À mesure que la demande de véhicules électriques (VE) et d’options de recharge améliorées pour les VE augmente, les ingénieurs sont confrontés à des défis de conception pour déployer davantage de stations de recharge. Cet article explore les principaux défis, tels que la charge plus rapide, l’amélioration des batteries et la gestion thermique, et examine le rôle des solutions de connectivité avancées et des progrès technologiques dans la transition vers une charge plus efficace et plus fiable des VE.
Video chapters
- 2:04 Recharge plus rapide
- 2:43 Amélioration de la batterie
- 3:11 Miniaturisation automobile
- 4:01 Environnements difficiles
- 4:20 Exigences des connecteurs
L’importance croissante accordée à l’énergie transformationnelle va de pair avec les attentes des consommateurs dans le domaine des transports en matière de sécurité, de confort, de commodité et de fonctionnalité, ce qui entraîne une révolution de l’architecture automobile et une évolution vers les véhicules électriques (VE). Les VE étant appelés à devenir de plus en plus répandus sur nos routes, il y a également un appel de plus en plus pressant en faveur d’une mise en œuvre plus large des stations de recharge des VE, tant commerciales que résidentielles, conçues pour aider à accélérer le réapprovisionnement de la batterie.
En conséquence, les ingénieurs du monde entier sont aux prises avec des dynamiques de conception complexes lorsqu’ils réfléchissent aux moyens de déployer davantage de stations de recharge pour VE dans les rues, sur les autoroutes, dans les maisons et sur les lieux de travail. Les VE étant encore un marché émergent, la réputation des marques repose sur ces décisions cruciales. Dans ce contexte de sensibilisation accrue, une infrastructure de recharge pour VE élargie doit prendre en compte des facteurs importants tels que la sécurité, la facilité d’utilisation, la fiabilité, la gestion thermique et l’évolution des normes réglementaires. Poursuivez votre lecture pour obtenir des informations sur les défis et les opportunités liés à la recharge des véhicules électriques.
Défis de conception clés
Les régions du monde entier explorent les VE, les conceptions progressent et le marché est appelé à s’accélérer. En effet, selon UBS Investment Bank, les VE devraient représenter 20 % des ventes de voitures neuves dans le monde d’ici 2025 et 50 % d’ici 2030. De même, JP Morgan fait remarquer que les véhicules hybrides gaz-électricité représenteront près d’un quart des ventes automobiles dans le monde d’ici à 2025. Pourtant, plusieurs défis majeurs doivent encore être relevés pour que les innovations en matière de recharge des véhicules électriques suivent le mouvement. Ces éléments incluent notamment :
Selon une enquête S&P Global Mobility réalisée en 2023, 40 % des propriétaires de véhicules électriques affirment qu’ils seraient prêts à payer davantage pour une recharge plus rapide. Une critique régulièrement formulée est que les batteries des VE mettent plus de temps à se recharger que les moteurs à combustion interne (MCI) à faire le plein. Les taux de charge des VE sont encore plus lents par temps glacial, car les électrons ne se déplacent pas aussi rapidement dans le froid.
Le temps de charge varie également en fonction du type de charge : 40 à 50 heures pour la charge de niveau 1 et 4 à 10 heures pour la charge de niveau 2. Ces catégories reflètent le fait que les fabricants ont renforcé les performances des chargeurs en augmentant la tension pour répondre aux préoccupations des consommateurs. Malheureusement, la charge intensive n’est pas nécessairement un antidote universel : elle peut potentiellement endommager la batterie et nuire aux performances. Étant donné que le temps de charge s’allonge avec le vieillissement des batteries, l’augmentation de la puissance n’est pas toujours synonyme d’un remplissage rapide.
Outre l’accent mis sur l’efficacité de la recharge, les batteries des VE elles-mêmes pourraient bénéficier d’une attention accrue. Par exemple, une méthode de charge plus récente connue sous le nom de Niveau 3 ou courant continu rapide réapprovisionne directement les batteries des VE en contournant l’appareil embarqué qui convertit le courant alternatif (CA) fourni par le réseau en courant continu (CC). Le chargement par cette méthode peut souvent prendre une heure ou moins. Malheureusement, certains véhicules ne peuvent pas s’adapter à la charge rapide en courant continu, car les configurations des batteries varient considérablement d’un fabricant à l’autre et d’un modèle à l’autre. Bien que des améliorations supplémentaires puissent contribuer à résoudre ce problème, les batteries sont des dispositifs électromécaniques complexes - la recherche et le développement peuvent donc être coûteux.
