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#1 02-09-2016 17:57:55

Audi-Tech
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[Q5 hybrid quattro] Equipement: module de batterie, moteur électrique

Équipement électrique

Module de batterie hybride AX1

Le module de batterie hybride AX1 est logé dans le coffre à bagages, dans le cuvelage de roue de secours, et est constitué des composants suivants :

•  Batterie haute tension A38
•  Calculateur de régulation de la batterie J840
•  Raccord de la fiche de maintenance TW
•  Raccord de la fiche de sécurité TV44
•  Raccords des câbles haute tension PX1
•  Raccords pour réseau de bord 12 volts


Le bac est relié au véhicule par un câble de compensation de potentiel. Les raccords d'entrée et de sortie d'air froid sont intégrés dans le bac qui renferme la batterie. Une aération pour le gaz est prévue sur le bac afin d'acheminer sous le véhicule via un flexible de purge le gaz s'échappant en cas de défaillance d'un élément.

equipement-electrique.png


Calculateur de régulation de la batterie J840

Le calculateur de régulation de la batterie J840 est intégré du côté gauche dans le module de batterie hybride AX1 et est relié au CAN Hybride et au CAN Propulsion. Il enregistre la température de la batterie haute tension et régule le refroidissement de la batterie via le module de refroidissement de la batterie. Le calculateur définit et évalue les informations relatives à l'état de charge et la tension des éléments et de la batterie. Ces informations sont transmises au calculateur du moteur via le CAN Hybride.

La ligne de sécurité (voir page 26) constitue une boucle reliant tous les composants haute tension ; elle est surveillée par le calculateur de régulation de la batterie. Pour la surveillance, le calculateur J840 utilise un signal de courant injecté par l'électronique de puissance dans la ligne de sécurité.

Dans l'historique, toutes les données concernant la batterie sont mémorisées par le calculateur. Il est donc possible de comprendre a posteriori les causes d'une décharge profonde ou d'une surchauffe de la batterie haute tension. La batterie haute tension est connectée et déconnectée des autres composants haute tension via les contacts haute tension. Un contact haute tension est respectivement monté pour le « positif » et le « négatif ».

Le calculateur de régulation de la batterie J840 ferme les contacts haute tension dès que la borne 15 est activée. Si l'alimentation en tension 12 volts du calculateur de régulation de la batterie est interrompue, les contacteurs sont ouverts. Si le réseau de bord 12 volts est hors tension, alors le système haute tension l'est également.


Contacts haute tension

Les contacts haute tension sont ouverts par le calculateur de régulation de la batterie J840 lorsque :

•  le contact d'allumage est coupé
•  ou que la ligne de sécurité est interrompue
•  ou que le rétracteur de ceinture s'est déclenché
•  ou que l'airbag s'est déclenché
•  ou que les deux batteries 12 volts sont déconnectées du réseau de bord avec la « borne 15 activée »



Batterie haute tension A38

La batterie haute tension A38 est intégrée dans le module de batterie hybride AX1. Un capteur de courant enregistre le courant de charge et de décharge. D'autres capteurs enregistrent la tension en amont et en aval des contacts haute tension. Les contacts haute tension intégrés sont fermés avec la « borne 15 activée ». Les contacts haute tension sont ouverts avec la « borne 15 désactivée » ou en cas de signal de collision.

L'état de charge de la batterie haute tension est maintenu entre 30 % et 80 %. Cette plage de charge restreinte permet de prolonger considérablement la durée de vie de la batterie haute tension. L'affichage de la batterie dans le combiné d'instruments indique alors 0 % ou 100 %. L'état de charge est transmis comme message sur le CAN Hybride.

