Le convertisseur dans le domaine de la mobilité électrique et les exigences relatives aux connecteurs
Gestion de l'énergie et alimentation électrique intelligente
Les systèmes de gestion de batterie et l'électronique de puissance jouent un rôle clé dans la mobilité électrique, car ils relient entre eux les différents composants du véhicule électrique. La fonction de connexion au sein des onduleurs est assurée par les connecteurs. Ceux-ci doivent être capables de contrôler et de transmettre les signaux, les données et les courants élevés de manière fiable, sûre, rapide et sans perte, malgré des conditions d'utilisation exigeantes. Pour cela, les connecteurs doivent répondre à certaines exigences en matière de résistance à la température, de compacité et de flexibilité, ainsi que de performances et de robustesse.
Contexte : la transition vers la mobilité électrique
Ces dernières années, l'industrie automobile a connu une transition vers la mobilité électrique.
Cette transition se traduit par une augmentation de la production de véhicules électriques (VE) et des ventes, ainsi que par le développement des infrastructures de recharge pour ces véhicules. La demande des consommateurs pour des options de transport plus durables ne cesse de croître. De même, d'importants investissements ont été réalisés dans la technologie des batteries afin de réaliser des progrès en matière d'autonomie, de performances et de coûts des véhicules électriques. Les incitations gouvernementales en faveur de l’adoption des véhicules électriques, les engagements des constructeurs automobiles à abandonner le moteur à combustion, ainsi que le renforcement des réglementations en matière d’émissions continuent de dynamiser cette transition.
En conséquence, les constructeurs automobiles traditionnels augmentent leur production de véhicules électriques.
Cette transition se traduit par une augmentation de la production de véhicules électriques (VE) et des ventes, ainsi que par le développement des infrastructures de recharge pour ces véhicules. La demande des consommateurs pour des options de transport plus durables ne cesse de croître. De même, d'importants investissements ont été réalisés dans la technologie des batteries afin de réaliser des progrès en matière d'autonomie, de performances et de coûts des véhicules électriques. Les incitations gouvernementales en faveur de l’adoption des véhicules électriques, les engagements des constructeurs automobiles à abandonner le moteur à combustion, ainsi que le renforcement des réglementations en matière d’émissions continuent de dynamiser cette transition.
En conséquence, les constructeurs automobiles traditionnels augmentent leur production de véhicules électriques.
Onduleur dans une voiture électrique
Dans les véhicules électriques, les onduleurs assurent l'alimentation électrique intelligente et la gestion de l'énergie. Ils relient la batterie du véhicule électrique aux consommateurs électriques du véhicule et, lors du processus de recharge, au réseau électrique public. Cela nécessite différents niveaux de tension.
On utilise principalement deux types d'onduleurs dans les voitures électriques : les onduleurs CC/CC et les onduleurs CA/CC. Les onduleurs CC/CC modifient la tension d'un courant continu. Les onduleurs CA/CC (onduleurs ou convertisseurs) transforment le courant continu en courant alternatif ou inversement. Les onduleurs convertissent donc l'énergie électrique en tension et en forme d'onde adaptées au consommateur concerné afin de garantir une performance optimale.
Dans un véhicule électrique, les onduleurs assurent ainsi une transmission efficace entre la batterie et le moteur électrique afin de garantir une autonomie maximale. De plus, les onduleurs doivent remplir diverses fonctions de protection afin de préserver la voiture électrique et ses composants contre les surcharges, les surtensions et la surchauffe. Globalement, les onduleurs contribuent au fonctionnement sûr, efficace et fiable de la voiture électrique et lui permettent d'atteindre des performances élevées.
On utilise principalement deux types d'onduleurs dans les voitures électriques : les onduleurs CC/CC et les onduleurs CA/CC. Les onduleurs CC/CC modifient la tension d'un courant continu. Les onduleurs CA/CC (onduleurs ou convertisseurs) transforment le courant continu en courant alternatif ou inversement. Les onduleurs convertissent donc l'énergie électrique en tension et en forme d'onde adaptées au consommateur concerné afin de garantir une performance optimale.
Dans un véhicule électrique, les onduleurs assurent ainsi une transmission efficace entre la batterie et le moteur électrique afin de garantir une autonomie maximale. De plus, les onduleurs doivent remplir diverses fonctions de protection afin de préserver la voiture électrique et ses composants contre les surcharges, les surtensions et la surchauffe. Globalement, les onduleurs contribuent au fonctionnement sûr, efficace et fiable de la voiture électrique et lui permettent d'atteindre des performances élevées.
