L'importance des véhicules à énergies nouvelles par rapport aux véhicules traditionnels se manifeste principalement sous les aspects suivants : Premièrement, il est crucial de prévenir l'emballement thermique. Ce dernier peut avoir des causes mécaniques et électriques (impact sur la batterie, déformation, etc.) ainsi que des causes électrochimiques (surcharge, décharge excessive, charge rapide, charge à basse température, court-circuit interne, etc.). Un emballement thermique peut entraîner l'incendie, voire l'explosion, de la batterie, mettant ainsi en danger la sécurité des passagers. Deuxièmement, la température de fonctionnement optimale de la batterie se situe entre 10 et 30 °C. Une gestion thermique précise garantit sa durée de vie et contribue à prolonger celle des véhicules à énergies nouvelles. Troisièmement, contrairement aux véhicules thermiques, les véhicules à énergies nouvelles ne disposent pas de compresseur de climatisation et ne peuvent donc pas utiliser la chaleur résiduelle du moteur pour chauffer l'habitacle. Ils doivent recourir exclusivement à l'énergie électrique pour réguler la température, ce qui réduit considérablement leur autonomie. Par conséquent, la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles est devenue la clé pour résoudre les contraintes de ces véhicules.
Les besoins en gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles sont nettement supérieurs à ceux des véhicules à carburant traditionnel. La gestion thermique automobile vise à contrôler la chaleur du véhicule et de son environnement, à maintenir chaque composant dans sa plage de température optimale, tout en garantissant la sécurité et le confort de conduite. Le système de gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles comprend principalement le système de climatisation et le système de gestion thermique de la batterie.HVCHLe système de commande électronique du moteur est plus complexe que celui des véhicules à énergies nouvelles. Comparé aux voitures traditionnelles, le système de gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles intègre des modules supplémentaires pour la batterie et la commande électronique du moteur. La gestion thermique des véhicules traditionnels comprend principalement le refroidissement du moteur et de la boîte de vitesses, ainsi que celui du système de climatisation. Les véhicules thermiques utilisent un fluide frigorigène pour refroidir l'habitacle, le chauffent grâce à la chaleur résiduelle du moteur, et refroidissent le moteur et la boîte de vitesses par un système de refroidissement liquide ou par air. La principale différence des véhicules à énergies nouvelles réside dans leur source d'énergie. Dépourvus de moteur thermique, leur système de chauffage est alimenté par des cellules photovoltaïques à température contrôlée (CPT) ou par une pompe à chaleur. Les véhicules à énergies nouvelles nécessitent un refroidissement supplémentaire pour les batteries et les systèmes de commande électronique du moteur, ce qui complexifie leur gestion thermique par rapport aux véhicules thermiques traditionnels.
La complexité de la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles a entraîné une augmentation du coût unitaire de ces systèmes. Le coût d'un véhicule équipé d'un système de gestion thermique est 2 à 3 fois supérieur à celui d'une voiture traditionnelle. Par rapport aux voitures traditionnelles, cette augmentation de coût provient principalement du refroidissement liquide des batteries et des climatiseurs à pompe à chaleur.Réchauffeurs de liquide de refroidissement PTC, etc.
Le refroidissement liquide a remplacé le refroidissement par air comme technologie dominante de contrôle de la température, et le refroidissement direct devrait permettre des avancées technologiques majeures.
Les quatre méthodes courantes de gestion thermique des batteries sont le refroidissement par air, le refroidissement liquide, le refroidissement par matériau à changement de phase et le refroidissement direct. Le refroidissement par air était principalement utilisé sur les premiers modèles, mais le refroidissement liquide s'est progressivement imposé grâce à son refroidissement uniforme. En raison de son coût élevé, le refroidissement liquide équipe principalement les modèles haut de gamme et devrait se généraliser aux modèles d'entrée de gamme à l'avenir.
Refroidissement par air (Réchauffeur d'air PTCLe refroidissement par air est une méthode utilisant l'air comme fluide caloporteur. L'air évacue directement la chaleur de la batterie grâce à un ventilateur d'extraction. Ce type de refroidissement nécessite d'augmenter au maximum la distance entre les dissipateurs thermiques et entre les batteries. Des connexions en série ou en parallèle peuvent être utilisées. La connexion en parallèle assurant une dissipation thermique uniforme, la plupart des systèmes de refroidissement par air actuels adoptent ce type de connexion.
La technologie de refroidissement liquide utilise la convection pour évacuer la chaleur générée par la batterie et réduire sa température. Le liquide, grâce à son coefficient de transfert thermique élevé, sa grande capacité thermique et sa vitesse de refroidissement rapide, contribue significativement à abaisser la température maximale et à homogénéiser la température au sein du pack de batteries. De plus, le volume du système de gestion thermique est relativement réduit. En cas de signes d'emballement thermique, le refroidissement liquide, grâce à un débit important de fluide caloporteur, force la batterie à dissiper la chaleur et à la redistribuer entre les modules, ce qui permet de stopper rapidement la progression de l'emballement et d'en réduire le risque. La conception du système de refroidissement liquide est flexible : les cellules ou modules peuvent être immergés dans le liquide, des canaux de refroidissement peuvent être intégrés entre les modules, ou une plaque de refroidissement peut être placée sous la batterie. Cette méthode exige une étanchéité parfaite du système. Le refroidissement par matériau à changement de phase (MCP) consiste à modifier l'état de la matière et à fournir de la chaleur latente sans en changer la température, ce qui modifie ses propriétés physiques. Ce procédé permet d'absorber ou de libérer une grande quantité de chaleur latente pour refroidir la batterie. Cependant, une fois le changement de phase complet du matériau à changement de phase, la chaleur de la batterie ne peut plus être efficacement évacuée.
La méthode de refroidissement direct (refroidissement direct par fluide frigorigène) utilise le principe de la chaleur latente d'évaporation des fluides frigorigènes (R134a, etc.) pour établir un système de climatisation dans le véhicule ou le système de batterie, et installe l'évaporateur du système de climatisation dans le système de batterie, et le fluide frigorigène dans l'évaporateur s'évapore et élimine rapidement et efficacement la chaleur du système de batterie, afin de compléter le refroidissement du système de batterie.
Date de publication : 25 juin 2024