Dans le cas d'une aptitude au démarrage critique (charge de la batterie haute tension inférieure à 25 %) ou d'échec du lancement du moteur, le calculateur du moteur transmet un message au combiné d'instruments et il y a affichage de « Le véhicule ne peut pas démarrer actuellement. Voir Notice d'utilisation ». Si l'état de charge est inférieur à 20 %, un courant de décharge n'est plus autorisé.
Durant la conduite tout électrique, la batterie haute tension alimente le réseau de bord haute tension ainsi que le réseau de bord 12 volts

Charge de la batterie haute tension

Si le message « Le véhicule ne peut pas démarrer actuellement. Voir Notice d'Utilisation » s'affiche à l'écran du combiné d'instruments, la batterie haute tension doit être chargée.Pour cela, couper l'allumage et raccorder le chargeur (30 A minimum) ou bien un véhicule donneur avec alternateur triphasé aux prises de démarrage assisté. Une fois la charge effectuée, mettre le contact d'allumage. Il y a alors affichage du message « Rétablissement de l'aptitude au démarrage. Veuillez patienter… »

Si, dans l'intervalle d'une minute, il n'a pas été absorbé de courant par la batterie haute tension, il y a émission du message « Recharge interrompue. L'aptitude au démarrage ne peut pas être rétablie ». La raison en est que le chargeur ou le véhicule donneur est trop faible. Un message de défaut est également délivré sous forme du témoin d'alerte Hybride rouge.

Lorsqu'un courant de charge est détecté, la batterie haute tension est chargée à un état de charge de 35 %. Une fiche de charge verte (voir figure de la page 46) s'affiche à l'écran du combiné d'instruments. Les batteries 12 volts sont alors partiellement déchargées. Si l'état de charge de la batterie haute tension a chuté en dessous de 5 %, la batterie ne peut plus être chargée !



Fiche de maintenance pour système haute tension TW

Il s'agit d'un pont électrique entre les deux parties de la batterie haute tension. Si l'on débranche la fiche de maintenance*, la connexion est interrompue. La fiche de maintenance doit toujours être débranchée lorsqu'il est nécessaire de réaliser des travaux sur ou à proximité de composants haute tension à l'aide d'outils déformants, à arêtes vives ou travaillant par enlèvement de matière.
Pour la mise hors tension du système, veuillez effectuer le programme du testeur de diagnostic du véhicule.


Déverrouillage et verrouillage de la fiche de maintenance

Coupez le contact d'allumage. Pour accéder à la fiche de maintenance du système haute tension TW, il faut ouvrir la trappe de service du système haute tension dans le coffre à bagages. La fiche de maintenance se trouve sous le cache en caoutchouc orange sur le module de batterie hybride AX1, qui doit être déposé.

verouillage-1.jpg


Retrait de la fiche de maintenance

L'une des manières de désactiver le système haute tension consiste à actionner la fiche de maintenance, car cette dernière fonctionne comme un pont électrique entre les deux parties de la batterie. Le procédé repose sur deux positions de commutation.

verouillage-2.jpg


Dans la première position, la ligne de sécurité est interrompue

verouillage-3.jpg


Dans la deuxième position, le montage en série des deux parties de la batterie est interrompu. La fiche de maintenance peut maintenant être retirée de sa fixation. Le système haute tension est désactivé et l'absence de tension doit être contrôlée.

verouillage-4.jpg


Fusible dans la fiche de maintenance

La fiche de maintenance contient un fusible pour la protection du système haute tension. La protection est de 125 A.

fusibles.png


Remise en service

Pour remettre le système haute tension en service, ramenez la fiche de maintenance en position dans le sens inverse des opérations.
Pour obtenir des indications précises sur les mesures à effectuer en vue de la remise en service, consultez l'Assistant de dépannage.

* Nota :

Seuls les techniciens haute tension qualifiés sont habilités à débrancher cette fiche de maintenance afin de mettre le système hors tension


Concept de sécurité

Surveillance de l'isolation

Toutes les 30 secondes, une mesure de l'isolation est effectuée avec la tension du système dans le réseau haute tension. Des défauts d'isolation sont détectés dans tout le circuit haute tension, à savoir dans la batterie haute tension, les câbles de traction, l'électronique de puissance, les câbles triphasés avec le moteur de traction pour propulsion électrique, ainsi que dans le câble allant au compresseur du climatiseur, compresseur de climatiseur inclus. En cas de défaut d'isolation, un message s'affiche à l'écran du combiné d'instruments et le client est invité à se rendre à l'atelier


Ligne de sécurité électrique avec fiche de sécurité TV44

La ligne de sécurité*est un concept de sécurité comprenant une composante mécanique et une composante électrique. La ligne de sécurité garantit la mise hors tension de l'ensemble du réseau haute tension dès qu'un composant haute tension est déconnecté du réseau. De plus, la fiche de sécurité et l'étrier de verrouillage constituent un verrouillage mécanique qui rend impossible le débranchement des câbles haute tension lorsque ceux-ci sont sous tension.

