L'ingénieur

Électronique de puissance, onduleurs, moteurs, essieux électriques, nouvelle chimie des batteries, systèmes de batteries : il existe une mine d'opportunités commerciales pour l'électrification automobile. Comment les entreprises basées au Royaume-Uni se positionnent-elles pour l'électrification automobile à grande échelle ? Will Stirling rapporte

L'effondrement et le sauvetage de la start-up de batteries Britishvolt ont fait la une des médias cet hiver. L'histoire a mis en évidence la fragilité de l'industrie britannique des véhicules électriques (EV), dont l'avenir est incertain s'il doit importer des batteries coûteuses de l'étranger, en particulier de l'extérieur de l'Union européenne en raison des règles d'origine de l'accord de commerce et de coopération du Royaume-Uni.

Les batteries ne sont qu'une partie d'un véhicule électrique, bien que c. 40% de la valeur. Ils ont besoin de moteurs, d'électronique de puissance, de chargeurs, d'onduleurs et d'autres composants qui convertissent la chimie de la batterie en mouvement. D'où proviendront ces pièces ? De nombreux fournisseurs basés au Royaume-Uni sont à différents stades de maturité. Certains desservent des marchés automobiles latéraux plus petits, tels que le tout-terrain, et d'autres développent une technologie potentiellement révolutionnaire.

Une chaîne d'approvisionnement sécurisée en matières actives

La provenance douteuse de certains matériaux actifs dans les batteries au lithium a accablé l'industrie des batteries. Typiquement, le matériau actif de l'anode est du graphite ou du silicium et la cathode est normalement constituée de nickel ou de cobalt, qui peuvent être extraits dans de mauvaises conditions. Sigma Lithium modifie la chimie des batteries pour sécuriser une chaîne d'approvisionnement en matériaux sûrs et étendre l'autonomie des batteries.

La société pré-revenue développe un matériau d'anode poreux en lithium métallique tridimensionnel. L'utiliser comme matériau d'anode, principalement dans les batteries à semi-conducteurs, peut augmenter l'autonomie d'une batterie de voiture d'au moins 50 %, a déclaré le PDG Gleb Ivanov. "Nous avons développé le lithium métallique composite comme matériau actif d'anode sûr dans les batteries à semi-conducteurs, tandis que la cathode sera à base de manganèse, plutôt que de nickel ou de cobalt, ou d'autres matériaux à faible coût - peut-être même du soufre, qui est super- Cela réduira les pressions sur les coûts élevés des matériaux provenant de l'extérieur du Royaume-Uni, parfois de sources contraires à l'éthique. La sécurité du lithium métallique freinait son adoption pour les batteries rechargeables, mais le matériau "3DLi" de Sigma a été approuvé pour une utilisation sûre.

La fabrication de batteries, d'électronique de puissance et de moteurs électriques pour véhicules électriques nécessite des investissements dans l'innovation ainsi que des partenariats avec la chaîne d'approvisionnement mondiale au sens large

Le lithium métallique pourrait provenir de Cornish Lithium, mais il est largement disponible dans le reste du monde. La nature de ce lithium 3D poreux lui confère deux avantages physiques reconnus par les principaux constructeurs automobiles. "Être métallique signifie que nous pouvons offrir du kilométrage, c'est-à-dire de la portée, et être poreux en trois dimensions signifie que nous pouvons offrir une charge et une décharge rapides", a déclaré Ivanov. "Notre modèle commercial est la licence - nous voulons du lithium 3D dans chaque batterie à semi-conducteurs." L'autre matériau clé de la cellule de la batterie est un maillage en carbone, fourni en grande quantité par une multinationale britannique.

La technologie est-elle compatible pour une utilisation par les équipementiers automobiles ? "Il est dans l'intérêt des fabricants de véhicules électriques de minimiser la teneur en nickel et en cobalt et de passer à quelque chose de supérieur - il devrait y avoir des moyens pour nous et l'OEM de le faire fonctionner pour n'importe quel véhicule", a déclaré Ivanov.

