Comprendre les performances du chauffage, de la ventilation et de la climatisation dans les véhicules électriques (VE)

Contrairement aux moteurs à combustion, qui fonctionnent dans une large gamme de températures et sont refroidis, les VE sont confrontés à des défis uniques en matière de gestion thermique. Les moteurs à combustion génèrent suffisamment de chaleur résiduelle pour assurer le chauffage de l'habitacle et le fonctionnement des unités auxiliaires sans nuire de manière significative à l'efficacité. La chaleur résiduelle de la boîte de vitesses peut également être gérée efficacement grâce à un échangeur de chaleur. La seule exception est le refroidissement de l'habitacle, qui nécessite traditionnellement un compresseur de climatisation entraîné par le moteur et un circuit de réfrigération, ce qui entraîne une réduction de la puissance mécanique du véhicule.

Inversement, dans les VE, la batterie de traction fonctionne généralement à des températures plus basses. Le froid extrême peut réduire les performances de la batterie, en particulier pendant la charge, tandis que la chaleur excessive peut poser des risques pour la sécurité. D'autres composants, comme les moteurs électriques et l'électronique de puissance du groupe motopropulseur, fonctionnent dans différentes plages de température, mais ils sont si efficaces que leur chaleur résiduelle ne suffit pas à elle seule à 

Il en résulte un double défi : la climatisation de l'habitacle nécessite l'énergie d'une pompe à chaleur, tandis que la batterie de traction a besoin d'un chauffage et d'un refroidissement actifs pour maintenir sa fenêtre de température de fonctionnement optimale. Par conséquent, le système de gestion thermique d'un véhicule électrique doit trouver un équilibre entre quatre objectifs clés : maximiser l'efficacité et l'autonomie du système, contrôler les coûts et optimiser l'espace d'installation.

Dans les environnements chauds, les batteries des véhicules électriques peuvent subir des températures élevées en raison de la chaleur externe et de la chaleur générée pendant le fonctionnement. Les températures élevées des batteries peuvent entraîner une baisse d'efficacité, une dégradation accélérée et une réduction de la durée de vie globale de la batterie. Un refroidissement efficace de la batterie est essentiel pour maintenir des performances et une longévité optimales.

Les véhicules électriques utilisent des entraînements électriques, tels que des machines synchrones à excitation permanente (PMSM), dans leurs systèmes d'entraînement. Ces entraînements génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement et leur efficacité et leurs performances peuvent être affectées par des températures élevées. En particulier, les moteurs PMSM ont des aimants dans leurs rotors qui peuvent perdre leur magnétisme si la température de Curie est dépassée. Cela peut entraîner une démagnétisation du moteur, ce qui se traduit par une perte d'efficacité significative et un remplacement potentiellement coûteux du moteur.

La climatisation des véhicules électriques joue un double rôle dans les environnements chauds. D'une part, elle est nécessaire pour assurer le confort des passagers et, d'autre part, elle est cruciale pour refroidir divers composants, notamment la batterie et la transmission électrique. Le défi consiste à trouver le bon équilibre entre le maintien des passagers au frais et le refroidissement efficace des composants critiques du véhicule.

Les températures élevées peuvent constituer un risque pour la sécurité des véhicules électriques. Des températures extrêmement élevées peuvent provoquer un emballement thermique dans les batteries lithium-ion, ce qui peut entraîner des incendies ou des explosions. Une gestion thermique appropriée est essentielle pour minimiser ces risques de sécurité.