Révolutionner la mobilité électrique grâce à des chargeurs embarqués compacts et efficaces
Alors que l’Europe s’efforce d’atteindre ses objectifs climatiques ambitieux, il est devenu primordial de réduire les émissions du trafic routier, qui représente 80 % des 28 % d’émissions totales de l’UE imputables au secteur des transports. Les véhicules électriques sont au cœur de cette transition, mais leur progression est actuellement freinée par les limites de la technologie des chargeurs embarqués (OBC). Le projet HiPower 5.0(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE vise à surmonter ces obstacles en développant des OBC de nouvelle génération plus petits, plus efficaces et plus économiques.
De 12 à 4 litres
Intégrés aux véhicules électriques, les OBC convertissent l’électricité du réseau en énergie adaptée aux batteries. Cependant, les OBC actuels sont confrontés à des défis majeurs à mesure que les besoins en puissance augmentent. La technologie classique à base de silicium peine à faire face aux pertes d’efficacité, à la production de chaleur et aux conceptions volumineuses. Les OBC haute puissance nécessitent souvent des systèmes de refroidissement importants, ce qui les rend inadaptés aux véhicules de plus petite taille. HiPower 5.0 s’attaque à ces problèmes en créant un OBC révolutionnaire de 22 kW qui n’occupe que 4 litres d’espace, soit un volume nettement inférieur à la moyenne actuelle du marché, qui est de 12 litres. L’innovation du projet réside dans l’utilisation de semi-conducteurs en nitrure de gallium (GaN) fournis par le partenaire du projet Infineon Technologies. «Ces commutateurs GaN bidirectionnels intégrés de manière monolithique permettent une conversion plus efficace dans un format plus compact, car ils sont conçus pour contrôler le flux d’électricité dans les deux sens», explique un article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) publié sur le site Internet de l’Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la micro-intégration IZM, le partenaire chargé du cas d’utilisation automobile du projet. Un seul commutateur GaN accomplit donc le travail de deux semi-conducteurs classiques, ce qui réduit la complexité du système et jette les bases de nouvelles possibilités technologiques. L’expertise de Fraunhofer en matière de boîtiers et de développement de systèmes a joué un rôle essentiel dans l’optimisation de l’ensemble du système OBC. Plutôt que de se concentrer sur des composants individuels, le consortium HiPower 5.0 a adopté une approche globale, en intégrant les composants électroniques directement dans les cartes de circuit imprimé. Cette conception raccourcit les chemins électriques critiques, minimise les pertes d’énergie potentielles et permet de gagner de l’espace, pour aboutir à un système hautement intégré et efficace.
Applications automobiles et au-delà
L’impact de HiPower 5.0 va au-delà du secteur automobile. Le projet explore également des applications dans le transport maritime, en exploitant davantage les avantages du GaN et des semi-conducteurs à large bande interdite. Tout au long du projet, l’équipe de HiPower 5.0 travaillera sur six cas d’utilisation. Il s’agit notamment de commutateurs de blocage bidirectionnels de nouvelle génération qui réduisent considérablement les pertes de commutation et de conduction, d’onduleurs automobiles multiniveaux hybrides qui optimisent l’efficacité et les coûts, et de convertisseurs auxiliaires de nouvelle génération destinés aux voitures particulières comme aux poids lourds. Deux autres cas d’utilisation concernent le développement de systèmes d’entraînement électrique entièrement intégrés pour une efficacité, une fiabilité et une durabilité accrues, ainsi que d’un jumeau numérique d’un onduleur à trois niveaux basé sur des composants GaN. Enfin, dans le domaine maritime, le projet explore des solutions associant un onduleur intégré et un moteur électrique, une unité de charge haute puissance pour navires, une source de courant continu de 3 kV avec isolation galvanique et des disjoncteurs à semi-conducteurs pour les réseaux de courant continu à bord des navires. Les innovations du projet HiPower 5.0 (Leading edge Semiconductor, Integration, and Control System Technologies for highly compact and smart eDrive Components towards more sustainable Power Electronics 5.0) relèvent des défis cruciaux liés à la mobilité durable et contribuent à ouvrir la voie vers un avenir à faible émission de carbone. Le projet se termine en 2028. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet HiPower 5.0(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)