La ligne de sécurité est comme un circuit électrique qui est fermé par ses fiches de sécurité. Si l'on ouvre ce circuit en débranchant les fiches de sécurité, le système haute tension est mis hors tension. Il faut retirer les fiches de sécurité avant de pouvoir débrancher les câbles haute tension des composants haute tension. Cette précaution permet de s'assurer que le système n'est pas sous tension au moment où les câbles sont débranchés.

ligne-de-securite_20160901-1552.png


Ligne de sécurité fermée

Tous les composants du système haute tension sont interconnectés par un câble basse tension formant une ligne annulaire. Le composant est connecté à la ligne de sécurité par un contact NF. Lorsque tous les composants sont aptes à fonctionner, les contacts NF sont fermés.
Si une tension est appliquée sur la ligne de sécurité, le courant peut circuler parce que le câble n'est pas interrompu. La présence d'un courant indique donc que tous les composants de la ligne de sécurité sont opérationnels.
Le principe de fonctionnement de la ligne de sécurité est comparable à celui de la surveillance à froid des ampoules.


Ligne de sécurité interrompue

Lorsqu'un contact NF est ouvert, parce qu'un composant n'est pas en état de marche ou que la fiche de sécurité a été retirée, la ligne de sécurité est interrompue. Si l'on applique une tension, le courant ne peut pas circuler. Cela indique que le système haute tension n'est pas opérationnel.

C'est le calculateur de régulation de la batterie, situé dans le module de batterie hybride, qui est chargé de vérifier si la ligne de sécurité est fermée ou interrompue. Si le calculateur constate que la ligne est interrompue, il n'active pas les contacts haute tension et coupe ainsi la liaison entre la batterie haute tension et le système haute tension.


Fiche de sécurité TV44

Verrouillage mécanique de la fiche de sécurité

Avant le début de ces opérations, il faut dans tous les cas débrancher la fiche de maintenance (page 24). Ces opérations ne doivent être réalisées que par un Technicien haute tension Audi qualifié !

fiche-de-securite.png


Le câble haute tension ne peut être débranché du module de la batterie hybride que si la fiche de sécurité TV44 a été préalablement retirée. Pour ce faire, il faut tirer la bague baïonnette vers le haut. La ligne de sécurité est alors interrompue et le calculateur de gestion de la batterie a désaccouplé la batterie haute tension via les contacts haute tension.

fiche-de-securite-2.png


Les contacts enfichables de la ligne haute tension ne peuvent être débranchés que si l'étrier de verrouillage a été préalablement ramené en position initiale. Du fait de l'interruption de la ligne de sécurité, les contacts du câble haute tension ne sont par conséquent plus sous tension, et il ne peut plus se produire d'électrocution lors du débranchement du câble haute tension.

fiche-de-securite-3.png


Inversement, il n'est possible de brancher le câble haute tension allant à l'électronique de puissance sur le module de la batterie hybride que si l'on a fait basculer l'étrier de verrouillage par dessus les deux contacts enfichables. Ce n'est qu'après qu'il est possible d'insérer la fiche de sécurité. Cela signifie, en liaison avec la ligne de sécurité, que le système haute tension ne peut être mis sous tension qu'une fois la fiche de sécurité branchée. Le branchement des connecteurs haute tension s'effectue donc toujours hors tension.

fiche-de-securite-4.png


* Nota :

Seuls les techniciens haute tension qualifiés sont habilités à débrancher cette fiche de maintenance afin de mettre le système hors tension.


Refroidissement de la batterie

Lors de la charge d'une batterie, les processus chimiques qui se déroulent durant la décharge sont inversés. Ce processus thermodynamique s'accompagne d'un dégagement de chaleur, lequel entraîne un réchauffement de la batterie. Comme la batterie haute tension de l'Audi Q5 hybrid quattro est soumise à une alternance permanente de phases de charge et de décharge, elle peut elle aussi être le théâtre de dégagements de chaleur considérables.

