Système de refroidissement de voiture électrique
Habituellement, le système de refroidissement régule la température du véhicule, qui comprend la température de la batterie, la température du moteur électronique de puissance et la température du moteur. Dans la boucle de refroidissement, un liquide de refroidissement circule à l'aide d'une pompe électrique pour refroidir les batteries, l'électronique, le moteur et les systèmes associés.
Profil de l'entreprise
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Qu'est-ce que le système de refroidissement des voitures électriques
Habituellement, le système de refroidissement régule la température du véhicule, qui comprend la température de la batterie, la température du moteur électronique de puissance et la température du moteur. Dans la boucle de refroidissement, un liquide de refroidissement circule à l'aide d'une pompe électrique pour refroidir les batteries, l'électronique, le moteur et les systèmes associés.
Avantages du système de refroidissement des voitures électriques
Haute efficacité
Le système de refroidissement des voitures électriques a été conçu pour consommer moins d’énergie, garantissant ainsi que l’autonomie d’une voiture électrique n’est pas significativement affectée. Le système peut maintenir des températures optimales plus longtemps, permettant aux voitures électriques de parcourir de plus longues distances avant de nécessiter une recharge.
Contrôle intelligent
Le thermostat électronique garantit que le système fonctionne à la température optimale, évitant ainsi la surchauffe ou la sous-chauffe.
Durabilité
Le système de refroidissement des voitures électriques est fabriqué à partir de matériaux de haute qualité, garantissant sa longue durée de vie et nécessitant un entretien minimal.
Rentable
Le système de refroidissement des voitures électriques contribue à améliorer les performances du véhicule tout en réduisant les coûts de maintenance en évitant les dommages au moteur associés à la surchauffe.
Types de système de refroidissement de voiture électrique
Système de refroidissement par air
Comme son nom l’indique, le système de refroidissement par air utilise l’air de l’environnement pour refroidir la température de la batterie. Le principe de convection est utilisé dans le système de refroidissement par air, où l'air frais entre dans la voiture, circule autour du système de batterie et sort de la voiture.
L’air ayant une faible conductivité, le système de refroidissement par air est considéré comme moins efficace. Le système est capable de dissiper seulement quelques centaines de watts de chaleur. Pour augmenter l'efficacité, certains fabricants installent un système de refroidissement actif comprenant des ventilateurs, des dissipateurs thermiques et un liquide de refroidissement.
Système de refroidissement liquide
Un système de refroidissement liquide utilise un liquide de refroidissement comme un réfrigérant ou un liquide de refroidissement à base de glycol pour maintenir la température de la voiture. Le système de refroidissement liquide se compose de tuyaux, d'un réservoir, d'un radiateur et d'une pompe. Le liquide de refroidissement est pompé dans les tuyaux qui entourent le système de batterie et d’autres composants générant de la chaleur. Le liquide de refroidissement traverse ces tuyaux, absorbe la chaleur puis retourne au radiateur de la voiture pour se refroidir.
Le processus se poursuit jusqu'à ce que le moteur de la voiture tourne. Dans certains systèmes de refroidissement liquide, on utilise un liquide de refroidissement diélectrique qui entre en contact direct avec les cellules de la batterie. Ce type de refroidissement liquide est plus efficace mais moins sûr. Cela dit, il est rarement utilisé dans les véhicules électriques de passagers.
Contrairement aux véhicules conventionnels, le liquide de refroidissement des véhicules électriques ne nécessite pas d'entretien régulier et peut durer jusqu'à 5 ans avec un seul changement. En effet, certaines marques affirment que leur liquide de refroidissement suffit à vie, dispensant les conducteurs de le changer.
Les tentatives visant à améliorer la capacité de la batterie peuvent toutefois présenter certains défis. La principale question est liée au refroidissement. Les batteries génèrent de la chaleur lorsqu'elles se chargent et se déchargent. Par conséquent, plus une batterie stocke d’énergie et plus elle se charge ou se décharge rapidement, plus elle aura tendance à créer de la chaleur.
Les véhicules entièrement électriques sont équipés d'un système de refroidissement qui maintient des limites de température particulières dans l'électronique de puissance et les batteries du véhicule. Le rôle principal du système de refroidissement est de garantir que la température de la batterie reste dans les limites de fonctionnement sûres.
Si la température de la batterie lithium-ion dans une cellule donnée devient trop élevée, cela peut provoquer une réaction en chaîne connue sous le nom d'emballement thermique, dans laquelle la batterie complète subit une décomposition exothermique catastrophique.
Il est bien entendu essentiel d’éviter la surchauffe et l’emballement thermique. La majorité des systèmes de refroidissement des véhicules électriques visent à maintenir les batteries à leur température de fonctionnement optimale la plupart du temps.
