L’électrification est devenue un facteur majeur dans le secteur des transports car il est l’un des principaux contributeurs aux émissions de gaz à effet de serre. Alors que les pays s’efforcent d’atteindre la neutralité en CO2, les voitures, bus et taxis sont à l’avant-garde du changement.
Cet article est publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat exclusif de contenu numérique avec Bodo’s Power Systems.
Les véhicules électriques (VE) sont devenus courants. Les taxis glissent silencieusement dans les rues commerçantes et les fourgonnettes et bus entièrement électriques livrent colis et passagers à leurs destinations. Cependant, avec tant d’attention sur les VE, il serait facile de négliger le secteur de la mobilité légère, en particulier la demande croissante pour électrifier les véhicules à deux et trois roues. Bien que les VE aient certainement attiré le plus d’attention et de notoriété dans le secteur des transports, une tendance bien plus large se développe partout dans le monde.
Le Moyen de Transport le Plus Commun
Le secteur de la mobilité légère a connu une accélération significative en termes d’électrification, en particulier dans les pays d’Asie du Sud-Est tels que la Malaisie et l’Indonésie, ainsi qu’en Inde, en Chine (et bientôt en Afrique), où les moyens de transport à deux roues sont de loin les plus courants. On estime qu’il y a environ 70 millions de deux-roues sur les routes et que les chiffres augmentent à un rythme rapide. On s’attend largement à ce que l’électrification des véhicules à deux roues devienne plus courante dans les économies du Nord au cours de la prochaine décennie, de nombreuses entreprises aux États-Unis et en Europe envisageant déjà de lancer des produits sur ce marché.
Figure 1. Parts de marché des véhicules à deux roues, thermique vs électrique. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
En termes de croissance, ce secteur se développe plus rapidement que le marché des véhicules à quatre roues, notamment parce que les certifications et les problèmes de conception sont beaucoup moins complexes. De même, les systèmes de gestion des batteries (BMS) sont plus faciles à concevoir pour ce secteur car les batteries des deux-roues sont plus petites avec moins de puissance et de tension. Tout cela signifie que les startups sont en mesure de résoudre les problèmes de mobilité électrique beaucoup plus facilement sur le marché des deux-roues que si elles devaient concevoir des systèmes VE à partir de zéro.
En 2021, environ 6 % des véhicules de mobilité légère étaient électrifiés, les autres reposant sur le moteur à combustion interne (ICE). D’ici 2030, on estime que les scooters et motos électriques représenteront ensemble 68 % du marché des deux-roues. Plus en détail, les ventes de scooters électriques devraient atteindre 30 millions d’ici six ans, les motos électriques 23 millions et les vélos électriques 40 millions. Actuellement, le marché des véhicules à deux roues électriques est basé autour des scooters électriques de 48 V mais la croissance devrait principalement provenir des motos électriques de 100 V-200 V suivies des vélos électriques avec des systèmes de 36 V. En Inde, les motos puissantes représentent le plus grand marché de deux-roues et leur croissance inspire déjà une nouvelle vague de conceptions électriques où des composants légers, compacts et durables sont des exigences essentielles.
Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
Figure 2. Miniaturisation de la fonction de détection du courant. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
LEM développe un portefeuille pour répondre aux besoins du secteur de la mobilité légère—en particulier les deux-roues électriques avec des moteurs triphasés AC—avec des capteurs de circuit intégrés (CSI) tout aussi avancés que ceux utilisés dans les VE et couvrant chaque partie du sous-système de mobilité électrique qui inclurait typiquement jusqu’à huit capteurs par véhicule.
Il y a trois domaines principaux où les ICS représentent le meilleur choix pour les deux-roues électriques. Le premier est la conversion d’énergie, où le chargeur transforme l’énergie AC du réseau en DC pour la batterie au lithium-ion (Li-ion) du véhicule.
