Quand les gens pensent à
gestion thermique des véhicules électriques, ils imaginent souvent une chose : le système de climatisation, qui rafraîchit l'habitacle en été et le maintient au chaud en hiver.
Mais dans les véhicules électriques d’aujourd’hui, la gestion thermique va bien au-delà de la climatisation de l’habitacle. Il a évolué vers un système intelligent qui régule la chaleur et l’énergie dans l’ensemble du véhicule.
Considérez-le comme le centre de contrôle de la température du véhicule. Il maintient la batterie, le moteur électrique, l’électronique de puissance et d’autres composants critiques fonctionnant dans leur plage de température idéale. Dans le même temps, il contribue à améliorer l’autonomie, la sécurité du véhicule, les performances énergétiques, le confort des passagers et l’efficacité énergétique globale.
À mesure que la technologie des véhicules électriques continue de progresser, la gestion thermique est devenue un domaine de concurrence clé entre les constructeurs automobiles. Un système plus efficace peut réduire la consommation d’énergie, prolonger la durée de vie de la batterie, augmenter l’autonomie et même réduire les coûts de fabrication grâce à une meilleure intégration du système.
Dans cet article, nous détaillerons la gestion thermique des NEV de manière simple et pratique. Vous apprendrez :
• Ce que contrôle réellement la gestion thermique dans un véhicule électrique
• Comment le système fonctionne en coulisses
• Pourquoi la gestion thermique intégrée devient la norme de l'industrie
• Comment les principaux constructeurs automobiles adoptent différentes approches en matière de gestion thermique
1. Que contrôle réellement la gestion thermique ?
Contrairement aux véhicules essence classiques, où la gestion thermique se concentre principalement sur le refroidissement du moteur et la climatisation de l’habitacle, la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles couvre l’ensemble du véhicule. Son rôle est de maintenir chaque système clé en fonctionnement dans la bonne plage de température.
Un système de gestion thermique NEV moderne est responsable de
quatre grands domaines :
1.1 Batterie de traction – La plus haute priorité
La batterie de traction est le cœur de chaque véhicule électrique à batterie (BEV) et véhicule électrique à autonomie étendue (REEV). C'est aussi le composant le plus sensible à la température.
La température de la batterie affecte directement :
• Sécurité
• Durée de vie
• Efficacité de charge
• Practice
Différentes conditions de température entraînent différents défis :
• Températures élevées :Augmente le risque d’emballement thermique, pouvant conduire à des incendies de batterie.
• Basses températures :Réduisez l’activité électrolytique, ce qui entraîne une autonomie plus courte et une charge plus lente.
• Températures de cellule inégales :Les grandes différences de température au sein de la batterie accélèrent son vieillissement et raccourcissent sa durée de vie.
1.2. Entraînement électrique et électronique haute tension
Cette catégorie comprend le moteur de traction, l'unité de commande du moteur (MCU), le chargeur embarqué (OBC), le convertisseur DC/DC, l'unité de distribution d'énergie (PDU) et d'autres composants électriques haute tension.
Ces composants génèrent continuellement de la chaleur pendant la conduite et la charge. Sans refroidissement efficace, des températures excessives peuvent entraîner :
• Déclassement de puissance
• Performances réduites du véhicule
• Vieillissement plus rapide des composants
• Pannes du système haute tension dans les cas graves
1.3 Cabine passagers
C’est la partie du système de gestion thermique que les occupants expérimentent le plus directement.
Il est chargé de fonctions telles que :
• Refroidissement et chauffage de la cabine
• Dégivrage et désembuage du pare-brise
• Sièges chauffants et ventilés
• Volant chauffant
En plus d'améliorer le confort, des fonctionnalités telles que le dégivrage et le désembuage sont essentielles pour maintenir une visibilité claire et une conduite sûre.
1.4 Composants auxiliaires
La gestion thermique protège également de nombreux composants plus petits mais tout aussi importants dans tout le véhicule, notamment :
• Faisceaux de câbles haute tension
• Connecteurs de charge
• Composants du système de freinage
• Vannes et actionneurs électroniques
Le maintien de ces composants dans leur plage de température de fonctionnement appropriée contribue à réduire les pannes causées par une chaleur ou un froid extrême, garantissant ainsi un fonctionnement fiable du véhicule dans toutes les conditions météorologiques.
2. Fonctions essentielles de la gestion thermique : plus que la climatisation de l'habitacle
Systèmes de gestion thermique modernesfaire bien plus que garder la cabine confortable. Ils régulent en permanence la température dans tout le véhicule pour améliorer la sécurité, l'efficacité, les performances et l'utilisation de l'énergie.