Outre un possible vieillissement de la batterie, ce phénomène provoque surtout une augmentation de la résistance des conducteurs concernés, une partie de l'énergie électrique n'étant alors plus convertie en travail, mais dissipée sous forme de chaleur. C'est pourquoi la batterie haute tension possède un module de refroidissement doté de son propre évaporateur et est reliée au circuit de refroidissement du compresseur électrique du climatiseur. Le module de refroidissement fonctionne avec la tension de bord de 12 volts.

Les composants du module de refroidissement :

•  Ventilateur 1 de batterie V457
•  Servomoteur 1 de volet de recyclage d'air pour batterie hybride V479
•  Servomoteur 2 de volet de recyclage d'air pour batterie hybride V480
•  Détecteur de température en amont de l'évaporateur de batterie hybride G756
•  Détecteur de température en aval de l'évaporateur de batterie hybride G757
•  Vanne de coupure 1 de fluide frigorigène de batterie hybride N516
•  Vanne de coupure 2 de fluide frigorigène de batterie hybride N517

De plus, six capteurs de température sont disposés entre le bac du module de batterie hybride et les deux parties de la batterie et un capteur de température est respectivement monté à l'entrée et à la sortie de d'air frais du module de refroidissement.

Si le calculateur de gestion de la batterie calcule une température trop élevée de la batterie via le détecteur de température en amont de l'évaporateur G756 ou le détecteur de température en aval de l'évaporateur G757, il pilote le ventilateur V457. Un modèle de fonction de refroidissement est mémorisé dans le calculateur. En fonction de la température, il y a commutation du mode air frais en mode air recyclé avec évaporateur actif. Il existe 3 niveaux de demande de puissance frigorifique s'adressant au calculateur de Climatronic J255. La vitesse de la soufflante est alors pilotée via le bus LIN par le calculateur de régulation de la batterie J840.

En mode air frais, de l'air frais est aspiré par le ventilateur V457 depuis le cuvelage de roue de secours, il est acheminé via l'évaporateur dans la batterie et l'air chaud est évacué à l'extérieur en bas à gauche sous le pare-chocs.

En mode air recyclé, les volets de recyclage d'air 1 et 2 sont fermés est il n'est pas aspiré d'air frais.
En cas de besoin, le calculateur J840 transmet sur le bus CAN un message de demande au calculateur de Climatronic pour mettre le compresseur de climatiseur électrique V470 en circuit.

Le ventilateur 1 de batterie V457, le servomoteur 1 de volet de recyclage d'air pour batterie hybride V479 et le servomoteur 2 de volet de recyclage d'air pour batterie hybride V480 sont régulés par le calculateur via le bus LIN. Les servomoteurs V479 et V480 sont montés en série. La vanne de coupure 2 de fluide frigorigène de batterie hybride N517 est fermée lorsqu'elle est hors tension et pilote le flux fluide frigorigène allant au système frigorifique de la batterie hybride.

La vanne de coupure 1 de fluide frigorigène de batterie hybride N516 est ouverte lorsqu'elle est hors tension et pilote le flux fluide frigorigène allant au système frigorifique de l'habitacle. Le module de refroidissement possède une position Service en vue de l'accès à la batterie 12 volts montée en dessous.

refroidissement-de-la-batterie.jpeg

Électronique de puissance et de commande pour propulsion électrique JX1

L'électronique de puissance et de commande pour propulsion électrique JX1 se compose du calculateur de propulsion électrique J841, du convertisseur continu-alternatif de moteur de traction A37, du transformateur de tension A19 et du condensateur de circuit intermédiaire 1 C25. Le calculateur de propulsion électrique J841 est abonné du CAN Hybride et du CAN Propulsion.

Le convertisseur continu-alternatif de moteur de traction A37 (inverseur d'impulsions bidirectionnel) convertit le courant continu de la batterie haute tension en une tension alternative triphasée destinée à l'alternateur. En mode récupération et en mode générateur, le courant alternatif est converti en tension continue pour la charge de la batterie haute tension. Le régime est régulé par variation de la fréquence. On obtient par ex. à 1000 tr/min une fréquence électrique de 267 Hz. Le couple est régulé par modulation de largeur d'impulsion.

