Réelle besoin technologique ou volonté de faire perdurer un commerce mis a mal par le développement des engins rechargeables ? Toujours est-il que le fournisseur d’études indépendantes IDTechEx souligne la part de plus en plus importante prise par l’huile de lubrification pour refroidir les systèmes embarqués dans les véhicules électriques.
Selon IDTechEx, « les moteurs à refroidissement par huile sont devenus la forme dominante sur le marché des voitures électriques, prenant une part de 50 % ». Et pour les mélanges eau-glycol ? Cette technologie apparaît en baisse à 37 %, tandis que le refroidissement par air se dirige vers la porte de sortie avec 13 %. Ce dernier est pourtant le moins coûteux à réaliser, sauf à chercher des solutions alambiquées pour gagner en efficacité.
Dépendant aussi de la chimie, la durée des batteries lithium-ion peut être dégradée si leurs cellules atteignent des températures élevées, supérieures à 40° C. L’organisme britannique, fondé à Cambridge en 1999, rappelle d’ailleurs que leur plage de fonctionnement optimale se situe entre 15 et 30° C, finalement assez proche de la zone de confort des êtres humains.
Le refroidissement par air a vite montré ses limites alors que les constructeurs cherchaient à augmenter la capacité énergétique des packs sans vouloir les rendre plus volumineux. Résultat : Des baisses de puissance, aux bornes rapides, en enchaînant les périodes de recharge et de roulage.
Avec des capacités énergétiques dépassant les 50 kWh, les ingénieurs n’ont pas eu d’autre choix que de trouver une meilleure solution de refroidissement. Et là, surprise en ouvrant le capot : de nombreux conduits pour faire circuler un mélange d’eau et de glycol sont apparus, apportant une apparence de complexité à une motorisation électrique pourtant très simple au départ.
Faut-il le regretter ? Bien sûr que non ! Déjà parce que l’objectif premier a été atteint : maximiser la durée de vie des batteries, même avec une utilisation intensive des véhicules électriques. Mais aussi parce que le circuit est utilisé à d’autres fins, prenant en charge également le maintien à une meilleure température d’autres composants comme le moteur et l’électronique de puissance.
Et, cerise sur le gâteau, un échangeur a été développé pour fournir toute ou partie de l’énergie nécessaire à maintenir le confort dans l’habitacle, à travers le système servant la ventilation, le chauffage et la climatisation. Si on aurait pu penser que le refroidissement par air était meilleur pour l’autonomie car pas énergivore, celui avec fluide caloporteur eau/glycol fait mieux en valorisant des calories autrement perdues.
Les températures idéales de fonctionnement du moteur et de l’onduleur électriques sont plus élevées que les 15-30° C pour le pack lithium-ion. IDTechEx évoque un 60° C, et au-dessus, qui ne poserait pas de problème pour ces appareils. Comment les constructeurs s’en sont-ils alors sortis ? Tout simplement en adoptant 2 réseaux spécifiques, avec des interactions possibles pour distribuer là les calories indésirables ailleurs.
Avec un mélange d’eau/glycol dans les 2 ? C’est une architecture qui se défend très bien, puisque dans les voitures essence et diesel un tel fluide est utilisé pour maintenir la mécanique aux environ des 90° C. Un circuit de refroidissement qui entoure le moteur, c’est déjà bien, mais ce n’est pas ce qu’il y a de mieux. Les enroulements de cuivre du stator en profitent, mais pas le rotor.
IDTechEx indique qu’Audi, par exemple, ajoute un canal à l’eau glycolée qui passe au centre de ce dernier. Astucieux ! Mais que va-t-il se passer quand tous ces composants vont accumuler les années et les dizaines de milliers de kilomètres ? La conductivité de ce fluide posera certainement différents problèmes. Il ne peut être en contact direct avec les composants électroniques. A l’inverse de l’huile de lubrification.
Certains véhicules électriques emploient déjà un double réseau avec l’un à l’eau glycolée pour la batterie, et l’autre à l’huile pour les éléments électroniques à protéger. Et ce, en conservant des possibilités d’échanger les calories. L’enroulement de fils de cuivre fonctionne très bien dans un bain d’huile. Ce contact direct permet d’évacuer de façon plus efficace la chaleur des composants internes du moteur. En outre cette alternative apporte en plus une lubrification des pièces en mouvement.
Et cette poche qui entoure le moteur avec de l’eau glycolée : faut-il la conserver ? La question peut effectivement se poser. La conserver permet de bénéficier d’un refroidissement optimum. S’en défaire aurait pour conséquence bienvenue de disposer d’un moteur plus compact.
A travers le projet SingleOilCnL, un consortium travaille depuis 2020 sur cette question, et devrait prochainement rendre ses conclusions. Il embarque Dana, Diabatix, Lubrizol, Siemens et Flanders Make. Ils espèrent se débarrasser de l’ancienne solution pour employer uniquement de l’huile sur les composants électroniques.
Dans son rapport intitulé « Gestion thermique des véhicules électriques 2023-2033 », IDTechEx a calculé dans ses projections à 10 ans la place que pourrait prendre cette technologie « prometteuse ». L’organisme ne « s’attend pas à ce qu’elle devienne la stratégie dominante dans un avenir proche ».
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