Les climatiseurs à pompe à chaleur traditionnels présentent une faible efficacité de chauffage et une capacité de chauffage insuffisante par temps froid, ce qui limite leurs applications dans les véhicules électriques. C'est pourquoi plusieurs méthodes visant à améliorer leurs performances par basses températures ont été développées et mises en œuvre. En augmentant judicieusement le circuit d'échange thermique secondaire, tout en refroidissant la batterie et le système moteur, la chaleur résiduelle est recyclée afin d'améliorer la capacité de chauffage des véhicules électriques par basses températures. Les résultats expérimentaux montrent que la capacité de chauffage du climatiseur à pompe à chaleur à récupération de chaleur est nettement supérieure à celle d'un climatiseur à pompe à chaleur traditionnel. Ce type de pompe à chaleur, avec un couplage plus poussé entre chaque sous-système de gestion thermique et le système de gestion thermique du véhicule (hautement intégré), est utilisé dans les Tesla Model Y et Volkswagen ID.4. Des modèles CROZZ et autres ont également été testés (voir à droite). Cependant, lorsque la température ambiante est basse et que la quantité de chaleur récupérée est faible, la récupération de chaleur seule ne suffit pas à couvrir les besoins en chauffage par temps froid, et des résistances PTC restent nécessaires pour compenser le manque de puissance de chauffage. Cependant, grâce à l'amélioration progressive du niveau d'intégration de la gestion thermique des véhicules électriques, il est possible d'accroître la récupération de chaleur résiduelle en augmentant raisonnablement la chaleur générée par le moteur, ce qui accroît la capacité de chauffage et le COP du système de pompe à chaleur et évite le recours àréchauffeur de liquide de refroidissement PTC/réchauffeur d'air PTCTout en réduisant davantage l'encombrement du système de gestion thermique, celui-ci répond aux besoins de chauffage des véhicules électriques en environnement froid. Outre la récupération et l'utilisation de la chaleur résiduelle des batteries et des systèmes de propulsion, l'exploitation de l'air de retour contribue également à réduire la consommation énergétique du système de gestion thermique dans ces conditions. Les résultats de la recherche montrent qu'en environnement froid, des mesures judicieuses d'utilisation de l'air de retour permettent de réduire la puissance de chauffage requise par les véhicules électriques de 46 % à 62 %, tout en évitant la formation de buée et de givre sur les vitres, et de réduire la consommation d'énergie de chauffage jusqu'à 40 %. Denso Japan a également développé une structure à double couche air de retour/air neuf, capable de réduire les pertes de chaleur dues à la ventilation de 30 % tout en prévenant la formation de buée. À ce stade, l'adaptabilité environnementale de la gestion thermique des véhicules électriques en conditions extrêmes s'améliore progressivement, et cette technologie évolue vers une approche plus intégrée et plus écologique.
Afin d'améliorer encore l'efficacité de la gestion thermique de la batterie en conditions de forte puissance et de réduire sa complexité, la méthode de régulation de température par refroidissement et chauffage directs, qui consiste à injecter directement le fluide frigorigène dans la batterie pour un échange thermique, constitue une solution technique actuelle. La configuration de gestion thermique de cet échange direct entre la batterie et le fluide frigorigène est illustrée dans la figure de droite. La technologie de refroidissement direct permet d'améliorer l'efficacité et la vitesse d'échange thermique, d'obtenir une distribution de température plus uniforme à l'intérieur de la batterie, de réduire le circuit secondaire et d'accroître la récupération de chaleur perdue du système, améliorant ainsi les performances de régulation de température de la batterie. Cependant, du fait de cette technologie d'échange thermique direct entre la batterie et le fluide frigorigène, le refroidissement et le chauffage doivent être optimisés par le fonctionnement du système de pompe à chaleur. D'une part, la régulation de température de la batterie est limitée par les cycles de fonctionnement du système de climatisation par pompe à chaleur, ce qui a un impact sur les performances du circuit de fluide frigorigène. D'autre part, elle limite également l'utilisation de sources de refroidissement naturelles lors des intersaisons. Cette technologie nécessite donc des recherches, des améliorations et une évaluation d'application plus approfondies.
Progrès de la recherche sur les composantes clés
Le système de gestion thermique du véhicule électrique (HVCHUn système de pompe à chaleur est composé de plusieurs éléments, notamment des compresseurs électriques, des électrovannes, des échangeurs de chaleur, diverses canalisations et des réservoirs de liquide. Parmi eux, le compresseur, l'électrovanne et l'échangeur de chaleur constituent les composants essentiels du système. Face à la demande croissante de véhicules électriques légers et à l'intégration toujours plus poussée des systèmes, les composants de gestion thermique des véhicules électriques évoluent vers plus de légèreté, d'intégration et de modularité. Afin d'améliorer l'utilisation des véhicules électriques dans des conditions extrêmes, des composants capables de fonctionner normalement dans ces conditions et répondant aux exigences de performance en matière de gestion thermique automobile sont également développés et mis en œuvre.
Date de publication : 4 avril 2023
