Comment l’électronique de puissance représente le véritable enjeu du véhicule électrique ?
Alors que la pression se fait de plus en plus forte sur les constructeurs avec la fin du véhicule thermique, le sujet de l’électrique et les tensions sur certaines matières ne cessent de grandir. Après le Covid-19, à l’origine de la pénurie de semi-conducteurs), après les hausses matières, des coûts logistiques et de l’énergie, un autre enjeu est à prendre en compte dans la production des véhicules électriques, et il s’agit de l’électronique de puissance.
SNECI tente de répondre à la question suivante. Qu’est-ce que l’électronique de puissance, à quoi cela sert et en quoi cela représente un enjeu pour le véhicule électrique, autant de questions auxquelles nous allons tenter de répondre aujourd’hui.
Définition de l’électronique de puissance :
Dans un véhicule électrique, il y a plus de composants électroniques que dans un modèle thermique.
L’électronique de puissance est l’une des branches de l’électrotechnique qui concerne les dispositifs (convertisseurs) permettant de changer la forme de l’énergie électrique.
Elle comprend l’étude, la réalisation et la maintenance :
- des composants électroniques utilisés en forte puissance
- des structures des convertisseurs
- de la commande de ces convertisseurs
- des applications industrielles de ces convertisseurs
L’électronique de puissance occupe une place de plus en plus importante dans l’automobile et plus particulièrement pour ce qui concerne le véhicule électrique.
C’est l’élément clé de l’onduleur de traction, du convertisseur DC/DC pour le réseau de bord et du chargeur de batterie.
Usage & enjeux de l’électronique de puissance
Où retrouver l’électronique de puissance dans le véhicule électrique :
L’électronique de puissance indispensable pour les onduleurs, convertisseur de puissance DC/DC et chargeur de batterie joue un rôle clé dans le pilotage du moteur, la gestion de l’énergie (que cela soit pour la conduite comme au freinage) ainsi que dans la vitesse de charge.
Les enjeux des Nouvelles Électroniques de Puissance sont :
- La réduction significative des coûts
- L’augmentation de la compacité volumique
- Un refroidissement plus efficace
La France & l’électronique de puissance
France aurait les atouts suffisant pour capter ce marché à l’échelle de l’Europe d’ici 2030, d’après une conférence organisée par la Fédération des industries électriques, électroniques et de communication (FIEEC.)
En effet, l’électronique de puissance dans l’électrique est l’une des compétences que la France possède aussi bien dans le public que dans le privé. Avec 35 laboratoires de recherche (comptant plus de 800 chercheurs) et 24 centres de R&D travaillent sur cette thématique, la France pourrait capter un quart du marché de l’électronique de puissance.
D’ailleurs les différents laboratoires et centres de recherche planchent sur les nouveaux composants à base de carbure de silicium et de nitrate de gallium. Ces derniers devraient aider à réduire la taille des composants tout en permettant une tension plus élevée.
En 2020, la filière électronique (ACSIEL) et la filière automobile (PFA, FIEV, SIA, pôles de compétitivité) ont décidé de se mobiliser ensemble avec l’ambition de construire une équipe de France de l’électronique de puissance. L’ambition était simple et commune à savoir faire de la France un leader mondial en matière d’électronique de puissance.
D’ailleurs Le programme « Electronique de puissance », créé en juin 2020, vise à préserver les capacités d’innovation en France et à répondre aux grandes mutations du secteur automobile, dans un contexte où la crise économique amène l’ensemble des acteurs à adopter des mesures d’économie et notamment sur la R&D. Dans le cadre du 4eme Programme d’Investissement d’Avenir 4 (2021-2025), ce sont plus de 15 millions d’euros qui ont été engagés dès 2020 et alloués au programme de R&D électronique de puissance portés par les constructeurs nationaux (Renault, Stellantis), des équipementiers (Valeo, Vitesco) et des fabricants de semi-conducteurs (STMicroelectronics, Soitec).
Pour aller plus loin et compte tenu des pénuries de semi-conducteurs, des hausses matières…le 12 juillet dernier, le gouvernement Français dans le cadre de France 2030 a présenté le 12 juillet, son plan d’investissement pour l’électronique. Au programme, développement de la filière industrielle, recherche et innovation ou encore soutien à la formation.
C’est l’objectif de la stratégie pour l’électronique portée par France 2030 et dévoilée le 12 juillet 2022.
Au total, ce sont plus de 5 milliards d’euros qui sont consacrés dans France 2030 au développement et à l’industrialisation de technologies électroniques. Cette enveloppe doit permettre de répondre aux besoins des industries françaises dans le cadre des transitions numériques et écologiques, autour de trois grands axes :
- Le développement des capacités de production et l’industrialisation de technologies innovantes : Éviter les tensions d’approvisionnement en composants qui affectent directement les entreprises françaises. C’est la situation que le Gouvernement souhaite bloquer à tout prix. Pour faire face à cette problématique, la stratégie pour l’électronique propose de soutenir l’industrialisation des technologies électroniques en France et, plus globalement, viser une augmentation des capacités de production de l’ordre de 90 % dès 2026-2027.
