Refroidissement groupes motopropulseurs électrifiés (hybrides ou électriques) et PAC

Programme

• GÉNÉRALITÉS

  • Rappels sur les modes de transfert thermique (conduction, convection, rayonnement).
  • Explicitation de cas particuliers : contact thermique et matériaux d’interface thermique (TIM), changement de phase.
  • Principes, lois, exemples pratiques.

• GESTION THERMIQUE D’UNE BATTERIE HAUTE TENSION DE TRACTION

  • Motivation : enjeux prestation/performance (y compris à froid), durée de vie, sécurité.
  • Nature des pertes thermiques, couplage modèles thermochimique et thermique.
  • Exigences et contraintes cellules : technologie, thermique, performance et rendement, coût, sécurité.
  • Thermal runaway : introduction sur ses causes possibles, contribution des systèmes thermiques à la limitation de sa propagation. Venting.
  • Gestion thermique à l’échelle de la cellule : mise en œuvre. Analyse des concepts « cell-to-module » et « cell-to-pack ». Design et intégration cooling plate. Processus de conception.
  • Architectures de gestion thermique : panorama, étude de solutions constructeurs, critères de décision.
  • Travaux dirigés : identification des limites thermoacoustiques d’une thermorégulation par air habitacle. Cartographies de pilotage de l’actionneur de refroidissement, enjeux multi-prestations.
  • Enjeux thermiques recharge plug-in rapide, vehicle-to-grid.
  • Possibles futures architectures : enjeux, intérêts, contraintes, perspectives.

• REFROIDISSEMENT D’UNE PILE A COMBUSTIBLE

  • Introduction :
  • Rapide historique, acteurs automobiles.
  • Application FCEV : contexte énergétique du dihydrogène, champ d’application, introduction aux éléments technologiques d’une pile à combustible.
  • Rappel des fondamentaux :
  • Réactions électrochimiques et thermodynamique électrochimique : applications des 1er et 2nd principes de thermodynamique, de la notion enthalpie libre et de l’équation de Nernst.
  • Courbe de polarisation, identification des pertes thermiques et leurs enjeux, rendement électrique, bilan énergétique et rendement système.
  • Exigences thermiques :
  • Sources et puits thermiques, bilan thermique.
  • Modes de refroidissement : toutes applications, état de l’art pour les applications automobiles, perspectives, exemples.
  • Ambiances froides : situations de vie et modes de défaillances, solutions, études de cas : démarrage par -7°C, par -30°C, parking long durée sous 0°C.
  • Besoin de refroidissement : interprétation du bilan thermique et énergétique, conditions optimales de fonctionnement, vieillissement, qualification des différents enjeux sur les différents systèmes thermiques.
  • Conséquences sur les systèmes thermique du véhicule : choix du mode de gestion thermique, fluide caloporteur, filtration, dimensionnement du système de refroidissement.
  • Travaux dirigés :
  • Etude de cas : comparaison exigences thermiques GMP => systèmes thermiques véhicule.
  • 4 architectures GMP : ICE / BEV / FCEV selon 2 modes de fonctionnement.
  • Puissance à la roue pour 2 situations de vie, rendement global GMP, puissances de refroidissement, spécification coefficients d’échange thermique et débits de liquide caloporteur.
  • Impact sur l’adaptation thermique au véhicule :
  • Impacts adaptation véhicule : façade aérothermique, entrées/extractions d’air, architecture fonctionnelle boucles fluidiques, environnement thermique.
  • Illustrations : analyse d’adaptations thermiques sur applications véhicules.

• REFROIDISSEMENT DES ENTRAÎNEMENTS ÉLECTRIQUES

  • Nature des pertes thermiques et de leurs sensibilités, zones sensibles et risques thermiques.
  • Localisation des sources de chaleur, températures limites.
  • Modes de transfert thermique locaux (conduction, convection, rayonnement, contacts thermiques).
  • Modes de refroidissement globaux : air (machines ouvertes/fermées), liquide (eau glycolée, huile). Topologies, benchmark, exemples de mises en œuvre.
  • Tendances et perspectives.

• REFROIDISSEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

  • Rappel des besoins et objectifs, constituants (sous-système et composants) : pertes thermiques et températures maximales.
  • Enjeu de la miniaturisation de ces composants. Nature des pertes thermiques, zones sensibles et risques.
  • Modes de refroidissement globaux : air, liquide (monophasique, diphasique) ; design et enjeux.
  • Travaux dirigés : estimation des pertes thermiques d’un MOSFET à partir de l’analyse d’une datasheet, dimensionnement fonctionnel du dissipateur thermique et de leur interface.
  • Exemples de mises en œuvre : état de l’art automobile, applications autres industries.

• ENJEUX DU CONFORT THERMIQUE HABITACLE

  • Définition, paramètres influents, interactions avec d’autres prestations véhicule.
  • Enjeux autonomie selon climat. Démarche de conception fonctionnelle, inter prestations et arbitrages.
  • "Nouvelles" architectures : gestion de l’air, traitement thermique, pré conditionnement et stockage, problématique d’un brûleur : image/performance, pompe à chaleur, réfrigération sans compression.
  • Interclassement de technologies, bilan.

• IMPACT DE L’ÉLECTRIFICATION DU GMP SUR L’ADAPTATION THERMIQUE VÉHICULE

  • Introduction : niveaux d’électrification, architectures d’hybridation, inducteurs et contraintes thermiques.
  • Systèmes thermiques véhicule : façade aérothermique et circuits caloporteurs, intégration, environnement thermique.
  • Analyse critique d’architectures fonctionnelles MHEV, Full Hybrid, PHEV, BEV. Impacts sur les modules d’échange thermique. Impact de l’environnement thermique xHEV sur les composants.
  • Travaux dirigés : refroidissement des organes électriques et électroniques d’un MHEV : dimensionnement de l’actionneur de refroidissement, sensibilités.
  • Nouveaux usages du moteur à combustion interne : enjeux, conséquences, approches.
  • Nouvelles fonctions/prestations véhicule : problématiques, enjeux, architectures fonctionnelles, impacts.
  • Évolution des architectures thermiques véhicule : circuits caloporteurs, façade aérothermique, réseau thermique, approche système, synthèse et perspectives.