Depuis 2014, le secteur des véhicules électriques connaît un essor considérable. La gestion thermique des véhicules électriques est notamment en plein essor. En effet, l'autonomie des véhicules électriques dépend non seulement de la densité énergétique de la batterie, mais aussi de la technologie du système de gestion thermique du véhicule. Ce dernier a également connu un essor considérable.expériencelancé un processus à partir de zéro, de la négligence à l’attention.
Alors aujourd'hui, parlons de lagestion thermique des véhicules électriques, que gèrent-ils ?
Similitudes et différences entre la gestion thermique des véhicules électriques et la gestion thermique des véhicules traditionnels
Ce point est mis en avant car après que l'industrie automobile est entrée dans la nouvelle ère énergétique, la portée, les méthodes de mise en œuvre et les composants de la gestion thermique ont considérablement changé.
Il n’est pas nécessaire d’en dire plus ici sur l’architecture de gestion thermique des véhicules à carburant traditionnels, et les lecteurs professionnels ont clairement indiqué que la gestion thermique traditionnelle comprend principalement lasystème de gestion thermique de la climatisation et le sous-système de gestion thermique du groupe motopropulseur.
L'architecture de gestion thermique des véhicules électriques s'inspire de celle des véhicules à carburant et y ajoute le système de gestion thermique électronique du moteur électrique et celui de la batterie. Contrairement aux véhicules à carburant, les véhicules électriques sont plus sensibles aux variations de température. La température est un facteur clé pour leur sécurité, leurs performances et leur durée de vie. La gestion thermique est un moyen essentiel de maintenir une plage de température appropriée et uniforme. Par conséquent, le système de gestion thermique de la batterie est particulièrement crucial, et sa gestion (dissipation, conduction et isolation thermiques) est directement liée à sa sécurité et à la constance de sa puissance après une utilisation prolongée.
Donc, en termes de détails, il y a principalement les différences suivantes.
Différentes sources de chaleur de la climatisation
Le système de climatisation d'un camion-citerne traditionnel est principalement composé d'un compresseur, d'un condenseur, d'un détendeur, d'un évaporateur, d'une canalisation et d'autres éléments.composants.
Lors du refroidissement, le réfrigérant est transporté par le compresseur, et la chaleur de la voiture est évacuée pour réduire la température, ce qui est le principe de la réfrigération.le travail du compresseur doit être entraîné par le moteur, le processus de réfrigération augmentera la charge du moteur, et c'est la raison pour laquelle nous disons que la climatisation d'été coûte plus cher en huile.
Actuellement, la quasi-totalité du chauffage des véhicules à carburant utilise la chaleur du liquide de refroidissement du moteur. Une grande partie de la chaleur résiduelle générée par le moteur peut être utilisée pour chauffer la climatisation. Le liquide de refroidissement traverse l'échangeur de chaleur (également appelé réservoir d'eau) du système d'air chaud. L'air transporté par le ventilateur est alors réchauffé par le liquide de refroidissement du moteur, puis envoyé dans le véhicule.
Cependant, dans un environnement froid, le moteur doit fonctionner longtemps pour élever la température de l'eau à la bonne température, et l'utilisateur doit supporter le froid pendant longtemps dans la voiture.
Le chauffage des véhicules à énergie nouvelle repose principalement sur des radiateurs électriques, notamment des radiateurs à air et des chauffe-eau. Le principe du chauffage à air est similaire à celui d'un sèche-cheveux : il chauffe directement l'air circulant à travers la plaque chauffante, fournissant ainsi de l'air chaud au véhicule. L'avantage du chauffage à air est un temps de chauffage rapide, un rendement énergétique légèrement supérieur et une température de chauffage élevée. L'inconvénient est que le vent de chauffage est particulièrement sec, ce qui provoque une sensation de sécheresse. Le principe du chauffage à eau est similaire à celui du chauffage à eau électrique : il chauffe le liquide de refroidissement à travers la plaque chauffante. Le liquide de refroidissement à haute température circule alors dans le noyau d'air chaud, puis chauffe l'air circulant pour chauffer l'habitacle. Le temps de chauffage du chauffage à eau est légèrement plus long que celui du chauffage à air, mais il est également beaucoup plus rapide que celui d'un véhicule à carburant. De plus, le tuyau d'eau présente des pertes de chaleur à basse température, ce qui entraîne une légère baisse du rendement énergétique. Le Xiaopeng G3 utilise le chauffage à eau mentionné précédemment.
