- Garantir une sécurité maximale - Prévenir les risques de blessures pour les occupants, protéger le véhicule et préserver la réputation du constructeur.
- Optimiser le fonctionnement des véhicules - Afin que les propriétaires puissent éviter les recharges fréquentes et parcourir de plus longues distances.
Cependant, atteindre ces deux objectifs représente un défi de taille pour les ingénieurs chargés de leur réalisation. De plus, des temps de charge toujours plus courts nécessitent l'utilisation de tensions plus élevées (800 V). Par conséquent, face à cette complexité croissante, la conception du groupe motopropulseur de tout véhicule électrique moderne est cruciale. Les constructeurs doivent donc développer des systèmes de communication embarqués très sophistiqués, dotés des fonctions de surveillance et de diagnostic nécessaires.

Accès aux données essentielles :
les groupes motopropulseurs électriques requièrent une infrastructure d'acquisition de données performante pour garantir leur efficacité et leur sécurité. Grâce à cette infrastructure, les différents éléments du groupe motopropulseur sont surveillés en permanence et toute indication de problème est signalée au calculateur (ECU) concerné, qui prend les mesures correctives appropriées. Par ailleurs, comme nous le verrons, les contraintes imposées à la conception des véhicules électriques impliquent que cette infrastructure (et les composants qu'elle utilise) doivent posséder des caractéristiques techniques spécifiques.

Composants essentiels d'un groupe motopropulseur de véhicule électrique :
Les six principaux systèmes intégrés ou directement associés à un groupe motopropulseur de véhicule électrique sont les suivants :
- Le chargeur embarqué (OBC) : Il charge la batterie en convertissant le courant alternatif (CA) en une tension continue (CC) adaptée.
- La batterie : Elle stocke l'énergie chargée, prête à être utilisée.
- L'onduleur de traction : Il convertit le courant continu (CC) de la batterie en courant alternatif (CA), qui alimente ensuite le moteur électrique du véhicule.
- Le contrôleur moteur : Ses circuits numériques captent la force appliquée par le conducteur sur les pédales de frein et d'accélérateur et la traduisent en commandes modifiant le couple moteur (pour accélérer ou décélérer le véhicule).
- Le système de gestion de la batterie (BMS) : Il surveille différents paramètres de la batterie afin d'assurer le bon fonctionnement de chaque cellule.
- Le convertisseur CC-CC : Il abaisse la tension de la batterie pour permettre son utilisation dans d'autres fonctions (éclairage, climatisation, système d'infodivertissement, etc.).
L'OBC, le BMS, l'onduleur de traction, le variateur de vitesse et le contrôleur moteur doivent transmettre et recevoir en continu des données en temps réel avec leurs calculateurs respectifs. Ces données en temps réel permettent d'optimiser le rendement du groupe motopropulseur, d'allonger la durée de vie du véhicule, d'accroître sa fiabilité et de renforcer la sécurité.

Dépendance aux données dans les véhicules électriques :
Les batteries des véhicules électriques étant composées de cellules lithium-ion, le risque d’incendie est une préoccupation majeure. Un suivi constant du système est donc essentiel. En acquérant des données en temps réel sur les cellules (température, tension et courant), le système de gestion de la batterie (BMS) évalue l’état général de la batterie et veille à ce que chaque cellule reste dans ses paramètres de fonctionnement sûrs.
Grâce à ses nombreuses fonctions de diagnostic, le BMS détecte les problèmes potentiels au sein d’une cellule, susceptibles d’entraîner une surchauffe, et la déconnecte (prévenant ainsi un emballement thermique dangereux). En cas de problème plus grave affectant une grande partie de la batterie, l’arrêt complet du véhicule peut s’avérer nécessaire.
Le BMS assure également l’équilibrage des cellules. La construction des cellules varie au sein de la batterie, certaines ayant une capacité de charge supérieure à d’autres. L’équilibrage des cellules permet une meilleure répartition de la charge, prolongeant ainsi la durée de vie des cellules les moins performantes.
D’autres composants, tels que le contrôleur de batterie embarqué (OBC) et l’onduleur de traction, nécessitent des données pour réagir rapidement aux variations de l’état du groupe motopropulseur. À l'instar des systèmes de gestion de batterie (BMS), ils nécessitent une connectivité haut débit pour un fonctionnement déterministe.

