Dans divers environnements industriels et de consommation, l’électrification des produits, des systèmes et des processus s’accélère, portée par des technologies électroniques avancées qui remplacent les méthodes hydrauliques et pneumatiques traditionnelles. Parmi ces transformations, le processus d’électrification dans l’industrie du transport est particulièrement évident, avec une augmentation record du nombre de véhicules équipés de fonctionnalités de pointe et de systèmes d’alimentation purement électriques. Cet article présentera l’état actuel et les tendances du développement de l’électrification automobile, ainsi que les solutions proposées par Molex.
Les défis sur la voie de l’électrification automobile
La voie vers l’électrification automobile implique non seulement l’essor rapide des groupes motopropulseurs purement électriques, remplaçant les moteurs à combustion interne (ICE) de longue date, mais également une augmentation significative des composants électriques sur les véhicules conventionnels. De nombreux systèmes clés qui reposaient auparavant sur des structures mécaniques utilisent désormais des dispositifs électroniques pour améliorer la sécurité et la fiabilité, tels que les systèmes d’assistance au freinage et de direction assistée électronique (EPAS). Actuellement, les solutions prenant en charge les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) progressent rapidement vers l’objectif ultime d’une conduite entièrement autonome.
Ces dernières années, le nombre de véhicules électriques (VE) et de véhicules électriques hybrides (VEH) dans le monde n’a cessé d’augmenter, et devrait représenter 20 % des ventes de véhicules neufs d’ici 2025. Malgré des perspectives prometteuses, l’électrification automobile se heurte encore à de nombreux obstacles. Pour conquérir un marché estimé à 236,3 milliards de dollars (avec un taux de croissance annuel composé de 10,6 %), les constructeurs automobiles sont encore confrontés à de nombreux défis, tels que la prolifération de systèmes et de modules électroniques qui posent des défis importants à l'architecture électrique typique des véhicules.
Pour répondre aux demandes des consommateurs, la conception des véhicules haut de gamme peut comprendre plus de 100 unités de contrôle électronique (ECU). Le nombre croissant d'ECU dans les véhicules présente un défi quant à la manière de connecter, d'emballer et de gérer ces systèmes pour acheminer les commandes critiques et contrôler les fonctions spécifiques du véhicule. En divisant le véhicule en plusieurs zones, des fonctions peuvent être attribuées à chaque zone et des informations peuvent être transmises entre les zones selon les besoins. L'architecture basée sur les zones non seulement optimise et réduit la quantité totale de câblage, mais intègre également les ECU.
De plus, avec la prolifération des appareils électroniques dans les automobiles (y compris les véhicules ICE et les véhicules électriques), la gestion thermique devient un défi critique. Lorsque des appareils électroniques tels que des ordinateurs ou des appareils mobiles surchauffent, ils s’éteignent, ce qui peut être désastreux pour les véhicules circulant à grande vitesse sur la route.
La miniaturisation et l’augmentation des équipements électriques nécessitent une densité de composants plus élevée. Dans le cas de surfaces réduites dans des systèmes miniaturisés, la dissipation de la même chaleur ou de plus de chaleur dans un espace plus petit peut entraîner un risque de surchauffe, qui doit être géré. Si les appareils électroniques sont situés dans des calculateurs scellés et situés dans des zones du véhicule présentant des environnements extrêmes (comme sous le capot), le risque de surchauffe peut augmenter. Des systèmes mal conçus, associés à la densité élevée des circuits et aux exigences de petite taille des boîtiers des systèmes de connexion de nouvelle génération, peuvent poser des problèmes de gestion thermique. Les problèmes thermiques dans les connecteurs peuvent entraîner des problèmes de sécurité, de fiabilité et de durée de vie, qui doivent être soigneusement traités lors de la phase de conception du projet.
Les technologies d’électrification et de gestion de l’énergie déclenchent une renaissance scientifique
Les progrès des technologies d’électrification et de gestion de l’énergie déclenchent une renaissance scientifique dans le secteur de l’énergie, où la technologie des batteries prend désormais en charge une gamme d’applications, allant de l’alimentation des véhicules électriques au stockage de l’énergie pour une utilisation au moment le plus nécessaire. Les gouvernements investissent dans les infrastructures de recharge pour véhicules électriques, la modernisation du réseau, la connectivité rurale et le développement des zones reculées.
