L’industrie automobile est l’un des domaines les plus innovants au monde, repoussant sans cesse les limites de ce qui est possible, rentable, sûr, évolutif, attrayant et fiable. Et comme l’industrie automobile continue d’évoluer, de nouvelles technologies telles que la conduite autonome, les PCM/ECM/ECU intelligents, les systèmes de batteries électriques hautement intelligents et les réseaux de charge intelligents apparaissent et évoluent chaque année.
Le développement de ces technologies a entraîné une augmentation massive du nombre total d’interconnexions à basse et haute tension utilisées dans l’industrie automobile. Naturellement, les normes de sécurité et de fiabilité sont primordiales pour le succès à court et à long termes de ces technologies émergentes, mais ces normes peuvent entraîner des défis importants pour les constructeurs automobiles.
Cet article présente les normes courantes en matière de connecteurs électriques automobiles, notamment les connecteurs d’alimentation automobile haute tension, et les défis de conception associés aux connecteurs pour véhicules électriques (VE) qui sont couramment utilisés dans l’industrie des VE. N’oubliez pas de consulter également la sélection de types de connecteurs électriques d’Arrow.com.
Normes relatives aux connecteurs électriques automobiles
Les connecteurs automobiles peuvent être aussi petits que des interconnexions fil-à-bord de communication basse tension ou des connecteurs haute tension de chargement de véhicules électriques capables de conduire en toute sécurité des centaines de volts sous une pluie battante. Le respect de différentes normes est souvent requis en fonction de l’emplacement géographique du véhicule, ainsi que de la technologie utilisée et de son emplacement dans l’automobile.
Par exemple, les connecteurs de signaux basse tension situés dans l’habitacle d’un véhicule peuvent ne pas nécessiter le même indice d’étanchéité (IP nominale) que les connecteurs de signaux situés dans le compartiment moteur.
Les normes communes de connecteurs automobiles varient dans le monde entier, car il n’existe pas d’organisme de normalisation automobile mondial unifié, mais les organismes de normalisation automobile les plus couramment référencés sont les suivants :
- • ISO - International Organization for Standardization (Organisation internationale de normalisation)
- • IEC - International Electrotechnical Commission (Commission électrotechnique internationale)
- • SAE - Society of Automotive Engineers (Société des ingénieurs de l’automobile)
- • GB - Normes Guobiao (République populaire de Chine)
Ces organisations fournissent des efforts de réglementation et de normalisation dans presque toutes les catégories de l’électricité automobile, telles que la sûreté, la sécurité, les interconnexions, la communication, la topologie de charge, etc.
Par exemple, la norme CEI 62196-1 est une norme établie par la CEI pour les « fiches, les prises de courant, les connecteurs de véhicules et les entrées de véhicules » pour divers connecteurs de chargement de VE d’une valeur nominale allant jusqu’à 690 VCA et 250 A. Les autres normes internationales couramment utilisées pour les connecteurs d’alimentation de charge des VE sont GB/T 20234, SAE J1772, ISO15118 et SAE J3068. Souvent, ces normes se réfèrent les unes aux autres dans le but de maintenir l’unité autour des principes de sécurité, car il existe de nombreux défis de conception associés aux connecteurs de charge des VE et à d’autres connecteurs à haute puissance dans la voiture. Pour en savoir plus sur le paysage technologique mondial des chargeurs de VE, lisez notre article sur les Réglementations et certifications pour les véhicules électriques.
Quels sont les défis de conception des connecteurs de puissance pour l’automobile ?
Il existe quelques défis de conception liés aux connecteurs de recharge des VE et à d’autres connecteurs de forte puissance dans l’automobile.
Arc électrique
La protection contre les arcs électriques indésirables et les chocs pour l’utilisateur est généralement la priorité absolue en matière de normalisation de la sécurité, car ces deux phénomènes sont très dangereux. L’arc électrique se produit lorsque le courant électrique circule entre un conducteur sous tension et un conducteur qui ne l’est pas, alors qu’ils ne sont pas en contact direct l’un avec l’autre.
