1. Exigences en matière de gestion thermique des véhicules électriques (HVCH)
L'habitacle est l'espace où se trouve le conducteur lorsque le véhicule est en marche. Afin de garantir un confort de conduite optimal, la gestion thermique de l'habitacle doit contrôler la température, l'humidité et la température de l'air ambiant. Les exigences de gestion thermique de l'habitacle dans différentes conditions sont présentées dans le tableau 1.
La maîtrise de la température des batteries est essentielle au bon fonctionnement et à la sécurité des véhicules électriques. Une température trop élevée peut provoquer des fuites de liquide et une combustion spontanée, compromettant ainsi la sécurité de conduite. À l'inverse, une température trop basse réduit la capacité de charge et de décharge de la batterie. Grâce à leur haute densité énergétique et à leur légèreté, les batteries au lithium sont devenues les plus utilisées dans les véhicules électriques. Le tableau 2 présente les exigences de maîtrise de la température des batteries au lithium et la charge thermique qu'elles génèrent dans différentes conditions, d'après les données de la littérature. Avec l'augmentation progressive de la densité énergétique des batteries, l'élargissement de la plage de températures de fonctionnement et l'accroissement des vitesses de charge rapide, la maîtrise de la température des batteries joue un rôle de plus en plus crucial dans la gestion thermique, afin de s'adapter aux différentes conditions routières et aux différents modes de charge et de décharge. Les variations de charge du système de contrôle de la température en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule, l'uniformité du champ de température entre les batteries et la prévention et le contrôle de l'emballement thermique doivent également répondre à toutes les exigences de contrôle de la température dans différentes conditions environnementales telles que le froid extrême, les zones à forte chaleur et à forte humidité, et les zones à étés chauds et hivers froids.
2. Le chauffage PTC de première étape
Dans la phase initiale de l'industrialisation des véhicules électriques, la technologie de base repose essentiellement sur le remplacement des batteries, des moteurs et autres systèmes d'alimentation, grâce à des améliorations progressives. La climatisation des véhicules électriques et celle des véhicules thermiques assurent toutes deux la fonction de réfrigération par un cycle de compression de vapeur. La différence réside dans le fait que le compresseur de climatisation des véhicules thermiques est entraîné indirectement par le moteur via une courroie, tandis que celui des véhicules électriques utilise directement un entraînement électrique pour actionner le cycle de réfrigération. En hiver, lorsque les véhicules thermiques sont chauffés, la chaleur résiduelle du moteur est directement utilisée pour chauffer l'habitacle sans source de chaleur supplémentaire. En revanche, cette chaleur résiduelle ne suffit pas aux besoins de chauffage hivernal des véhicules électriques. Le chauffage hivernal constitue donc un problème que ces véhicules doivent résoudre. Un élément chauffant à coefficient de température positif (CTP) est composé d'un élément chauffant en céramique CTP et d'un tube en aluminium.Réchauffeur de liquide de refroidissement PTC/réchauffeur d'air PTC), qui présente l'avantage d'une faible résistance thermique et d'une efficacité de transfert de chaleur élevée, et est utilisé dans la base de la carrosserie des véhicules à carburant. Par conséquent, les premiers véhicules électriques utilisaient un cycle de réfrigération à compression de vapeur plus un chauffage PTC pour assurer la gestion thermique de l'habitacle.
2.1 Application de la technologie des pompes à chaleur dans la deuxième étape
En pratique, les véhicules électriques consomment beaucoup d'énergie pour le chauffage en hiver. D'un point de vue thermodynamique, le COP du chauffage par cellules photovoltaïques (CVP) est toujours inférieur à 1, ce qui entraîne une forte consommation d'énergie et un faible rendement énergétique, limitant ainsi l'autonomie des véhicules électriques. La technologie des pompes à chaleur utilise le cycle de compression de vapeur pour exploiter la chaleur ambiante à basse température, et son COP théorique en mode chauffage est supérieur à 1. Par conséquent, l'utilisation d'une pompe à chaleur à la place des CVP permet d'accroître l'autonomie des véhicules électriques par temps chaud. Avec l'amélioration continue de la capacité et de la puissance des batteries, la charge thermique lors de leur fonctionnement augmente également. Le refroidissement par air traditionnel ne permet pas de répondre aux exigences de régulation de température des batteries. C'est pourquoi le refroidissement liquide est devenu la principale méthode de régulation de la température des batteries. De plus, la température de confort requise par le corps humain étant proche de la température de fonctionnement normale des batteries, les besoins en refroidissement de l'habitacle et de la batterie peuvent être satisfaits en connectant des échangeurs de chaleur en parallèle dans le système de pompe à chaleur de l'habitacle. La chaleur de la batterie est indirectement évacuée par l'échangeur de chaleur et le refroidissement secondaire, ce qui améliore l'intégration du système de gestion thermique du véhicule électrique. Cependant, malgré cette amélioration, le système actuel se limite au refroidissement de la batterie et de l'habitacle, sans exploiter efficacement la chaleur résiduelle de la batterie et du moteur.
Date de publication : 4 avril 2023