Qu'il s'agisse de chauffage éolien ou de chauffage de l'eau, pour les véhicules électriques, des batteries d'alimentation sont nécessaires pour fournir de l'électricité, et la majeure partie de l'électricité est consommée dansclimatisation chauffage dans les environnements à basse température. Cela entraîne une réduction de l'autonomie des véhicules électriques dans les environnements à basse température.
Comparédité avec le problème de la vitesse de chauffage lente des véhicules à carburant dans les environnements à basse température, l'utilisation du chauffage électrique pour les véhicules électriques peut réduire considérablement le temps de chauffage.
Gestion thermique des batteries d'énergie
Par rapport à la gestion thermique du moteur des véhicules à carburant, les exigences de gestion thermique du système d'alimentation des véhicules électriques sont plus strictes.
Étant donné que la plage de température de fonctionnement optimale de la batterie est très petite, la température de la batterie doit généralement être comprise entre 15 et 40 °C.° C. Cependant, la température ambiante couramment utilisée par les véhicules est de -30~40° C, et les conditions de conduite des utilisateurs réels sont complexes. Le contrôle de la gestion thermique doit identifier et déterminer efficacement les conditions de conduite des véhicules et l'état des batteries, assurer une régulation optimale de la température et s'efforcer d'atteindre un équilibre entre consommation d'énergie, performances du véhicule, performances de la batterie et confort.
Afin d'atténuer l'anxiété liée à l'autonomie, la capacité des batteries des véhicules électriques devient de plus en plus grande et la densité énergétique de plus en plus élevée. Dans le même temps, il est nécessaire de résoudre la contradiction d'un temps d'attente de charge trop long pour les utilisateurs, et la charge rapide et la charge ultra-rapide sont apparues.
En termes de gestion thermique, la charge rapide à courant élevé génère davantage de chaleur et consomme davantage d'énergie. Une température trop élevée pendant la charge peut non seulement entraîner des risques pour la sécurité, mais aussi des problèmes tels qu'une réduction de l'efficacité et une accélération de la durée de vie de la batterie.système de gestion thermiquec'est une épreuve sévère.
Gestion thermique des véhicules électriques
Réglage du confort de la cabine des occupants
L'environnement thermique intérieur d'un véhicule influence directement le confort des occupants. Associée au modèle sensoriel du corps humain, l'étude des flux et des transferts thermiques dans l'habitacle constitue un moyen essentiel d'améliorer le confort et les performances du véhicule. L'impact sur le confort des occupants est pris en compte, que ce soit au niveau de la conception de la carrosserie, de la sortie d'air conditionné, des vitres exposées au rayonnement solaire ou de la conception globale de la carrosserie, en combinaison avec le système de climatisation.
Lors de la conduite d'un véhicule, les utilisateurs ne doivent pas seulement ressentir la sensation de conduite apportée par la forte puissance du véhicule, mais le confort de l'environnement de la cabine est également un élément important.
Contrôle de réglage de la température de fonctionnement de la batterie d'alimentation
L'utilisation de la batterie dans le processus rencontrera de nombreux problèmes, en particulier en ce qui concerne la température de la batterie. L'atténuation de la puissance de la batterie au lithium dans un environnement à température extrêmement basse est grave. Dans un environnement à haute température, elle est sujette à des risques de sécurité. L'utilisation de batteries dans des cas extrêmes sera très susceptible d'endommager la batterie, réduisant ainsi ses performances et sa durée de vie.
