plupart disposent d’une alimentation haute tension. Les systèmes 48 V sont encore rares, mais gagnent en importance. Dans les deux cas, le moteur d’entraînement est intégré au compresseur. À l’inverse, sur les véhicules classiques, le moteur à combustion interne entraîne le compresseur au moyen d’une courroie. Dans le cas d’un compresseur électrique, l’énergie doit être acheminée directement dans le boîtier. Ceci est réalisé à l’aide de traversées appropriées. Ce sont des composants essentiels dont SCHOTT est le principal fournisseur.
Exigences en matière d’isolation
Dans les systèmes haute tension, la tension de fonctionnement fournie par la batterie d’entraînement est toujours supérieure à 200 V, et souvent supérieure à 500 V. Certains équipementiers utilisent même une tension d’environ 800 V. Ces hautes tensions imposent des exigences très élevées à l’isolation électrique. Les bornes de traversée représentent un défi particulier pour l’industrie automobile et ses fournisseurs. Pendant longtemps, la haute tension n’était pas ancrée dans l’ADN de cette industrie. « SCHOTT peut toutefois s’appuyer sur plus de 80 ans d’expérience dans le scellement verre-métal », déclare Akira Fujioka, responsable de la R&D. « Nous produisons de tels composants pour les climatiseurs et les réfrigérateurs stationnaires depuis plus de 60 ans », ajoute-t-il.
Les conditions dans les véhicules routiers sont extrêmes. Répondre aux exigences habituelles de l’industrie en termes de facteurs environnementaux, de vibrations et de fortes variations de température est un défi difficile à relever. À cela s’ajoutent les conditions dans le compresseur lui-même. La borne doit résister aux différents fluides frigorigènes tels que le R134a, le R1234yf et le R744 (CO₂). Avec une pression de fonctionnement pouvant atteindre 200 bars (20 mégapascals), le dioxyde de carbone impose les plus hautes exigences. L’isolation doit également résister à la haute tension. Les distances de fluage sont particulièrement importantes. SCHOTT utilise plusieurs matériaux de haute qualité, dont le verre, pour optimiser la conception. Celui-ci agit comme un isolant électrique et sépare les broches de contact métalliques de la plaque de support. Le travail du verre est une compétence clé de SCHOTT. Depuis 140 ans, l’entreprise est connue pour ses verres spéciaux de haute qualité. L’entreprise possède également un haut niveau d’expertise dans l’assemblage du verre et du métal.
Élastomère synthétique pour une protection supplémentaire
Un autre matériau rend les bornes de compresseurs électriques SCHOTT uniques, il s’agit d’un élastomère. Alors que le verre assure la connexion mécanique à proprement parler, les parties en caoutchouc synthétique empêchent la condensation, qui réduirait la distance de fluage et favoriserait la formation d’étincelles. L’élastomère peut bien sûr résister aux différentes huiles lubrifiantes pour compresseurs tels que la PAG et la POE. SCHOTT utilise différents matériaux d’étanchéité à l’intérieur et à l’extérieur. « Après avoir effectué une série complète de tests, nos ingénieurs ont trouvé la combinaison idéale », déclare Akira Fujioka. Les composants élastiques rendent les connexions plus fiables et plus durables. Les normes de qualité les plus strictes s’appliquent également aux plaques de support. Elles doivent être totalement planes et lisses afin de s’appliquer parfaitement au boîtier du compresseur.
Les véhicules électriques et hybrides sont équipés de compresseurs alimentés par des batteries.
Le défi des courants élevés
Les compresseurs pour 48 V imposent des exigences différentes de celles des modèles conçus pour des tensions plus élevées. Pour les nouveaux développements de véhicules et les concepts électriques alternatifs en particulier, l’alimentation à partir d’un système 48 V joue déjà un rôle important dans l’électrification des véhicules. Des voitures pouvant parcourir jusqu’à 30 kilomètres avec cette faible tension sont en cours de développement. Cependant, le raccordement électrique du compresseur et donc les traversées, sont aussi essentiels, mais cette fois pour d’autres raisons que lorsqu’il s’agit d’un raccordement haute tension. Les exigences en matière d’isolation et de distances de fluage ne sont pas aussi importantes que pour la transmission de courants élevés. Les compresseurs de climatisation nécessitent plus de deux kilowatts de puissance. À 48 V, cela correspond à une intensité de 100 à 150 ampères. Les bornes d’alimentation doivent donc présenter une section importante.
Le cuivre est le meilleur conducteur
SCHOTT dispose d’un produit unique dans son catalogue pour répondre à cette exigence. Les conducteurs sont entièrement constitués de cuivre, ce qui apporte une excellente conductivité. Les traversées standards pour compresseurs utilisent des conducteurs en acier inoxydable. La raison en est que le coefficient de dilatation de ce matériau et sa dureté sont comparables à ceux du verre. Cependant, sa conductivité électrique est inférieure à celle du cuivre, mais le cuivre se dilate moins favorablement. C’est là qu’intervient l’innovation brevetée de SCHOTT. Elle compense les différences de dilatation entre les conducteurs en cuivre et les isolants en verre. La meilleure conductivité du cuivre permet de réduire les sections et de rendre les connexions plus compactes.
SCHOTT fournit déjà ses traversées électriques à certains des plus grands fabricants de compresseurs électriques. Le catalogue de l’entreprise comprend des composants standardisés et personnalisés.
Modèle d’e-compresseur avec caoutchouc et céramique