C’est là que des approches plus avancées en matière de connectivité peuvent permettre des avancées majeures. Par exemple, le système de contact de cellule Volfinity de Molex utilise un circuit imprimé flexible (FPC) qui connecte les cellules de la batterie à la carte de contrôle d’un module de batterie de véhicule électrique. Cette innovation légère élimine le besoin de connexions en guirlande lourdes et câblées manuellement, tout en étant plus résistante à la dégradation des fils individuels. Cela signifie que les batteries peuvent être construites plus rapidement et à moindre coût, ce qui donne aux fabricants la possibilité d’expérimenter de nouvelles conceptions.
Les VE d’aujourd’hui intègrent plus de 100 unités de contrôle du moteur (ECU) et exponentiellement plus d’électronique que les modèles traditionnels à moteur à combustion interne. Cela crée des contraintes d’espace qui peuvent restreindre le flux d’air et augmenter considérablement les niveaux de température interne, une préoccupation particulièrement importante dans les assemblages automobiles scellés, qui sont régulièrement confrontés à des conditions extrêmement difficiles. Les systèmes électriques surchauffés posent des problèmes de sécurité et peuvent même s’arrêter subitement. Aucun de ces scénarios n’est optimal pour les véhicules roulant à vive allure sur l’autoroute.
La chaleur étant un sous-produit d’une recharge plus rapide, cette même dynamique thermique influence les options de recharge des VE. La mauvaise qualité de la recharge des VE peut entraîner une réduction de la durée de vie des batteries, une diminution des distances de conduite et un dangereux emballement thermique - une escalade incontrôlée de l’énergie qui peut provoquer des incendies ou des défaillances catastrophiques.
En bref, les composants des VE doivent être compacts et conçus avec soin, afin de fonctionner de manière fiable et d’atténuer l’escalade de la chaleur dans les espaces restreints. C’est là que les modèles de simulation haute fidélité changent la donne. Par exemple, Molex utilise une technologie de simulation basée sur l’intelligence artificielle (IA) pour évaluer les capacités de gestion thermique d’un connecteur avant la production en série d’un modèle de véhicule. Cette vision proactive permet d’accélérer et d’optimiser les modifications techniques, ce qui, à son tour, facilite l’élaboration de solutions plus efficaces pour les clients.
Un paysage de recharge en pleine évolution
La nécessité d’améliorer l’accessibilité et l’efficacité de la recharge des VE devenant de plus en plus impérative, d’autres avancées technologiques et infrastructurelles apportent également un soutien complet. Quelques exemples sont résumés ci-dessous.
Alimentation 48 V
Alors que le modèle d’alimentation 12 V est un standard de l’industrie automobile depuis les années 50, l’évolution des lois sur les émissions se combine à la dynamique mentionnée ci-dessus pour conduire à une évolution vers la conception 48 V. En fait, les véhicules connus sous le nom d’hybrides légers intègrent déjà des systèmes de 48 V pour assurer des fonctions telles que le freinage par récupération. Contrairement aux hybrides complets, les hybrides légers n’ont pas besoin d’être rechargés. Ils utilisent à la fois un moteur à gaz et une petite batterie électrique, et peuvent stocker l’énergie de freinage récupérée en vue d’une utilisation ultérieure.
L’alimentation 48 V permet de produire des composants plus petits pour chaque type de VE, ce qui permet aux concepteurs automobiles d’intégrer plus de fonctions dans un espace donné. Cela signifie que les véhicules peuvent inclure des capacités de chargement sans fil, d’infodivertissement et de systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) plus perfectionnées. Comme les composants plus petits nécessitent moins de matériaux, les coûts de production et la consommation totale d’énergie peuvent également diminuer.
Les systèmes 48 V plus efficaces permettent également de contrôler les émissions, tout en créant des véhicules plus légers avec moins de traînée, ce qui leur permet de mieux se comporter et de parcourir une plus grande distance avec un seul plein ou une seule charge. Un autre avantage important est que les systèmes 48 V peuvent supporter une tension plus élevée, ce qui permet d’améliorer la distribution de l’énergie tout en réduisant la charge de la batterie. En ce qui concerne la recharge des VE, cela peut signifier :
- Transfert d’énergie amélioré entre la batterie et la station de charge
- Diminution du temps de charge et amélioration de la durée de vie de la batterie
- Meilleure prise en charge des systèmes de charge plus puissants tels que la charge rapide CC
Toutefois, pour que les hybrides complets et les VE puissent bénéficier du 48 V, il faut des systèmes de contrôle de l’énergie capables de gérer des niveaux de tension plus élevés afin d’optimiser l’efficacité de la charge, ainsi que des connecteurs qui simplifient les mises à niveau architecturales.
Innovations dans le domaine de la connectivité
C’est pourquoi les innovations telles que les connecteurs moyenne tension Molex MX150 offrent des avantages importants. Basées sur la conception Molex MX150 testée sur le terrain, ces solutions à une ou deux rangées prennent en charge les mises à niveau de l’architecture de câblage 48 V tout en minimisant le travail d’ingénierie de conception supplémentaire.