Le transformateur de tension A19 convertit la tension continue de la batterie haute tension (266 volts) en tension continue faible (12 volts) du réseau de bord. Le condensateur de circuit intermédiaire 1 C25 joue le rôle d'accumulateur d'énergie pour la machine électrique. Avec la « borne 15 désactivée » ou en cas de coupure du système haute tension par un signal de collision, le condensateur de circuit intermédiaire est déchargé activement.

Comme le convertisseur continu-continu fonctionne en mode bidirectionnel, il peut également convertir la faible tension (12 volts) du réseau de bord en tension élevée (266 volts) de la batterie haute tension. Cette fonction est utilisée pour le démarrage assisté (charge de la batterie haute tension).


Le compresseur du climatiseur est directement relié, sur l'électronique de puissance, au courant continu haute tension. Comme le câble allant au compresseur de climatiseur présente une section plus petite que les câbles allant de la batterie haute tension à l'électronique de puissance, un fusible de 30 A pour le compresseur de climatiseur est intégré dans l'électronique de puissance. En mode récupération ou mode générateur, le compresseur est alimenté par l'électronique de puissance. Le compresseur n'est alimenté par la batterie haute tension qu'en mode de conduite
électrique.

L'électronique de puissance possède son propre circuit basse température, qui est relié au vase d'expansion du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur. La recirculation, régulée en fonction des besoins, du liquide de refroidissement est assurée par la pompe de liquide de refroidissement pour circuit basse température V468. Le circuit basse température fait partie de la gestion thermique. Le calculateur du moteur détermine le pilotage de la pompe.

Le calculateur du moteur fournit à l'électronique de puissance les informations relatives à la récupération, au mode générateur et à la vitesse du véhicule en conduite électrique. L'électronique de puissance vérifie, via le transmetteur de position 1 de rotor de moteur de traction G713, la vitesse de rotation et la position du rotor ainsi que, via le transmetteur de température du moteur de traction G712, la température du liquide de refroidissement du moteur de traction pour propulsion électrique V141.

electronique-de-puissance.png

États de fonctionnement :

Contact d'allumage coupé :

•  « Borne 15 désactivée ».
•  Gestionnaire hybride en mode « sleep ».
•  Aucun courant de fonctionnement ne circule.

Allumage mis sans pédale de frein actionnée :

•  « Borne 15 activée ».
•  Gestionnaire hybride en mode « standby ».
•  Les contacts haute tension sont fermés et l'électronique de puissance est alimentée par la batterie haute tension en 266 V.
Aucun courant de fonctionnement ne circule cependant

Allumage mis avec pédale de frein actionnée :

•  « Borne 15 activée » et « Borne 50 activée ».
•  Affichage de l'ordre de marche « Hybrid Ready »
•  Maintenant, des courants de fonctionnement circulent :
•  de la batterie haute tension à l'électronique de puissance,
•  de l'électronique de puissance au moteur de traction pour propulsion électrique et
•  de la batterie haute tension au réseau de bord 12 volts



Moteur de traction pour propulsion électrique V141

Le moteur de traction pour propulsion électrique est logé sans nécessiter de place supplémentaire entre le moteur TFSI de 2,0l et la boîte automatique à 8 rapports. Il s'agit d'une machine synchrone à excitation permanente, qui est entraînée par un champ triphasé. Le rotor est équipé d'aimants permanents en néodymefer-bore (NdFeB).

Le moteur de traction pour propulsion électrique V141 est intégré dans la propulsion triphasée VX54. Le moteur de traction pour propulsion électrique est commandé par le calculateur de propulsion électrique J841 et l'électronique de puissance et de commande pour propulsion électrique JX1. Le régime est régulé par variation de la fréquence, le couple par modulation de largeur d'impulsion.

L'électronique de puissance convertit la tension continue de 266 volts en une tension alternative triphasée. Ces 3 phases génèrent dans le moteur de traction pour propulsion électrique un champ électromagnétique triphasé.