L'objectif principal de la gestion thermique est de maintenir la batterie dans la plage de température appropriée afin de maintenir ses performances optimales. Le système de gestion thermique de la batterie comprend trois fonctions principales : la dissipation thermique, le préchauffage et l'équilibrage thermique. Ces deux fonctions sont principalement ajustées en fonction de l'impact potentiel de la température extérieure sur la batterie. L'équilibrage thermique permet de réduire les écarts de température au sein de la batterie et d'éviter une dégradation rapide due à la surchauffe d'une partie de la batterie.
Les systèmes de gestion thermique des batteries utilisés dans les véhicules électriques actuellement sur le marché sont principalement divisés en deux catégories : refroidis par air et refroidis par liquide.
Le principe de lasystème de gestion thermique refroidi par air Cela ressemble davantage au principe de dissipation thermique de l'ordinateur, un ventilateur de refroidissement est installé dans une section de la batterie, et l'autre extrémité comporte un évent, qui accélère le flux d'air entre les batteries grâce au travail du ventilateur, afin d'évacuer la chaleur émise par la batterie lorsqu'elle fonctionne.
En clair, le refroidissement par air consiste à ajouter un ventilateur sur le côté de la batterie et à la refroidir en soufflant dessus. Cependant, le vent soufflé par le ventilateur est affecté par des facteurs externes et l'efficacité du refroidissement par air diminue lorsque la température extérieure est élevée. De même, souffler un ventilateur ne rafraîchit pas par temps chaud. L'avantage du refroidissement par air réside dans sa structure simple et son faible coût.
Le refroidissement liquide évacue la chaleur générée par la batterie pendant son fonctionnement grâce au liquide de refroidissement présent dans le circuit de refroidissement interne du bloc-batterie, réduisant ainsi sa température. En pratique, le liquide présente un coefficient de transfert thermique élevé, une grande capacité thermique et une vitesse de refroidissement plus rapide. Le Xiaopeng G3 utilise un système de refroidissement liquide offrant une efficacité de refroidissement supérieure.
En termes simples, le principe du refroidissement liquide consiste à placer un tuyau d'eau dans la batterie. Lorsque la température de la batterie est trop élevée, de l'eau froide est versée dans le tuyau, ce qui permet d'évacuer la chaleur pour refroidir la batterie. Si la température de la batterie est trop basse, il faut la réchauffer.
Lorsque le véhicule roule à vive allure ou est chargé rapidement, une grande quantité de chaleur est générée lors de la charge et de la décharge de la batterie. Lorsque la température de la batterie est trop élevée, activez le compresseur : le fluide frigorigène basse température circule alors dans le liquide de refroidissement de l'échangeur de chaleur de la batterie. Ce fluide pénètre dans la batterie pour évacuer la chaleur, permettant ainsi à la batterie de maintenir une plage de température optimale, améliorant ainsi considérablement la sécurité et la fiabilité de la batterie pendant l'utilisation du véhicule et réduisant le temps de charge.
En hiver, les basses températures réduisent l'activité des batteries au lithium, réduisent considérablement leurs performances et empêchent leur décharge à haute puissance ou leur charge rapide. Dans ce cas, activez le chauffe-eau pour chauffer le liquide de refroidissement du circuit de batterie. Ce liquide à haute température réchauffe la batterie. Cela garantit une charge rapide et une longue autonomie du véhicule même à basse température.
