C'est dire l'importance de la gestion thermique intelligente dans les voitures électriques
07-12-2020Du point de vue mécatronique, une voiture électrique paraît à première vue moins intéressante : le moteur à combustion, si passionnant de par son grand nombre de composants complexes, a dû faire place à un moteur électrique relativement simple. Le groupe motopropulseur mécanique a également dû s'incliner. Ce qui pourrait conduire à la question fataliste : « Mais que reste-t-il donc à réparer dans une voiture électrique ? »
Mais heureusement, la question n'est pas aussi grave : d'autres composants et technologies gagnent en importance. La gestion thermique, en particulier, joue un rôle important dans les voitures électriques et deviendra probablement encore plus importante à l'avenir. Les systèmes de gestion thermique des voitures électriques sont généralement plus complexes que ceux des véhicules classiques. Enfin, les véhicules purement électriques, parfois dénommés BEV, de l'anglais Battery Electric Vehicle, comportent un certain nombre de composants particulièrement sensibles au froid et à la chaleur. Le chauffage et le refroidissement de l'intérieur du véhicule constituent une autre problématique bien connue.
Pourquoi le chauffage de l'habitacle affecte l'autonomie
En raison de leur rendement élevé, les moteurs électriques n'émettent que peu de chaleur dans l'environnement par rapport aux moteurs à combustion classiques. Afin de pouvoir chauffer raisonnablement l'habitacle lorsque les températures extérieures sont basses, des chauffages supplémentaires sont nécessaires. La problématique : en tant que consommateurs d'énergie supplémentaires, ils consomment une partie considérable de l'énergie stockée dans la batterie. Plus l'habitacle est chauffé, plus l'autonomie est réduite. Les chauffages auxiliaires électriques intégrés dans le système de ventilation en sont une variante simple, efficace, mais aussi très gourmande en énergie. C'est pourquoi on utilise désormais des pompes à chaleur à haut rendement énergétique, qui peuvent également servir d'unités de climatisation pour le refroidissement en été.
La réfrigération et le circuit de refroidissement doivent fonctionner ensemble de manière optimale
Voilà pour le confort. Pour qu'un moteur électrique puisse fonctionner de manière sensée et avec un degré d'efficacité particulièrement élevé, les températures du moteur électrique, de l'électronique de puissance et de la batterie doivent toujours être maintenues dans une plage de température optimale en termes d'efficacité. Ceci est réalisé par un système de gestion thermique sophistiqué et complexe dans lequel les circuits de réfrigération et de refroidissement interagissent de manière optimale. « En raison des différentes exigences de température des composants, plusieurs circuits de refroidissement sont généralement utilisés dans les véhicules électriques à différents niveaux de température, parfois avec différents fluides de refroidissement », explique Boris Schilder, professeur de thermodynamique et de mécanique des fluides à l'université des sciences appliquées de Francfort.
Le circuit de refroidissement et de réfrigérant des véhicules électriques est très complexe. Source : HELLA
La gestion thermique affecte les performances et la durabilité de la batterie
La gestion thermique a également une influence décisive sur les performances et la durabilité de la batterie : la batterie doit fonctionner dans une plage de température clairement définie. Les batteries au lithium-ion sont particulièrement efficaces dans une plage comprise entre 15 et 30 °C. Si la température de fonctionnement est trop élevée, la durée de vie de la batterie sera réduite et une défaillance prématurée peut survenir. Même à très basse température, les cellules de la batterie vieillissent et leur durabilité en est affectée.
Les choses se compliquent encore davantage : non seulement la température globale de la batterie doit rester dans la plage décrite, mais l'écart de température entre les différentes cellules ne doit également pas dépasser une certaine valeur. Les charges de pointe brèves associées aux courants élevés découlant des phases de récupération et de boost entraînent un échauffement non négligeable des cellules.
Les systèmes complexes de gestion thermique génèrent du chiffre d'affaires pour les ateliers automobiles
Afin de pouvoir faire fonctionner tous les composants, en particulier la batterie, dans des plages de température optimales, les constructeurs et distributeurs automobiles ont mis au point des systèmes intelligents de refroidissement et de gestion thermique de la batterie. Ces derniers contribuent à ce que le travail de l'ingénieur en mécatronique automobile ne devienne pas ennuyeux, même à l'ère de la voiture électrique, et par ailleurs au chiffre d'affaires des ateliers automobiles.
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