Qu'est-ce qu'un relais automobile et comment fonctionne-t-il dans le système électrique d'un véhicule ?

Allumez les phares, actionnez le klaxon, démarrez le moteur ou mettez en marche le ventilateur de refroidissement : un processus de commutation électrique se produit alors quelque part dans le véhicule. Dans de nombreux systèmes électriques automobiles conventionnels de 12 V et 24 V, cette fonction est assurée par un relais automobile.

Un relais automobile permet à un courant de commande relativement faible de commuter un autre circuit électrique. Cela permet de commander des charges telles que des phares, des ventilateurs, des avertisseurs sonores, des pompes et des équipements auxiliaires sans faire passer l'intégralité du courant de charge par chaque interrupteur ou dispositif de commande du tableau de bord.

Bien qu'un relais automobile soit un petit composant, son pouvoir de coupure, la tension de sa bobine, la configuration de ses bornes et ses caractéristiques de charge peuvent avoir un effet direct sur la fiabilité du système électrique du véhicule.

Cet article explique le fonctionnement des relais automobiles, leurs domaines d'utilisation courants et les critères que les ingénieurs et les acheteurs doivent prendre en compte lors de leur sélection.

Qu'est-ce qu'un relais automobile ?

Un relais automobile est un dispositif de commutation à commande électrique conçu pour contrôler les circuits électriques des véhicules et des équipements connexes.

Un relais électromagnétique automobile classique comprend deux sections électriquement distinctes :

Le côté contrôle
Ce dispositif contient la bobine du relais. L'application de la tension spécifiée à la bobine crée un champ magnétique.

Le côté commutation
Il contient les contacts mobiles et fixes qui ouvrent ou ferment le circuit de charge.

L'important est que le circuit de commande et le circuit de charge remplissent des fonctions différentes.

Une commande de courant relativement faible peut alimenter la bobine du relais, tandis que les contacts commutent un autre circuit transportant le courant requis par la charge connectée.

C’est l’une des raisons pour lesquelles on trouve couramment des relais automobiles entre les dispositifs de commande du véhicule et les charges électriques.

Pourquoi ne pas connecter la charge directement à l'interrupteur ?

Pensez à installer un ventilateur de refroidissement pour véhicule.

Le circuit de commande ou le contrôleur électronique n'a qu'à indiquer au ventilateur quand fonctionner. Le moteur du ventilateur lui-même, en revanche, peut nécessiter un courant bien supérieur à celui du signal de commande.

Si le courant total du moteur était acheminé via un petit interrupteur de tableau de bord ou une sortie de commande, l'interrupteur, le câblage et le connecteur devraient tous être conçus pour cette charge.

Un relais offre une autre solution.

Le dispositif de commande alimente la bobine du relais. Les contacts du relais commutent alors le circuit du ventilateur.

Sous forme simplifiée :

Signal de commande → Bobine du relais → Commutation des contacts → Charge électrique

Cette configuration permet de séparer le circuit de commande du circuit de charge à courant plus élevé et permet de positionner le dispositif de commutation plus près de la charge, le cas échéant.

À l'intérieur d'un relais automobile : bobine, armature et contacts

Pour comprendre le fonctionnement d'un relais, il est utile d'examiner ce qui se passe à l'intérieur d'un relais électromagnétique typique.

1. Bobine

La bobine reçoit la tension de commande.

Les systèmes électriques automobiles utilisent généralement des alimentations CC, avec des relais automobiles 12V et 24V sélectionnés en fonction de l'architecture électrique du véhicule ou de l'équipement.

L'application de la tension appropriée à la bobine crée un champ magnétique.

2. Armature

Le champ magnétique attire une armature métallique mobile.

Cela convertit l'énergie électrique entrante au niveau de la bobine en mouvement mécanique.

3. Contacts

Le mouvement de l'armature modifie l'état des contacts électriques.

Lorsque l'alimentation de la bobine est coupée, un mécanisme de retour ramène les contacts à leur état normal.

L'ensemble de cette séquence peut se dérouler rapidement, permettant à un signal de commande électrique de commuter un autre circuit sans que les deux circuits aient besoin de transporter le même courant.

