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Comment les systèmes de gestion de batterie sans fil aident les OEM du véhicule électrique à augmenter leur rentabilité

Comment les systèmes de gestion de batterie sans fil aident les OEM du véhicule électrique à augmenter leur rentabilité

Une analyse détaillée des coûts — de la conception et la fabrication jusqu’à la réutilisation des batteries — montre que les équipementiers (OEM) peuvent augmenter les bénéfices réalisés sur le marché des véhicules électriques de nouvelle génération en optant pour un système de gestion de batterie sans fil (wBMS, wireless Battery Management System) dont le retour sur investissement s’avère exceptionnel.

Par Shane O’Mahony, responsable du marketing Électro-Mobilité chez Analog Devices, article adapté par Pascal Coutance

À bien des égards, l’évolution de l’industrie du véhicule électrique vers des systèmes sans fil est inéluctable. Les avantages des systèmes de gestion de batterie sans fil (wBMS, wireless Battery Management System) ne laissent aucun doute à quiconque connait la complexité, le coût de la nomenclature, l’encombrement et le besoin de main d’œuvre qui caractérisent les systèmes câblés, quelle que soit l’application.

En effet, les BMS sans fil permettent de réduire jusqu’à 90 % le câblage et jusqu’à 15% le volume des packs de batteries qui équiperont les véhicules électriques de nouvelle génération. Ces économies considérables sont obtenues en éliminant les connecteurs et les faisceaux de câbles utilisés pour la communication et en les remplaçant par un module batterie intelligent doté d’une électronique entièrement intégrée où seules les bornes +Ve et -Ve sont apparentes.

Toutefois, les avantages propres à la technologie BMS sans fil ne peuvent être envisagés qu’en investissant de façon massive dans l’infrastructure de conception, de validation et de fabrication nécessaire. De plus, les exigences de sûreté et de sécurité propres aux systèmes sans fil nécessitent une réévaluation intégrale à chaque étape du cycle de vie des packs de batteries, de leur fabrication à leur réutilisation.

Analog Devices a développé le premier système de gestion de batterie sans fil (wBMS) pour véhicules électriques.

A priori, un programme d’une telle ampleur peut sembler impossible à mettre en œuvre pour les équipementiers. Analog Devices et General Motors (GM) ont investi très tôt dans la technologie BMS sans fil, tablant sur des économies considérables, ainsi que sur l’évolutivité de la fabrication et l’efficacité qui aboutiraient potentiellement sur une adoption commerciale de grande ampleur, voire total, au cours des prochaines années.

En résumé, les équipementiers considérant la technologie BMS sans fil comme l’occasion de réduire rapidement leurs coûts doivent revoir leur copie. Pour tirer pleinement parti des avantages financiers de cette approche, ils doivent avant toute chose considérer les packs de batteries comme des actifs qu’il faudra gérer de façon efficiente au fil du temps — depuis leur « première vie » à bord du véhicule, jusqu’à leur « seconde vie » — afin d’obtenir un retour sur investissement maximum. C’est seulement en adoptant cette philosophie que les OEM pourront réaliser les économies attendues.

Analog Devices s’est attelé aux innombrables défis de conception inhérents à la création d’un système de gestion de batterie sans fil. À l’issue d’un solide programme de recherche étayé par des investissements conséquents visant à réaliser une solution BMS sans fil complète et évolutive, nous avons réussi à satisfaire aux exigences nécessaires pour accompagner les OEM, de la conception au lancement. Dans ce cadre, nous avons identifié d’autres possibilités de conception et de réduction des coûts qui faciliteront la tâche des équipementiers considérant ce système comme une solution d’avenir. D’après les premiers retours d’information, le déploiement de systèmes BMS sans fil devrait, sur le long terme, s’avérer nettement plus rentable et avantageux pour l’industrie du véhicule électrique.

Quels avantages pour la fabrication ?

Avant de s’engager en faveur de la technologie BMS sans fil, les OEM doivent réinventer la façon dont sont conçues les usines de fabrication des véhicules électriques. Il devient alors difficile d’ignorer les bénéfices que peut apporter un système entièrement sans fil — de la production au produit —, lorsque l’on considère l’ensemble des éléments concernés.

