Électronique de puissance : la technologie invisible qui fait fonctionner la voiture électrique

À quoi sert l’électronique de puissance dans une voiture électrique ? 

 De la borne à la batterie, de la batterie au moteur et jusque dans les équipements du véhicule, l’électricité circule sous différentes formes et avec différentes caractéristiques : courant continu ou alternatif, niveau de tension, puissance. Elle doit donc être convertie et adaptée en permanence aux différents besoins du véhicule électrique.  

C’est là qu’intervient l’électronique de puissance. Elle agit comme le chef d'orchestre énergétique du véhicule : sa mission est de faire circuler l'électricité là où elle est nécessaire, sous la bonne forme, au bon moment et avec le moins de pertes possible.  

Transformer l'électricité en mouvement 

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, l'électricité qui circule dans un véhicule électrique n'est pas uniforme. Rentrons un peu dans le détail : l’électricité délivrée par une borne de recharge en courant alternatif doit d’abord être convertie en courant continu par un chargeur embarqué pour être stockée dans la batterie de traction du véhicule. Entre la batterie et le moteur, qui lui, est alimenté en courant alternatif, un onduleur réalise la conversion. Lors du freinage, le chemin s’inverse : l’énergie récupérée par le moteur électrique est reconvertie dans l’onduleur pour pouvoir être stockée dans la batterie.  

A chacune de ces étapes intervient l'électronique de puissance, pour convertir, distribuer et piloter les flux d'énergie. À chaque accélération, à chaque freinage régénératif, à chaque recharge, elle travaille en permanence en arrière-plan.  

Concrètement, qu’est-ce que cela change pour le conducteur ? En optimisant chaque conversion d’électricité, l’électronique de puissance permet de mieux utiliser l’énergie stockée dans la batterie. Elle contribue ainsi à l’autonomie du véhicule, à l’efficacité de la recharge et à la récupération d’énergie.

Rendement énergétique : quelques pourcents qui changent tout 

L'un des enjeux majeurs de l'électronique de puissance est l'efficacité. Chaque fois que l'électricité est transformée, par exemple pour passer de la batterie au moteur, et inversement, une partie de l'énergie est perdue, principalement sous forme de chaleur. Chacun a déjà constaté qu'un chargeur de téléphone pouvait chauffer pendant la recharge. À l'échelle d'un véhicule électrique, les puissances manipulées sont des milliers de fois plus importantes.  

Une amélioration de quelques points de rendement peut alors avoir un impact concret sur l'autonomie et la consommation d'énergie. C’est là qu’interviennent la chimie des matériaux et la technologie des semi-conducteurs, ces  composants capables de laisser passer ou de bloquer le courant électrique de manière contrôlée. Par exemple, l’utilisation dans un onduleur de semi-conducteurs à base de carbure de silicium (SiC) peut permettre de gagner près de deux points de rendement, et donc de limiter la déperdition d’énergie de cet onduleur. À capacité de batterie identique, le gain peut atteindre environ 10 km d'autonomie sur un véhicule comme Scenic E-Tech. 

Autrement dit, améliorer une voiture électrique ne consiste pas seulement à augmenter la capacité de sa batterie. Il s'agit aussi d'utiliser le plus efficacement possible l'énergie déjà embarquée.  

L'électronique de puissance contribue donc à rendre les véhicules électriques plus efficients, mais aussi plus polyvalents. C’est grâce à elle qu’on peut désormais proposer de nouvelles fonctionnalités comme la recharge bidirectionnelle : l’énergie peut non seulement entrer dans la batterie, mais aussi en ressortir vers la borne. Un véhicule connecté peut ainsi restituer de l’électricité au réseau lorsque cela est utile : c’est le principe du Vehicle-to-Grid, ou V2G. 

L’électronique de puissance, un enjeu stratégique pour l'industrie automobile 

Au-delà de la technologie elle-même, l'électronique de puissance est devenue un enjeu industriel majeur. Les convertisseurs et les logiciels qui les pilotent représentent aujourd'hui une brique essentielle d'un véhicule électrique.  

Pour les constructeurs automobiles, l'enjeu ne consiste donc plus seulement à intégrer de simples boîtiers électroniques dans le véhicule. Il s'agit de maîtriser les technologies qui déterminent leurs performances, depuis le choix des semi-conducteurs de puissance jusqu'à l'architecture des convertisseurs et les logiciels qui les pilotent. 

Vers une nouvelle génération de véhicules électriques 

L'histoire est loin d'être terminée. 

La prochaine étape consiste à intégrer davantage de fonctions dans un nombre réduit de modules électroniques. L'objectif est de gagner en efficacité, en compacité et en simplicité, tout en réduisant les coûts et la complexité du système.  

Demain, ces architectures permettront également d'introduire de nouvelles fonctionnalités, qu'il s'agisse d'optimiser la recharge rapide, de mieux gérer les batteries par temps froid ou encore d'améliorer l'intégration des différents systèmes électriques  

L’électronique de puissance est l'une des technologies qui contribueront le plus à rendre les véhicules électriques plus efficaces, plus accessibles et plus performants. Car l'avenir de la mobilité électrique ne dépend pas seulement de l'énergie que l'on stocke. Il dépend aussi de la façon dont on sait l’utiliser.