La transition vers l’électrique pour les poids lourds
L’Europe se tourne vers des modes de transport écologiques tels que les véhicules électriques afin de réduire les émissions nocives et de protéger l’environnement. Cependant, le passage aux véhicules électriques n’est pas toujours simple. Les véhicules lourds, par exemple, représentent près de 40 % des émissions totales de dioxyde de carbone liées à la route en Europe. Si l’électrification des véhicules passagers a progressé de manière significative, la transition du secteur des poids lourds reste entravée par d’importantes contraintes technologiques. «Les convertisseurs électroniques de puissance constituent l’interface essentielle pour la gestion du flux d’énergie entre la batterie et le moteur électrique», explique David Lumbreras, membre du projet RHODaS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et chercheur à UPC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Espagne. «Historiquement, ces systèmes reposaient sur des semi-conducteurs à base de silicium. Cependant, les nouveaux semi-conducteurs à large bande interdite permettent un fonctionnement à des fréquences de commutation élevées, supérieures à 100 kHz, tout en présentant des pertes nettement inférieures à celles de leurs homologues en silicium. Ces caractéristiques permettent de concevoir des convertisseurs à haute densité de puissance, parfaits pour répondre aux besoins en puissance élevés du transport routier longue distance.»
Puissance pour les applications lourdes et longues distances
Le projet RHODaS, financé par l’UE, a cherché à relever ces défis en développant des composants de convertisseurs de puissance fabriqués à partir de matériaux émergents tels que le carbure de silicium et le nitrure de gallium. L’innovation principale est un entraînement moteur intégré conçu spécifiquement pour les applications lourdes et longues distances. «Cette solution intègre des technologies d’électronique de puissance, de gestion thermique et de commande numérique directement dans un boîtier de moteur compact et modulaire», ajoute David Lumbreras. «En associant le carbure de silicium, qui garantit une grande résistance aux hautes tensions, et le nitrure de gallium, qui permet une commutation à haute fréquence, nous avons pu obtenir un rendement supérieur, réduire l’encombrement du système et limiter les interférences électromagnétiques.» En outre, l’adoption d’une architecture de convertisseur modulaire améliore la réparabilité et la tolérance aux pannes tout en garantissant la modularité de la puissance, ce qui permet d’adapter la même conception fondamentale à diverses exigences en matière de puissance. Cela pourrait ouvrir la voie à un certain nombre d’opportunités commerciales à l’avenir.
De la caractérisation des matériaux à la validation
Les innovations proposées ont été validées en trois étapes. Tout d’abord, les dispositifs et les pilotes ont fait l’objet d’une caractérisation au niveau des matériaux afin d’évaluer le stress et l’intégrité fonctionnelle, ainsi que l’immunité au bruit électromagnétique. Cette étape a été suivie par l’essai d’un convertisseur à l’échelle du laboratoire. L’étape finale a consisté en un entraînement moteur intégré grandeur nature couplé à un réducteur, validé dans un environnement de banc d’essai. «Nous avons franchi avec succès nos étapes techniques», déclare David Lumbreras. «L’une des principales leçons techniques tirées concernait l’instabilité constatée chez les premiers transistors au nitrure de gallium de présérie, qui a nécessité une refonte complète du matériel afin d’en garantir la stabilité.»
Innovations pour le secteur de la mobilité en Europe
Dans l’ensemble, le projet a permis de faire progresser le développement de convertisseurs de puissance à haute performance pour les transports électriques lourds. Les prochaines étapes consisteront à mettre à l’échelle et à adapter l’entraînement moteur modulaire intégré à un plus grand nombre de catégories de véhicules et à intégrer les solutions RHODaS dans les feuilles de route technologiques de partenaires industriels tels que Valeo Siemens. Le consortium continuera également à perfectionner les modèles économiques circulaires, tels que le «produit en tant que service» ou la location, ainsi que les passeports numériques des véhicules (DVP), afin de faciliter la maintenance au niveau des composants et les applications de seconde vie. Les DVP sont des enregistrements numériques sécurisés, basés sur le nuage, de l’ensemble du cycle de vie d’un véhicule. «Nous espérons que ce projet aura un impact durable en contribuant directement à la réalisation des objectifs du pacte vert et en améliorant la qualité de l’air», souligne David Lumbreras. «La mise en place d’une chaîne d’approvisionnement européenne solide dans le domaine de l’électronique de puissance contribuera également à réduire notre dépendance vis-à-vis des fabricants hors UE.» RHODaS a également favorisé avec succès la mise en place de réseaux d’innovation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) entre le monde universitaire et l’industrie. Ces réseaux permettront de tirer parti des résultats du projet et de continuer à fournir des technologies et des innovations de pointe au secteur européen de la mobilité.