Habituellement, cela signifie une distribution de température presque uniforme dans la plage de 15 - 35 degrés C. Si les températures peuvent varier considérablement dans tout le pack ou tomber en dehors de cette plage particulière, les temps de charge et l'efficacité peuvent être affectés négativement, ce qui entraîne dans une réduction de la durée de vie de la batterie.
Technologies de refroidissement des véhicules électriques
Les systèmes de refroidissement liquide deviennent de plus en plus cruciaux et complexes à mesure que les taux de charge et la capacité de la batterie augmentent.9,10 Les systèmes de refroidissement liquide dans les véhicules électriques d'aujourd'hui peuvent nécessiter une subdivision du système de refroidissement en plusieurs circuits et un échange de chaleur entre le liquide de refroidissement de la batterie et le réfrigérant du système de climatisation.
Les véhicules électriques utilisent diverses technologies de refroidissement pour gérer la température des systèmes électriques : refroidissement par air, ailettes et liquide.
Le refroidissement par ailettes est un mécanisme de refroidissement passif simple et économique qui a fait ses preuves dans le monde de l'électronique.
En effet, la construction de composants à forte intensité énergétique comportant des ailettes et des crêtes plutôt que des faces plates augmente leur surface, améliorant ainsi la vitesse à laquelle ils peuvent dissiper la chaleur vers leur environnement.
Cependant, les ailerons ont une application limitée dans les véhicules électriques car ils peuvent augmenter considérablement le poids des systèmes électriques.
Le refroidissement par air, la circulation d'air relativement frais sur la surface d'un objet chaud, est une autre technologie relativement simple car elle le refroidit plus rapidement.
Le refroidissement liquide est le moyen le plus efficace de contrôler la température des batteries et des systèmes d’alimentation des véhicules électriques.
La tuyauterie du liquide de refroidissement dans les systèmes électriques facilite l'évacuation efficace de la chaleur et, bien que cela soit relativement coûteux et complexe, il offre un contrôle plus précis de la température des systèmes électroniques et des batteries des véhicules électriques.
Alors que les constructeurs s’orientent vers l’installation de batteries de plus en plus grandes capacités dans les véhicules électriques, les exigences auxquelles ces systèmes de refroidissement doivent être capables de répondre augmentent également.
Le refroidissement par air est généralement rentable et a été utilisé dans certains modèles de voitures électriques (y compris les premiers modèles de la Nissan Leaf). Cependant, ce système peut être relativement gourmand en énergie, et les voitures qui dépendent du refroidissement par air peuvent rencontrer des problèmes par temps chaud.8
Pourquoi les véhicules électriques ont besoin d'un système de refroidissement de batterie efficace
Contrôle de la température pour la longévité de la batterie
Les batteries EV fonctionnent plus efficacement dans une plage de température spécifique. Les températures extrêmes, qu'elles soient trop élevées ou trop basses, peuvent entraîner une dégradation de la capacité de la batterie et une réduction de sa durée de vie globale. Les systèmes de refroidissement régulent la température pour empêcher les modules de batterie de surchauffer pendant le fonctionnement et pour maintenir des conditions appropriées de charge et de décharge.
Performance améliorée
Maintenir les batteries à une température optimale avec un système de gestion thermique adapté améliore leurs performances. Les batteries trop froides peuvent présenter une puissance et une capacité réduites, tandis que des températures trop élevées peuvent diminuer la capacité de stockage d’énergie et la fourniture d’énergie. Un système de refroidissement efficace garantit des performances constantes, en particulier lors de tâches exigeantes comme une accélération rapide ou une montée de pente raide.
Prévention de l'emballement thermique
Une chaleur excessive peut déclencher un phénomène appelé emballement thermique, dans lequel les réactions internes de la batterie s'accélèrent de manière incontrôlable, entraînant une surchauffe et potentiellement des incendies ou des explosions. Un système de refroidissement efficace empêche les températures d’atteindre des niveaux dangereux, atténuant ainsi le risque d’emballement.
Préservation de l’efficacité de la charge
Une quantité importante de chaleur est générée lors d’une charge rapide en raison du courant élevé circulant dans la batterie. Si cette chaleur n'est pas gérée, elle peut gêner le processus de charge ou même endommager la batterie. Un refroidissement efficace aide à dissiper l'excès de chaleur, permettant une charge plus rapide et plus sûre.
Le besoin de systèmes de refroidissement des batteries dans les véhicules électriques
La surchauffe est l’une des principales causes qui accélèrent le taux de dégradation des batteries des véhicules électriques. La génération de chaleur fait travailler la batterie et ses performances se détériorent avec le temps. La charge rapide en courant continu et la charge rapide de la batterie ne sont pas bonnes pour la santé de la batterie, car les courants électriques accélérés créent des températures plus élevées.