Les systèmes à haute tension tels que les chargeurs de véhicules électriques sont susceptibles de produire des arcs électriques si les distances minimales entre les contacts conducteurs ne sont pas respectées, ou lorsqu’un utilisateur débranche le véhicule de la station de charge. Les normes telles que SAE J1772 (couramment utilisée en Amérique du Nord et au Japon) prévoient plusieurs mesures de sécurité pour éviter les arcs électriques et les chocs, telles qu’une broche intégrée de détection de proximité du connecteur, une broche pilote de commande et une broche de mise à la terre, afin de maintenir les broches de « charge » sous haute tension fondamentalement déconnectées jusqu’à ce que le corps du connecteur soit complètement accouplé et que le véhicule électrique signale qu’il est prêt à être chargé.
Les connecteurs J1772 sont conçus pour résister à 10 000 cycles d’accouplement et à l’exposition à divers éléments tels que la pluie et la neige, tout en conservant un fonctionnement sûr.
Options d’accouplement sûr
Les automobiles sont soumises à des vibrations constantes sur la route, et les connecteurs qui soutiennent le groupe motopropulseur d’un véhicule électrique doivent être imperméables à tout desserrage dû à ces vibrations. Les interconnexions d’alimentation des VE sont généralement utilisées aux bornes des batteries, aux bornes des points de connexion des moteurs et aux faisceaux de câbles d’alimentation. Il existe différents types de mécanismes d’interconnexion mécanique, tels que les serrures à levier, les glissières, les boulons, les goupilles et les manchons, les boîtes et les lames, et les serrures à vis.
Les différents types de connecteurs d’alimentation automobile présentent certains avantages et inconvénients dans les cas d’utilisation avec et sans accouplement, ce qui rend la sélection des connecteurs cruciale pour les ingénieurs et les concepteurs OEM de véhicules électriques. Chacun de ces types d’interconnexion doit respecter diverses normes de sécurité, telles que les normes SAE et IEC, afin de garantir qu’ils sont fonctionnels et sûrs pendant toute la durée de vie du véhicule.
Protection de pénétration
Les normes d’IP nominale couvrent les boîtiers électroniques et ont été établies dans le cadre de la norme IEC 60529. L’IP nominale d’un produit électronique, ou indice de protection contre les intrusions, certifie qu’un objet est capable de résister à une quantité spécifique d’exposition aux solides et aux liquides pendant une durée spécifique.
Les applications automobiles couvrent toute la gamme des IP nominales, la plus rigoureuse étant IP69K. Un classement IP68K implique que le boîtier ne subira aucun effet nocif lorsqu’il sera exposé à la poussière pendant 8 heures et/ou à des liquides à haute pression et à haute température à courte distance. Si les connecteurs IP69K sont rares, de nombreux connecteurs destinés à l’industrie automobile sont classés IP65 et plus, compte tenu du niveau d’exposition aux éléments prévu pendant la durée de vie du véhicule.
Pour en savoir plus sur les indices de protection IP des véhicules, consultez notre article Comprendre les IP nominales dans la fabrication de l’électronique automobile.
Normes unifiées pour les connecteurs automobiles
Les normes automobiles unifient les niveaux mondiaux de sécurité et de fiabilité des véhicules pour tous les équipementiers du monde entier. De plus, les normes de connecteurs automobiles spécifiques aux VE permettent aux différents équipementiers d’éviter de développer des connecteurs et des interconnexions de recharge de VE propriétaires. Cette unification de la topologie des connecteurs d’alimentation des VE et des normes de sécurité est ce qui permet fondamentalement à un VE de rouler du Portugal à la Pologne avec un seul type de chargeur, car les différents pays qui les séparent répondront tous aux mêmes normes de connecteurs d’alimentation automobile.
Les normes telles que la norme CEI 62196-1 sont créées pour garantir le bon fonctionnement des connecteurs utilisés dans toutes les conditions d’utilisation imaginables, et ces critères de conception rigoureux impliquent souvent des coûts de production élevés et une possible banalisation des composants. Cependant, de par ces coûts élevés, les composants individuels des connecteurs sont fiables sur une longue période et, surtout, sûrs pour le véhicule et le conducteur dans presque toutes les applications.
