À quoi servent les cycles thermiques dans l'industrie automobile ?

Dans le secteur automobile, la durabilité et la fiabilité des composants sont une priorité absolue. 

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Parmi les tests environnementaux pour valider ces caractéristiques, les cycles thermiques jouent un rôle clé dans l'industrie automobile. Ces tests permettent non seulement de simuler les conditions réelles auxquelles un véhicule est soumis, mais aussi d'identifier d'éventuels problèmes de conception avant sa mise en vente.

Dans cet article, nous examinerons en détail les cycles thermiques, leur mise en œuvre dans l'industrie automobile, ainsi que les outils et réglementations qui les régissent.

Que sont les cycles thermiques ?

Le cyclage thermique est un test de laboratoire au cours duquel un composant ou un système est exposé à des variations cycliques de température, selon des paramètres définis. 

Contrairement aux tests d'exposition statique, le cyclage thermique est un test dynamique, c'est-à-dire un test dans lequel la température change progressivement ou rapidement de manière contrôlée, selon une séquence répétée dans le temps.

Ces variations ne doivent pas nécessairement atteindre des extrêmes thermiques: elles peuvent également concerner des plages moyennes, pourvu qu'il y ait une cyclicité, c'est-à-dire une alternance régulière entre deux ou plusieurs niveaux de température. 

L’objectif est d’observer comment les matériaux, les joints et les structures réagissent à ces contraintes thermiques répétées, en termes de déformations, de microfissures, de variations électriques ou de dégradation fonctionnelle.

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Comment fonctionnent les cycles thermiques dans l'automobile

Dans le secteur automobile, les cycles thermiques sont réalisés à l'intérieur de chambres climatiques.

Les chambres climatiques sont des instruments de laboratoire constitués d'un compartiment hermétiquement isolé dans lequel il est possible de régler et de surveiller des paramètres environnementaux de base, tels que la température etl'humidité relative. 

Dans les modèles plus avancés, des tests dynamiques tels que des cycles thermiques peuvent être programmés

Les cycles thermiques dans les applications automobiles peuvent concerner des composants électroniques individuels, des unités de contrôle (ECU), des modules de batterie ou des systèmes intégrés entiers.

Les enceintes climatiques fonctionnent en régulant la température par une montée en température contrôlée (généralement entre 2 et 10 °C/min), suivie de périodes de maintien (temps de palier) de 30 à 60 minutes. Les plages les plus courantes vont de -40 °C à +125 °C, avec des cycles pouvant être répétés jusqu'à 1 000 fois.

Pour tester des systèmes complexes tels que des habitacles ou des véhicules entiers, il existe des chambres climatiques accessibles à pied, ainsi nommées car elles sont accessibles même au personnel de laboratoire.

Normes internationales relatives aux cycles thermiques dans l'industrie automobile

La fiabilité des cycles thermiques dans l'industrie automobile est garantie par des normes internationales qui définissent des méthodologies et des critères d'acceptation. Parmi les plus pertinentes :

• La norme ISO 16750-4 spécifie les conditions environnementales des composants électriques et électroniques dans l'industrie automobile. Elle inclut des essais de température, d'humidité, de vibrations et de chocs thermiques.
• SAE J1211 – Lignes directrices pour les essais de contrainte environnementale des composants électroniques, avec une attention particulière aux changements de résistance et aux déformations structurelles dues aux contraintes thermiques.
• LV124 – Norme développée par les constructeurs automobiles allemands pour les systèmes électriques et électroniques des véhicules. Elle comprend plus de 800 cycles thermiques pour des tests particulièrement rigoureux et de longue durée.

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La chambre climatique FDM pour les cycles thermiques dans l'industrie automobile

Depuis plus de 70 ans, FDM – Environment Makers travaille dans le domaine de la simulation environnementale.

Nos chambres climatiques sont capables de réaliser tous les cycles thermiques automobiles conformément aux normes internationales mentionnées ci-dessus.

Grâce au programmateur revoFACE, les tests dynamiques peuvent être entièrement automatisés par l'opérateur.

De plus, nos techniciens sont toujours disponibles pour échanger avec le client afin de concevoir la chambre climatique idéale qui réponde à ses besoins spécifiques.

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Sources fiables et liens externes

Pour en savoir plus sur les normes automobiles relatives aux cycles thermiques et à la qualification environnementale des composants :

• SAE J1211 — Manuel pour la validation de la robustesse des modules électriques/électroniques automobiles.
• AEC-Q100 / Q101 / Q200 — Conseil de l'électronique automobile : Qualification des circuits intégrés automobiles, des circuits discrets et des composants passifs.
• UNECE WP.29 — Forum mondial pour l’harmonisation des réglementations relatives aux véhicules.
• Normes VDA — Verband der Automobilindustrie : normes allemandes LV 124, LV 148 pour les composants électriques automobiles.

Questions fréquentes sur les cycles thermiques automobiles

Quelle est la plage de température standard pour les composants automobiles ?

Cela dépend de la zone du véhicule. Capot : -40 °C à +125 °C (norme AEC-Q100, grade 1) ou +150 °C (grade 0). Habitacle : -40 °C à +85 °C (grade 2). Dessous de caisse/roues : -40 °C à +105 °C. Pour les véhicules électriques, la batterie fonctionne généralement entre -20 °C et +60 °C, mais est homologuée entre -40 °C et +85 °C.

Combien de cycles thermiques sont nécessaires pour la qualification AEC-Q100 ?

La norme AEC-Q100 prescrit 1 000 cycles thermiques cycles de choc thermique . Pour les composants critiques pour la sécurité, ce nombre peut être porté à plus de 2 000 cycles. Les tests AEC-Q104 (modules multipuces) ajoutent 700 cycles supplémentaires, plus rigoureux. L’ensemble du processus de qualification automobile peut durer de 6 à 12 mois en laboratoire.

Quelle est la différence entre ISO 16750 et LV 124 ?

La norme ISO 16750 est la norme internationale relative aux essais environnementaux des composants électriques et électroniques automobiles. Elle se divise en cinq parties (électrique, mécanique, climatique, chimique et corrosion). La norme allemande VDA LV 124 est adoptée par les constructeurs automobiles allemands (VW, BMW, Audi et Mercedes) pour les véhicules de 3,5 tonnes ou moins. La norme LV 148 est la version destinée aux véhicules utilitaires. Le contenu est similaire, mais la norme LV 124 impose des tests plus rigoureux et couvre un plus large éventail de modes de défaillance. Les équipementiers automobiles allemands exigent la norme LV 124 par défaut.

Comment évoluent les exigences relatives aux véhicules électriques (VE) ?

Les véhicules électriques comportent des composants supplémentaires soumis à des qualifications environnementales spécifiques : batterie (UNECE R100, IEC 62660), onduleur et moteur électrique (ISO 16750 + LV 148 pour la haute tension), système de gestion de la batterie (BMS) et chargeur embarqué . Les plages de températures sont généralement plus sévères (jusqu’à +150 °C à proximité de l’onduleur) et des tests spécifiques, tels que la propagation de l’emballement thermique et la résistance à l’isolation en conditions climatiques extrêmes , sont réalisés