Les le\u00e7ons de plus de dix ans de travail sur les motos \u00e9lectriques et les plateformes de v\u00e9hicules compacts.<\/p>\n\n\n\n
Par Ino Gonz\u00e1lez \u00b7 Guilera \u00b7 guilera.com<\/p>\n\n\n\n
Temps de lecture : 6\u20137 minutes<\/p>\n\n\n\n
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\u00c9lectrifier un v\u00e9hicule compact semble simple sur le papier. Moteur. Batterie. Onduleur. C\u2019est g\u00e9n\u00e9ralement l\u00e0 que la conversation commence \u2014 et, d\u2019apr\u00e8s notre exp\u00e9rience, l\u00e0 que la sous-estimation commence aussi.<\/p>\n\n\n\n
Apr\u00e8s plus de dix ans \u00e0 concevoir et fournir de l\u2019\u00e9lectronique de puissance pour des motos \u00e9lectriques et des plateformes off-highway compactes, nous avons vu les m\u00eames sch\u00e9mas se r\u00e9p\u00e9ter d\u2019un projet \u00e0 l\u2019autre : la partie visible du syst\u00e8me concentre toute l\u2019attention au d\u00e9part, tandis que la partie invisible \u2014 int\u00e9gration, architecture, diagnostic, communication CAN \u2014 est celle o\u00f9 les projets r\u00e9ussissent ou \u00e9chouent vraiment.<\/p>\n\n\n\n
Cet article rassemble dix r\u00e9alit\u00e9s que nous avons observ\u00e9es aux c\u00f4t\u00e9s de constructeurs (OEM) et d\u2019int\u00e9grateurs syst\u00e8mes. Chacune est une le\u00e7on de l\u2019exp\u00e9rience, g\u00e9n\u00e9ralement apprise \u00e0 la dure. Nous les partageons ici parce que les comprendre t\u00f4t peut changer l\u2019issue d\u2019un projet.<\/p>\n\n\n\n
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<\/p>\n\n\n\n Le moteur, la batterie et l\u2019onduleur repr\u00e9sentent peut-\u00eatre 30 % de l\u2019effort d\u2019ing\u00e9nierie d\u2019un projet de v\u00e9hicule r\u00e9el. Les 70 % restants se trouvent sous la surface : architecture \u00e9lectrique, conception du faisceau, distribution de puissance, conversion DC\/DC, diagnostic et syst\u00e8mes de commande.<\/p>\n\n\n\n Tout projet qui commence par \u00ab il suffit d\u2019int\u00e9grer un moteur et une batterie \u00bb finit par le d\u00e9couvrir. La diff\u00e9rence, c\u2019est de le d\u00e9couvrir en phase de planification ou pendant la mise au point du prototype.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Les erreurs d\u2019architecture se propagent partout. Un connecteur mal plac\u00e9, une plateforme de tension choisie pour de mauvaises raisons, une strat\u00e9gie de distribution de puissance d\u00e9finie trop tard : ces d\u00e9cisions fa\u00e7onnent le co\u00fbt, le poids, la fiabilit\u00e9 et la maintenabilit\u00e9 pendant toute la vie du v\u00e9hicule.<\/p>\n\n\n\n Les d\u00e9cisions pr\u00e9coces les plus lourdes de cons\u00e9quences comprennent :<\/p>\n\n\n\n Le choix des petits composants compte. Mais ce sont les erreurs d\u2019architecture qui co\u00fbtent cher.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Les plages habituelles des v\u00e9hicules \u00e9lectriques compacts suivent un sch\u00e9ma clair :<\/p>\n\n\n\n Mais le choix de la tension n\u2019est pas qu\u2019une question de puissance. Il influe directement sur les niveaux de courant, les sections de c\u00e2ble, la durabilit\u00e9 des connecteurs, les besoins en gestion thermique et l\u2019architecture DC\/DC. \u00c0 10 kW sous 48 V, on travaille avec environ 200 A \u2014 un chiffre qui change toute la discussion sur les c\u00e2bles, les connecteurs et le comportement thermique.<\/p>\n\n\n\n Nous avons vu des projets o\u00f9 la plateforme de tension avait \u00e9t\u00e9 choisie pour correspondre au pack batterie standard d\u2019un fournisseur, les cons\u00e9quences en aval \u00e9tant trait\u00e9es plus tard. Plus tard, c\u2019est toujours plus cher.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Chaque fournisseur suppl\u00e9mentaire introduit de nouvelles variables dans le syst\u00e8me : des standards de documentation diff\u00e9rents, des cycles de mise \u00e0 jour firmware diff\u00e9rents, des niveaux de support \u00e0 l\u2019int\u00e9gration diff\u00e9rents. Dans les projets d\u2019\u00e9lectrification complexes, cela multiplie rapidement le risque d\u2019int\u00e9gration.