Le véhicule électrique se développe en termes de technologie.

Un aspect technologique essentiel pour les véhicules électriques est la gestion thermique des différents composants afin que tout fonctionne à une température optimale.

Le refroidissement actif avec des liquides de refroidissement de type eau-glycol est la stratégie de gestion thermique dominante pour la batterie haute tension.

Les autres composants du groupe motopropulseur, notamment les moteurs et l'électronique de puissance ont leurs propres exigences thermiques.

La température optimale de fonctionnement de la batterie haute tension est similaire à celle d'un être humain (c'est-à-dire entre 15 et 30° Celsius).

Celle des moteurs et de l'électronique de puissance des véhicules électriques est plus élevée, avec un fonctionnement souvent supérieur à 60° Celsius.

Cela signifie généralement que les moteurs et le convertisseur sont sur un circuit de refroidissement distinct de celui de la batterie haute tension, bien qu'ils puissent interagir pour transférer la chaleur entre eux afin d'optimiser l'efficacité du véhicule électrique.

La manière dont la chaleur est traitée à l'intérieur du moteur électrique varie d'un constructeur à l'autre, les options étant généralement segmentées en moteurs refroidis par eau-glycol et/ou par huile.

Une chemise d'eau est une méthode couramment utilisée où un liquide de refroidissement eau-glycol circule dans une chemise autour de l'extérieur du stator. Cela permet de refroidir les enroulements en cuivre du stator qui génèrent les champs électriques utilisés pour entraîner le rotor. Certains ont adopté d'autres géométries de refroidissement par eau. Audi, par exemple, utilise un canal refroidi par eau au centre du rotor ainsi que la chemise d'eau, ce qui permet un contrôle thermique plus efficace du rotor. La principale limitation de l'eau glycolée est sa conductivité électrique. Cela limite son utilisation de telle sorte qu'elle ne peut pas être utilisée en contact direct avec des composants électriques. C'est là que le refroidissement par huile entre en jeu.

Les véhicules à combustion traditionnelle sont habitués à être lubrifiés par des huiles dans la transmission. Cela peut également être le cas dans un véhicule électrique. L'huile peut également être utilisée dans le moteur électrique pour refroidir directement les enroulements du rotor ou du stator. Cela peut être fait dans quelques géométries et la chemise d'eau peut rester. L'avantage principal est que le contact direct signifie que la chaleur peut être éliminée des composants internes du moteur plus efficacement, et l'huile fournit également une lubrification. Si la chemise d'eau est éliminée, cela peut également conduire à un moteur plus petit et donc plus puissant.

Les moteurs à refroidissement par huile sont devenus la forme dominante sur le marché des voitures électriques, avec une part de marché de 50%, au cours du premier semestre 2022.

L'inconvénient du refroidissement de l'huile est l'ajout de composants supplémentaires.

En général, le circuit eau-glycol existe toujours pour évacuer la chaleur de l'huile et interagir avec le reste du système thermique du véhicule électrique.

Les avantages en termes de performances l'emportent sur la complexité.

Alors que le refroidissement à l'huile est devenu la stratégie thermique dominante pour les moteurs électriques, les IGBT ou les MOSFET SiC du variateur sont presque toujours refroidis par des plaques froides eau-glycol sur un ou deux côtés des modules du variateur.

Le refroidissement direct de l'onduleur par de l'huile a suscité un certain intérêt.

Comme le variateur est généralement intégré au moteur dans une unité d'entraînement, on pourrait imaginer que la suppression de la boucle d'eau glycolée dans l'unité d'entraînement simplifierait le système d'entraînement tout en offrant les avantages du refroidissement direct par huile du moteur et du variateur.

Uun consortium a été formé pour étudier cette approche. Le projet s'appelle SingleOilCnL. Il vise à développer des systèmes d'entraînement à plus haute densité en éliminant le système eau-glycol et en refroidissant le moteur et le variateur directement avec l'huile de lubrification.

Le projet regroupe Dana, Diabatix, Lubrizol, Siemens et Flanders Make.

Le projet SingleOilCnL a débuté en septembre 2020 et doit se poursuivre jusqu'en février 2023.

L'approche parait prometteuse, d'autant plus que le marché des véhicules électriques évolue vers un groupe motopropulseur intégré plus efficace.

Source : IDTechEx