1. Aperçu de la gestion thermique du poste de pilotage (climatisation automobile)
Le système de climatisation est essentiel à la gestion thermique d'une voiture. Le conducteur comme les passagers recherchent le confort. La fonction principale de la climatisation est d'assurer un confort optimal dans l'habitacle en régulant la température, l'humidité et la ventilation. Le principe de fonctionnement des climatiseurs automobiles classiques repose sur le principe thermophysique de l'évaporation et de la condensation, qui consiste à refroidir ou chauffer l'intérieur du véhicule. Lorsque la température extérieure est basse, de l'air chaud est diffusé dans l'habitacle pour que le conducteur et les passagers n'aient pas froid ; lorsque la température extérieure est élevée, de l'air froid est diffusé pour les rafraîchir. Ainsi, la climatisation joue un rôle primordial dans le confort des occupants.
1.1 Système de climatisation des véhicules à énergies nouvelles et principe de fonctionnement
Du fait de la différence entre les systèmes de propulsion des véhicules à énergies nouvelles et des véhicules thermiques classiques, le compresseur de climatisation de ces derniers est entraîné par le moteur thermique, tandis que celui des véhicules à énergies nouvelles est entraîné par un moteur électrique. Par conséquent, le compresseur de climatisation des véhicules à énergies nouvelles ne peut pas être entraîné par le moteur thermique. Un compresseur électrique est utilisé pour comprimer le fluide frigorigène. Le principe de base de la climatisation des véhicules à énergies nouvelles reste le même que celui des véhicules thermiques classiques : la condensation permet de libérer la chaleur et l’évaporation de celle-ci permet de l’absorber afin de refroidir l’habitacle. La seule différence réside dans le compresseur, qui est actuellement un compresseur électrique. Le compresseur à spirale est le plus souvent utilisé pour comprimer le fluide frigorigène.
1) Système de chauffage à semi-conducteurs : Le chauffage à semi-conducteurs utilise des éléments et des bornes semi-conducteurs pour le refroidissement et le chauffage. Dans ce système, le thermocouple est l'élément de base. Deux dispositifs semi-conducteurs sont connectés pour former un thermocouple. L'application d'un courant continu génère de la chaleur et une différence de température à l'interface, permettant ainsi de chauffer l'habitacle. Le principal avantage du chauffage à semi-conducteurs est sa rapidité de chauffe. Son principal inconvénient réside dans sa forte consommation d'électricité. Pour les véhicules à énergies nouvelles, soucieux de leur autonomie, cet inconvénient est rédhibitoire. Par conséquent, ce système ne répond pas aux exigences d'économie d'énergie des systèmes de climatisation de ces véhicules. Il est donc essentiel de poursuivre les recherches sur les méthodes de chauffage à semi-conducteurs et de concevoir une méthode plus efficace et économe en énergie.
2) Coefficient de température positifréchauffeur d'air (PTC)Le composant principal d'un PTC est une thermistance, chauffée par un filament chauffant électrique. Ce dispositif convertit directement l'énergie électrique en énergie thermique. Le système de chauffage d'air PTC transforme l'air chaud du radiateur d'un véhicule thermique classique en un aérotherme PTC. Un ventilateur aspire l'air extérieur à travers cet aérotherme, qui est ensuite diffusé dans l'habitacle pour le chauffer. Ce système consomme directement de l'électricité, ce qui explique la consommation énergétique relativement importante des véhicules à énergies nouvelles lorsque le chauffage est activé.
3) Chauffage de l'eau par PTC :réchauffeur de liquide de refroidissement PTCÀ l'instar du chauffage par air PTC, le système de chauffage par fluide frigorigène génère de la chaleur grâce à la consommation d'électricité. Cependant, il commence par chauffer le fluide frigorigène à l'aide de cellules PTC jusqu'à une température donnée, puis le pompe dans le noyau d'air chaud. Là, il échange de la chaleur avec l'air ambiant, et le ventilateur diffuse cet air chaud dans l'habitacle. Ensuite, l'eau de refroidissement est chauffée par les cellules PTC et le circuit est inversé. Ce système de chauffage est plus fiable et plus sûr que le refroidissement par air PTC.
4) Système de climatisation à pompe à chaleur : Le principe de fonctionnement d’un système de climatisation à pompe à chaleur est le même que celui d’un système de climatisation automobile traditionnel, mais la pompe à chaleur permet de convertir le chauffage et la climatisation de l’habitacle.
2. Aperçu de la gestion thermique du système électrique
LeBTMSLa gestion thermique des systèmes d'alimentation des véhicules se divise en deux catégories : celle des systèmes d'alimentation des véhicules à moteur thermique et celle des systèmes d'alimentation des véhicules à énergies nouvelles. La gestion thermique des systèmes d'alimentation des véhicules à moteur thermique est aujourd'hui bien maîtrisée. Ces véhicules étant propulsés par un moteur thermique, la gestion thermique de ce dernier est au cœur de la gestion thermique automobile traditionnelle. Cette gestion thermique comprend principalement le système de refroidissement du moteur. Plus de 30 % de la chaleur présente dans le véhicule doit être évacuée par le circuit de refroidissement du moteur afin d'éviter sa surchauffe en cas de forte charge. Le liquide de refroidissement du moteur est également utilisé pour chauffer l'habitacle.
Le groupe motopropulseur des véhicules à moteur thermique est composé d'un moteur et d'une transmission, tandis que celui des véhicules à énergies nouvelles est constitué de batteries, de moteurs et de systèmes de contrôle électroniques. Les méthodes de gestion thermique de ces deux types de véhicules ont considérablement évolué. La plage de température de fonctionnement normale de la batterie des véhicules à énergies nouvelles se situe entre 25 et 40 °C. Par conséquent, la gestion thermique de la batterie implique à la fois son maintien à température et sa dissipation. Parallèlement, la température du moteur ne doit pas être excessive, car une température trop élevée réduirait sa durée de vie. Le moteur doit donc lui aussi bénéficier de mesures de dissipation thermique adéquates pendant son fonctionnement.
Date de publication : 9 août 2024
