Dans un véhicule thermique, la chaleur fatale abonde et le chauffage de l'habitacle est gratuit. Dans un véhicule électrique, non : le rendement étant élevé, il y a peu de chaleur fatale, et le chauffage de l'habitacle se prend directement sur l'autonomie.
Cela fait passer la gestion thermique du registre du confort à celui de l'autonomie.
Trois consommateurs, trois cibles différentes
La batterie. Elle veut une bande de température étroite — trop froide, la capacité et l'acceptation de charge baissent ; trop chaude, le vieillissement s'accélère. L'écart entre cellules doit également être faible. Voir la note sur la thermique de batterie.
Électronique de puissance et moteur. Ils tolèrent des températures plus élevées et peuvent être sur un circuit différent de celui de la batterie.
L'habitacle. Le confort de l'utilisateur ; le chauffage est le poste le plus lourd.
Pourquoi les pompes à chaleur se sont imposées
Un chauffage résistif donne un watt de chaleur par watt d'électricité. Une pompe à chaleur prélève de la chaleur dans l'air extérieur et en délivre plusieurs fois autant pour la même électricité, réduisant nettement la pénalité d'autonomie hivernale.
Le prix en est la complexité : selon les conditions, le même circuit doit chauffer la batterie, la refroidir, amener la chaleur fatale du moteur à l'habitacle, ou préconditionner la batterie pour la charge rapide. Le circuit, c'est désormais plusieurs vannes et plusieurs modes.
Le travail du calcul : le bilan sur un cycle
Un point de fonctionnement unique n'a ici aucun sens. Les questions critiques se posent sur un cycle :
- Par temps froid, combien d'énergie et de temps coûte le préconditionnement de la batterie avant une charge rapide ?
- Si, en montée, le moteur et la batterie demandent tous deux du refroidissement, le circuit suffit-il ?
- Quand chauffage de l'habitacle et refroidissement de la batterie coïncident, qui est prioritaire ?
Ce sont des analyses système instationnaires et conjuguées ; la CFD à l'échelle du composant alimente ce modèle système — caractéristiques des échangeurs, résistance de la plaque froide, implantation de l'unité extérieure. Voir la note sur les unités extérieures de pompes à chaleur.
Références
- Bernardi, D., Pawlikowski, E. & Newman, J. (1985). A general energy balance for battery systems. Journal of the Electrochemical Society, 132(1), 5–12. DOI: 10.1149/1.2113792
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605