Ce n’est qu’un exemple de la façon dont l’ingénierie de pointe des connecteurs ouvre la voie à un avenir plus efficace pour les véhicules électriques. Parce que les solutions d’interconnexion automobile actuelles alimentent les véhicules et les chargeurs, elles doivent remplir une quadruple fonction : soutenir des mises à niveau efficaces, s’adapter aux contraintes d’espace, atténuer la production de chaleur et résister à des conditions difficiles pour assurer des performances sûres et fiables.
Les véhicules électriques eux-mêmes ont besoin d’interconnexions étanches, miniaturisées et robustes, avec des pas plus élevés et des fonctionnalités plus intégrées. Les chargeurs avancés de véhicules électriques exigent un ensemble de connecteurs fiables et soigneusement intégrés de fil à fil, de carte à carte, de borniers, de barrettes, de connecteurs de carte mémoire et autres, qui doivent tous fonctionner de manière transparente et prévisible lorsque le niveau de la batterie est faible. Lorsque les conducteurs connectent un dispositif, il est tout aussi essentiel d’éviter de mettre en danger le véhicule, ses occupants ou les structures environnantes.
Ces enjeux importants requièrent une expertise technique éprouvée, associée à une connaissance du marché, à des perspectives pluridisciplinaires et à des capacités de fabrication intégrées. Par exemple, Molex travaille régulièrement avec des constructeurs automobiles de niveau 1 et des fournisseurs industriels de confiance pour diversifier les offres des clients de manière sûre, conforme et commercialement viable. Molex utilise également la technologie du jumeau numérique pour optimiser de manière proactive les performances de ses portefeuilles de produits de connectivité. Optimisée par des données historiques, des algorithmes d’apprentissage automatique (ML) et les dernières avancées en matière d’IA, la technologie du jumeau numérique donne aux concepteurs et aux opérateurs des indications précoces sur le monde réel pour aider à stimuler les performances.
Raccordements de barre omnibus PowerPlane
Ces connecteurs d’alimentation innovants et adaptables offrent des performances de courant élevées ainsi que de multiples configurations et options. Leur fiabilité, fruit d’une ingénierie de précision, en fait la solution idéale pour toute une série d’applications de distribution d’énergie.
Produits d’alimentation EXTreme
Spécifiquement conçues pour prendre en charge des applications à courant élevé avec des densités de puissance optimales et des capacités de gestion thermique exceptionnelles, ces solutions sont également disponibles dans une large gamme de configurations - afin que les clients puissent continuer à évoluer en toute transparence.
Connecteurs Micro-Fit
La famille de connecteurs Micro-Fit peut supporter des températures de fonctionnement allant jusqu’à 125 °C. Choisissez parmi plusieurs tailles de circuits et longueurs de câbles pouvant prendre en charge des configurations carte à carte, fil à fil et fil à fil.
Connecteurs moyenne tension MX150
Les connecteurs moyenne tension MX150 présentent le facteur forme MX150 éprouvé pour permettre des mises à niveau 48 V avec une ingénierie de conception minimale, permettant des améliorations architecturales avec des économies de coûts et de poids significatives.
Broche et prise Sentrality
Conçu avec un assemblage de douilles compactes et coniques qui supporte des hauteurs d’empilage plus courtes que la plupart des équivalents du marché utilisant des douilles hyperboliques, le système d’interconnexion à broches et douilles Sentrality offre des connecteurs haute tension et haute intensité de carte à carte, de barre omnibus à carte et de barre omnibus à barre omnibus. Il offre également une capacité d’auto-alignement radial de +/- 1,00 mm, la meilleure de l’industrie, qui permet de résoudre les problèmes d’empilement des tolérances.
Compactus
Ces connecteurs hybrides scellés sont des innovations robustes, à haute densité et de qualité automobile qui aident les fabricants à intégrer davantage de puissance et de capacités de transmission de signaux dans des espaces restreints.
Avec la prise de conscience généralisée des options énergétiques transformationnelles et la demande croissante des consommateurs en matière de sécurité, de confort, de commodité et d’infotainment des véhicules, les VE et les options de recharge améliorées des VE occupent le devant de la scène. Dans ce paysage industriel aux multiples facettes, Molex collabore avec Arrow Electronics pour offrir des solutions d’interconnexion avancées pour une variété d’applications liées aux véhicules électriques. Les innovations de Molex - qui comprennent des connecteurs fil à fil, carte à carte et fil à carte, ainsi que des assemblages de câbles et des capteurs - reflètent des décennies d’expertise éprouvée dans le domaine de l’automobile, afin de fournir des performances de pointe qui permettent aux clients d’être toujours à la pointe de l’innovation.