Le volume moyen est une étape naturelle pour les entreprises qui peuvent se différencier

Le plus grand défi pour l'industrie britannique des véhicules électriques est sans doute la mise à l'échelle afin que ces entreprises puissent fournir les grands constructeurs automobiles. McLaren Applied fabrique une famille de composants électroniques de puissance, les systèmes de contrôle pour les entraînements électriques - ECU, accéléromètres, capteurs, onduleurs pour une charge rapide et plus encore. Les volumes sont dans la moyenne, de plusieurs milliers à 50 000 unités par an. C'est là que McLaren Applied et le Royaume-Uni devraient se différencier, déclare Steve Lambert, responsable de l'électrification chez McLaren Applied, car les entreprises ne peuvent pas rivaliser avec des géants mondiaux tels que Bosch, Valeo et Continental en termes de volume, et il existe également plusieurs entreprises dans ce milieu de gamme. marché, y compris Bentley, Lotus, Morgan et potentiellement certaines plates-formes Jaguar Land Rover et même la Nissan Z.

"Les constructeurs automobiles de premier plan produisant des millions d'unités pour les équipementiers automobiles ont été l'ordre établi, mais avec les véhicules électriques, il y a une grande perturbation sur le marché", a déclaré Lambert. "Il y a beaucoup de nouveaux entrants qui arrivent, en commençant par des volumes plus faibles. Les équipementiers testent de nouvelles technologies sur des plates-formes à faible volume avec des fournisseurs qu'ils n'ont pas utilisés auparavant, et certains sont prêts à intégrer ces nouvelles technologies aux plates-formes grand public. appelé une "vallée de la mort" passant d'un approvisionnement de niche à un approvisionnement en volume est une vallée d'opportunités, car il y a tellement de perturbations."

Les onduleurs sont un produit clé fabriqué en volumes plus importants. Ceux-ci convertissent le courant continu de la batterie en courant alternatif et contrôlent le moteur. Au fur et à mesure que toute fabrication se développe, de nouveaux sites mondiaux sont évalués, mais McLaren Applied souhaite conserver sa production d'onduleurs au Royaume-Uni. "En prévision de volumes plus élevés, nous avons maintenant un projet financé par le gouvernement visant à automatiser l'assemblage de l'onduleur, avec l'Université de Newcastle, appelé SCIENZD", a déclaré Lambert.

Faites tourner votre moteur – efficacement

Les moteurs fournissent le mouvement circulaire pour faire tourner les essieux des véhicules électriques. La mission de Tideturn Technologies est de rendre les moteurs - utilisés partout dans les bâtiments, le chauffage et la climatisation, et les transports - beaucoup plus efficaces. Tideturn Transport a récemment acheté deux entreprises basées au Royaume-Uni à Gateshead et s'est engagé à un investissement pluriannuel de 100 millions de livres sterling dans la région. À court et moyen terme, elle se concentre sur les véhicules utilitaires et constitue un bon exemple de renforcement des capacités de fabrication à proximité du marché pour atténuer les contraintes d'approvisionnement mondiales.

"La demande de solutions d'électrification va au-delà des voitures particulières, avec un besoin croissant dans les domaines du transport hors route et commercial tels que la construction, l'agriculture, le rail et d'autres industries", a déclaré Mark Cox, directeur général des transports pour Turntide Technologies. "Ce changement signifie qu'un éventail beaucoup plus large d'entreprises, en dehors des seuls grands équipementiers automobiles, ont besoin d'accéder à des solutions d'électrification fabriquées localement, en particulier compte tenu des problèmes liés à la géopolitique et à la complexité du transport maritime. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles nous fabriquons les deux tiers de nos portefeuille de produits dans le nord-est de l'Angleterre pour répondre aux besoins de fiabilité et de qualité de l'approvisionnement de nos clients en matière de solutions de transmission électrique. »

Gestion de la chaleur

Les cellules de batterie nécessitent des systèmes de batterie complets adaptés à la plate-forme vEV. Cosworth a acheté Delta Motorsport il y a deux ans pour développer une activité d'électrification, et Delta Cosworth a depuis produit des batteries pour de nombreux projets, le plus publiquement pour la voiture de course électrique biplace Ariel Hipercar et Envision de 1 180 ch (oui).