Il existe une différence significative entre une usine « presque » robotisée et une usine « entièrement » robotisée. En effet, dès lors que des êtres humains interviennent dans un environnement industriel où évoluent des robots à grande vitesse, des mesures de protection très strictes doivent être mises en place pour assurer leur protection, ce qui réduit intrinsèquement l’efficacité de la production par rapport à une automatisation intégrale.

L’utilisation de moyens de communications sans fil dans l’ensemble de l’usine pour la production de systèmes BMS sans fil ouvre réellement la voie à la fabrication sans main d’œuvre et intégralement robotisée de packs de batteries pour véhicules électriques. Outre les avantages apportés par les systèmes BMS sans fil au niveau des véhicules, les équipementiers peuvent réduire leurs investissements et leurs dépenses d’exploitation en évitant à leurs employés de consacrer un temps précieux à connecter manuellement les packs de batteries aux faisceaux de câbles et/ou à tester d’innombrables modules et connexions — sans oublier la formation continue à la sécurité qu’induisent de telles opérations.

La fabrication sans contact et entièrement automatisée a le vent en poupe dans le secteur des véhicules électriques. Les systèmes de gestion de batterie sans fil s’inscrivent parfaitement dans cette tendance.

Cet aspect de la technologie BMS sans fil permet aux OEM — acteurs historiques ou nouveaux venus — de remplacer les tâches de production câblée traditionnelles par une fabrication sans fil entièrement robotisée. Une telle mutation leur permet de maximiser l’efficacité de la fabrication et de bénéficier d’une flexibilité optimale malgré des budgets serrés, et ainsi de préserver leur agilité et leur compétitivité par rapport aux acteurs solidement établis qui disposent d’importants moyens financiers. En évitant de recourir aux ressources robotiques pour exécuter les tâches gourmandes en temps et en argent qu’impose le câblage des packs de batteries, les OEM de toutes dimensions peuvent bénéficier des avantages de la production robotique à grande vitesse et haut rendement. Analog Devices a développé la technologie BMS sans fil pour aider ces entreprises à automatiser chaque étape de la production, facilitant ainsi la transition vers des ateliers adaptés à la production de systèmes de gestion de batterie sans fil.

Évolutivité et flexibilité accrues d’un bout à l’autre du cycle de vie

En optant pour la technologie BMS sans fil, les équipementiers et les fabricants de batteries peuvent concevoir et produire en toute liberté autant de variantes de packs de batteries qu’ils le souhaitent, sans être contraints de concevoir des harnais spécifiques à chaque véhicule. Il leur suffit de s’appuyer sur une plateforme commune et configurable par logiciel pour chaque modèle moyennant un coût global de développement réduit. C’est le cœur même de la proposition de valeur de la technologie BMS sans fil : les équipementiers bénéficient d’une souplesse accrue pour étendre l’électrification à un large éventail de modèles et ainsi répondre à la demande des consommateurs. En utilisant la technologie sans fil avec sa plateforme de batterie révolutionnaire Ultium, General Motors peut ainsi adapter la plateforme BMS sans fil à ses différentes marques et gammes de véhicules, des pick-up aux utilitaires. Autrement dit, la technologie BMS sans fil permet au constructeur de Detroit d’accélérer l’électrification de son offre.

Mais il existe de nombreuses autres possibilités de réduire l’empreinte carbone d’un pack de batteries d’un bout à l’autre de son cycle de vie utile, tout en augmentant les revenus potentiels : par exemple, en déployant une stratégie de « réduction, réparation et réutilisation » dans laquelle le système BMS sans fil contribue à minimiser les couteux rappels de véhicules, à rationaliser les réparations et à promouvoir la réutilisation des batteries au lieu de les mettre au rebut ou de les recycler.

Outre la gestion simplifiée des stocks de modules de rechange, les systèmes BMS sans fil facilitent l’échange des batteries lors de la révision des véhicules. Cette solution élimine toute perte de temps, ainsi que le sentiment de frustration associé au suivi et à la localisation des stocks ou au démontage du harnais de la batterie (sans le casser !). Les modules sont simplement scannés à l’entrée et à la sortie de la chaîne d’approvisionnement et, en dernier lieu, entre l’entrepôt de stockage et le véhicule, avec une facilité d’installation dont ne bénéficient pas les systèmes câblés traditionnels. L’impact de cette approche ne se limite pas à la phase de développement des véhicules électriques : les concepteurs de packs de batteries n’ont plus à se demander comment les harnais seront retirés et remplacés, avec à la clé une conception plus rapide et une den