<\/p>\n\n\n\n R\u00e9duire le nombre de fournisseurs tend \u00e0 am\u00e9liorer :<\/p>\n\n\n\n Concentrer les responsabilit\u00e9s sur un nombre restreint de partenaires exp\u00e9riment\u00e9s simplifie l\u2019int\u00e9gration et r\u00e9duit les frictions dans les phases de d\u00e9veloppement o\u00f9 elles co\u00fbtent le plus cher.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Le succ\u00e8s technique ne d\u00e9pend pas que de l\u2019ing\u00e9nierie. Nous avons vu des syst\u00e8mes bien con\u00e7us rencontrer de s\u00e9rieuses difficult\u00e9s parce que la structure commerciale qui les soutenait \u00e9tait mal d\u00e9finie.<\/p>\n\n\n\n Des contrats d\u2019approvisionnement mal r\u00e9dig\u00e9s peuvent entra\u00eener des ruptures d\u2019approvisionnement, des retards de livraison, des hausses de prix inattendues et des conflits d\u2019int\u00e9gration \u00e0 mesure que le projet monte en volume. Ce ne sont pas des risques abstraits : ce sont des sch\u00e9mas r\u00e9currents dans les projets d\u2019\u00e9lectrification qui d\u00e9passent le stade du prototype.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Les syst\u00e8mes de connecteurs de batterie et les interfaces de batteries amovibles semblent simples dans les sp\u00e9cifications. Sur le terrain, ils le restent rarement.<\/p>\n\n\n\n Les modes de d\u00e9faillance sont toujours les m\u00eames : usure m\u00e9canique, d\u00e9formation des bornes, \u00e9chauffement d\u00fb \u00e0 la d\u00e9gradation des contacts et exposition \u00e0 l\u2019environnement. Dans les applications \u00e0 cycles fr\u00e9quents \u2014 o\u00f9 une batterie est retir\u00e9e et r\u00e9ins\u00e9r\u00e9e de nombreuses fois par jour \u2014, des sp\u00e9cifications de connecteur qui semblent g\u00e9n\u00e9reuses sur le papier peuvent se r\u00e9v\u00e9ler insuffisantes en quelques mois.<\/p>\n\n\n\n Si un concept de batterie amovible est n\u00e9cessaire, le syst\u00e8me de connecteurs doit \u00eatre surdimensionn\u00e9 par rapport \u00e0 la sp\u00e9cification nominale. C\u2019est l\u2019un des domaines o\u00f9 bien faire d\u00e8s le d\u00e9part co\u00fbte toujours moins cher que de reconcevoir ensuite.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Faire rouler un prototype n\u2019est pas une validation. Un prototype qui roule et fonctionne correctement en conditions ma\u00eetris\u00e9es vous dit que le syst\u00e8me peut fonctionner. Il ne vous dit pas qu\u2019il fonctionnera de mani\u00e8re fiable pendant toute la vie du produit dans des environnements r\u00e9els.<\/p>\n\n\n\n Un programme de d\u00e9veloppement s\u00e9rieux exige :<\/p>\n\n\n\n Lorsque les ressources internes de validation sont limit\u00e9es, choisir des fournisseurs de composants dot\u00e9s de solides capacit\u00e9s de validation, ou faire appel t\u00f4t \u00e0 des laboratoires d\u2019essais exp\u00e9riment\u00e9s, devient essentiel \u00e0 la solidit\u00e9 du programme.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n La compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique est l\u2019une des causes les plus fr\u00e9quentes de retards en fin de programme dans l\u2019\u00e9lectrification des v\u00e9hicules. Elle est souvent trait\u00e9e comme une \u00e9tape de certification plut\u00f4t que comme un d\u00e9fi d\u2019int\u00e9gration \u2014 ce qui signifie qu\u2019elle est souvent test\u00e9e en dernier, et qu\u2019elle est la plus perturbatrice lorsque des probl\u00e8mes apparaissent.