L'essence de la gestion thermique réside dans le fonctionnement de la climatisation : « flux et échange de chaleur ».
La gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles est similaire au principe de fonctionnement des climatiseurs domestiques. Tous deux utilisent le principe du « cycle de Carnot inversé » pour modifier la structure du fluide frigorigène grâce au travail du compresseur, permettant ainsi un échange de chaleur entre l'air et le fluide frigorigène afin d'obtenir le refroidissement et le chauffage. L'essence de la gestion thermique réside dans les flux et échanges de chaleur. Elle se divise principalement en trois circuits : 1) Circuit moteur : principalement dédié à la dissipation de la chaleur ; 2) Circuit de la batterie : nécessitant une régulation thermique importante, impliquant à la fois chauffage et refroidissement ; 3) Circuit de l'habitacle : nécessitant à la fois chauffage et refroidissement (équivalent au refroidissement et au chauffage d'un climatiseur). Son fonctionnement peut se résumer à garantir que les composants de chaque circuit atteignent la température de fonctionnement appropriée. L'objectif de cette amélioration est de connecter les trois circuits en série et en parallèle afin d'optimiser l'utilisation du froid et de la chaleur. Par exemple, le système de climatisation automobile transmet le froid/la chaleur produit(e) à l'habitacle ; il s'agit du « circuit de climatisation » pour la gestion thermique. Autre exemple d'amélioration : une fois le circuit de climatisation et le circuit de la batterie connectés en série/parallèle, le circuit de climatisation fournit du froid/de la chaleur au circuit de la batterie, ce qui constitue une solution efficace de gestion thermique (économie de composants du circuit de la batterie et consommation d'énergie optimisée). La gestion thermique vise à contrôler le flux de chaleur afin qu'elle achemine la chaleur là où elle est nécessaire. Une gestion thermique optimale est économe en énergie et efficace pour optimiser la circulation et l'échange de chaleur.
La technologie permettant ce processus provient des réfrigérateurs à climatisation. Le refroidissement/chauffage de ces réfrigérateurs repose sur le principe du « cycle de Carnot inversé ». En résumé, le fluide frigorigène est comprimé par le compresseur pour se chauffer, puis il traverse le condenseur et cède sa chaleur à l'environnement extérieur. Au cours de ce processus, le fluide frigorigène, initialement exothermique, retrouve sa température ambiante et entre dans l'évaporateur pour se détendre et abaisser encore sa température. Il retourne ensuite au compresseur pour un nouveau cycle, assurant ainsi l'échange thermique avec l'air. Le détendeur et le compresseur sont les éléments clés de ce processus. La gestion thermique automobile s'appuie sur ce principe pour gérer la température du véhicule en échangeant chaleur ou froid entre le circuit de climatisation et d'autres circuits.
Les premiers véhicules à énergies nouvelles étaient dotés de circuits de gestion thermique indépendants et présentaient un faible rendement. Les trois circuits (climatisation, batterie et moteur) de ces premiers systèmes fonctionnaient indépendamment : le circuit de climatisation était uniquement responsable du chauffage et de la climatisation de l’habitacle ; le circuit de la batterie, uniquement de la régulation de sa température ; et le circuit du moteur, uniquement de son refroidissement. Ce modèle indépendant engendrait des problèmes tels que l’indépendance des composants et une faible efficacité énergétique. Sur les véhicules à énergies nouvelles, les conséquences les plus directes étaient des circuits de gestion thermique complexes, une faible autonomie de la batterie et un poids accru. Par conséquent, l’évolution de la gestion thermique vise à optimiser la coopération entre les trois circuits (batterie, moteur et climatisation) et à maximiser l’interopérabilité des composants et des ressources énergétiques afin de réduire l’encombrement des composants, d’alléger le véhicule et d’améliorer l’autonomie de la batterie.
2. Le développement de la gestion thermique est un processus d'intégration des composants et d'utilisation efficace de l'énergie
Examinez l'historique du développement de la gestion thermique des trois générations de véhicules à énergies nouvelles ; la vanne multivoies est un composant nécessaire aux améliorations apportées à la gestion thermique.
Le développement de la gestion thermique repose sur l'intégration des composants et l'optimisation de l'efficacité énergétique. La comparaison précédente montre que, par rapport aux systèmes les plus avancés actuels, les premiers systèmes de gestion thermique privilégiaient la synergie entre les circuits, permettant ainsi le partage des composants et l'utilisation conjointe de l'énergie. Du point de vue des investisseurs, il n'est pas nécessaire de maîtriser le fonctionnement de chaque composant. Toutefois, une compréhension claire du fonctionnement de chaque circuit et de l'historique de l'évolution des circuits de gestion thermique nous permettra d'anticiper plus précisément les orientations futures de ces circuits et les variations de valeur des composants qui en découlent. Nous allons donc retracer brièvement l'évolution des systèmes de gestion thermique afin d'identifier ensemble les opportunités d'investissement futures.
La gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles est généralement constituée de trois circuits. 1) Circuit de climatisation : Ce circuit fonctionnel est aussi celui qui joue le rôle le plus important dans la gestion thermique. Sa fonction principale est de réguler la température de l'habitacle et de se coordonner avec les autres circuits en parallèle. Il fournit généralement de la chaleur selon le principe des CTP (Contrôles Transpondeurs Potentiels).Réchauffeur de liquide de refroidissement PTC/Réchauffeur d'air PTC) ou une pompe à chaleur et assure le refroidissement selon le principe de la climatisation ; 2) Circuit de la batterie : Il sert principalement à réguler la température de fonctionnement de la batterie afin qu’elle conserve toujours une température optimale. Ce circuit nécessite donc simultanément chauffage et refroidissement selon les situations ; 3) Circuit du moteur : Le moteur génère de la chaleur lorsqu’il fonctionne et sa plage de températures de fonctionnement est large. Ce circuit ne requiert donc qu’un refroidissement. Nous observons l’évolution de l’intégration et de l’efficacité du système en comparant les modifications apportées à la gestion thermique des principaux modèles Tesla, du Model S au Model Y. Globalement, le système de gestion thermique de première génération : la batterie est refroidie par air ou par liquide, le système de climatisation est chauffé par des cellules photoélectriques à paroi (CPP) et le système de propulsion électrique est refroidi par liquide. Les trois circuits sont essentiellement montés en parallèle et fonctionnent indépendamment les uns des autres ; le système de gestion thermique de deuxième génération : refroidissement liquide de la batterie, chauffage par CPP, refroidissement liquide de la commande électrique du moteur, utilisation de la chaleur résiduelle du moteur électrique, interconnexion plus poussée des systèmes et intégration des composants ; Système de gestion thermique de troisième génération : chauffage par pompe à chaleur et climatisation, chauffage du moteur à l’arrêt. L’application de cette technologie s’approfondit, les systèmes sont connectés en série et le circuit devient complexe et hautement intégré. Nous pensons que l’essence du développement de la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles réside dans le fait que, s’appuyant sur les flux et échanges thermiques de la climatisation, il s’agit de : 1) éviter les dommages thermiques ; 2) améliorer l’efficacité énergétique ; 3) réutiliser des pièces pour réduire le volume et le poids.
Date de publication : 12 mai 2023