Dans cette renaissance, deux thèmes principaux et étroitement liés ont émergé : l’électrification et la gestion de l’énergie. En matière d’électrification, les technologies utilisant des sources d’énergie conventionnelles sont complétées ou remplacées par des systèmes équivalents alimentés par des sources d’énergie renouvelables. D’autre part, la gestion de l’énergie fait référence au stockage, à la surveillance et à la distribution de l’énergie.
Tout d’abord, grâce à la technologie des réseaux intelligents, la modernisation du réseau est réalisée, transformant les infrastructures vieillissantes construites autour de centrales électriques traditionnelles en réseaux électrifiés modernes ou réseaux intelligents. Ces réseaux sont complétés par des sources d’énergie renouvelables et comprennent divers capteurs permettant de surveiller de près les habitudes d’utilisation et d’identifier les pannes du système avant qu’elles ne deviennent des problèmes plus graves, ce qui est un besoin crucial.
Les réseaux intelligents équilibrent les avantages de l’énergie conventionnelle et de l’énergie renouvelable. Les sources d’énergie renouvelables comme l’énergie solaire et l’énergie éolienne connaissent des temps d’arrêt périodiques. Par conséquent, l’intégration de systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) dans le réseau plus large permet de capturer l’excédent d’énergie pour une utilisation ultérieure. La consommation totale ayant également son rythme avec des pics périodiques et des périodes creuses, les réseaux intelligents peuvent allouer l’énergie où, quand et à partir de quelle source elle est la plus nécessaire, qu’il s’agisse d’énergie conventionnelle, renouvelable ou stockée.
Les fonctionnalités automobiles et les développements en matière d'électrification pilotent la norme 48 V
Depuis les années 1950, le modèle d’alimentation 12 V est devenu la norme dans l’industrie automobile, ce qui en fait la norme par défaut pour la conception et les composants des voitures. Même si les fonctionnalités et l’électrification ont évolué au fil du temps, cette norme a permis aux constructeurs automobiles de réduire les coûts et de maintenir une architecture électrique simple.
Bien que la norme 12 V présente des avantages, elle doit également évoluer car les consommateurs modernes exigent de plus en plus de performances supérieures et une meilleure expérience à bord du véhicule. Avec l'émergence des véhicules définis par logiciel, l'évolution vers des architectures hybrides légères et des réglementations d'émissions de plus en plus strictes, la conception 48 V devient de plus en plus indispensable pour répondre aux demandes des consommateurs et aux exigences réglementaires.
Bien que la transition vers la norme 48 V présente certains défis, les innovateurs électriques ouvrent désormais la voie à des systèmes plus efficaces basés sur cette nouvelle norme. Le passage à une norme d’alimentation plus robuste ne peut pas se faire du jour au lendemain, mais plusieurs facteurs électriques et de consommation clés influenceront l’adoption par les constructeurs automobiles du 48 V comme norme pour les véhicules hybrides légers et électriques purs. Ces facteurs clés comprennent la législation sur la réduction des émissions par les gouvernements du monde entier et la sensibilisation croissante des consommateurs à l'empreinte carbone, ce qui conduit à de fortes préférences pour les véhicules hybrides, hybrides rechargeables (PHEV) et électriques à autonomie étendue.
De plus, les systèmes de turbocompresseur électrique utilisent un moteur pour faire tourner la turbine et améliorer le flux d'air dans le moteur, améliorant ainsi les performances du moteur. Par rapport aux systèmes de turbocompresseurs traditionnels alimentés par des systèmes 12 V ou 24 V, ces systèmes de turbocompresseurs électriques nécessitent une puissance électrique plus importante. À mesure que des systèmes de turbocompresseurs électriques plus efficaces et plus puissants deviennent la norme, l'alimentation 48 V deviendra cruciale.
Les avantages techniques de la norme 48 V comprennent la réduction de la taille du système, la réduction des coûts de production, une meilleure fonctionnalité, la réduction des émissions et l’amélioration de l’économie de carburant. Pour les consommateurs, la norme 48 V peut améliorer les performances du véhicule, réduire les coûts du véhicule et améliorer la maniabilité, ce qui rend le développement de la norme 48 V de plus en plus important.
Cependant, la conception 12 V est profondément ancrée dans la production automobile, de sorte que la transition vers la norme 48 V sera plus longue que prévu. La vitesse de transition dépend dans une certaine mesure des modifications de conception des composants nécessaires pour répondre aux exigences techniques du système 48 V, y compris les considérations relatives aux méthodes de production du système lui-même et à la compatibilité avec l'infrastructure existante.