2.1 Contrôle thermique de la batterie – La priorité absolue
La gestion thermique de la batterie est la fonction la plus critique d’un véhicule électrique.
Ses responsabilités comprennent :
•
Refroidissement :Lors d'une charge rapide, d'une conduite à grande vitesse, d'une montée de côte ou dans des conditions estivales chaudes, le système élimine rapidement l'excès de chaleur pour éviter l'emballement thermique.
•
Chauffage :Par temps froid, il préchauffe la batterie pour améliorer l’activité des cellules, permettant une charge plus rapide et une puissance de sortie plus élevée.
•
Équilibrage de la température :Il maintient les différences de température entre les cellules de la batterie à environ 2°C, contribuant ainsi à ralentir le vieillissement de la batterie et à prolonger sa durée de vie.
•
Rétention de chaleur :Lorsque le véhicule est garé, le système minimise les pertes de chaleur afin de réduire la consommation d'énergie lors du prochain démarrage.
2.2 Protection thermique du système d'entraînement électrique
Le système de gestion thermique refroidit en permanence les principaux composants haute tension, notamment le moteur électrique, l’électronique de puissance et le chargeur embarqué.
Dans les environnements froids, il préchauffe également ces composants pour garantir une alimentation électrique stable. Un contrôle adéquat de la température permet d’éviter la réduction de puissance, la perte de performances et l’usure prématurée des composants.
2.3 Contrôle climatique de la cabine passagers
La gestion thermique offre également une expérience de conduite confortable tout au long de l’année en ajustant automatiquement la température de l’habitacle.
Les fonctions typiques incluent :
• Refroidissement et chauffage de la cabine
• Dégivrage et désembuage du pare-brise
• Chauffage et ventilation des sièges
• Volant chauffant
Au-delà du confort, des fonctionnalités telles que le dégivrage et le désembuage jouent un rôle important dans le maintien de la sécurité de conduite.
2.4 Récupération de chaleur résiduelle – Un avantage unique des véhicules électriques
L’un des principaux avantages de la gestion thermique des véhicules électriques est sa capacité à récupérer et à réutiliser la chaleur perdue.
Au lieu de permettre à la chaleur générée par la batterie, le moteur électrique et l’électronique de puissance de se dissiper, le système la redirige pour réchauffer l’habitacle ou préchauffer la batterie. Cela réduit le recours aux chauffages PTC à forte intensité énergétique, diminue la consommation globale d'énergie et peut augmenter l'autonomie de conduite en hiver de
10 à 15 %.
2.5 Protection de sécurité à l'échelle du véhicule
Un système de gestion thermique moderne est conçu pour fonctionner de manière fiable dans un large éventail de conditions de fonctionnement, notamment :
• Froid extrême
• Températures ambiantes élevées
• Conduite à grande vitesse
• Chargement rapide
• Stationnement des véhicules
• Escalade
Combinée à la surveillance des surchauffes, à la limitation automatique de la puissance et aux stratégies de protection contre les pannes, la gestion thermique permet de protéger les composants haute tension tout en garantissant la sécurité et la fiabilité globales du véhicule.
3. Gestion thermique intégrée : le passage de l'industrie des systèmes autonomes à l'intégration intelligente
À mesure que les véhicules électriques continuent d’évoluer, les systèmes de gestion thermique subissent une transformation majeure. Au lieu d'utiliser des circuits de refroidissement séparés pour différents systèmes du véhicule, les constructeurs automobiles adoptent de plus en plus
Systèmes de gestion thermique intégrés (ITMS)qui coordonnent le flux de chaleur dans l’ensemble du véhicule.
3.1 Gestion thermique distribuée traditionnelle
Les véhicules électriques de première génération et d’entrée de gamme utilisaient généralement une architecture de gestion thermique distribuée.
Dans cette conception, la batterie, le système d'entraînement électrique et la cabine passagers disposent chacun de leur propre boucle de refroidissement indépendante, dotée de pompes, d'échangeurs de chaleur, de tuyauterie et de vannes dédiés.
Bien que simple à mettre en œuvre, cette approche présente plusieurs inconvénients :
• Plus de composants et une plus grande complexité du système
• Augmentation du poids du véhicule
• Plus grand espace d'emballage sous le capot
• Pas de partage de chaleur entre les systèmes
• Consommation globale d'énergie plus élevée
• Plus de points de maintenance et de défaillance potentiels
3.2 Qu'est-ce qu'un système de gestion thermique intégré (ITMS) ?
Un système de gestion thermique intégré brise les barrières entre les boucles thermiques individuelles.