- La recherche et l’innovation pour préparer les prochaines ruptures : À travers France 2030, le Gouvernement souhaite soutenir l’innovation et la recherche exploratoire dans le secteur de la fabrication électronique. Le but, augmenter le potentiel des technologies électroniques qui doivent permettre de répondre aux différents objectifs de France 2030. Parmi ceux-ci, par exemple, les objectifs de transition écologique qui exigent de réaliser des gains considérables de performance et de sobriété des systèmes électroniques.
- Le soutien à la formation et au développement des compétences : Alors que la filière électronique française est en pleine croissance et doit connaître dans les années à venir un besoin accru en recrutement, à tous les niveaux de formation, celle-ci peine aujourd’hui à recruter. Elle souffre, par ailleurs, d’un déficit de visibilité et d’attractivité auprès des plus jeunes. La stratégie pour l’électronique vise ainsi à soutenir l’accroissement des capacités de formation pour accompagner les besoins en compétences dans l’ensemble de la filière. 50 millions d’euros seront ainsi consacrés au soutien de projets de développement de la formation et des compétences
Concrètement que font les industriels de l’automobile :
Valeo et le CEA coopèrent dans la recherche avancée
Valeo, l’équipementier français et le CEA (Commissariat à l’Energie Atomique : un acteur majeur de la recherche, spécialiste entre autres de la transition énergétique) coopèrent ensemble pour mener des travaux de recherche avancée sur des technologies électroniques innovantes.
L’objectif est d’améliorer l’autonomie des véhicules électriques, d’optimiser la chaîne de traction et de réduire le poids de l’électronique de puissance embarquée.
Cette coopération permettra à Valeo faire profiter le CEA de son expérience dans l’électrification, et quant au CEA , celui-ci pourra apporter ses connaissances en microélectronique et matériaux, ainsi que dans le numérique afin de simuler et optimiser les systèmes de conversion.
Le constructeur Français Renault s’allie à l’allemand Vitesco
De son côté, Renault s’allie à Vitesco afin de développer un concept d’électronique de puissance unique sur le marché sous la forme d’un boîtier unique (« One Box »)
L’objectif est de créer une unité électronique qui combine tous les composants : le convertisseur DC-DC, le chargeur embarqué et l’onduleur. Ainsi ce concept permettra un gain de compacité conséquent (-45 % en termes de volume) réduisant par la même occasion la masse au passage.
De ce fait, les futurs véhicules électriques de Renault pourront proposer plus d’habitabilité et de confort pour les passagers. Les configurations et l’assemblage des différents composants de base seront adaptés aux types de motorisations (électrique ou hybrides). A noter que le développement de cette « One Box » est prévu à partir de 2026.
De plus, Vitesco Technologies fournira à Renault une « High Voltage Box », qui combinera le convertisseur DC/DC et le chargeur, pour les véhicules électriques à batterie à partir de 2025.
L’occasion pour Renault de renforcer sa maitrise de la chaine de valeur électrique et d’ancrer un peu plus en France les développements électroniques, technologiques et industriels du véhicule électrique.
Sef Power rachète son compatriote CNB Electronique
Grâce à cette acquisition, SEF Power œuvre pour une stratégie de croissance en électronique de puissance.
SEF Power, PME spécialisée dans le développement et la fabrication d’équipements critiques pour la maintenance ferroviaire et la fourniture de faisceaux d’attelage pour l’automobile a racheté CNB Electronique, un fabricant français d’alimentations à découpage et linéaire haute performance et de forte puissance destinées, principalement, au marché de la défense et de la recherche.
Le groupe résultant entend proposer des prestations de conception et de production de systèmes électroniques pour environnements exigeants grâce à ses équipes de conceptions, de réalisation made in France (CMS, traversant, filaire), de tests et de support clients, selon les normes ISO9001 et EN9100.
ACTIA, ALL CIRCUITS ET LACROIX unis sur un projet de technologies d’assemblage pour l’électronique de puissance
Actia, All Circuits et Lacroix, les trois principaux sous-traitants électroniques français positionnés sur le marché automobile, se sont unis pour lancer le projet PREMS (PoweR Electronic Manufacturing Services) afin d’accélérer la fabrication en France de l’électronique de puissance des prochaines générations de véhicule électrique.
Avec un budget de 2,25 millions d’euros pris en charge à part égale entre les partenaires du projet, PREMS bénéficie du soutien du programme Electronique de Puissance et du financement de France Relance.
La coordination et le pilotage du projet sont confiés au « Centre technique We Network » qui anime à Angers depuis 2016 les projets de coopération de la filière d’assemblage électronique en France.
