Couverture ElectroniqueS n°127

L'accroissement des fonctions électroniques d'un véhicule entraîne mécaniquement une élévation des niveaux de courants et de tensions à gérer. Mais dans la mobilité tout n'est pas aussi simple que dans le stationnaire. Des solutions spécifiques sont déployées ou en cours de développement. Il est loin le temps où l'électronique automobile se limitait à l'éclairage, la signalisation, la motorisation d'essuie-glaces, un circuit d'allumage à vis platinées et à un démarreur, le tout alimenté à partir d'une petite batterie au plomb et d'un alternateur dimensionné en conséquence. Aujourd'hui beaucoup de fonctions vitales de l'automobile sont passées sous contrôle électronique, qu'il s'agisse de l'allumage et de l'injection, de la gestion de la boîte de vitesses, du freinage, ou de la direction assistée et de l'ouverture des portes. A ces fonctions vitales pour la bonne marche du véhicule, sont venues s'ajouter d'autres fonctions dites de confort pour l'utilisateur, telles que les systèmes audio-vidéo perfectionnés à enceintes multiples et écrans plats, la climatisation et le chauffage actif (par éléments piézoélectriques), les vitres électriques, la condamnation centralisée avec systèmes de télécommande sans fil sécurisé, le guidage par GPS… Fonctions toutes devenues rapidement vitales pour l'utilisateur. Enfin des considérations de réduction de la consommation énergétique, des émissions de polluants chimiques ou d'ondes sonores incitent de plus en plus les fabricants à doter leurs véhicules de solutions d'hybridation plus ou moins poussées qui réclament leur source d'énergie électrique dédiée et font monter le budget puissance de 500 W à presque 100 kW. Une puissance de 100 kWEn voiture complètement électrique ou en « full hybride », la donne change. Il devient cette fois impossible de continuer à fonctionner sur l'accumulateur plomb et l'étage de puissance devient un module devant gérer jusqu'à plus de 100 kW. Or, le fonctionnement d'un tel système de puissance dans une automobile n'est pas si simple. Par exemple son utilisation dans une ville embouteillée ou par un chauffeur-livreur effectuant une tournée, va être caractérisée par une répétition de brèves accélérations sollicitant brusquement la pleine puissance et entraînant au niveau des semiconducteurs un cyclage thermique. Un problème que l'on retrouve dans le matériel roulant SNCF mais avec des cycles plus longs car les trains, en général, ne partagent pas leurs voies. Pour réussir à surmonter ce genre de problème, les constructeurs développent différentes solutions d'intégration assurant une faible distorsion entre le coefficient thermique des puces et celui de leur substrat et packaging. Le fabricant européen de modules de puissance, Semikron, propose ainsi une technologie de fabrication de modules à IGBT sans brasure pour les convertisseurs de 22 kW à 150 kW destinés aux véhicules hybrides. Ce type de module résisterait à 5 fois plus de cycles thermiques que les modules classiques. Les contacts sont pressés et les puces frittées avec une couche d'argent sur le support ce qui assure, selon la société, une tenue de 10 000 cycles avec une variation de température de 100 °C et jusqu'à 175 °C de température de jonction ou 135 °C de température ambiante. Ces modules mesurent 120 x 150 x 17 mm ou 150 x 160 x 17 mm. Les microcontrôleurs participent aussi à l'effort de puissanceDans une voiture, selon Freescale, pas moins de 25 à 35 microcontrôleurs peuvent être en fonctionnement et jusqu'à 80 sur les modèles haut de gamme. Leur consommation typique n'est pas considérable. Evaluée en milliampères, elle est loin de la dizaine d'ampères de certaines fonctions de puissance. Mais ces micro-contrôleurs sont un facteur clé de la bonne gestion de cette puissance. Ils décident de son utilisation quand elle est vraiment nécessaire, ce qui donne par exemple un avantage énergétique global à la direction assistée électrique par rapport à la version hydraulique classique dont la consommation de la pompe est permanente. Ces microcontrôleurs sont également le plus souvent alimentés quasiment en permanence pour assurer la surveillance de fonctions vitales comme la gestion d'accès sécurisé au véhicule, et doivent dans ce cas adopter des stratégies permettant de limiter leur propre consommation, afin de ne pas vider la batterie du véhicule même si celui-ci reste inutilisé pendant des mois. Dans une Golf IV, par exemple, 18 modules consomment en veille un courant total de 21 mA, soit 15 Ah de moins sur un mois dans la capacité de la batterie, pertes auxquelles il faut ajouter l'autodécharge importante de la batterie plomb. En jouant sur les différents modes de réduction de consommation d'énergie (réduction de la fréquence d'horloge, programmation de réveil par horloge temps réel, extinction de périphérique…) la Golf V alimente en veille 25 modules, mais ils ne consomment plus que 15 mA.

La gestion de puissance électrique est un art difficile en automobile

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure

La gestion de puissance électrique est un art difficile en automobile

Dans la même rubrique

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure