Refroidissement Groupes Motopropulseurs Électrifiés (Hybrides ou Électriques)

Programme

• GÉNÉRALITÉS

  • Rappels sur les modes de transfert thermique (conduction, convection, rayonnement).
  • Cas particuliers : contact thermique, transfert enthalpique, changement de phase.
  • Principes, lois, exemples pratiques.Texte.

• GESTION THERMIQUE D’UNE BATTERIE HAUTE TENSION DE TRACTION

  • Justification de la nécessité d’une gestion thermique poussée :
  • Enjeux prestations/performances (y compris à froid),
  • Durée de vie : introduction aux mécanismes du veillissement, effet de la température
  • Safety : introduction aux phénomènes d’emballement thermique, Li-plating, formation de dendrites
  • Plage de température optimale d’exploitation.
  • Nature des pertes thermiques : processus de génération de la chaleur, résistance interne cellule. Couplage modèles thermochimique et thermique.
  • Exigences et contraintes cellules : technologie, thermique, performance et rendement, coût, sécurité. Cahier des charges thermique d’une batterie.
  • Gestion thermique à l’échelle de la cellule : généralités, mise en œuvre. Design d’une cooling plate, exemples.
  • Processus de conception du thermomanagement du pack batterie.
  • Architectures classiques de gestion thermique : panorama, analyse de solutions constructeurs, critères de décision. Optimisation prestations véhicule/durée de vie batterie.
  • Gestion thermique batterie, véhicule à l’arrêt :
  • Impacts véhicule.
  • Recharge plug-in lente : enjeux thermiques.
  • Recharge plug-in rapide : enjeux thermiques, réchauffage préalable, perspectives.
  • Intégration au réseau électrique externe : impacts, potentiel du thermomanagement
  • Possibles futures architectures de gestion thermique : électrodes, pompe à chaleur thermoélectrique, matériaux à changement de phase, immersive cooling. Enjeux, intérêts, contraintes, perspectives, exemples d’application.

• REFROIDISSEMENT DES ENTRAÎNEMENTS ÉLECTRIQUES

  • Introduction au contexte des terres rares : motivations, alternatives.
  • Nature des pertes thermiques dans une machine électrique, zones sensibles et risques.
  • Localisation des sources de chaleur, températures limites.
  • Modes de transfert thermique locaux : conduction, convection, rayonnement, contacts thermiques.
  • Modes de refroidissement : air (machines ouvertes/fermées), liquide (eau glycolée, huile), motivations.
  • Exemples de mises en œuvre : analyse de solutions constructeurs.
  • Tendances et perspectives.

• REFROIDISSEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

  • Rappels : objectifs, constituants, enjeux de la miniaturisation des composants.
  • Nature des pertes thermiques, zones sensibles et risques.
  • Modes de transfert thermique locaux : conduction, convection, rayonnement, contacts thermiques.
  • Modes de refroidissement globaux : air, liquides (monophasique, diphasique) ; enjeux.
  • Introduction aux technologies mises en œuvre dans l’automobile et ailleurs : métaux liquides, immersive cooling, caloducs, sprays, … : principes de fonctionnement, exemples de mises en œuvre.
  • Visualisation de pièces.

• ENJEUX DU CONFORT THERMIQUE HABITACLE

  • Définition, paramètres influents, interactions avec d’autres prestations véhicule.
  • Enjeux des architectures conventionnelles : impact sur l’autonomie d’un BEV selon le climat.
  • Démarche de conception fonctionnelle, interprestations et arbitrages.
  • "Nouvelles" architectures : gestion de l’air, traitement thermique, préconditionnement et stockage, problématique d’un brûleur à carburant : image/performance, pompe à chaleur, réfrigérations sans compression.
  • Interclassement de technologies, synthèse, bilan.

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

  • Introduction : niveaux d’électrification, architectures d’hybridation, inducteurs et contraintes thermiques.
  • Exemple du système Stop & Start : limitations liées à la thermique GMP
  • 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 par une chaîne de traction MHEV ou PHEV : enjeux et problématiques, conséquences, approches.
  • Nouvelles fonctions/prestations véhicule : problématiques, enjeux, architectures fonctionnelles, impacts.
  • Évolution des architectures thermiques véhicule : circuits caloporteurs, façade aérothermique, réseau thermique véhicule, 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.