Développer la connectivité pour des batteries EV plus puissantes

Les progrès réalisés en matière de performances des batteries ont contribué à faire des véhicules électriques (VE) le segment de l'industrie automobile qui connaît la croissance la plus rapide. Ces dernières années, l'industrie des véhicules électriques a innové pour répondre à la demande des consommateurs qui souhaitent des véhicules pouvant parcourir de plus longues distances avec chaque charge. Mais cela pose un problème technique : certes, une batterie plus grande et plus puissante améliore l'autonomie d'un VE, mais le poids des batteries plus volumineuses peut également nuire à ses performances. Par conséquent, les fabricants de batteries travaillent sans relâche à la conception de nouveaux modèles peu encombrants

et à la mise au point de compositions chimiques permettant d'augmenter la densité énergétique nécessaire pour optimiser les performances des VE. L'un des principaux facteurs permettant de réduire la taille des batteries consiste notamment à améliorer leur efficacité énergétique en minimisant les pertes de chaleur.

TE Connectivity travaille dans le secteur des véhicules électriques depuis plus de 20 ans avec presque tous les constructeurs automobiles et fournisseurs de premier rang. Forts de cette expérience, nous avons compris à quel point il est important de se concentrer sur l'ingénierie sophistiquée nécessaire pour connecter les composants du bloc-batterie et relier cette source d'énergie au moteur, afin de fournir l'énergie de la manière la plus efficace possible. La qualité et la robustesse de ces connexions électriques peuvent faire la différence entre le succès et l'échec.

Le développement de nouvelles technologies de batterie est motivé par la nécessité d'augmenter la densité énergétique, les performances de rechargement, la sécurité, la durée de vie prévue des blocs-batteries et l'optimisation des coûts. De plus, la durabilité, la recyclabilité et l'économie circulaire jouent également un rôle de plus en plus important.

Les batteries pour véhicules électriques sont généralement composées de cellules, qui constituent les éléments de base du système de stockage d'énergie d'un véhicule électrique. Les cellules sont ensuite souvent, mais pas toujours, disposées en modules. Le courant circule d'une cellule à l'autre, puis d'un module à l'autre. Les batteries des véhicules électriques sont généralement composées de cellules, qui constituent les éléments de base du système de stockage d'énergie d'un véhicule électrique. Pour garantir le bon fonctionnement de ces opérations, chaque module et chaque cellule de la batterie doit être doté de connexions électriques à toute épreuve. Cela nécessite des systèmes de contact hautement intégrés, qui doivent non seulement être capables de prendre en charge toutes les fonctionnalités pendant toute la durée de vie du véhicule, mais aussi être suffisamment robustes pour empêcher les vibrations et les contraintes thermiques d'affecter négativement les propriétés mécaniques et électriques des contacts. En outre, les contacts doivent également être totalement sûrs au toucher afin d'éliminer les risques potentiels liés à la haute tension et à la puissance élevée et de garantir la sécurité pendant le processus de fabrication et la maintenance future.

Au-delà d'une alimentation haute tension, les signaux de données basse tension, tels que le courant et la température provenant des capteurs, doivent être traités et surveillés tout au long de leur parcours afin de protéger le véhicule grâce au système de gestion de batterie (BMS). L'électronique du système de gestion de batterie nécessite des connecteurs hautement compacts, mais flexibles. Étant donné que le rapport entre les cellules de batterie et les contrôleurs de cellules varie en fonction des exigences de conception de la batterie, telles que la capacité et les besoins énergétiques du véhicule, les connecteurs doivent être suffisamment flexibles pour s'adapter à de multiples configurations. Les connecteurs doivent également être suffisamment flexibles pour prendre en charge différents types de câbles, notamment les câbles plats flexibles (FFC) et les circuits imprimés flexibles (FPC), qui peuvent être acheminés autour de batteries compactes et complexes.