Exigences relatives aux onduleurs
Les onduleurs doivent répondre à de nombreuses exigences. Parmi celles-ci figurent notamment la compatibilité, l'intégrabilité et l'efficacité. Cela signifie que les onduleurs doivent être compatibles avec les autres systèmes de la voiture électrique, tels que la batterie, le moteur électrique et l'unité de commande. De plus, les onduleurs doivent être faciles à intégrer afin de simplifier l'assemblage de la voiture électrique et de permettre des économies de temps et d'argent. De plus, un rendement élevé est indispensable pour permettre de grandes autonomies. La fiabilité, la rentabilité et la protection
contre les surcharges doivent également être assurées. Un fonctionnement fiable est nécessaire pour garantir une performance stable permettant une conduite sûre et sans interruption. Les onduleurs doivent être abordables pour répondre aux exigences économiques de la voiture électrique. De même, les onduleurs doivent être équipés d'une protection contre les surcharges afin d'éviter les surcharges et les surtensions et de protéger la voiture électrique et ses composants.
En ce qui concerne les exigences techniques, la résistance à la température, la compacité, la performance et la robustesse jouent un rôle central. Ainsi, les onduleurs doivent :
contre les surcharges doivent également être assurées. Un fonctionnement fiable est nécessaire pour garantir une performance stable permettant une conduite sûre et sans interruption. Les onduleurs doivent être abordables pour répondre aux exigences économiques de la voiture électrique. De même, les onduleurs doivent être équipés d'une protection contre les surcharges afin d'éviter les surcharges et les surtensions et de protéger la voiture électrique et ses composants.
En ce qui concerne les exigences techniques, la résistance à la température, la compacité, la performance et la robustesse jouent un rôle central. Ainsi, les onduleurs doivent :
- fonctionner dans une large plage de températures et être stables pour pouvoir être utilisés dans un
- véhicule ; être compacts et légers, car tout poids supplémentaire réduit l'autonomie d'une voiture
- électrique ; offrir des performances élevées en matière de transmission d'électricité et de données afin de répondre aux besoins du moteur électrique
- et des autres systèmes ; résister aux influences environnementales, aux chocs et aux vibrations, tant lors du processus d’installation et de montage que lors de l’assemblage automatisé et en service.
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Exigences relatives aux connecteurs dans l'onduleur
Les onduleurs relient les différents composants du véhicule, tels que la batterie et le moteur électrique. Pour cela, ils doivent répondre aux exigences mentionnées ci-dessus afin de transmettre les données et les courants en temps réel et de manière fiable.
La fonction de connexion entre les circuits imprimés à l'intérieur des onduleurs est assurée par les connecteurs. Ces connecteurs doivent transmettre les signaux, les données et les courants de manière fiable, sûre, rapide et sans perte, malgré les conditions environnementales difficiles. Les connecteurs sont donc soumis à des exigences de qualité comparables.
La fonction de connexion entre les circuits imprimés à l'intérieur des onduleurs est assurée par les connecteurs. Ces connecteurs doivent transmettre les signaux, les données et les courants de manière fiable, sûre, rapide et sans perte, malgré les conditions environnementales difficiles. Les connecteurs sont donc soumis à des exigences de qualité comparables.
Résistance à la température
Les matériaux utilisés pour les connecteurs doivent résister à des températures élevées, car les conditions d'utilisation dans les véhicules l'exigent. Lors du choix du connecteur approprié, il existe une grande variété de matières plastiques disponibles pour le corps isolant. Le LCP (polymères à cristaux liquides) présente toutefois d'excellentes propriétés dans ce domaine. Un corps isolant en LCP se distingue par une stabilité dimensionnelle et thermique exceptionnelle, une grande rigidité, même pour les composants à parois minces, et un faible coefficient de dilatation thermique linéaire. La classe d'inflammabilité UL 94 V-0 permet des températures de fonctionnement de -55 °C à +125 °C pour les connecteurs dotés de corps isolants en LCP.
Compacité et flexibilité
Les connecteurs à pas réduit sont particulièrement adaptés à une utilisation dans les onduleurs, car ils sont peu encombrants, ne nécessitent qu’un espace réduit sur le circuit imprimé et répondent ainsi aux exigences de compacité. On utilise par exemple des systèmes avec un pas de 1,27 mm, 0,8 mm ou 0,5 mm. Outre la compacité, ces connecteurs doivent pouvoir s'adapter à des exigences variées : hauteurs de montage, nombre de pôles ou disposition des circuits imprimés. Avec des solutions telles que le One27 d'ept, la large gamme de versions permet d'effectuer des liaisons entre circuits imprimés en configuration parallèle, horizontale ou perpendiculaire, ainsi que de raccorder des câbles plats au circuit imprimé.
