De la chaleur à la portée – la gestion de l’énergie et de la chaleur dans les règles de l’art

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Qu’il s’agisse du dernier véhicule électrique, d’un véhicule hybride ou d’une voiture à essence traditionnelle, ils ont tous en commun un besoin essentiel : maintenir des températures « justes ». La gestion énergétique et thermique des véhicules est comparable à la direction d’un orchestre où chaque instrument doit jouer au volume parfait. Lorsque cela fonctionne, c’est magnifique. Lorsque ce n’est pas le cas… c’est là que l’on s’en aperçoit.

La révolution des véhicules électriques a permis de relever ce défi. Chaque watt d’énergie utilisé pour le refroidissement ou le chauffage a un impact direct sur la distance que vous pouvez parcourir avec une charge. Les leçons que nous tirons des VE nous aident à rendre tous les véhicules plus efficaces, quel que soit leur moteur.

Optimiser la gestion énergétique et thermique des véhicules

Les approches d’ingénierie traditionnelles en silos ne suffisent plus. Développer le système de refroidissement séparément du groupe motopropulseur, qui est séparé du système de confort de l’habitacle ? C’est comme essayer de construire une maison en faisant travailler différents entrepreneurs sans qu’ils se parlent. Cela tiendra peut-être debout, mais ce ne sera pas très efficace !

Une approche intégrée est nécessaire pour réunir tous les éléments dès le premier jour. C’est là que les outils de simulation et d’essai avancés entrent en jeu, permettant aux ingénieurs d’avoir une vue d’ensemble avant même que le premier prototype ne soit construit.

Solutions intégrées VEM-VTM de Simcenter couvrent toutes les étapes du développement, depuis les exigences, l’analyse comparative, l’architecture et le dimensionnement, jusqu’à l’ingénierie des composants VTM et l’intégration du véhicule.

Voyons plus en détail comment cette approche moderne révolutionne le développement des véhicules…

1 – Analyse comparative des VEM et définition des objectifs

Dans l’installation dédiée au VEM, les véhicules existants sont équipés de capteurs pour identifier toutes les énergies mécaniques, électriques et thermiques qui les traversent. Différents scénarios sont exécutés, tels que la conduite normale, le démarrage à froid, le démarrage à chaud et la charge, afin de saisir le comportement complet du véhicule dans diverses conditions. Les ingénieurs utilisent ces données pour créer un jumeau numérique qui peut être modifié afin d’explorer les améliorations et optimisations potentielles. Il est possible de modifier n’importe quel aspect de la voiture, comme la taille ou le type de batterie, le système de chauffage, de ventilation et de climatisation, ou le positionnement de différents composants, puis d’effectuer des simulations pour voir comment cela affecte les performances globales.

Vous souhaitez en savoir plus sur l’étalonnage VEM ?

2 – Définition de l’architecture du véhicule

La définition de l’architecture du véhicule se concentre sur l’établissement des exigences du système et le dimensionnement initial pour atteindre les objectifs de performance. Les activités clés comprennent la sélection du type de groupe motopropulseur, la définition de l’architecture du système thermique, le dimensionnement des composants clés tels que le moteur et la batterie, et la détermination des besoins en refroidissement/chauffage.

Les équipementiers utilisent les données et les modèles des fournisseurs pour valider le dimensionnement initial et développer des stratégies thermiques. Cela permet d’identifier rapidement les problèmes d’intégration et d’optimiser l’architecture. Le processus permet un développement efficace des systèmes de gestion thermique tout en équilibrant les exigences de performance et de confort.

Cette approche fondée sur les données aide les équipementiers à intégrer les considérations thermiques dès le départ, ce qui permet d’accélérer le développement de véhicules économes en énergie.

Pour plus d’informations sur l’architecture du véhicule, lisez l’article paru dans Charged EV sur comment utiliser l’ingénierie générative dans l’exploration de l’architecture des VE.

3 – Dimensionnement et développement du système

Le dimensionnement du VEM est comparable à la création d’un plan énergétique équilibré pour une voiture. De quelle quantité de stockage d’énergie avons-nous besoin pour l’autonomie souhaitée ? Quelle doit être la puissance du moteur électrique pour l’accélération, la montée des côtes, les vitesses sur autoroute ? Comment l’électronique de puissance va-t-elle gérer le flux d’énergie entre la batterie et le moteur ? Le système de refroidissement maintiendra-t-il l’ensemble à des températures de fonctionnement sûres ?

Tous les éléments de construction doivent être parfaitement adaptés les uns aux autres. Si un composant est trop petit ou trop grand, cela affecte les performances de l’ensemble du système. L’objectif est de trouver le point idéal où tout fonctionne efficacement tout en répondant à toutes les exigences.

4 – Ingénierie détaillée des composants

Au cours de leur durée de vie, les composants des véhicules sont exposés de manière répétée à des températures pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés Celsius. En l’absence d’une gestion thermique adéquate, ces composants risquent de tomber en panne, ce qui entraînera des problèmes de sécurité et de coûts importants.

Les solutions Simcenter aident les concepteurs à prévoir le comportement thermique de chaque composant afin de déterminer les niveaux de refroidissement nécessaires. Elles permettent également de s’assurer que les batteries des véhicules électriques restent dans la température de fonctionnement optimale pour offrir des performances maximales et garantir la sécurité.

La simulation intégrée permet également aux ingénieurs d’optimiser le confort thermique de la cabine en même temps que les performances du véhicule. Le confort devient un facteur de différenciation de plus en plus important, en particulier dans les véhicules de luxe, et doit donc être optimisé sans nuire aux performances.

Consultez les ressources suivantes pour plus d’informations sur la gestion thermique des composants :

• Blog sur modélisation et sécurité des batteries, de la conception des cellules en 3D jusqu’à l’ensemble de la batterie et à la propagation thermique lors d’un emballement.
• Enregistrements de la dernière conférence Atelier thermique de la CIE où des experts de l’industrie ont partagé les derniers développements en matière de simulation pour les moteurs à combustion interne
• Regardez la vidéo webinaire sur le confort thermique des cabines pour découvrir comment la simulation haute-fidélité aide à concevoir des systèmes de contrôle CVC efficaces ou lisez comment la simulation haute-fidélité aide à concevoir des systèmes de contrôle CVC efficaces. Calsonic Kansei Corporationqui a fusionné avec Magneti Marelli et est désormais connue sous le nom de Marelli, a réduit de moitié le nombre de prototypes physiques pour la conception de systèmes de climatisation.

5 – Intégration complète du véhicule

Pour les véhicules modernes, une vision globale est essentielle dès le départ, car d’innombrables facteurs interdépendants influencent l’utilisation de l’énergie et la gestion thermique. Le fait de ne pas intégrer ces éléments dès le départ entraîne des modifications de conception coûteuses et fastidieuses par la suite.

L’intégration virtuelle par le biais de la simulation au niveau du système est un élément clé qui permet aux équipes interfonctionnelles de briser les silos traditionnels et de collaborer efficacement. Un fil numérique relie les sous-systèmes en évolution, garantissant l’intégration des modèles les plus récents tout au long du développement. Cela permet à chaque discipline de comprendre l’impact de son travail sur le système global du véhicule.

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