De la chaleur à l'autonomie : la gestion énergétique et thermique optimale

Qu'il s'agisse du dernier véhicule électrique, d'un véhicule hybride ou d'une voiture à essence traditionnelle, ils partagent tous un besoin crucial : maintenir les températures juste au bon niveau. La gestion de l'énergie et de la chaleur des véhicules s'apparente à la direction d'un orchestre où chaque instrument doit jouer au volume parfait. Quand ça fonctionne, c'est magnifique. Quand ça ne fonctionne pas... C'est là qu'on le remarque.

La révolution des véhicules électriques a fait monter la pression sur 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 véhicules électriques contribuent à rendre tous les véhicules plus efficaces, peu importe ce qu'il y a sous le capot.

Optimiser la gestion énergétique et thermique des véhicules

Les approches traditionnelles d'ingénierie cloisonnées 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 se parler. Ça pourrait tenir debout, mais ce ne sera pas très efficace !

Une approche intégrée est nécessaire pour tout rassembler dès le premier jour. C'est là que des outils de simulation et de test avancés entrent en jeu, permettant aux ingénieurs d'avoir une vue d'ensemble avant même que le premier prototype ne soit construit.

Les solutions VEM-VTM intégrées de Simcenter couvrent toutes les étapes de développement, des exigences à l'analyse comparative, de l'architecture au dimensionnement, jusqu'à l'ingénierie des composants VTM et l'intégration des véhicules.

Découvrons plus en détail dans la façon dont cette approche moderne révolutionne le développement des véhicules...

1 – Analyse comparative et fixation d'objectifs VEM

Dans l'installation VEM dédiée, les véhicules existants sont équipés de capteurs permettant d'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 pour explorer les possibilités d'amélioration et d'optimisation. Tout aspect de la voiture peut être modifié, comme la taille ou le type de batterie, le système HVAC, ou le positionnement des différents composants. Les ingénieurs exécutent ensuite des simulations pour voir comment cela affecte la performance globale.

Vous souhaitez en savoir plus sur l'analyse comparative VEM ?

• Effectuez une visite virtuelle de l'installation Simcenter VEM à Lyon, France.
• Regardez notre webinaire sur l'analyse comparative VEM pour en savoir plus sur la mise en œuvre d'une analyse comparative cohérente des véhicules afin de faciliter leur développement.

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 principales activités 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 défis d'intégration et d'optimiser l'architecture. Ce procédé favorise le développement efficace des systèmes de gestion thermique tout en équilibrant les exigences de performance et de confort.

Cette approche basée sur les données aide les équipementiers à intégrer les considérations thermiques dès le départ, permettant un développement plus rapide de véhicules économes en énergie.

Pour plus d'informations sur l'architecture du véhicule, lisez l'article dans Charged EV sur l'utilisation de l'ingénierie générative dans l'exploration de l'architecture des véhicules électriques.

3 – Dimensionnement et développement du système

Le dimensionnement VEM, c'est comme créer un plan énergétique équilibré pour une voiture. De quelle quantité d'énergie avons-nous besoin pour l'autonomie souhaitée ? Quelle doit être la puissance du moteur électrique pour l'accélération, les montées ou les vitesses sur autoroute ? Comment l'électronique de puissance gère-t-elle le flux de puissance entre la batterie et le moteur ? Le système de refroidissement maintiendra-t-il tous les composants à des températures de fonctionnement sûres ?

Tous les blocs de construction doivent s'emboîter parfaitement. Si un composant est trop petit ou trop grand, cela affecte les performances de l'ensemble du système. L'objectif est de trouver le juste milieu où tout fonctionne ensemble de manière efficace 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 à des températures allant jusqu'à plusieurs centaines de degrés Celsius. Sans gestion thermique adéquate, cela entraînera une défaillance des composants, ce qui posera d'importants problèmes de sécurité et de coût.

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

La simulation intégrée permet également aux ingénieurs d'optimiser le confort thermique de l'habitacle parallèlement aux performances du véhicule. Le confort devient un facteur de différenciation de plus en plus important, en particulier dans les véhicules de luxe. Il est donc essentiel d'optimiser le confort sans affecter les performances.

Lisez les ressources suivantes pour plus d'informations sur la gestion thermique des composants :

• Blog sur la modélisation et la sécurité des batteries, depuis la conception de cellules en 3D jusqu'au bloc de batteries complet et la propagation thermique lors d'un emballement.
• Enregistrements du dernier atelier thermique sur les moteurs à combustion interne où des experts de l'industrie ont partagé les derniers développements en matière de simulation pour les moteurs à combustion interne
• Regardez le webinaire sur le confort thermique en cabine pour découvrir comment la simulation haute-fidélité aide à concevoir des systèmes de contrôle HVAC efficaces ou lisez comment Calsonic Kansei Corporation, maintenant fusionnée avec Magneti Marelli et connue sous le nom de Marelli, a réduit de moitié le nombre de prototypes physiques pour la conception des 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 la consommation d'énergie et la gestion thermique. Si ces éléments ne sont pas intégrés très tôt, les modifications de conception sont souvent onéreuses et chronophages.

L'intégration virtuelle repose sur la simulation des systèmes et permet aux équipes interfonctionnelles de briser les silos traditionnels et de collaborer efficacement. Une continuité numérique relie les sous-systèmes en évolution, garantissant que les modèles les plus récents sont intégrés tout au long du développement. Cela permet à chaque discipline de comprendre comment son travail a un impact sur le système du véhicule dans son ensemble.

Ce modèle Simcenter Amesim intègre le flux d'air détaillé de l'habitacle en 3D, les performances des systèmes HVAC, la dynamique thermique des machines électriques et la stratégie de contrôle de la gestion thermique pour optimiser les systèmes thermiques du véhicule de manière holistique.

Pour plus d'informations sur l'optimisation de la gestion de l'énergie au moment de l'intégration,

• Regardez ce webinaire pour découvrir comment optimiser la gestion thermique et l'efficacité énergétique, de la conception des composants jusqu'à l'intégration globale du système électrique.
• Découvrez les témoignages d'intégration VEM de BAIC Motor et Applus IDIADA.

Alors, quelle est la prochaine étape ?

Les véhicules modernes nécessitent des méthodes de développement modernes. Briser les barrières traditionnelles entre les équipes d'ingénierie n'est pas simplement un luxe, c'est essentiel pour réussir. Déployer l'approche holistique de Simcenter pour optimiser la gestion énergétique et thermique des véhicules (VEM et VTM) revient à disposer d'une équipe d'ingénierie complète qui parle le même langage.