Malgré cela, les ventes de véhicules électriques devraient augmenter significativement dans les années à venir, grâce aux initiatives des gouvernements nationaux et régionaux et aux offres des constructeurs.
Ces derniers doivent encore résoudre de nombreux problèmes techniques avant de pouvoir favoriser une adoption massive de ces véhicules. Initialement, la stratégie consistait à concevoir des versions électriques de modèles de voitures existants, mais des progrès seront nécessaires dans de nombreux domaines avant qu'une croissance significative et durable puisse être atteinte.
Par exemple, des travaux très innovants sont déjà en cours sur la chimie et la conception des batteries. Bien que ces initiatives soient encore à leurs débuts, des résultats prometteurs ont déjà été observés. Un autre domaine nécessitant des investissements importants est le déploiement de bornes de recharge facilement accessibles pour véhicules électriques. Le prix, le temps de charge et l'autonomie sont les facteurs les plus importants pour les consommateurs, mais un autre élément influe sur tous ces aspects : le poids du véhicule.
Les véhicules électriques actuels sont encore équipés d'une batterie 12 V pour les fonctions non liées à la traction, telles que les essuie-glaces, les commandes de confort des sièges ou les systèmes d'infodivertissement, et certains constructeurs utilisent un moteur 48 V sur certains modèles.

L'héritage de la basse tension :
les véhicules d'aujourd'hui regorgent de fonctionnalités électroniques, bien loin de ce qui existait lorsque Hudson Motor Company a lancé le concept de batterie standard en 1918. Les systèmes d'infodivertissement modernes à écran tactile comprennent généralement une radio, un lecteur multimédia, un système de navigation GNSS, l'intégration des smartphones et des menus pour les réglages du système et l'état du véhicule. Les passagers peuvent également écouter de la musique en streaming depuis leur téléphone, des cartes SD haute capacité ou des services en ligne. Les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) utilisent une combinaison de radar et de LiDAR, ainsi que l'apprentissage automatique et la vision par ordinateur, pour fournir des aides à la conduite faciles à comprendre, telles que le régulateur de vitesse adaptatif (ACC), la détection des angles morts et le freinage d'urgence. Bien que la technologie automobile ait considérablement progressé, elle repose encore sur un héritage du passé : le moteur 12 V comme source d'énergie.
Si un véhicule électrique est équipé d'une batterie de 400 V ou de 800 V, il ne semble pas judicieux d'ajouter une batterie supplémentaire (avec tous les circuits électroniques associés) pour alimenter les systèmes susmentionnés, car cela augmente le coût des matériaux. La figure 1 illustre l'immense complexité des architectures de puissance des véhicules hybrides ou 100 % électriques, comparée à celle d'un moteur à combustion interne. Auparavant
, les constructeurs concentraient chaque fonction dans des calculateurs électroniques (ECU) distincts, chacun doté de sa propre alimentation 12 V. Cette méthode distribuée de conversion et de gestion de l'énergie engendrait des coûts de composants élevés. Cependant, le coût n'est pas le seul problème. Une batterie principale 12 V, avec tous ses composants, représente un poids conséquent. Par exemple, le poids moyen d'une batterie de démarrage 12 V est de 20 kg ; l'ajout des composants de conversion de la batterie de secours peut considérablement augmenter ce poids.
On peut considérer la question sous un autre angle : en conversion CC/CC, un véhicule électrique nécessite un système de gestion et de conversion de puissance de plus de 50 kW, tandis qu'un moteur à combustion interne traditionnel en requiert moins de 3 kW. Il est donc essentiel de parvenir à une conversion de puissance efficace et fiable, avec un encombrement et un poids minimaux. L'architecture de puissance d'un véhicule électrique doit intégrer le système de propulsion, les systèmes embarqués, l'infrastructure de recharge et les systèmes existants.

Image 1 : Comparaison entre les architectures de puissance dans le moteur à combustion interne et les véhicules hybrides ou entièrement électriques (source : Vicor).

Une autre stratégie : l’architecture d’alimentation du véhicule.
Une solution viable pour résoudre ces problèmes de conception des véhicules électriques est celle proposée par Vicor : l’utilisation d’une batterie virtuelle de 12, 24 ou 48 V (voir figure 2). Au lieu d’utiliser une batterie 12 V séparée, pourquoi ne pas créer une batterie virtuelle à partir de la batterie principale 400 ou 800 V du véhicule ? Ainsi, les constructeurs réduisent non seulement le poids, mais aussi les coûts liés à la conception, à la chaîne d’approvisionnement et au stockage.

Image 2 : Architecture d'alimentation EV avec une batterie virtuelle de 12 et 48 V (source : Vicor).

Le système proposé par Vicor intègre des modules de conversion HT/BT aux sous-systèmes existants, offrant ainsi un niveau d'intégration supérieur et une réduction des coûts des matériaux – un objectif primordial pour les fabricants.
Comme illustré à la figure 2, la proposition de Vicor se concentre sur trois éléments de l'architecture du réseau électrique : la charge, la conversion et l'alimentation.

Recharge des véhicules électriques : L’industrie des véhicules électriques évolue progressivement vers des batteries de 800 V, mais une grande partie de l’infrastructure de recharge repose encore sur la norme 400 V. Par conséquent, les nouveaux véhicules électriques doivent pouvoir intégrer les deux niveaux de tension. Des modules de conversion bidirectionnels simples et efficaces sont déjà disponibles : une solution évolutive, très performante et à haute densité, compatible avec les bornes de recharge CC/CC.

La conversion: Les constructeurs automobiles peuvent réaliser d'importantes économies de poids et d'espace en utilisant un module DC/DC haute densité (pour l'automobile) afin de convertir la haute tension de la batterie principale d'un véhicule électrique. La conversion bidirectionnelle offre une grande flexibilité dans les architectures d'alimentation. De plus, lorsqu'une entrée 48 V est utilisée, l'emploi d'une batterie virtuelle dérivée de la batterie de la boîte automatique, au lieu d'un stockage intermédiaire, permet des gains supplémentaires de poids et d'espace.
Alimentation virtuelle : Dans les véhicules récents, certaines applications 48 V correspondent à de nouveaux systèmes haute puissance pour la transmission, la direction et le contrôle électronique du freinage. Alimenter ces réseaux tout en prenant en charge les charges 12 V plus anciennes (voir figure 3) aux besoins énergétiques plus élevés est très complexe. Vicor propose des modules compacts haute densité, plus petits et plus légers que les solutions précédentes.

Image 3 : Compatibilité avec les applications 12V existantes grâce à une architecture d'alimentation virtuelle à partir de la batterie AT du véhicule (source : Vicor).

Nouvelle conception des systèmes d'alimentation embarqués :
les constructeurs automobiles doivent réduire les émissions de CO2 tout en améliorant les fonctionnalités et les performances de leurs modèles ; dans ce contexte, les véhicules électriques représentent la meilleure solution. Cependant, la réduction du poids est indispensable pour accroître l'autonomie, ce qui constitue un véritable défi. Les nouvelles architectures d'alimentation permettent de réduire à la fois le poids et le coût du système.

Distributeur agréé
Mouser Electronics