La gestion thermique des systèmes de propulsion automobile se divise en deux catégories : celle des systèmes de propulsion des véhicules à moteur thermique et celle des systèmes de propulsion des véhicules à énergies nouvelles. La gestion thermique des systèmes de propulsion 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 concerne principalement le système de refroidissement du moteur. Plus de 30 % de la chaleur présente dans le système du 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 électronique. 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. L'article suivant présente le système de gestion thermique de la batterie ainsi que celui du moteur, des systèmes de contrôle électronique et des autres composants.
système de gestion thermique de la batterie
Le système de gestion thermique des batteries de puissance se divise principalement en quatre catégories : refroidissement par air, refroidissement liquide, refroidissement par matériau à changement de phase et refroidissement par caloduc, selon le fluide caloporteur utilisé. Les principes et les structures de ces différentes méthodes de refroidissement sont très différents.
1) Refroidissement par air de la batterie : la batterie et l'air extérieur échangent de la chaleur par convection grâce au flux d'air. On distingue généralement le refroidissement naturel et le refroidissement forcé. Le refroidissement naturel se produit lorsque l'air extérieur refroidit la batterie pendant que le véhicule est en marche. Le refroidissement forcé consiste à installer un ventilateur pour forcer le refroidissement de la batterie. Les avantages du refroidissement par air sont son faible coût et sa facilité d'application commerciale. Ses inconvénients sont une faible efficacité de dissipation thermique, un encombrement important et des problèmes de bruit importants.Réchauffeur d'air PTC)
2) Refroidissement liquide des batteries : la chaleur de la batterie est évacuée par la circulation d'un liquide. La capacité thermique massique du liquide étant supérieure à celle de l'air, le refroidissement liquide est plus efficace et plus rapide que le refroidissement par air, et la répartition de la température après dissipation de la chaleur est relativement uniforme. C'est pourquoi le refroidissement liquide est largement utilisé dans le commerce.Réchauffeur de liquide de refroidissement PTC)
3) Refroidissement par matériaux à changement de phase : Les matériaux à changement de phase (MCP), tels que la paraffine, les sels hydratés et les acides gras, absorbent ou libèrent une grande quantité de chaleur latente lors d’un changement de phase, tout en conservant leur propre température. De ce fait, les MCP présentent une importante capacité de stockage d’énergie thermique sans consommation d’énergie supplémentaire et sont largement utilisés pour le refroidissement des batteries de produits électroniques, comme les téléphones portables. Cependant, leur application aux batteries automobiles reste encore au stade de la recherche. Les matériaux à changement de phase souffrent d’une faible conductivité thermique, ce qui entraîne la fusion de la surface du MCP en contact avec la batterie, tandis que d’autres parties restent intactes. Ce phénomène réduit les performances de transfert thermique du système et rend le refroidissement par MCP inadapté aux batteries de grande taille. Si ces problèmes sont résolus, le refroidissement par MCP deviendra la solution la plus prometteuse pour la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles.
4) Refroidissement par caloduc : Un caloduc est un dispositif basé sur le transfert de chaleur par changement de phase. Il s'agit d'un récipient ou d'un tube étanche rempli d'un fluide caloporteur saturé (eau, éthylène glycol, acétone, etc.). Une extrémité du caloduc est dédiée à l'évaporation, l'autre à la condensation. Il peut non seulement absorber la chaleur de la batterie, mais aussi la chauffer. Il s'agit actuellement du système de gestion thermique des batteries le plus performant. Cependant, il fait encore l'objet de recherches.
5) Refroidissement direct par fluide frigorigène : le refroidissement direct utilise le principe de l’évaporation et de l’absorption de la chaleur du fluide frigorigène R134a et d’autres fluides frigorigènes. L’évaporateur du système de climatisation est installé dans le compartiment de la batterie afin de refroidir rapidement ce dernier. Ce système offre un rendement et une capacité de refroidissement élevés.
Date de publication : 29 avril 2024
