Ces véhicules exigent un contrôle précis non seulement des moteurs électriques qui entraînent les roues, mais aussi de l'énergie électrique disponible dans les batteries pour alimenter le véhicule et son processus de charge, afin de garantir une charge sûre quelles que soient les tensions et les intensités élevées présentes. Ces applications innovantes nécessitent le développement de nouvelles technologies de capteurs capables de mesurer la consommation d'électricité à bord des véhicules, tout en répondant aux exigences de qualité et de fiabilité impératives de l'industrie automobile.
Les moteurs sont contrôlés électroniquement depuis plusieurs décennies. Ils alimentent les locomotives, les robots, les grues, les systèmes de traitement des bagages dans les aéroports et pratiquement tous les systèmes dont le mouvement est contrôlé électroniquement. Des capteurs mesurent les courants électriques qui traversent ces moteurs afin que l'électronique puisse contrôler leur vitesse et leur couple. Les véhicules hybrides et électriques utilisent également des moteurs de forte puissance pour entraîner les roues et accélérer le véhicule ; ils nécessitent donc des capteurs capables de mesurer avec précision les courants moteurs tout en répondant aux exigences du marché automobile en matière de compacité, de légèreté, de faible consommation d'énergie, de large plage de températures de fonctionnement et, bien sûr, de faible coût. Par conséquent, de nouveaux capteurs de courant spécifiquement conçus pour les moteurs électriques automobiles ont été développés, allant de quelques dizaines à plusieurs centaines, voire milliers d'ampères. Par exemple, la gamme de capteurs HC2 de LEM mesure jusqu'à 200 A, et la gamme HC20F atteint 2 000 A et répond aux spécifications automobiles. Des solutions intégrant la mesure des trois phases d'un moteur dans un seul boîtier sont également disponibles.
La mesure du courant de batterie dans les applications automobiles est utilisée depuis plusieurs années. Ces systèmes mesurent les paramètres d'une batterie 12 V, notamment le courant, la tension et la température, afin d'analyser sa capacité à fournir de l'énergie en cas de besoin. Avec les systèmes start/stop, par exemple, il est crucial que la batterie soit en parfait état pour éviter que le véhicule ne cale aux feux rouges. Les capteurs de courant sont donc indispensables pour ces véhicules.
L'utilisation de batteries lithium-ion haute puissance dans les véhicules hybrides et électriques exige une mesure précise de leurs paramètres. La nouvelle gamme de capteurs CAB de LEM a été spécialement conçue pour ces batteries automobiles et fournit des données de courant extrêmement précises sur toute la plage de températures via un bus CAN automobile standard, facilitant ainsi son intégration aux systèmes du véhicule. Ce capteur utilise la technologie d'induction magnétique (fluxgate) – le même principe employé dans le domaine militaire pour déterminer la position des sous-marins à proximité – afin d'obtenir des mesures d'une telle précision, sans décalage ni dérive thermique. Il complète la gamme de capteurs DHAB, qui utilise le principe plus traditionnel de l'effet Hall pour mesurer les courants sans contact et offre ainsi une isolation galvanique.
Face à la demande croissante des consommateurs pour des temps de charge plus courts pour leurs véhicules électriques, la puissance nécessaire à la recharge des batteries a considérablement augmenté. Cette forte puissance requiert des bornes de recharge spécialisées, capables de fournir plusieurs fois la puissance disponible à domicile, pour recharger la batterie d'un véhicule en quelques minutes seulement, au lieu des plusieurs heures nécessaires avec une prise domestique standard. Afin de garantir la sécurité de l'utilisateur et la protection de l'environnement, l'électronique embarquée doit interrompre immédiatement la recharge en cas d'anomalie ou de fuite de courant. Les véhicules se rechargeant à la fois en courant alternatif et continu, les capteurs domestiques ne suffisent plus. Il a donc été indispensable de développer des capteurs spécialisés, de haute précision et à temps de réponse rapide pour cette nouvelle application. LEM, en collaboration avec d'autres entreprises, développe des solutions innovantes répondant à ce besoin, intégrées dans un format compact et économique, capable de mesurer les fuites de courant continu, même de l'ordre du milliampère, en une fraction de microseconde.
Pour les constructeurs automobiles qui cherchent à optimiser et à réduire le coût de leurs véhicules électriques, la prochaine étape consiste à développer des solutions électroniques plus petites, plus efficaces et plus compactes. Afin d'atteindre les mêmes performances avec la technologie actuelle, ces systèmes plus petits fonctionnent à des vitesses et des fréquences plus élevées, ce qui génère des courants d'ondulation de forte amplitude susceptibles d'endommager la plupart des capteurs de mesure de courant.
Par conséquent, les capteurs et autres composants doivent fonctionner parfaitement dans cet environnement de plus en plus exigeant et à haute température. LEM teste de nouveaux matériaux et techniques de mesure et dispose de prototypes fonctionnels pour répondre aux besoins futurs de l'industrie automobile.
La recherche d'une efficacité accrue et de faibles émissions pousse l'industrie automobile à développer l'utilisation des systèmes électriques embarqués. Des systèmes start-stop aux véhicules hybrides et électriques, ces systèmes doivent mesurer avec précision les courants pour garantir un fonctionnement optimal du véhicule.
Par ailleurs, les progrès technologiques en électronique exigent de nouveaux capteurs capables de résister à la chaleur et aux environnements extrêmes dans lesquels ils doivent fonctionner. L'industrie automobile évolue plus vite que jamais et stimule le développement de nouvelles technologies qui lui permettront d'élaborer des solutions pour l'avenir des transports individuels.
Auteur:
Par : Ramón Portas, LEM