Au lieu de fonctionner indépendamment, les composants tels que les vannes, les échangeurs de chaleur, les pompes à eau et les capteurs sont intégrés dans un module de gestion thermique centralisé avec des circuits de liquide de refroidissement partagés et une commande de vannes multivoies.
Un contrôleur de gestion thermique dédié surveille en permanence les conditions de fonctionnement du véhicule et distribue intelligemment la chaleur là où elle est nécessaire, en basculant automatiquement entre les modes de refroidissement, de chauffage et de récupération de chaleur perdue.
3.3 Principaux avantages de la gestion thermique intégrée
Par rapport aux systèmes distribués conventionnels, ITMS offre plusieurs avantages significatifs.
Consommation d'énergie réduite et autonomie plus longue
En récupérant et en réutilisant plus efficacement la chaleur perdue, l’utilisation de la chaleur peut augmenter de plus de
30%, tandis que l'autonomie en hiver pourrait s'améliorer d'ici
10 à 20 %.
Plus léger et meilleur emballage
Les conceptions intégrées réduisent le nombre de tuyaux, de vannes et d'autres composants, économisant ainsi un espace d'installation précieux et prenant en charge des plates-formes EV plus compactes.
Fiabilité et sécurité améliorées
Moins de connexions de liquide de refroidissement réduisent le risque de fuite, tandis qu'un contrôle plus précis de la température contribue à améliorer la fiabilité du système et à protéger les composants critiques.
De meilleures performances dans toutes les conditions de conduite
Un système intégré peut s'adapter intelligemment à un large éventail d'environnements d'exploitation, des hivers glacials aux étés extrêmement chauds, garantissant des performances stables du véhicule dans toutes les conditions.
3.4 Trois niveaux d'intégration de la gestion thermique
Selon le niveau d'intégration, les systèmes de gestion thermique actuels se répartissent généralement en trois catégories.
Intégration partielle (niveau d'entrée)
Seuls les composants d’un même sous-système sont intégrés, tandis que les boucles de batterie, de propulsion électrique et thermique de l’habitacle restent indépendantes.
Cette solution offre le coût le plus bas et est couramment utilisée dans les véhicules électriques d’entrée de gamme.
Intégration régionale (grand public)
La batterie et les systèmes de propulsion électrique partagent une boucle thermique commune, permettant à la chaleur perdue du moteur de préchauffer la batterie, tandis que l'habitacle maintient un circuit de climatisation séparé.
Cette architecture offre un excellent équilibre entre performances et coût, ce qui en fait la solution la plus largement adoptée dans les véhicules électriques de milieu de gamme.
Intégration complète (Premium)
La batterie, la propulsion électrique et l’habitacle sont tous connectés via un système de gestion thermique unifié.
En combinant des circuits de refroidissement, des circuits de réfrigération et une technologie de pompe à chaleur à haut rendement, l'intégration complète maximise l'utilisation de l'énergie et représente la solution privilégiée pour les véhicules électriques haut de gamme d'aujourd'hui.
4. Comment les principaux fabricants de véhicules électriques abordent la gestion thermique
À mesure que la technologie de gestion thermique continue d'évoluer, les constructeurs automobiles ont adopté différentes architectures de systèmes en fonction de leurs plates-formes de véhicules, de leurs objectifs de coûts et de leurs priorités en matière de performances. Même si l’objectif ultime est le même : améliorer l’efficacité, la sécurité et l’autonomie, les approches techniques varient considérablement.
Tesla | Intégration complète centrée sur le réfrigérant
Tesla est largement considérée comme l'une des références du secteur en matière de gestion thermique intégrée.
Son système s'articule autour d'une boucle de réfrigérant hautement intégrée, dotée d'un collecteur de pompe à chaleur exclusif qui combine le compresseur, les vannes multivoies et les échangeurs de chaleur dans un module compact.
La batterie est chauffée et refroidie directement via le circuit réfrigérant, tandis qu'une boucle de liquide de refroidissement séparée gère le système d'entraînement électrique.
Avantages clés
Excellentes performances de la pompe à chaleur à basses températures
Fonctionnement stable même à
-10°CEfficacité de récupération de chaleur résiduelle à la pointe du secteur
Consommation énergétique globale très faible
Modèles représentatifs
• Modèle 3
• Modèle Y
• Cybertruck
BYD | Système intégré huit-en-un auto-développé
BYD a développé son propre système de gestion thermique huit-en-un, intégrant des vannes, des détendeurs électroniques, des échangeurs de chaleur, des pompes à eau et d'autres composants clés dans un seul module.
