En 2021, les ventes mondiales de véhicules électriques représenteront 9 % des ventes totales de voitures particulières.
Pour augmenter ce chiffre, en plus d’investir massivement dans de nouveaux paysages commerciaux pour accélérer le développement, la fabrication et la promotion de l’électrification, les constructeurs automobiles et les fournisseurs se creusent également la tête pour préparer la prochaine génération de composants de véhicules.
Les exemples incluent les batteries à semi-conducteurs, les moteurs à flux axial et les systèmes électriques de 800 volts qui promettent de réduire de moitié les temps de charge, de réduire considérablement la taille et le coût des batteries et d'améliorer l'efficacité de la transmission.
Jusqu'à présent, seule une poignée de nouvelles voitures ont utilisé un système de 800 volts au lieu des 400 habituels.
Parmi les modèles déjà commercialisés équipés d'un système 800 volts figurent la Porsche Taycan, l'Audi E-tron GT, la Hyundai Ioniq 5 et la Kia EV6. La limousine Lucid Air utilise une architecture 900 volts, bien que les experts du secteur estiment qu'il s'agit techniquement d'un système 800 volts.
Du point de vue des fournisseurs de composants pour véhicules électriques, l'architecture de batterie de 800 volts sera la technologie dominante d'ici la fin des années 2020, d'autant plus que de plus en plus de plateformes entièrement électriques dédiées à l'architecture de 800 volts émergent, telles que l'E-GMP de Hyundai et le PPE du groupe Volkswagen.
La plateforme électrique modulaire E-GMP de Hyundai Motor est fournie par Vitesco Technologies, une société spécialisée dans les groupes motopropulseurs issue de Continental AG, pour fournir des onduleurs de 800 volts ; la plateforme PPE de Volkswagen Group est une architecture de batterie de 800 volts développée conjointement par Audi et Porsche. Plateforme modulaire pour véhicules électriques.
« D'ici 2025, les modèles équipés de systèmes 800 volts seront plus courants », a déclaré Dirk Kesselgruber, président de la division transmission électrique de GKN, une société de développement technologique. GKN est également l'un des fournisseurs de premier rang à utiliser cette technologie, fournissant des composants tels que des essieux électriques 800 volts, avec pour objectif une production de masse en 2025.
Il a déclaré à Automotive News Europe : « Nous pensons que le système 800 volts deviendra courant. Hyundai a également prouvé qu'il pouvait être tout aussi compétitif en termes de prix. »
Aux États-Unis, le Hyundai IQNIQ 5 démarre à 43 650 $, ce qui est plus raisonnable que le prix moyen de 60 054 $ pour les véhicules électriques en février 2022, et peut être accepté par davantage de consommateurs.
« 800 volts est la prochaine étape logique dans l'évolution des véhicules purement électriques », a déclaré Alexander Reich, responsable de l'électronique de puissance innovante chez Vitesco, dans une interview.
Outre la fourniture d'onduleurs de 800 volts pour la plateforme électrique modulaire E-GMP de Hyundai, Vitesco a remporté d'autres contrats majeurs, notamment des onduleurs pour un grand constructeur automobile nord-américain et deux véhicules électriques de premier plan en Chine et au Japon. Le fournisseur fournit le moteur.
Le segment des systèmes électriques 800 volts connaît une croissance plus rapide que prévu il y a quelques années, et la clientèle est de plus en plus forte, a déclaré par courriel Harry Husted, directeur technique du fournisseur américain de pièces détachées automobiles BorgWarner. Le fournisseur a également remporté quelques commandes, notamment un module d'entraînement intégré pour une marque de luxe chinoise.
1. Pourquoi 800 volts sont-ils la « prochaine étape logique » ?
Quels sont les points forts du système 800 volts par rapport au système 400 volts existant ?
Premièrement, elles peuvent fournir la même puissance avec un courant plus faible. Augmentez le temps de charge de 50 % avec la même taille de batterie.
En conséquence, la batterie, le composant le plus cher d’un véhicule électrique, peut être réduite, ce qui augmente l’efficacité tout en réduisant le poids total.
Otmar Scharrer, vice-président senior en charge des technologies de motorisation électrifiée chez ZF, a déclaré : « Le coût des véhicules électriques n’atteint pas encore celui des véhicules à essence, et une batterie plus petite serait une bonne solution. De plus, avoir une batterie de très grande capacité dans un modèle compact grand public comme l’Ioniq 5 n’a pas de sens en soi. »
« En doublant la tension et en conservant le même courant, la voiture peut obtenir deux fois plus d'énergie », explique Reich. « Si le temps de charge est suffisamment rapide, la voiture électrique n'aura peut-être pas besoin de perdre du temps à parcourir 1 000 kilomètres d'autonomie. »
Deuxièmement, comme des tensions plus élevées fournissent la même puissance avec moins de courant, les câbles et les fils peuvent également être plus petits et plus légers, réduisant ainsi la consommation de cuivre coûteux et lourd.
La perte d'énergie sera également réduite en conséquence, ce qui se traduira par une meilleure endurance et de meilleures performances du moteur. De plus, aucun système complexe de gestion thermique n'est requis pour garantir le fonctionnement optimal de la batterie.
Enfin, associé à la technologie émergente des micropuces en carbure de silicium, le système 800 volts peut augmenter le rendement du groupe motopropulseur jusqu'à 5 %. Cette puce perd peu d'énergie lors des commutations et est particulièrement efficace pour le freinage régénératif.