<\/p>\n\n\n\n Int\u00e9grer de l\u2019\u00e9lectronique de puissance dans des v\u00e9hicules compacts demande une exp\u00e9rience sp\u00e9cifique. Lorsque les composants ne sont pas con\u00e7us ou int\u00e9gr\u00e9s en pensant \u00e0 la CEM, les cons\u00e9quences peuvent inclure :<\/p>\n\n\n\n Nous avons vu des projets o\u00f9 un contr\u00f4leur moteur d\u2019un fournisseur tiers g\u00e9n\u00e9rait des \u00e9missions conduites provoquant des \u00e9checs r\u00e9p\u00e9t\u00e9s de certification. Le composant respectait sa propre fiche technique. Mais une fois int\u00e9gr\u00e9 au faisceau du v\u00e9hicule, avec le cheminement des c\u00e2bles et la topologie de masse propres \u00e0 cette plateforme, le syst\u00e8me \u00e9chouait. La mise au point a pris des semaines et a oblig\u00e9 \u00e0 modifier le cheminement de tron\u00e7ons du faisceau d\u00e9j\u00e0 fig\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n La CEM se planifie au stade de l\u2019architecture, pas \u00e0 celui de la certification.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Traitements de surface, \u00e9tanch\u00e9it\u00e9, indices de protection environnementale, niveaux de protection IP des connecteurs : ces d\u00e9tails semblent secondaires pendant l\u2019intensit\u00e9 du d\u00e9veloppement initial. Sur le terrain, ils d\u00e9terminent si un v\u00e9hicule dure deux ans ou dix.<\/p>\n\n\n\n Un convertisseur DC\/DC bien \u00e9tanche, par exemple, ne prot\u00e8ge pas seulement contre l\u2019humidit\u00e9. Il pr\u00e9serve l\u2019esth\u00e9tique de l\u2019installation, maintient les performances thermiques dans le temps et r\u00e9duit le risque de remplacement pr\u00e9matur\u00e9. Durabilit\u00e9 et design industriel se rejoignent au niveau du composant.<\/p>\n\n\n\n Dans les environnements off-highway et ext\u00e9rieurs exigeants, les composants qui l\u00e2chent en premier sont presque toujours ceux dont la protection environnementale a \u00e9t\u00e9 jug\u00e9e facultative.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n L\u2019\u00e9lectrification est le plus souvent pr\u00e9sent\u00e9e sous l\u2019angle de l\u2019impact environnemental : moins d\u2019\u00e9missions, moins de carburant, un fonctionnement plus propre. Ce sont des b\u00e9n\u00e9fices r\u00e9els et importants.<\/p>\n\n\n\n Dans les v\u00e9hicules compacts utilis\u00e9s en environnement exigeant \u2014 agriculture, construction, logistique du dernier kilom\u00e8tre, off-highway \u2014, la durabilit\u00e9 ne d\u00e9pend pas seulement des sources d\u2019\u00e9nergie. Elle d\u00e9pend tout autant de la robustesse et de la dur\u00e9e de vie. Un v\u00e9hicule qui dure dix ans et n\u00e9cessite peu de pi\u00e8ces de rechange a une empreinte environnementale fondamentalement diff\u00e9rente de celui qui demande de lourdes interventions avant trois ans.<\/p>\n\n\n\n Mais la durabilit\u00e9 r\u00e9elle d\u00e9pend aussi de la long\u00e9vit\u00e9 d\u2019un v\u00e9hicule, de sa fiabilit\u00e9 et de sa facilit\u00e9 d\u2019entretien. Un v\u00e9hicule qui exige des remplacements fr\u00e9quents de composants, ou dont la dur\u00e9e de vie est raccourcie par une architecture \u00e9lectrique inadapt\u00e9e, ne tient pas la promesse environnementale de l\u2019\u00e9lectrification.<\/p>\n\n\n\n Les v\u00e9hicules qui contribuent le plus \u00e0 la durabilit\u00e9 sur leur cycle de vie sont ceux qui sont construits pour durer.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Des publications \u00e0 la pratique<\/strong><\/p>\n\n\n\n Ces derni\u00e8res semaines, nous avons partag\u00e9 cette s\u00e9rie de r\u00e9alit\u00e9s sous forme de publications individuelles sur LinkedIn, avec le langage des \u00e9quipes d\u2019ing\u00e9nierie qui vivent ces d\u00e9fis au quotidien. Les r\u00e9actions ont confirm\u00e9 ce que nous pensions d\u00e9j\u00e0 : ces sch\u00e9mas sont largement reconnus parce qu\u2019ils sont largement v\u00e9cus.<\/p>\n\n\n\n L\u2019objectif de cet article n\u2019est pas de cataloguer des probl\u00e8mes, mais de rendre visible l\u2019invisible suffisamment t\u00f4t pour agir. Les d\u00e9cisions d\u2019architecture prises dans les premi\u00e8res semaines d\u2019un projet conditionnent tout ce qui suit. Des choix de fournisseurs faits sans tenir compte de la complexit\u00e9 d\u2019int\u00e9gration m\u00e8nent souvent aux nuits de d\u00e9bogage CAN et aux d\u00e9faillances de connecteurs qui apparaissent plus tard.