Comprendre les numéros de bornes des relais automobiles

De nombreux relais automobiles utilisent des désignations de bornes standardisées telles que 30, 85, 86, 87 et 87a .

Une configuration courante est :

• 85 / 86 : Bornes de bobine
• 30 : Contact commun
• 87 : Contact normalement ouvert
• 87a : Contact normalement fermé, lorsqu’il est fourni

Il convient toujours de vérifier la configuration exacte à partir du schéma des relais ou des données techniques, car les configurations de relais peuvent varier.

Que se passe-t-il lorsque la bobine est éteinte ?

Dans un relais inverseur typique, la borne 30 est connectée à 87a lorsque la bobine est hors tension.

La voie NO entre 30 et 87 reste ouverte.

Que se passe-t-il lorsque la bobine est alimentée ?

Lorsque la tension correcte est appliquée aux bornes de la bobine, l'armature se déplace.

La connexion entre 30 et 87a s'ouvre, tandis que celle entre 30 et 87 se ferme.

Le relais a désormais modifié le circuit électrique sans que le dispositif de commande n'ait besoin de commuter directement la charge.

Contacts de relais automobiles normalement ouverts et normalement fermés

La configuration des contacts doit être choisie en fonction du fonctionnement du circuit lorsque le relais n'est pas alimenté.

Normalement ouvert (NO)

Un contact normalement ouvert ne conduit pas le courant via ce chemin commuté lorsque le relais est dans son état normal, hors tension.

Lorsque la bobine est alimentée, le contact NO se ferme.

Cette configuration est couramment utilisée lorsqu'une charge ne doit fonctionner qu'après avoir reçu une commande de contrôle.

Voici quelques exemples typiques :

• Circuits de klaxon
• Lampes auxiliaires
• Ventilateurs de refroidissement
• Pompes
• Autres accessoires commutés

Normalement fermé (NC)

Un chemin normalement fermé conduit le courant dans l'état normal du relais et s'ouvre lorsque la bobine est alimentée.

Les contacts NC peuvent être utiles lorsque le circuit nécessite un état alternatif ou une fonction de commutation.

Pour les ingénieurs, le choix entre NO et NC est donc une décision de logique de commande, et non simplement une question de préférence pour les terminaux.

Où les relais automobiles sont-ils couramment utilisés ?

On trouve des relais automobiles dans de nombreux systèmes électriques, bien que leur architecture exacte varie considérablement d'un modèle de véhicule à l'autre.

Ventilateurs de refroidissement

Les ventilateurs de refroidissement électriques peuvent engendrer une forte consommation de courant pour le système électrique d'un véhicule. Les relais permettent de commander le circuit du ventilateur à partir d'un signal distinct.

Phares et éclairage auxiliaire

Les relais peuvent être utilisés pour commuter les charges d'éclairage tout en maintenant la partie commande du circuit séparée du chemin du courant de la lampe.

Systèmes de klaxon

Appuyer sur un interrupteur de klaxon permet de donner la commande, tandis qu'un relais commute la charge du klaxon.

Pompes à carburant et auxiliaires

Les moteurs de pompes sont un autre exemple de charges pouvant être commandées par un relais en fonction de l'architecture du véhicule.

Systèmes de climatisation et de CVC

Des relais peuvent être intégrés aux circuits auxiliaires de ventilateur, de commande de compresseur, de chauffage ou autres.

Circuits de démarrage et auxiliaires

Les systèmes électriques des véhicules peuvent également utiliser des relais pour la commande liée au démarrage et les équipements auxiliaires.

Outre les véhicules de tourisme, on retrouve des applications similaires de relais 12V et 24V dans les véhicules commerciaux, les engins de chantier, les équipements agricoles et autres systèmes électriques mobiles.

Pourquoi le courant nominal d'un relais ne suffit pas à lui seul

L'un des points les plus importants lors du choix d'un relais automobile est que le chiffre imprimé comme courant nominal ne dit pas tout.

Une charge résistive de 30 A et un moteur consommant 30 A dans des conditions de fonctionnement particulières n'imposent pas nécessairement la même contrainte aux contacts du relais.

Les différentes charges se comportent différemment lors de la commutation.

Charges résistives

Ces dispositifs présentent généralement des caractéristiques de courant relativement prévisibles.

Charges du moteur

Les moteurs peuvent consommer un courant d'appel ou de démarrage beaucoup plus élevé que leur courant de fonctionnement normal.

Charges des lampes

Certaines lampes peuvent consommer un courant élevé lors de leur mise sous tension initiale car le filament froid présente une résistance plus faible.

Charges inductives

Les bobines, les solénoïdes et les moteurs peuvent générer des surtensions transitoires lors de leur commutation.

Ces conditions influent sur l'amorçage des arcs électriques, l'usure des contacts, la durée de vie électrique et la possibilité de soudage des contacts.

C’est pourquoi les ingénieurs doivent évaluer le type de charge réel et les conditions de commutation , et non se contenter de comparer les valeurs nominales du courant.

Relais automobile 12 V ou 24 V : la tension de la bobine est importante

La bobine du relais doit être adaptée à la tension de commande du système.

Un relais automobile 12V est conçu pour un circuit de commande approprié de classe 12V, tandis qu'un relais automobile 24V utilise une bobine conçue pour le système correspondant.

L'utilisation d'une tension de bobine incorrecte peut entraîner plusieurs problèmes.

Si la tension appliquée est trop faible, le relais risque de ne pas s'enclencher correctement ou de fonctionner de manière instable.

Si la bobine est soumise à une tension excessive, une surchauffe et des dommages prématurés peuvent en résulter.

Les ingénieurs devraient donc confirmer au moins :

• Tension nominale de la bobine
• Plage de tension de bobine autorisée
• Caractéristiques de prise en charge et de relâchement, le cas échéant
• Conditions de tension réelles du système

Les systèmes électriques des véhicules ne constituent pas des alimentations idéales pour les laboratoires ; il convient donc de tenir compte des conditions réelles d’utilisation lors du choix du produit.

Quelles sont les causes des pannes de relais automobiles ?

Les relais sont des composants électromécaniques, et les contraintes électriques et mécaniques influencent leur durée de vie.

Les causes fréquentes des problèmes comprennent :

surcharge de contact
Le passage d'une charge dépassant les capacités appropriées du relais peut accélérer la détérioration des contacts.

Courant d'appel élevé
Des commutations répétées à courant élevé peuvent provoquer une grave érosion des contacts ou un soudage.

Tension de bobine incorrecte
Une bobine mal adaptée peut fonctionner de manière irrégulière ou surchauffer.

Mauvaises connexions terminales
Une résistance de connexion élevée peut générer un échauffement localisé.

Changements fréquents
La durée de vie électrique dépend de la charge et de la fréquence de commutation, et pas seulement des spécifications de durée de vie mécanique.

Température et vibrations
Les environnements automobiles et d'équipements mobiles peuvent exposer les relais à des conditions très différentes de celles des armoires de commande fixes en intérieur.

Lors de l'investigation de pannes de relais, le remplacement de ce dernier sans identifier le problème électrique ou d'installation sous-jacent ne constitue qu'une solution temporaire.

Quels sont les points à vérifier lors du choix d'un relais automobile ?

Plutôt que de choisir un relais uniquement en fonction de sa taille et de son ampérage nominal, les ingénieurs et les acheteurs devraient évaluer l'application complète.

Les facteurs importants comprennent :

• Tension de la bobine
• Configuration des contacts
• Évaluation du contact
• Type de charge
• courant de démarrage ou courant d'appel
• Fréquence de commutation
• Température de fonctionnement
• Durée de vie électrique
• Durée de vie mécanique
• Méthode de montage
• Agencement terminal
• Conditions environnementales

Le bon relais automobile est celui qui correspond à la charge électrique réelle et à l'environnement de fonctionnement , et non pas simplement celui qui porte le numéro le plus élevé imprimé sur son boîtier.

Les relais automobiles et les relais industriels ne sont pas automatiquement interchangeables.