La température élevée dans la batterie provoque une évaporation du liquide de la batterie et des dommages à la structure interne de la batterie, qui ne peuvent pas être corrigés. À des températures optimales, la disponibilité de la puissance de décharge, l’acceptation de la charge pendant le freinage par récupération et la santé de la batterie sont optimales. La durée de vie de la batterie, la maniabilité du véhicule électrique et l’économie de carburant se dégradent à mesure que la température augmente. Compte tenu de l’effet thermique global sur la batterie, un système de refroidissement de la batterie revêt une grande importance dans les véhicules électriques.
À mesure que les véhicules électriques (VE) progressent et que les capacités des batteries augmentent, de nouveaux défis apparaissent qui nécessitent des solutions pour un refroidissement efficace tout en maintenant l'efficacité énergétique.
L’un de ces défis est la recherche d’une densité énergétique plus élevée, qui génère plus de chaleur pendant le fonctionnement et la charge. Un système de refroidissement liquide ou par air doit gérer cette chaleur élevée sans compromettre la sécurité ou les performances. La charge rapide nécessite également des systèmes de refroidissement capables de dissiper rapidement la chaleur générée pour éviter la surchauffe, un facteur qui pourrait nuire à la longévité et à la sécurité de la batterie.
À mesure que l'industrie des véhicules électriques devient de plus en plus sophistiquée, les systèmes de gestion thermique doivent ajuster de manière dynamique les stratégies de refroidissement et de chauffage en fonction des conditions de conduite, du niveau de charge de la batterie et de la température ambiante. Atteindre une répartition constante de la température sur toutes les cellules de la batterie présente son propre ensemble de difficultés, en particulier avec la taille croissante du bloc de batterie.
Aborder l’impact environnemental des systèmes de refroidissement est essentiel pour la durabilité. Développer des solutions de refroidissement ayant des conséquences écologiques minimes tout en préservant les performances représente un défi à multiples facettes à l'intersection de la technologie et de la responsabilité. L'intégration transparente des systèmes de refroidissement dans la conception globale du véhicule constitue un défi qui nécessite des solutions toujours plus innovantes.
Systèmes de refroidissement liquide des batteries dans les véhicules électriques
Le système de refroidissement de la batterie des véhicules électriques régule la température de la batterie. La gestion thermique des batteries des véhicules électriques utilise des boucles de refroidissement contenant des liquides de refroidissement tels que l'éthylène glycol. Une pompe électrique fait circuler le liquide de refroidissement dans les batteries. Des radiateurs sont inclus dans la boucle de refroidissement pour libérer la chaleur vers l'ambiant. Le système de refroidissement des batteries des véhicules électriques peut être soit un refroidissement liquide passif, soit un refroidissement liquide actif.
Systèmes de refroidissement liquide passifs
Dans un système de refroidissement liquide passif, la puissance de refroidissement dépend de la différence de température entre l'air ambiant et la batterie. Les performances de refroidissement peuvent être améliorées en connectant des ventilateurs derrière les radiateurs.
Systèmes de refroidissement liquide actif
Un système de refroidissement liquide actif est efficace lorsque la température ambiante est supérieure à la température de la batterie ou lorsque la différence de température est trop faible. Le système de refroidissement liquide actif se compose de deux boucles. La boucle primaire est similaire au système de refroidissement liquide passif. La boucle secondaire se trouve dans la boucle de climatisation. Il se compose de deux échangeurs de chaleur qui fonctionnent respectivement comme évaporateurs et condenseurs. Une réponse rapide du système de refroidissement de la batterie des véhicules électriques est essentielle pour une mobilité électrique fiable.
La batterie est le cœur d’un véhicule électrique, fournissant l’énergie nécessaire à sa conduite. Comme la batterie génère de la chaleur lors de la charge et de la décharge, il est crucial de disposer d’un système de refroidissement efficace de la batterie. Cette augmentation de la température de la batterie peut entraîner une usure plus rapide et même devenir dangereuse.
La gestion de la température entre les différentes parties du véhicule comme la batterie, le système CVC (chauffage, ventilation et climatisation), le moteur électrique et l'onduleur est gérée via le système de gestion thermique de la batterie (btms). Par exemple, lorsque le moteur chauffe, une partie de cette chaleur peut être envoyée soit pour réchauffer l’habitacle, soit pour charger la batterie, exploitant ainsi au maximum l’énergie.
L’utilisation des meilleures pratiques de chargement des batteries électriques s’aligne parfaitement avec cette approche globale de gestion de la température. En comprenant l'interaction entre la température de la batterie, les cycles de charge et la dissipation thermique, les propriétaires de véhicules électriques peuvent maximiser la durée de vie de la batterie et maintenir des performances optimales tout au long de la durée de vie du véhicule.
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