L'introduction de l'architecture de groupe motopropulseur 800 V représente une avancée majeure. Examinons les défis de conception et d'essais liés à cette architecture pour les véhicules électriques.
Exploiter le potentiel des systèmes 800 V
L'architecture de groupe motopropulseur 800 V désigne le système électrique d'un véhicule électrique (généralement des camions et des engins de chantier électriques) fonctionnant à une tension nominale de 800 volts. Cela représente une augmentation significative par rapport à l'architecture de groupe motopropulseur 400 V actuellement utilisée dans les véhicules électriques à batterie (VEB). Ces véhicules nécessitent des temps de charge compris entre 40 et 120 minutes sur une borne de recharge rapide en courant continu (BRRC) publique. Ces temps sont limités par la section du câble nécessaire pour acheminer le courant requis vers la batterie. Les VEB 800 V constituent une alternative prometteuse pour atteindre des vitesses de charge ultra-rapides de 350 ou 400 kilowatts.
Le passage aux véhicules électriques à batterie (VEB) de 800 volts offre une solution à l'angoisse de l'autonomie. Doubler la tension tout en conservant le même courant permet de doubler la puissance du véhicule. Grâce à la possibilité de recharger le véhicule 50 % plus vite (soit une réduction de 50 % du temps de charge), cette avancée diminue considérablement les inquiétudes liées à la décharge de la batterie lors des longs trajets.
Graphique à barres illustrant la croissance de la part de marché des systèmes 800 V entre 2020 et 2030. Source : Étude de marché Yole
Autonomie accrue des véhicules électriques
De ce fait, ces véhicules peuvent se recharger de 5 % à 80 %, soit l'équivalent d'une autonomie d'environ 320 km, en moins de 23 minutes. Cela contraste fortement avec les 40 à 120 minutes généralement nécessaires pour les systèmes de batteries 400 V actuellement disponibles.
De plus, la haute tension permet de fournir la même puissance avec un courant plus faible, ce qui permet l'utilisation de câbles et de connecteurs de plus petit diamètre dans le système de propulsion, ce qui se traduit par un véhicule électrique plus léger et, au final, une plus grande autonomie pour une batterie comparable.
Parmi les autres avantages du passage de 400 à 800 volts, on peut citer une efficacité globale améliorée et une gestion thermique simplifiée dans l'ensemble du sous-système de transmission.
Selon le cabinet d'études de marché Yole, l'industrie automobile devrait généraliser l'adoption des systèmes 800 V d'ici 2023. Cette évolution est motivée par les nombreux avantages mentionnés précédemment, notamment sur le segment des véhicules haut de gamme, des constructeurs comme Audi, Porsche, Hyundai et Kia étant à l'avant-garde de la commercialisation. Si actuellement seules quelques stations de recharge rapide publiques exploitent pleinement l'architecture 800 V, ce nombre augmente quotidiennement et, d'ici cinq ans, la majorité des stations fonctionneront probablement à une puissance de 150 kW ou plus.
Avantages thermiques des appareils à large bande
Concernant les solutions matérielles, l'accent est mis sur l'utilisation de semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), tels que les commutateurs SiC et GaN. Ce choix se justifie par leur rapidité de commutation et leur tolérance aux hautes températures. Ces composants fonctionnent efficacement à haute température, améliorant ainsi le rendement et réduisant la distorsion harmonique totale (THD). La plage de températures de fonctionnement étendue des dispositifs à large bande interdite simplifie également la conception des onduleurs et minimise le besoin de systèmes de gestion thermique. Dans le cadre de notre collaboration avec des organismes de normalisation tels que JEDEC et IEC, nous nous concentrons sur les normes relatives à l'analyse de la commutation et aux mesures de récupération inverse des diodes, qui sont fondamentales pour la caractérisation des performances des dispositifs à large bande interdite.
Les oscilloscopes jouent un rôle crucial dans la validation
Les oscilloscopes jouent un rôle crucial dans la validation et le diagnostic des problèmes liés aux moteurs de traction et aux onduleurs des véhicules électriques. Ils permettent aux concepteurs d'atteindre des objectifs d'efficacité ambitieux. Toutefois, il est essentiel de reconnaître qu'un oscilloscope seul peut ne pas suffire pour toutes ces mesures.
Les solutions de sondage et les logiciels d'analyse jouent un rôle essentiel. Les sondes de tension à isolation optique aident les concepteurs à effectuer des mesures sur les systèmes de commande de grille haute tension
Tektronix propose une solution de test à double impulsion à large bande (DPT), ou test à double impulsion, sur les oscilloscopes des séries MSO 4 B, MSO 5 B et MSO 6 B, ce qui aide les ingénieurs à réaliser des mesures précises et répétables sur des conceptions de convertisseurs de puissance de pointe.
Des logiciels spécialement conçus, tels que l'offre IMDA (Inverter Motor Drive Analysis) de Tektronix, complètent ces capacités en permettant des mesures triphasées pour les données PWM et mécaniques, améliorant ainsi l'utilité globale de la solution.
Des sondes de courant et de tension dédiées sont indispensables pour mesurer avec précision les amplitudes et les fréquences aux points critiques. Les oscilloscopes des séries MSO 5 et 6 constituent une solution idéale pour les ingénieurs concevant des groupes motopropulseurs pour véhicules électriques, grâce à leur grand nombre de voies, leur logiciel d'analyse d'onduleurs et leurs nombreuses options de sondes.
Un ingénieur utilise l'oscilloscope mixte Tektronix série 5 B pour effectuer des tests de groupe motopropulseur de véhicule électrique.
AUTEUR : Denis Solomon, Tektronix