Comme les nouvelles puces en carbure de silicium utilisent moins de silicium pur, leur coût pourrait être inférieur et davantage de puces pourraient être fournies à l'industrie automobile, ont déclaré les fournisseurs. Comme d'autres industries ont tendance à utiliser des puces entièrement en silicium, elles concurrencent les constructeurs automobiles sur la chaîne de production de semi-conducteurs.
« En conclusion, le développement de systèmes de 800 volts est crucial », conclut Kessel Gruber de GKN.
2. Disposition du réseau de bornes de recharge de 800 volts
Voici une autre question : la plupart des bornes de recharge existantes sont basées sur le système 400 volts, y a-t-il vraiment un avantage pour les voitures utilisant le système 800 volts ?
La réponse des experts du secteur est oui. Cependant, le véhicule nécessite une infrastructure de recharge de 800 volts.
« La plupart des infrastructures de recharge rapide CC existantes sont destinées aux véhicules de 400 volts », a déclaré Hursted. « Pour atteindre une recharge rapide de 800 volts, nous avons besoin de la dernière génération de chargeurs rapides CC haute tension et haute puissance. »
Ce n'est pas un problème pour la recharge à domicile, mais jusqu'à présent, les réseaux de recharge publics les plus rapides aux États-Unis sont limités. Reich pense que le problème est encore plus complexe pour les bornes de recharge sur autoroute.
En Europe, cependant, les réseaux de recharge de 800 volts sont en plein essor, et Ionity dispose d'un certain nombre de points de recharge sur autoroute de 800 volts et 350 kilowatts à travers l'Europe.
Ionity EU est un projet de partenariat multi-constructeurs visant à créer un réseau de bornes de recharge haute puissance pour véhicules électriques. Fondé par le groupe BMW, Daimler AG, Ford Motor et Volkswagen, il a vu son adhésion en 2020, avec l'arrivée de Hyundai Motor comme cinquième actionnaire.
« Un chargeur de 800 volts et 350 kilowatts permet une recharge de 100 kilomètres en 5 à 7 minutes », explique Schaller de ZF. « C'est juste une tasse de café. »
« C'est une technologie véritablement disruptive. Elle aidera également l'industrie automobile à convaincre davantage de personnes d'adopter les véhicules électriques. »
Selon un rapport récent de Porsche, il faut environ 80 minutes pour ajouter 250 miles d'autonomie dans une station d'alimentation typique de 50 kW, 400 V ; 40 minutes si elle est de 100 kW ; si l'on refroidit la prise de charge (coûts, poids et complexité), ce qui peut encore réduire le temps à 30 minutes.
« Par conséquent, pour atteindre une charge plus rapide, une transition vers des tensions plus élevées est inévitable », conclut le rapport. Porsche estime qu'avec une tension de charge de 800 volts, le temps de charge serait ramené à environ 15 minutes.
Recharger est aussi simple et rapide que faire le plein : il y a de fortes chances que cela se produise.
3. Pionniers dans les industries conservatrices
Si la technologie 800 volts est si bonne, il convient de se demander pourquoi, à l'exception des modèles mentionnés ci-dessus, presque tous les véhicules électriques sont encore basés sur des systèmes 400 volts, même les leaders du marché Tesla et Volkswagen.
Schaller et d’autres experts attribuent ces raisons à la « commodité » et au fait d’être une première dans le secteur.
Une maison typique utilise 380 volts de courant alternatif triphasé (la tension est en fait une plage, et non une valeur fixe). Ainsi, lorsque les constructeurs automobiles ont commencé à déployer des hybrides rechargeables et des véhicules 100 % électriques, l'infrastructure de recharge existait déjà. La première vague de véhicules électriques a été construite à partir de composants développés pour les hybrides rechargeables, basés sur des systèmes de 400 volts.
« Quand tout le monde est branché à 400 volts, c'est le niveau de tension disponible partout dans l'infrastructure », a déclaré Schaller. « C'est le plus pratique, c'est immédiatement disponible. Les gens n'hésitent pas trop. Ils décident immédiatement. »
Kessel Gruber attribue à Porsche le mérite d'être le pionnier du système 800 volts, car il se concentrait davantage sur les performances que sur l'aspect pratique.
Porsche ose réévaluer les acquis du passé. Il se demande : « Est-ce vraiment la meilleure solution ? » « Peut-on la concevoir de toutes pièces ? » C’est là tout l’intérêt d’être un constructeur automobile de haute performance.
Les experts du secteur s'accordent à dire que ce n'est qu'une question de temps avant que davantage de véhicules électriques de 800 volts n'arrivent sur le marché.
Il n’y a pas beaucoup de défis techniques, mais des pièces doivent être développées et validées ; le coût peut être un problème, mais avec l’échelle, des cellules plus petites et moins de cuivre, le faible coût arrivera bientôt.
Volvo, Polestar, Stellantis et General Motors ont déjà déclaré que les futurs modèles utiliseront cette technologie.
Le groupe Volkswagen prévoit de lancer une gamme de voitures sur sa plateforme PPE 800 volts, notamment un nouveau Macan et un break basé sur le nouveau concept A6 Avant E-tron.
Un certain nombre de constructeurs automobiles chinois ont également annoncé leur passage à l'architecture 800 volts, notamment Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD et Lotus, propriété de Geely.
« Avec la Taycan et l'E-tron GT, vous disposez d'un véhicule aux performances de pointe. L'Ioniq 5 est la preuve qu'une voiture familiale abordable est possible », conclut Kessel Gruber. « Si ces quelques voitures y parviennent, alors toutes les voitures le peuvent. »
Date de publication : 19 avril 2022