Le moteur de traction pour propulsion électrique sert au démarrage du moteur à combustion et, au mode générateur, à la charge de la batterie haute tension et de la batterie 12 volts via le convertisseur continu-continu de l'électronique de puissance et de commande pour propulsion électrique JX1. L'Audi Q5 hybrid quattro peut, avec le moteur de traction pour propulsion électrique, circuler à une vitesse et avec une autonomie restreinte en mode tout électrique et assister le moteur à combustion lors de l'accélération (boost).
Si le gestionnaire hybride détecte que la puissance du moteur de traction pour propulsion électrique est suffisante pour propulser le véhicule, le moteur à combustion est coupé.

moteur-de-traction.jpeg


Moteur électrique — Machine synchrone

Le moteur de traction pour propulsion électrique est refroidi par eau et intégré dans le circuit haute température du moteur à combustion. La recirculation du liquide de refroidissement est assurée en fonction des besoins par la pompe de liquide de refroidissement pour circuit haute température V467 (trois niveaux). La pompe est pilotée par le calculateur du moteur J623.

Le transmetteur de température du moteur de traction G712 est une thermistance CTN*et il mesure la température entre deux bobines du moteur de traction pour propulsion électrique. En cas de dépassement de la température de 180 — 200 °C, la puissance du moteur de traction pour propulsion électrique est réduite jusqu'à zéro (en mode générateur et conduite électrique). Un redémarrage du moteur dépend du dépassement de la température du moteur de traction pour propulsion électrique et est éventuellement possible via le démarreur 12 volts.


Le transmetteur de position 1 de rotor de moteur de traction G713 fonctionne selon le principe du resolver*et enregistre la vitesse de rotation réelle et la position angulaire du rotor.


Composants

Le moteur de traction pour propulsion électrique se compose :

•  du carter en aluminium coulé sous pression,
•  du rotor intérieur équipé d'aimants permanents en néodymefer-bore (NdFeB),
•  du stator avec bobines magnétiques,
•  d'un carter assurant la liaison avec le convertisseur de couple de la boîte automatique,
•  de l'embrayage de coupure,
•  du raccord de puissance à trois phases.

moteur-electrique.jpeg


Transmetteur de température du moteur de traction G712

Le transmetteur enregistre la température du moteur de traction pour propulsion électrique entre deux bobines. Le point le plus chaud du moteur de traction pour propulsion électrique est déterminé via un modèle de température. Le signal de ce transmetteur de température est utilisé pour piloter la puissance de refroidissement du circuit haute température. Les circuits de refroidissement font partie intégrante du système de gestion thermique innovant.

Avec l'aide d'une pompe additionnelle électrique de liquide de refroidissement et de la pompe à eau interruptible, la régulation peut varier d'un refoulement nul du liquide de refroidissement jusqu'à la puissance de refroidissement maximale.

transmetteur_20160901-1602.jpeg


Répercussions en cas de défaillance

En cas de panne du transmetteur, le témoin d'alerte jaune du système hybride apparaît à l'écran du combiné d'instruments. Il faut se rendre dans l'atelier le plus proche. Le véhicule ne peut pas être redémarré mais reste cependant, avec le moteur à combustion uniquement, apte à rouler jusqu'à ce que les batteries 12 volts soient vides.


Transmetteur de position 1 de rotor de moteur de traction G713

Comme le moteur à combustion, avec ses transmetteurs de régime, est découplé mécaniquement du moteur de traction pour propulsion électrique en mode électrique, le moteur de traction a besoin de ses propres capteurs pour déterminer la position et le régime du rotor. Pour ce faire, un transmetteur de régime est intégré dans le moteur de traction pour propulsion électrique.


Grâce au signal de ce capteur, les systèmes de gestion du moteur et de la boîte de vitesses savent si le moteur de traction pour propulsion électrique tourne, et à quel régime. Le signal est utilisé pour piloter les composantes suivantes du système haute tension :

•  la machine électrique comme générateur
•  la machine électrique comme moteur
•  la machine électrique comme démarreur du moteur à combustion


Répercussions en cas de défaillance

En cas de panne du transmetteur, le témoin d'alerte rouge du système hybride apparaît à l'écran du combiné d'instruments.

•  le moteur électrique est coupé et le véhicule achève sa course
•  le véhicule peut pas rouler en mode électrique
•  aucun mode générateur n'est possible
•  il est impossible de démarrer le moteur à combustion
•  il faut se rendre dans un atelier


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