Refroidissement Groupes Motopropulseurs Électrifiés (Hybrides ou Électriques)

Programme

• GÉNÉRALITÉS

  • Rappels sur les modes de transfert thermique (conduction, convection, rayonnement).
  • Explicitation de cas particuliers : contact thermique, transfert enthalpique, 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.
  • Gestion thermique à l’échelle de la cellule : mise en œuvre. Processus de conception.
  • Use-case recharges plug-in lente et rapide : enjeux thermiques.
  • Architectures de gestion thermique : panorama, étude de solutions constructeurs, critères de décision. Possibles futures architectures : enjeux, intérêts, contraintes, perspectives.

• REFROIDISSEMENT DES ENTRAÎNEMENTS ÉLECTRIQUES

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

• REFROIDISSEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

  • Enjeu de la miniaturisation de ces composants. Nature des pertes thermiques, zones sensibles et risques.
  • Modes de refroidissement globaux : air, liquide (monophasique, diphasique) ; enjeux.
  • Exemples de mises en œuvre.

• REFROIDISSEMENT D’UNE PILE A COMBUSTIBLE

  • Rappel des fondamentaux :
  • Rappels sur les modes de transfert thermique (conduction, convection, rayonnement).
  • Cas particuliers : contact thermique et matériaux d’interface thermique (TIM), changement de phase. Principes, lois, exemples pratiques.
  • 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, rendement système
  • Exigences thermiques :
  • Sources et puits thermiques, bilan thermique
  • Exigences thermiques par ambiances froides : situations de vie et modes de défaillances, solutions
  • Exigences thermiques en besoin de refroidissement : interprétation du bilan thermique et énergétique, conditions optimales de fonctionnement, vieillissement, qualification des différents enjeux sur les différents systèmes thermiques
  • Conséquences : choix du mode de gestion thermique, fluide caloporteur, dimensionnement du système de refroidissement, impacts adaptation véhicule : façade aérothermique, entrées/extractions d’air, architecture fonctionnelle boucles fluidiques
  • Etude de cas : comparaison exigences thermiques GMP => systèmes thermiques véhicule pour 4 stratégies GMP : ICE / BEV / FCEV selon 2 modes de fonctionnement. Rendement global GMP, puissances de refroidissement, spécification coefficients d’échange thermique.

• ENJEUX DU CONFORT THERMIQUE HABITACLE

  • Définition, paramètres influents, interactions avec d’autres prestations véhicule.
  • Enjeux autonomie selon climat. Démarche de conception fonctionnelle, interprestations et arbitrages.
  • "Nouvelles" architectures : gestion de l’air, traitement thermique, préconditionnement 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.
  • Analyse critique d’architectures fonctionnelles MHEV, Full Hybrid, PHEV, BEV : impacts sur les modules d’échange thermique et de l’environnement.
  • 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.

• TRAVAUX PRATIQUES OU DIRIGÉS

  • Ce TP/TD est intégré tout au long du cours.
  • Refroidissement batterie de traction : cartographies de pilotage de l’actionneur de refroidissement, illustrations de limitations thermo-acoustiques et leurs enjeux multi-prestations.
  • Refroidissement des organes électriques et électroniques d’un MHEV : dimensionnement de l’actionneur de refroidissement, sensibilités.