Il y a trois points de mesure pour la détection du courant dans le chargeur qui se concentrent non seulement sur la conversion d’énergie mais aussi sur l’efficacité et le contrôle :
- un capteur de courant intégré mesure l’entrée AC où le chargeur doit vérifier le courant entrant dans le système
- un deuxième ICS surveille les transistors de puissance et interrupteurs qui convertissent le signal de AC en DC. Ce capteur de courant synchronise les transistors pour s’assurer que la conversion est effectuée de manière efficace
- un capteur de courant de sortie DC mesure le courant sortant du système et le compare avec le courant de sortie attendu. Toute différence indiquera un problème à l’étape de conversion que le microcontrôleur devra ajuster pour s’assurer que le courant de sortie désiré est atteint.
Les LEM ICS typiques incluent des capteurs GO car le capteur d’entrée doit être isolé en raison de la tension du réseau. Avec un réseau AC autour de 200 V-220 V, au stade d’entrée, un ICS GO SME est idéal pour un courant faible ou un GO SMS pour un courant plus élevé. Les capteurs GO SME conviennent également au stade de sortie car moins d’isolation est nécessaire lorsqu’on travaille avec des batteries de 48 V.
Éviter les Dommages à la Batterie
Le deuxième domaine clé pour les ICS dans les deux-roues électriques est le BMS, dans le but d’éviter les dommages à la batterie ainsi que les événements de défaillance potentiellement catastrophiques tels qu’un incendie ou une explosion. Agissant comme un dispositif de protection et de sécurité, un seul capteur dans le BMS vérifie s’il y a un courant de démarrage ou de surtension entrant ou sortant de la batterie. S’il y en a, l’ICS instruira le microcontrôleur d’ouvrir le relais pour empêcher toute énergie supplémentaire de passer à travers la batterie. Souvent, l’ICS fonctionnera en parallèle avec une shunt qui utilise une technologie différente pour effectuer les mêmes mesures, le microcontrôleur comparant les signaux. Cette double redondance signifie que s’il y a une défaillance d’un capteur pour une raison quelconque, l’autre continuera de prendre des mesures.
Figure 3. Application typique d’e-mobilité et points de mesure du courant. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
Le troisième domaine où les ICS sont idéaux pour les deux-roues électriques est le contrôle du moteur, où le courant DC de la batterie est transformé en courant AC triphasé pour alimenter le moteur électrique qui fait fonctionner le véhicule. Typiquement, quatre capteurs fonctionneraient ici—un au stade d’entrée et trois à la sortie, tous capables d’être soudés automatiquement et directement sur la carte PCB en prenant un minimum d’espace. Encore une fois, le microcontrôleur intervient pour vérifier que les niveaux d’entrée et de sortie sont comme prévu. La sécurité est améliorée par le fonctionnement harmonieux de tous les capteurs à l’entrée et à la sortie pour comparer les taux et s’assurer que l’opération fonctionne comme elle le devrait. Avec le microcontrôleur gérant les pilotes de porte de transistor en utilisant le signal envoyé par le capteur de courant, c’est une boucle de contrôle hautement efficace qui fournit un contrôle précis sur le moteur. Le résultat pour l’utilisateur final est une accélération douce et une efficacité opérationnelle maximale du véhicule.
Les LEM ICS typiques utilisés ici seraient la famille HMSR SMS, en particulier en raison d’un grand conducteur primaire avec une très faible résistance électrique et des plots dédiés qui le rendent capable de gérer des courants élevés si nécessaire. Dotés d’un micro-noyau magnétique, les capteurs HMSR sont immunisés contre les champs externes, ce qui les rend idéaux pour les applications électroniques de puissance ayant des niveaux élevés de perturbations.
Capteurs de Courant Intégrés dans la Mobilité Légère
Les capteurs de courant intégrés dans les véhicules électriques à deux et trois roues offrent une performance supérieure dans un emballage plus petit et moins coûteux, ce qui offre des niveaux impressionnants de densité de puissance dans les applications de mobilité légère. Les capteurs combinent des niveaux élevés d’isolation et de précision avec la capacité de gérer des courants plus élevés mais dans un emballage plus intégré qui peut traiter les problèmes directement sur la carte PCB.
L’électrification mondiale des véhicules à deux et trois roues est en passe de décoller, et en fournissant précision, fiabilité, intégration et densité de puissance, les capteurs de courant intégrés de prochaine génération joueront un rôle vital dans l’impulsion de cette croissance.
Cet article est apparu initialement dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].