Le système de contact adapté :
le One27 d'ept permet de réaliser en continu des espacements horizontaux entre circuits imprimés allant de 8 mm à 20 mm. Cela est rendu possible grâce à la conception de la face d'enfichage, qui présente un recouvrement de contact de 2,4 mm. L'utilisation d'un raccordement par câble permet, selon l'application, de compenser les tolérances dans toutes les directions et de réaliser les espacements entre circuits imprimés requis au cas par cas.
Vous trouverez ici de plus amples informations sur le produit :
One27 »
le One27 d'ept permet de réaliser en continu des espacements horizontaux entre circuits imprimés allant de 8 mm à 20 mm. Cela est rendu possible grâce à la conception de la face d'enfichage, qui présente un recouvrement de contact de 2,4 mm. L'utilisation d'un raccordement par câble permet, selon l'application, de compenser les tolérances dans toutes les directions et de réaliser les espacements entre circuits imprimés requis au cas par cas.
Vous trouverez ici de plus amples informations sur le produit :
One27 »
performance
De bonnes propriétés d'intégrité du signal, qui garantissent la qualité de la transmission des données entre l'émetteur et le récepteur, ainsi que la protection des signaux, constituent une condition préalable indispensable à l'utilisation dans les onduleurs. En effet, les données transmises par le connecteur permettent à l'onduleur de transmettre des données de manière intelligente et en temps réel aux consommateurs connectés. La qualité de la transmission des données dépend de trois critères :
- La courbe d'impédance : dès que l'impédance varie dans le trajet de transmission, le signal est réfléchi, ce qui détériore la qualité de la transmission des données. Un simple changement de matériau ou de géométrie peut déjà entraîner une variation de l’impédance.
- L’atténuation d’insertion : ce paramètre permet d’évaluer si le récepteur est capable d’identifier sans ambiguïté un signal sur l’ensemble du trajet de transmission. Si l'on prend comme critère pour le débit de données du connecteur Zero8 d'ept (connecteur SMT au pas de 0,8 mm avec technologie ScaleX) une valeur typique d'atténuation d'insertion de -3 dB, on obtient à 8 GHz un débit de transmission d'au moins 16 Gbit/s.
- La diaphonie lors de la transmission du signal : la diaphonie est l’interférence indésirable d’un signal par un signal circulant sur une autre ligne ; on distingue la diaphonie de proximité et la diaphonie à distance selon la nature de cette interférence. L’intensité de la diaphonie dépend en grande partie de l’affectation des signaux et des masses.
Les propriétés d'intégrité du signal d'un connecteur peuvent être considérablement améliorées grâce à une protection CEM (compatibilité électromagnétique). La compatibilité électromagnétique désigne la capacité d'un appareil technique à ne pas être perturbé par des effets électriques ou électromagnétiques, qu'ils soient intentionnels ou non, ni à en perturber d'autres. Les perturbations électromagnétiques au niveau des connecteurs peuvent être réduites grâce à un concept de blindage. L'inductance de couplage simule le connecteur à la fois comme source de perturbations et comme puits de perturbations. À l'aide des dégradés de couleurs et des valeurs de l'inductance de couplage, on peut clairement voir l'effet du concept de blindage dans l'illustration suivante.
L'utilisation du connecteur blindé zero8 permet de rapprocher les sources de perturbations et les puits de perturbations sur le circuit imprimé, et d'atteindre des classes de puissance supérieures pour l'appareil électrique lors des essais de rafales et de surtensions prescrits.
Outre les propriétés d'intégrité du signal, la capacité de conduction de courant d'un connecteur pour la transmission de puissance constitue également une compétence clé importante. Les courbes de capacité de charge permettent de déterminer la quantité de courant pouvant être acheminée par un contact à une température ambiante donnée, afin de ne pas dépasser la température limite maximale admissible du composant. La courbe de déclassement suivante montre, à titre d'exemple, comment le connecteur Zero8 présente des valeurs de courant par contact différentes en fonction du nombre de pôles et du nombre de contacts conducteurs.
Comme le montre la figure, un connecteur à 12 broches (courbe bleue) atteint une meilleure capacité de transport de courant par rapport à un connecteur à 80 broches (courbe verte). Cela s'explique par une formation moindre de points chauds à l'intérieur des connecteurs à faible nombre de pôles : la chaleur produite y est moindre et peut être mieux répartie. La dissipation thermique est encore meilleure lorsque le courant ne circule que sur une petite partie des contacts (courbe rouge).