Contrôle électronique de l'entraînement électrique et dissipation thermique du refroidissement des pièces électriques haute puissance
Les véhicules à énergie nouvelle ont atteint des fonctions d'électrification complètes, et le système d'alimentation à carburant a été remplacé par un système d'alimentation électrique. La batterie d'alimentation produit jusqu'àTension continue de 370 V Pour alimenter le véhicule en électricité, le refroidir et le chauffer, ainsi qu'en alimentant ses différents composants électriques. Pendant la conduite, les composants électriques haute puissance (moteurs, convertisseurs CC/CC, contrôleurs de moteur, etc.) génèrent une chaleur importante. La température élevée des appareils électriques peut entraîner une panne du véhicule, une limitation de puissance, voire des risques pour la sécurité. La gestion thermique du véhicule doit dissiper la chaleur générée à temps afin de garantir que les composants électriques haute puissance du véhicule restent dans une plage de température de fonctionnement sûre.
Le système de commande électronique du moteur électrique G3 adopte un refroidissement liquide pour la gestion thermique. Le liquide de refroidissement circule dans la canalisation du système d'entraînement de la pompe électronique, traverse le moteur et les autres dispositifs de chauffage pour évacuer la chaleur des composants électriques, puis traverse le radiateur situé sur la grille d'admission avant du véhicule. Le ventilateur électronique est alors activé pour refroidir le liquide de refroidissement à haute température.
Quelques réflexions sur le développement futur de l'industrie de la gestion thermique
Faible consommation d'énergie :
Afin de réduire la forte consommation d'énergie liée à la climatisation, la climatisation par pompe à chaleur a progressivement fait l'objet d'une attention accrue. Bien que le système de pompe à chaleur classique (utilisant le réfrigérant R134a) présente certaines limitations dans l'environnement utilisé, notamment des températures extrêmement basses (inférieures à -10 °C),° C) En cas d'inefficacité, la réfrigération à haute température ne diffère pas de la climatisation d'un véhicule électrique classique. Cependant, dans la plupart des régions de Chine, la saison du printemps et de l'automne (température ambiante) permet de réduire efficacement la consommation d'énergie de la climatisation, avec un rendement énergétique deux à trois fois supérieur à celui des radiateurs électriques.
Faible bruit :
Après que le véhicule électrique n'a pas la source de bruit du moteur, le bruit généré par le fonctionnement dele compresseurLe ventilateur électronique frontal, utilisé pour la réfrigération, est souvent source de plaintes de la part des utilisateurs. Des ventilateurs électroniques performants et silencieux, ainsi que des compresseurs à grande cylindrée, contribuent à réduire le bruit de fonctionnement tout en augmentant la capacité de refroidissement.
Faible coût:
Les systèmes de gestion thermique utilisent principalement des systèmes de refroidissement liquide pour le chauffage des batteries et de la climatisation. Or, les besoins en chaleur pour le chauffage des batteries et de la climatisation à basse température sont très importants. La solution actuelle consiste à augmenter la production de chaleur grâce à un chauffage électrique, ce qui engendre des coûts de pièces et une consommation d'énergie élevés. Une avancée technologique majeure dans la réduction des contraintes de température des batteries permettra d'optimiser considérablement la conception et le coût des systèmes de gestion thermique. L'utilisation efficace de la chaleur résiduelle générée par le moteur pendant le fonctionnement du véhicule contribuera également à réduire la consommation d'énergie du système. Il en résulte une réduction de la capacité de la batterie, une amélioration de l'autonomie et une baisse du coût du véhicule.
Intelligent:
L'électrification des véhicules électriques est une tendance de développement importante. Les climatiseurs traditionnels, limités aux fonctions de réfrigération et de chauffage, sont désormais plus intelligents. L'intégration du Big Data dans les habitudes de conduite des utilisateurs permet d'optimiser la climatisation. Par exemple, dans les voitures familiales, la température peut être adaptée intelligemment à chaque passager. Allumez la climatisation avant de sortir pour que la température à l'intérieur du véhicule soit confortable. La sortie d'air électrique intelligente ajuste automatiquement sa direction en fonction du nombre de passagers, de leur position et de leur taille.
Date de publication : 20 octobre 2023