Les connecteurs Mid-Voltage MX150 répondent aux exigences d'un système électrique de 48 volts
Les connecteurs Mid-Voltage MX150, introduits par Molex, visent à répondre à la demande croissante de systèmes électriques 48 volts dans l'industrie automobile. L’introduction de solutions Mid-Voltage permet aux clients de mettre à niveau en toute confiance leurs systèmes électriques automobiles avec des produits Mid-Voltage. Ces connecteurs sont basés sur la conception MX150 validée, offrant des solutions fiables et testées sur le terrain pour répondre aux exigences de connectivité Mid-Voltage de l'industrie des transports.
Le système de connecteurs étanches MX150 a fait ses preuves sur le terrain et offre des performances extrêmement fiables sous des températures extrêmes, des niveaux de vibrations variables et une exposition à l'humidité et aux produits chimiques, ce qui le rend adapté à une large gamme d'applications. Le système de connecteurs étanches MX150 offre des options d'assurance de positionnement du connecteur (CPA), contribuant à éliminer la déconnexion accidentelle entre les connecteurs, et fournit des boîtiers d'assurance de positionnement des bornes pré-assemblés (TPA) pour garantir que les fils des bornes serties sont correctement verrouillés dans le connecteur et dispose d'un capuchon passe-fil de contrainte pour protéger le joint d'étanchéité et aider à assurer un alignement correct des bornes. Le MX150 est conforme à la norme IEC 60664-1 et est certifié pour répondre aux exigences rigoureuses de l'industrie automobile, notamment les certifications USCAR-2, USCAR-21 et GMW3191.
Le MX150 propose des versions V0 à une ou deux rangées pour répondre aux exigences de sécurité strictes, prenant en charge l'utilisation de la technologie de joint d'étanchéité pour les bornes MX150 (1,50 mm), ce qui permet d'éliminer le besoin de joints de câbles séparés, réduisant ainsi la taille de l'emballage. Son boîtier intégré au pas de 3,50 mm fournit un connecteur compact, contribuant ainsi à éliminer les coûts d'assemblage. Avec une capacité de tension intermédiaire de 60 V, il peut être mis à niveau vers un câblage 48 V, simplifiant la mise à niveau vers un câblage 48 V plus léger en utilisant les spécifications éprouvées du facteur forme MX150.
Le MX150 peut être utilisé conjointement avec un câblage 48 V mis à niveau pour des applications telles que l'éclairage, les vitres électriques ou les moteurs d'essuie-glace, permettant de mettre à niveau le câblage automobile 12 V existant vers 48 V sans changer les types de connecteurs. En utilisant la même taille d'emballage et la même conception de boîtier que le connecteur MX150 éprouvé, des mises à niveau directes à partir des connecteurs MX150 existants sont possibles, réduisant ainsi les coûts d'ingénierie lors de la mise à niveau vers un câblage 48 V.
Le MX150 est le seul connecteur automobile du marché qui combine des options basse tension multifonctionnelles avec une conception de connecteur étanche robuste pour une gamme d'applications moyenne tension, prenant en charge les applications 48 V et jusqu'à 60 V. En passant du câblage 12 V au câblage 48 V, le connecteur moyenne tension MX150 permet aux fabricants de tirer parti du facteur de forme MX150 éprouvé et robuste pour réduire les coûts d'ingénierie et de conception. Cela permet la transition vers une architecture de câblage 48 V haute tension, ce qui réduit l'utilisation de cuivre et diminue le poids grâce à des tailles de câble plus petites tout en minimisant le temps d'ingénierie supplémentaire et les coûts associés.
Conclusion
L’industrie automobile connaît des changements transformateurs motivés par l’électrification, non seulement avec le développement rapide des véhicules électriques, mais aussi avec les véhicules traditionnels intégrant de plus en plus une pléthore de systèmes électroniques pour améliorer la fonctionnalité et la sécurité. Ces changements présentent des défis et des opportunités importants pour l’industrie automobile. Molex propose une variété de solutions pour aider les clients à faire évoluer des méthodes traditionnelles existantes, couvrant toutes les étapes intermédiaires, et offrant ainsi une large gamme de produits flexibles à la pointe de l'industrie. Ces solutions répondent à des défis tels que l’architecture de partitionnement, la gestion thermique, la réduction du bruit, entre autres. De plus, Molex a introduit les connecteurs de tension intermédiaire MX150 pour répondre aux exigences des systèmes électriques 48 volts, permettant aux constructeurs automobiles de concevoir et de déployer des solutions plus légères, plus performantes, plus flexibles et plus efficaces.
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