Comme le montre la figure, un connecteur à 12 broches (courbe bleue) atteint une meilleure capacité de transport de courant par rapport à un connecteur à 80 broches (courbe verte). Cela s'explique par une formation moindre de points chauds à l'intérieur des connecteurs à faible nombre de pôles : la chaleur produite y est moindre et peut être mieux répartie. La dissipation thermique est encore meilleure lorsque le courant ne circule que sur une petite partie des contacts (courbe rouge).
robustesse
Dans le cas des connecteurs SMT, la robustesse d'un connecteur se manifeste par exemple dans la conception du principe de contact entre le connecteur mâle et le connecteur femelle, avec une double mise en contact, dans la qualité du revêtement des contacts pour une usure de surface réduite, ou encore dans les pastilles de soudure, qui doivent être conçues pour permettre une formation optimale du ménisque. La robustesse des connecteurs SMT s’avère également cruciale lors de leur mise en œuvre et de leur manipulation. Lors de l’insertion proprement dite, des chanfreins d’insertion et une zone de retenue généreusement dimensionnée permettent une compensation élevée des tolérances et servent à faciliter au maximum la manipulation des connecteurs.
Dans un onduleur, les connecteurs sont exposés à des chocs et à des vibrations importants, car ils sont généralement placés à proximité du moteur. Les chocs et les vibrations compromettent la qualité du contact, qui doit être constant et sans perturbation, entre le circuit imprimé et le connecteur, ainsi qu'entre les connecteurs eux-mêmes. La technique d'insertion par pression (press-fit) permet, par exemple, d'obtenir une connexion fiable et durable entre un connecteur et le circuit imprimé. Cette technique vise à générer des forces de retenue aussi élevées que possible entre le connecteur et le circuit imprimé. En effet, ce sont ces forces de retenue qui déterminent la solidité de la liaison mécanique, laquelle doit à son tour résister aux chocs et aux vibrations. Cette technique de connexion est un procédé éprouvé dans lequel une broche d’insertion est enfoncée dans un trou du circuit imprimé ; la déformation mécanique de la broche permet d’obtenir une liaison mécanique étanche au gaz, résistante à la corrosion, à faible impédance et assurant une conduction électrique sûre, qui se prête également à l’encapsulation. La société ept GmbH propose des produits de catalogue ainsi que des solutions sur mesure utilisant cette technique d’assemblage.
Dans ce procédé, la broche à enfoncer présente une diagonale supérieure au diamètre du trou du circuit imprimé. La broche du connecteur est flexible dans la zone d’enfoncement, afin que le circuit imprimé ne soit ni déformé ni endommagé par les forces physiques exercées lors de l’opération d’enfoncement. La déformation se limite donc à la zone d’insertion. Au cours du processus d’insertion, une soudure à froid se forme entre la broche de contact et le trou métallisé du circuit imprimé, ce qui confère à la connexion une grande résistance mécanique sans soumettre le circuit imprimé à une contrainte thermique liée à un processus de soudure. Elle est en outre spécifiée dans la norme DIN EN 60352-5 et garantit un contact fiable même en cas de contraintes mécaniques et thermiques très élevées, telles que les vibrations, la flexion et les changements de température importants, tout en résistant à des chocs allant jusqu’à 200 g. Grâce à la technique d’insertion par pression, le connecteur flexilink d’ept se distingue par des caractéristiques de qualité particulières :
Dans ce procédé, la broche à enfoncer présente une diagonale supérieure au diamètre du trou du circuit imprimé. La broche du connecteur est flexible dans la zone d’enfoncement, afin que le circuit imprimé ne soit ni déformé ni endommagé par les forces physiques exercées lors de l’opération d’enfoncement. La déformation se limite donc à la zone d’insertion. Au cours du processus d’insertion, une soudure à froid se forme entre la broche de contact et le trou métallisé du circuit imprimé, ce qui confère à la connexion une grande résistance mécanique sans soumettre le circuit imprimé à une contrainte thermique liée à un processus de soudure. Elle est en outre spécifiée dans la norme DIN EN 60352-5 et garantit un contact fiable même en cas de contraintes mécaniques et thermiques très élevées, telles que les vibrations, la flexion et les changements de température importants, tout en résistant à des chocs allant jusqu’à 200 g. Grâce à la technique d’insertion par pression, le connecteur flexilink d’ept se distingue par des caractéristiques de qualité particulières :
- Faible effet de buse (c’est-à-dire déformation de la piste conductrice)
- Prévention des points de soudure froids et des courts-circuits dus à des ponts de soudure
- Haute résistance et robustesse associées à d'excellentes propriétés élastiques
- Facilité d'usinage garantie par une adaptation optimale à la technique de fabrication
- Reproductibilité fiable lors de la fabrication grâce au formage par
- estampage Répond aux exigences les plus élevées des principaux fabricants dans le domaine de l'électronique automobile Fiabilité
- et sécurité maximales éprouvées des milliards de fois
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