Les couches physiques d'alimentation électrique et de réseau de données, composées de câbles et de connecteurs, joueront un rôle crucial en tant que pilier pour la prochaine génération de véhicules connectés. Ces derniers seront plus sûrs et plus écologiques, et les consommateurs voudront les posséder, les conduire ou être conduits à bord. Cela signifie que les systèmes d'entraînement haute tension et les réseaux de connectivité de données basse tension devront fonctionner de manière ultra-fiable et sûre dans des architectures centralisées (« intelligentes ») de plus en plus intégrées.

Les véhicules électriques actuels doivent supporter des charges de pointe pendant des périodes plus longues. L'augmentation de la chaleur est une conséquence du transfert d'énergie plus important. Lorsque les composants électriques chauffent, ils subissent un processus de vieillissement qui peut modifier leurs propriétés électriques au fil du temps.

La gestion thermique est essentielle pendant la phase de développement de tous les connecteurs haute tension. Par exemple, les ingénieurs de TE ont conçu des systèmes de connexion de batteries avec une perte de chaleur minimale afin de maximiser le transfert d'électricité au sein du bloc-batterie à des courants très élevés. TE peut également réaliser des simulations thermiques approfondies au niveau du système qui fournissent des données précieuses pour aider les équipementiers et leurs fournisseurs à optimiser la conception des plateformes de véhicules électriques. Ces simulations offrent une vision réaliste des limites de température d'un composant avant la fabrication des produits afin d'accélérer le processus de développement.

Depuis plus d'un siècle, les progrès réalisés dans le domaine des voitures à moteur à combustion interne ont contribué à améliorer leurs performances et leur efficacité. Par exemple, l'acheminement de l'essence du réservoir vers le moteur est un procédé parfaitement maîtrisé. Avec les véhicules électriques, cependant, le processus de transfert de l'électricité de l'infrastructure de rechargement vers la batterie, puis de la batterie vers le moteur électrique, est essentiel pour améliorer l'autonomie et les performances.

La plupart des plateformes électriques traditionnelles des véhicules électriques sont des systèmes à 400 volts, mais nous constatons une prévalence croissante des systèmes à 800 volts, et même des systèmes à 1 000 volts commencent à faire leur apparition. C'est là que les bornes et les connecteurs haute tension entrent en jeu. Ces connecteurs doivent être dotés de connexions à bornes multipoints configurables qui peuvent être ajustées aux exigences précises de l'application en matière de courant, afin de maximiser le transfert d'énergie tout en minimisant la résistance et la chaleur. De plus, les technologies avancées de placage des bornes métalliques offrent une plus grande durabilité dans le temps que les revêtements standard.

Bien que les véhicules électriques soient en train de devenir des produits de consommation courante, leur architecture continue d'évoluer à un rythme effréné. Nous sommes en pleine révolution, et les constructeurs automobiles du monde entier réagissent en réécrivant leurs modèles commerciaux de fond en comble et en investissant des milliards de dollars dans la recherche et le développement des véhicules électriques. Il peut être très difficile pour un ingénieur ou un concepteur de se tenir au courant des dernières tendances et normes, qui varient selon les régions et les constructeurs.

Le défi à relever : trouver le juste équilibre entre la simplification des architectures des véhicules électriques afin de laisser de la place pour les câbles et connecteurs de plus grande taille nécessaires pour des tensions et des courants plus élevés, tout en réduisant leur encombrement et leur poids. En outre, les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries peuvent tirer profit d'une collaboration avec des partenaires afin de commercialiser la prochaine génération de véhicules électriques.

Les ingénieurs et scientifiques de TE continueront à innover dans le domaine des systèmes de connexion électrique en tenant compte des exigences des technologies de batterie avancées, afin d'aider les équipementiers à ne plus se soucier des problèmes de connectivité et à se concentrer sur d'autres aspects de la conception et de la production des plateformes automobiles. Nous espérons que la marge de manœuvre créée par ce type de partenariats permettra aux équipementiers de développer encore plus de modèles de véhicules électriques et d'augmenter leur production, afin de répondre à la demande mondiale croissante en matière de mobilité électrique, qui contribuera à un avenir plus durable.