Exigences d'interconnexion essentielles :
L'utilisation de connecteurs dans toute application automobile impose plusieurs caractéristiques essentielles. Premièrement, l'espace étant limité, les dimensions des composants des connecteurs doivent en tenir compte tout en offrant une densité de contacts élevée. Parallèlement, les connecteurs sélectionnés doivent être suffisamment robustes pour résister aux environnements exigeants des applications automobiles. Ils doivent résister aux chocs, aux vibrations et aux hautes températures. De plus, une protection complète contre la poussière et l'humidité est indispensable.
Ils doivent également supporter des débits de données élevés, conformément aux exigences des réseaux de communication embarqués modernes, et maintenir une forte intégrité du signal (malgré l'environnement électromagnétique perturbé dans lequel ces connecteurs seront installés). En outre, des mécanismes de prévention des erreurs d'accouplement lors de l'assemblage sont recommandés. Enfin, la compétitivité croissante du secteur des véhicules électriques implique que les connecteurs utilisés doivent être proposés à un prix compétitif et ne pas alourdir excessivement le coût total des composants.

Solution d'interconnexion compacte haute densité :
Plusieurs constructeurs ont conçu l'Archer Kontrol pour les groupes motopropulseurs de leurs modèles de véhicules électriques, et Harwin se forge une solide expérience dans cette application en pleine expansion. Ces connecteurs carte-à-carte haute fiabilité sont intégrés aux ordinateurs de bord embarqués (OBC), aux contrôleurs de moteurs et aux onduleurs de traction. Ils offrent aux ingénieurs automobiles toutes les caractéristiques techniques essentielles à l'infrastructure de données des groupes motopropulseurs de véhicules électriques et constituent un atout commercial majeur pour les acheteurs. De plus, leur format compact, avec la possibilité d'une orientation verticale ou horizontale, permet à ces connecteurs au pas de 1,27 mm de s'intégrer dans des espaces restreints.

Outre une température de fonctionnement nominale de 125 °C (pour résister à la chaleur interne des modules de groupe motopropulseur), ces composants présentent une résistance exceptionnelle aux vibrations (testés cycliquement à 10–2 000 Hz, 1,5 mm, 198 m/s² (20 G) pendant 12 heures). De plus, grâce à leur capacité de transmission de 3 Gbit/s, ils prennent aisément en charge les débits de données des réseaux de communication embarqués Ethernet. Des contacts en bronze phosphoreux haute durabilité, avec une finition or/étain, sont utilisés. Ces contacts sont intégrés dans des boîtiers en plastique robustes, conformes à la norme UL94V-0 pour la résistance au feu.
Les connecteurs Archer Kontrol sont entièrement blindés (pour prévenir tout dommage) et intègrent une polarisation afin d'éviter les erreurs d'accouplement sur les chaînes de production des constructeurs automobiles. Différentes hauteurs d'empilage, de 8 à 20 mm, offrent une grande flexibilité et permettent des combinaisons adaptées aux exigences de conception spécifiques. Enfin, des câbles pré-assemblés prêts à l'emploi (en longueurs de 150 et 300 mm) sont disponibles, avec des fixations anti-traction.

Conclusion :
L’acquisition et le transfert de données en temps réel sont essentiels au fonctionnement à long terme des véhicules électriques, garantissant une meilleure efficacité du système de propulsion, une durée de vie accrue des batteries et une sécurité renforcée. Harwin collabore étroitement avec de nombreux constructeurs automobiles électriques de premier plan à travers le monde, en leur fournissant les connecteurs nécessaires pour optimiser les performances de leurs groupes motopropulseurs. Grâce à cette technologie d’interconnexion en constante évolution et à ses innovations, la prochaine génération de véhicules électriques sera encore mieux placée pour répondre aux attentes du marché.