Du diesel à l’électrique : où vont réellement les systèmes de refroidissement

Le système de refroidissement qui était simple

Un système de refroidissement d’un moteur diesel ou essence est, en termes d’ingénierie, presque élégant dans sa simplicité. Une source de combustion génère de la chaleur. Une boucle de liquide de refroidissement le transporte vers un radiateur. Un ventilateur, un thermostat, une pompe à eau et des décennies de connaissances accumulées en matière de conception sur la façon de dimensionner le tout.

Cette simplicité est exactement ce qui disparaît lorsque le moteur s'éteint. Et il vaut la peine d'être précis sur ce que signifie réellement « disparaître » ici, car l'hypothèse selon laquelle l'électrification supprime simplement un problème de refroidissement est rétrospective. Il remplace un problème de refroidissement par plusieurs problèmes plus petits et plus stricts.

Ce qui le remplace réellement

Une transmission électrique n’a pas une seule source de chaleur – elle en a au moins trois, et chacune obéit à des règles différentes.

La batterie doit rester à l'intérieur d'une bande étroite, à peu près 25–40 °C , avec une uniformité étroite de cellule à cellule, car la surchauffe et le sous-refroidissement dégradent l'autonomie, la vitesse de charge et la capacité à long terme. Le moteur et l'électronique de puissance fonctionnent dans une boucle entièrement séparée, puisque les pertes de commutation de l'onduleur et de l'IGBT génèrent de la chaleur concentrée dans un encombrement beaucoup plus réduit qu'une batterie, exigeant souvent un refroidissement local agressif dans un volume minuscule. Le confort de l'habitacle ajoute une troisième boucle, partageant fréquemment des composants avec le circuit de la batterie via une pompe à chaleur ou un refroidisseur plutôt que de fonctionner de manière totalement indépendante.

Ces boucles ne fonctionnent pas à la même température, n'utilisent pas la même chimie du liquide de refroidissement dans chaque conception et ne peuvent souvent pas être fusionnées sans risquer qu'un système en entraîne un autre. Combinez cela avec la réalité que une charge rapide peut générer plusieurs fois plus de chaleur à l'intérieur d'une batterie qu'une charge douce sur secteur , et il devient clair pourquoi l'architecture thermique d'un VE moderne ressemble moins à une boucle unique qu'à un petit réseau de refroidissement distribué.

Pourquoi plus de composants ne signifie pas moins d'activité

Il est tentant de supposer que la perte du moteur, de l’échappement et du refroidisseur d’huile réduit l’ensemble du matériel de refroidissement d’un véhicule. En pratique, c’est plutôt le contraire qui se produit. Au lieu d'un radiateur dimensionné pour une source de chaleur, une architecture EV typique nécessite une plaque de refroidissement de batterie ou un échangeur de chaleur, une boucle de refroidissement moteur/onduleur séparée, une interface de refroidisseur ou de pompe à chaleur et souvent un radiateur dédié pour la boucle qui rejette finalement la chaleur dans l'air ambiant.

Le marché évolue en conséquence. Les estimations varient selon les sociétés de recherche, mais la plupart pointent vers un marché mondial de la gestion thermique des véhicules électriques se chiffrant en milliards à deux chiffres à partir de 2026, avec une croissance annuelle composée entre le milieu et l'adolescence jusqu'au début des années 2030, stimulé par l'augmentation de la capacité des batteries, des normes de charge plus rapides et des exigences de sécurité plus strictes. Il ne s’agit pas d’une catégorie en diminution : c’est l’un des segments à la croissance la plus rapide dans le domaine de la gestion thermique automobile dans son ensemble.

Ce qui change, ce n'est pas le volume d'affaires disponible. C'est la forme des pièces vendues – plus petites, plus précises, plus nombreuses – et la barre de certification que chacun doit franchir.

Quels transferts de l’expérience des moteurs à combustion – et ce qui ne l’est pas

Des fabricants qui ont passé des années à construire refroidisseurs de groupe motopropulseur en aluminium léger on ne part pas de zéro ici. Les compétences de base telles que la conception compacte du noyau, la disposition des ailettes à haute densité, l'intégrité du brasage et des joints et la construction en aluminium optimisée en termes de poids sont transférées directement aux plaques froides de la batterie et aux chemises de refroidissement du moteur. La physique permettant d’évacuer efficacement la chaleur d’une structure compacte en aluminium n’a pas changé.

Ce qui ne se transmet pas aussi proprement, c'est tout ce qui concerne l'isolation électrique et la chimie du liquide de refroidissement. Une boucle de refroidissement située à côté d'une batterie haute tension doit tenir compte des propriétés diélectriques et des risques de corrosion galvanique qu'un circuit de refroidissement diesel n'a jamais eu à prendre en compte. Les formulations de liquides de refroidissement nécessitent de plus en plus une compatibilité à long terme avec la chimie lithium-ion plutôt qu'une simple résistance à la corrosion pour les blocs en fonte et en aluminium. Et les tolérances se resserrent considérablement : quelques degrés de température répartis sur une batterie peuvent entraîner des taux de vieillissement des cellules mesurables différents au cours de la durée de vie du véhicule, un niveau de précision que les systèmes de refroidissement à combustion n'ont jamais été invités à atteindre.

Ceci est traité plus en profondeur dans ce panne des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium pour la gestion thermique du groupe motopropulseur NEV , avec un plus large guide de sélection couvrant les types et applications d’échangeurs de chaleur du groupe motopropulseur sur les plates-formes à combustion et électrifiées.

Ce qu'il faut retenir pour les fabricants d'échangeurs de chaleur

La disparition du moteur ne signifie pas que les systèmes de refroidissement disparaissent avec lui – cela signifie que le problème unique et bien compris que les constructeurs ont passé des décennies à optimiser les divisions en trois ou quatre plus petits et plus stricts. Les batteries, les moteurs, les onduleurs et les cabines ont tous besoin de leur propre chemin thermique réglé avec précision, et chacun reste, fondamentalement, un problème d'échangeur de chaleur.

Les fabricants qui en bénéficieront ne sont pas ceux qui attendent que la demande de refroidissement par combustion se maintienne. Ce sont eux qui adaptent déjà leur expertise de base en matière de conception et de matériaux aux exigences d'isolation électrique, à la chimie du liquide de refroidissement compatible avec les batteries et aux tolérances d'uniformité plus strictes, car le rôle de la gestion thermique dans l'allongement de la durée de vie du groupe motopropulseur compte tout autant dans une transmission électrique que jamais dans une transmission à combustion – sans doute plus.