Améliorer l’électronique de puissance pour les véhicules électriques de demain
Le projet SCAPE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, adopte une approche conceptuelle standardisée, modulaire et évolutive des convertisseurs de puissance des véhicules électriques (VE). Sa solution innovante contribuera à réduire les coûts, à améliorer les performances et à activer des fonctionnalités avancées, contribuant à la réalisation de l’objectif de l’UE de stopper progressivement la vente de véhicules à moteur à combustion au cours de la prochaine décennie. SCAPE vise un rendement de conversion de puissance de 97,5 %. Il entend également doubler la densité de puissance et réduire de moitié le coût par kilowatt par rapport aux normes actuelles. Ces progrès permettraient d’accroître l’autonomie des véhicules, de concevoir des VE plus abordables et de renforcer l’industrie automobile européenne.
Un système modulaire et évolutif
La conception novatrice de SCAPE repose sur un système modulaire et évolutif. Comme l’explique Alber Filba-Martinez, chercheur principal à l’Institut catalan de recherche sur l’énergie, coordinateur du projet, dans un article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) publié dans «Innovation News Network», la pierre angulaire de cette approche est ce qu’on appelle la «switching cell» (cellule de commutation). Il s’agit d’un bloc constitutifs de base standardisé et compact qui intègre une technologie de semi-conducteurs de puissance avancés et des circuits auxiliaires. «Plusieurs cellules de commutation s’interconnectent pour former des “branches de conversion”, qui se combinent ensuite pour former des convertisseurs de puissance complets», explique Alber Filba-Martinez. Cette approche modulaire permet une mise à l’échelle flexible, autorisant l’utilisation de la même technologie pour différents types de véhicules électriques, des petites citadines aux camions poids lourds. En tirant parti des économies d’échelle et en réduisant considérablement la complexité de l’ingénierie, cette approche pourrait largement réduire les coûts de fabrication. Le projet entend également combiner un onduleur de traction et un chargeur embarqué en une seule unité. Cela devrait simplifier la conception et la fabrication des véhicules, augmenter la capacité des groupes motopropulseurs, réduire les coûts et accroître la fiabilité grâce à une meilleure tolérance aux pannes. L’innovation de SCAPE repose également sur la technologie d’intégration de puces: les puces semi-conductrices de puissance ne sont pas montées à la surface du circuit imprimé, comme c’est la norme, mais intégrées à l’intérieur même du circuit imprimé. Cette approche «réduit considérablement l’inductance parasite et améliore la gestion thermique, ce qui augmente la performance et la densité de puissance», souligne le chercheur. SCAPE a déjà développé un premier lot de cellules de commutation intégrées à la puce. Diverses validations expérimentales confirment que la technologie fonctionne parfaitement dans des conditions exigeantes. Les résultats révèlent une réduction de 45 % de la résistance thermique entre la couche barrière et le dissipateur thermique, et une réduction de 85 % de l’inductance parasite dans le circuit de puissance par rapport à une mise en œuvre conventionnelle. «Ainsi, l’intégration dans la puce permet non seulement de réduire la taille du convertisseur, mais également d’améliorer ses performances électriques et thermiques ainsi que sa fiabilité», déclare Alber Filba-Martinez. Pour surveiller l’état général du système, SCAPE a développé un jumeau numérique du groupe motopropulseur (une réplique virtuelle exacte du système physique) qui fonctionne en parallèle avec celui-ci. Le système de surveillance émet des alertes de maintenance prédictive et redistribue les charges entre les cellules de commutation, la chaîne de convertisseurs et les modules de batterie afin de maintenir le fonctionnement jusqu’à l’exécution de la maintenance. Il effectue également des mesures en ligne de l’impédance interne du module de batterie, un paramètre directement lié à l’état de la batterie. En facilitant l’adaptation de la technologie à différentes catégories de véhicules, la conception du projet pourrait contribuer à créer des économies d’échelle sur le marché européen et à minimiser la dépendance de l’UE à l’égard de composants et d’expertise importés. Le projet SCAPE (Switching-Cell-Array-based Power Electronics conversion for future electric vehicles) prend fin en 2026. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet SCAPE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)