La batterie utilise un refroidissement et un chauffage directs, tandis que le système d'entraînement électrique adopte un refroidissement liquide. Le chauffage est principalement assuré par une pompe à chaleur, le chauffage PTC étant utilisé comme support supplémentaire.
Avantages clés
• Haut niveau d'intégration du système
• Risque de fuite de liquide de refroidissement réduit
• Optimisé pour la technologie Blade Battery
• Fortes performances à basse température
• Évolutif sur tous les véhicules dans différents segments de prix
Modèles représentatifs
• Han EV
• Sceau
• Dauphin
• Atto 3 (Yuan PLUS)
XPENG | Intégration régionale basée sur les liquides de refroidissement
XPENG se concentre sur une stratégie d’intégration régionale pratique et rentable.
Ses systèmes de batterie et d'entraînement électrique partagent des circuits de liquide de refroidissement via des vannes à trois et quatre voies, permettant de réutiliser efficacement la chaleur perdue. L'habitacle reste indépendant et utilise une pompe à chaleur assistée d'un chauffage PTC.
Avantages clés
• Technologie mature et fiable
• Risque de maintenance réduit
• Utilisation équilibrée de la chaleur perdue
• Conception de système rentable
Modèles représentatifs
• P7i
• G6
• G9
Li Auto | Système de pompe à chaleur double pour les véhicules électriques à autonomie étendue
Li Auto a développé une solution de gestion thermique spécifiquement pour les véhicules électriques à autonomie étendue (REEV).
Le système combine la chaleur perdue du prolongateur d’autonomie avec la gestion thermique de la batterie et de l’entraînement électrique. Les doubles pompes à chaleur alimentent indépendamment la batterie et l'habitacle, tandis que la chaleur résiduelle du moteur fournit un chauffage supplémentaire par temps extrêmement froid, réduisant ainsi le recours aux chauffages PTC.
Avantages clés
Excellentes performances à des températures aussi basses que
-25°CRéduction de la perte d’aire d’hivernage
Confort exceptionnel des passagers
Optimisé pour les applications REEV
Modèles représentatifs
• L7
•L8
• L9
• MÉGA
Comparaison des solutions de gestion thermique grand public
| Constructeur automobile |
Niveau d'intégration |
Technologie de base |
Performances à basse température |
Applications typiques |
| Tesla |
Intégration complète |
Collecteur réfrigérant + refroidissement direct de la batterie/chauffage |
★★★★★ |
BEV haut de gamme |
| BYD |
Intégration complète |
Module intégré huit-en-un |
★★★★☆ |
Véhicules électriques grand public |
| XPENG |
Intégration régionale |
Boucles de refroidissement partagées + vannes multivoies |
★★★★☆ |
BEV milieu de gamme |
| Li Auto |
Intégration complète |
Pompes à chaleur doubles + récupération de chaleur résiduelle pour prolongateur d'autonomie |
★★★★★ |
REEV et BEV haut de gamme |
Conclusion
La gestion thermique est devenue l’une des technologies les plus critiques des véhicules électriques modernes. Bien au-delà de la climatisation de l'habitacle, il s'agit d'un système intelligent qui gère la chaleur dans l'ensemble du véhicule, contribuant ainsi à améliorer la sécurité, à prolonger la durée de vie de la batterie, à optimiser l'efficacité énergétique et à offrir une meilleure expérience de conduite.
À mesure que la technologie des véhicules électriques continue d’évoluer, la gestion thermique passe de sous-systèmes autonomes à des architectures intelligentes hautement intégrées. Les pompes à chaleur, la récupération de chaleur résiduelle et les systèmes de gestion thermique intégrés redéfinissent déjà l'efficacité des véhicules aujourd'hui, tandis que les innovations futures telles que le contrôle thermique piloté par l'IA et la gestion de l'énergie à l'échelle du véhicule amélioreront encore les performances et la durabilité des véhicules électriques.
Chez GUCHEN, nous nous engageons à faire progresser la technologie de gestion thermique des véhicules électriques grâce à des solutions intégrées fiables et efficaces. De la gestion thermique des batteries aux systèmes thermiques complets pour véhicules de tourisme, véhicules utilitaires et systèmes de stockage d'énergie par batterie, nous aidons les fabricants à améliorer les performances des systèmes, l'efficacité énergétique et la fiabilité à long terme.
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