Il utilise au cœur des cellules de batterie avancées et prêtes à l'emploi, qui se présentent sous trois formats principaux : sachet (comme un sac de café sous vide), prismatique ou cylindrique. Ceux-ci peuvent avoir différents types de chimie en fonction des exigences, par exemple, une puissance élevée pour une charge plus rapide, une énergie élevée pour une plus longue portée ou une combinaison des deux. La société est impliquée dans un projet de 17,2 millions de livres sterling avec Norton Motorcycles et ses partenaires, financé en partie par l'Advanced Propulsion Center, appelé Project Zero Emission Norton pour développer une moto électrique avec des performances de course et une gamme de tourisme.

Une activité clé et complémentaire est l'intégration de véhicules - prendre un véhicule unique ou une petite série de production équipée d'un moteur à combustion interne et le convertir en propulsion électrique. S'il est prouvé, le volume de la plate-forme peut être augmenté et une fois qu'une entreprise est sur la voie de l'électrification, elle a besoin de systèmes de batteries. "Avec notre module évolutif cylindrique (CSM), nous avons de nouvelles façons de connecter efficacement les cellules ensemble pour offrir les meilleures performances pour les applications d'alimentation, en utilisant une méthode innovante de gestion thermique des cellules", a déclaré George Paterson, directeur du développement de produits chez Delta Cosworth. . Un autre exemple est le développement de son module de poche utilisé dans les voitures de tourisme britanniques qui a une nouvelle conception de plaque de refroidissement permettant un meilleur transfert d'énergie thermique des cellules au liquide de refroidissement tout en minimisant la distance entre les cellules, en réduisant la taille du module et en réduisant les restrictions d'emballage.

Avec les développements récents des moteurs à hydrogène pour les équipements industriels, un système de batterie peut fournir une assistance électrique. "Le moteur à hydrogène est susceptible d'être couplé à une petite batterie haute performance qui peut accepter des charges régénératives et fournir à l'équipement la "puissance de pointe" lorsqu'il a besoin d'énergie supplémentaire pour soulever, forer ou grimper en courtes rafales", a déclaré Paterson.

Sécuriser l'approvisionnement en terres rares

La multinationale basée en Australie, Ionic Rare Earths, a récemment acquis SerenTech, désormais rebaptisée IonicTech, qui a développé des techniques pour recycler les aimants permanents en utilisant un processus de séparation et de récupération des éléments de terres rares à partir des concentrés de minerai minier et des déchets d'aimants. Ce modèle est considéré comme important pour sécuriser l'accès aux terres rares, dont l'approvisionnement est dominé par la Chine. La société de Belfast compte désormais 11 employés à temps plein, avec 25 autres postes à créer en 2023 et une nouvelle expansion prévue.

De nombreuses technologies intelligentes sont mises sur le marché par de grandes entreprises. Mais le temps presse pour l'automobile grand public en Grande-Bretagne; la date d'arrêt progressif de la vente de véhicules neufs à essence et diesel est 2030. Beaucoup de trésorerie et de transformation du système sont nécessaires dans l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement britannique pour soutenir l'électrification de l'industrie automobile. La plupart accepteraient qu'il soit loin derrière là où il doit être pour obtenir plus de contenu britannique à haut volume, même s'il existe de nombreuses opportunités sur les marchés à haute performance et les marchés industriels.

"La fabrication de batteries EV, d'électronique de puissance et de moteurs électriques nécessite des investissements dans l'innovation et la R&D, ainsi que des partenariats avec la chaîne d'approvisionnement mondiale au sens large, principalement la chaîne d'approvisionnement en amont pour sécuriser les minéraux et les matières premières critiques, afin d'assurer un bout en bout chaîne d'approvisionnement », a déclaré le Dr Hadi Moztarzadeh, responsable des tendances technologiques, Advanced Propulsion Centre. "Cela rendra les constructeurs automobiles britanniques plus compétitifs et apportera plus d'investissements au Royaume-Uni.

Il souligne les documents de la chaîne de valeur de l'APC, montrant où le Royaume-Uni a besoin de plus d'investissements pour résoudre ce problème. "Pour accélérer l'adoption des véhicules électriques, un meilleur accès à une infrastructure de recharge fiable, à la fois publique et à domicile, est nécessaire", a-t-il ajouté. "Une autre transformation majeure consisterait à développer une main-d'œuvre qualifiée capable de concevoir, fabriquer et entretenir des véhicules électriques. Nous avons besoin d'un cadre cohérent et exploitable entre le secteur automobile, l'éducation et la formation pour traduire les exigences en programmes de développement des compétences et de la main-d'œuvre".