<\/p>\n\n\n\n L\u2019exp\u00e9rience n\u2019\u00e9limine pas ces d\u00e9fis. Mais elle les rend visibles plus t\u00f4t \u2014 et cela change ce que l\u2019on peut faire.<\/p>\n\n\n\n1<\/strong><\/td> L\u2019\u00e9lectrification n\u2019est pas qu\u2019une cha\u00eene de traction \u2014 c\u2019est un syst\u00e8me \u00e9lectrique complet<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n La cha\u00eene de traction est la partie visible. Le syst\u00e8me est ce qui fait r\u00e9ussir ou \u00e9chouer le v\u00e9hicule.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n2<\/strong><\/td> Les d\u00e9cisions d\u2019architecture \u00e9lectrique d\u00e9finissent tout le projet<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n \n
Sur un projet de moto tout-terrain auquel nous avons particip\u00e9, le contr\u00f4leur moteur avait \u00e9t\u00e9 plac\u00e9 sous la zone des repose-pieds, expos\u00e9 \u00e0 l\u2019eau, aux projections et aux chocs. Le prot\u00e9ger a n\u00e9cessit\u00e9 une reconception m\u00e9canique, un c\u00e2blage plus complexe et du poids suppl\u00e9mentaire dans une zone critique. Des d\u00e9cisions d\u2019architecture prises t\u00f4t l\u2019auraient totalement \u00e9vit\u00e9.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n3<\/strong><\/td> L\u2019architecture de tension d\u00e9termine le comportement du syst\u00e8me \u2014 pas seulement la puissance<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n \n
Le choix de la tension doit \u00eatre une d\u00e9cision d\u2019ing\u00e9nierie, pas de marketing.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n4<\/strong><\/td> Le nombre de fournisseurs compte plus qu\u2019on ne le pense<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n \n
\n\n\n\n5<\/strong><\/td> Les contrats d\u2019approvisionnement comptent plus que les ing\u00e9nieurs ne le pensent<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Des contrats bien structur\u00e9s, r\u00e9dig\u00e9s avec l\u2019exp\u00e9rience de la fa\u00e7on dont ces projets \u00e9voluent r\u00e9ellement, ne sont pas une formalit\u00e9 juridique. Ce sont un outil de ma\u00eetrise des risques du projet.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n6<\/strong><\/td> La connectique et les batteries amovibles m\u00e9ritent bien plus d\u2019attention qu\u2019elles n\u2019en re\u00e7oivent<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Sur plusieurs de nos premiers projets de v\u00e9hicules \u00e9lectriques, les connecteurs des batteries amovibles se sont d\u00e9grad\u00e9s bien plus t\u00f4t que pr\u00e9vu. M\u00eame des connecteurs de marques reconnues ont surchauff\u00e9 apr\u00e8s des cycles d\u2019insertion r\u00e9p\u00e9t\u00e9s lorsque le concept n\u2019avait pas \u00e9t\u00e9 suffisamment surdimensionn\u00e9 pour la fr\u00e9quence d\u2019usage r\u00e9elle. La sp\u00e9cification semblait ad\u00e9quate. Le terrain a dit le contraire.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n7<\/strong><\/td> L\u2019effort d\u2019essais est syst\u00e9matiquement sous-estim\u00e9<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n \n
\n\n\n\n8<\/strong><\/td> La CEM est souvent d\u00e9couverte trop tard<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n \n
M\u00eame lorsque le probl\u00e8me de CEM vient d\u2019un composant pr\u00e9cis, c\u2019est tout le programme v\u00e9hicule qui en absorbe le co\u00fbt.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n9<\/strong><\/td> Les petits d\u00e9tails des composants ont un effet disproportionn\u00e9 sur la durabilit\u00e9 du syst\u00e8me<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n10<\/strong><\/td> La robustesse fait partie de la durabilit\u00e9<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n Concevoir des architectures robustes et des composants durables est \u00e0 la fois une responsabilit\u00e9 d\u2019ing\u00e9nierie et une responsabilit\u00e9 ESG.<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n