À l'instar de presque tous les produits électroniques, les systèmes automobiles utilisent beaucoup les condensateurs. Pourtant, avec l'adoption grandissante des voitures utilisant les technologies de propulsion alternatives, dans lesquelles la gestion du courant et des circuits électriques devient de plus en plus importante, le rôle des condensateurs se développe. Pendant ce temps, les innovations dans le domaine des supercondensateurs rendent ces appareils adaptés à une utilisation dans les véhicules électriques (EV) et hybrides rechargeables, complétant ainsi et même remplaçant les batteries dans certains cas.
La production d'EV devrait augmenter rapidement, encouragée par les nouvelles réglementations et incitations en matière d'émissions. La fabrication mondiale d'EV, une catégorie consistant en des modèles électriques purs et des véhicules électriques hybrides rechargeables, devrait augmenter par un facteur de six au cours des années à venir. La production annuelle passera de 409 000 en 2014 à 2,4 millions d'unités en 2021, selon les prévisions du cabinet d'études de marché HIS, Inc.
Cela contraste fortement avec la hausse marginale de 3,6 pour cent attendue pour le marché global des véhicules motorisés pendant la même période.
Les gouvernements aident à stimuler la demande sur les véhicules motorisés
Les gouvernements locaux et nationaux sont une force majeure qui encourage l'accélération des ventes d'EV. Par exemple, la réglementation sur les véhicules propres (ZEV) en Californie devrait permettre à plus d'1,4 millions de ZEV de circuler sur les routes de l'État d'ici 2025. Les ZEV de Californie incluent les voitures hybrides rechargeables et entièrement alimentées par batterie électrique. La réglementation ZEV est conçue pour que la Californie réduise ses émissions de gaz à effet de serre de 80 pour cent d'ici 2050.
Être à la hauteur
Les condensateurs ciblés dans le marché automobile répondent principalement à la spécification AEC-Q200 du Conseil de l'Électronique Automobile, qui a émergé comme la norme de facto pour les appareils passifs de classe automobile. La norme Q200 définit les températures de fonctionnement pour les différents types d'éléments passifs, dont les condensateurs utilisés à des fins diverses dans les voitures. La spécification fixe les différents paramètres pour les appareils installés sous le capot ou dans le compartiment passager.
La cavalcade du condensateur de voiture
Plusieurs types de condensateurs peuvent être trouvés dans les sous-systèmes automobiles de tous les types de voitures, dont les moteurs à combustion interne (ICE) qui dominent dorénavant le marché. Les fournisseurs de condensateurs comme EPCOS AG offrent une gamme d'appareils de classe automobile utilisés dans les applications d'unité de contrôle du moteur, de sécurité et de confort.
Par exemple, les condensateurs électrolytiques en aluminium de la société sont présents dans les systèmes de confort comme la climatisation, les essuie-glaces et les moteurs utilisés pour les vitres électriques, les sièges et à d'autres fins. Ces appareils sont également utilisés dans les systèmes clés de sécurité et de contrôle comme la direction assistée, les commandes d'airbag et les systèmes de freinage. De plus, les condensateurs électrolytiques en aluminium sont utilisés dans les unités de contrôle du moteur (ECU) pour les contrôles de batterie, de moteurs essence et diesel et les commandes de moteurs électriques pour des usages comme les pompes à essence et les ventilateurs. De plus, les condensateurs à film peuvent être trouvés dans des systèmes de verrouillage sans clé et des systèmes de contrôle de la pression des pneus.
Les véhicules électriques propulsent la demande en condensateurs
Les EV, les hybrides rechargeables et d'autres types de véhicules motorisés utilisent des groupes motopropulseurs électriques. Ces groupes motopropulseurs augmentent la demande en sous-systèmes et composants électroniques.
Dans ces véhicules, les condensateurs électrolytiques en aluminium et à film sont utilisés dans des applications de groupes motopropulseurs dont les convertisseurs élévateurs, les convertisseurs CC/CC, les onduleurs de moteur, les chargeurs intégrés et muraux.
Les condensateurs peuvent également jouer un rôle clé dans les systèmes de freinage régénératif, une technologie utilisée sur la célèbre Toyota Prius hybride. Un système de freinage régénératif recapture l'énergie cinétique perdue sous forme de chaleur lorsqu'une voiture décélère et la transforme en électricité. Cette électricité peut être stockée pendant une courte période dans un condensateur avant d'être recyclée pour que la voiture puisse accélérer de nouveau.
Le système i-ELOOP de Mazda utilise un supercondensateur pour régénérer l'énergie de freinage. La charge stockée dans le supercondensateur à double couche est utilisée pour alimenter les systèmes électriques de voitures, dont les phares, la climatisation et l'audio. Alors que Mazda utilise la technologie dans les voitures propulsées par des ICE traditionnels, les systèmes de freinage régénératif basés sur condensateur peuvent également être appliqués aux EV.
Les supercondensateurs chargent les véhicules électriques
Les supercondensateurs promettent de jouer à l'avenir un rôle plus important dans le marché d'EV. Un des facteurs majeurs empêchant l'adoption de certains EV était leur faible autonomie.
La Model S de Tesla, une voiture haut de gamme, peut dépasser 480 km d'autonomie en roulant à environ 90 km/h. Pourtant, d'autres EV disposent d'une autonomie bien inférieure, comme la Nissan Leaf plus abordable, par exemple, qui peut rouler uniquement pendant environ 135 km sur une simple charge.
Les limites en matière d'autonomie d'EV dépendent des batteries lithium-ion utilisées dans la plupart des voitures électriques. Ces batteries sont onéreuses et souvent incapables de stocker suffisamment d'énergie pour répondre aux exigences des automobilistes. De plus, ces batteries peuvent être lentes à charger.
Les récentes avancées en matière de supercondensateurs pourraient faire d'eux des remplaçants viables et supérieurs des batteries lithium-ion. Les supercondensateurs traditionnels peuvent charger beaucoup plus vite que les batteries, mais ne peuvent pas stocker suffisamment d'énergie pour alimenter des EV.
Ce problème pourrait être résolu grâce à la nouvelle technologie de supercondensateurs basés sur le graphène développée par le Gwangju Institute of Science and Technology en Corée du Sud.
Souvent appelé « matériau miracle », le graphène est une couche unique d'atomes de carbone qui possède des propriétés remarquables. L'un des aspects intéressants du graphène est son importante surface par volume, dont seulement un gramme peut couvrir 2 675 mètres. Cette énorme surface disponible permet au graphène de stocker de grandes quantités d'électricité statique.
Le Gwangju Institute indique que son supercondensateur peut désormais stocker autant d'énergie qu'une batterie lithium-ion d'un poids équivalent et se recharger en moins de quatre minutes. De futurs développements dans la technologie sont attendus pour permettre à ce dernier de dépasser la capacité des batteries lithium-ion. Alors que la technologie doit encore faire des progrès avant d'être commercialisée, ce développement illustre le potentiel des supercondensateurs en remplacement des batteries dans les EV.
Les condensateurs taillent la route
Grâce à leur utilisation répandue dans les voitures ICE traditionnelles, ainsi que le solide potentiel d'une utilisation grandissante dans les EV, les condensateurs continueront d'être le composant clé du marché automobile.