Le moteur d'une voiture électrique ne produisant pas de chaleur, les VE doivent utiliser des systèmes de chauffage et de refroidissement spécialement conçus. Maintenir la bonne température dans l'habitacle en hiver n'est pas seulement une question de confort de conduite, mais surtout de sécurité, car les vitres peuvent s’embuer ou givrer. Comment un système de climatisation fonctionne et comment l'utiliser de manière optimale.
Le principe de la climatisation dans la voiture
Le système de climatisation fonctionne conjointement avec le système de chauffage de la voiture et est responsable non seulement du refroidissement de l'intérieur en été, mais aussi de l'air chaud en hiver. L'élément commun aux deux systèmes est le réfrigérant qui, selon le mode de fonctionnement, reçoit la chaleur du chauffage ou est refroidi dans le radiateur. La circulation du fluide frigorigène à 17 bars est forcée par un compresseur entraîné par une courroie striée, qui transmet à son tour l'entraînement d'une poulie sur le vilebrequin du moteur. Dans le système de refroidissement, le réfrigérant entre dans un condenseur refroidi par un courant d'air ou un ventilateur et passe de l'état gazeux à l'état liquide. De là, le liquide est transporté vers un déshumidificateur, puis vers un détendeur, où il se transforme en un gaz à -4 °C. Il refroidit alors l'évaporateur, par lequel passe l'air soufflé dans l'habitacle. En mode chauffage, en revanche, le même fluide frigorigène prélève la chaleur du moteur et la transmet au radiateur, qui réchauffe l'air qui le traverse. Un ventilateur entraîné par le moteur est chargé de souffler l'air refroidi ou chauffé dans l'habitacle. Sachant comment fonctionne la climatisation dans une voiture à combustion, il est plus facile de comprendre le principe de ce système dans les voitures électriques.
Système de climatisation dans une voiture électrique – quelle est la différence ?
Le moteur électrique n'émet pas de chaleur, mais cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de chauffage dans la voiture. Le mécanisme de fonctionnement des systèmes de refroidissement et de chauffage des voitures électriques n'est en fait pas très différent de celui des voitures à combustion. La principale différence réside dans la source d'énergie du compresseur. Il ne s'agit pas du vilebrequin dans ce cas, mais des batteries des voitures électriques. Les compresseurs des VE ont leur propre moteur électrique intégré, un onduleur qui convertit le courant continu tiré de la batterie en courant alternatif, et un séparateur qui sépare l'huile du compresseur du réfrigérant. Parmi les avantages de cette solution, où le compresseur est alimenté directement par la batterie, figure la possibilité de faire fonctionner le climatiseur en stationnement, moteur éteint. Dans les nouvelles voitures électriques, on peut également trouver un système de chauffage basé sur une pompe à chaleur, qui ressemble quelque peu aux climatiseurs split utilisés pour chauffer les bâtiments. La pompe à chaleur air-air peut fonctionner à la fois en mode chauffage et en mode refroidissement. En mode chauffage, l'air chaud qu'elle produit est directement soufflé dans l'habitacle, tandis qu'en mode refroidissement, il passe par un condenseur, puis par un déshumidificateur, un détendeur et un évaporateur. La pompe à chaleur est également alimentée par une batterie lithium-ion à l'aide d'un onduleur.
Comment chauffer l'intérieur d'une voiture électrique ?
La mise en marche du chauffage de la voiture augmente la demande d'énergie du compresseur, ce qui, dans le cas des voitures électriques, est associé à un drainage plus rapide de la batterie. Étant donné le petit nombre de chargeurs rapides et le temps de charge prolongé de la batterie par temps froid, les véhicules électriques à batterie (BEV) semblent être une bonne option uniquement pour les trajets en ville, et ce à condition que vous disposiez de votre propre borne de recharge à la maison. Il existe toutefois des moyens de réduire la consommation d'électricité des véhicules électriques et des voitures hybrides en hiver. Tout d'abord, préchauffez l'habitacle de la voiture avant même de prendre la route. Il est préférable de la brancher sur un chargeur ou, si ce n'est pas possible, de l'installer dans un endroit ensoleillé. Ensuite, pendant la conduite, il est bon d'activer le mode économie qui réduit au minimum la consommation d'énergie des différents systèmes. Si la voiture est équipée de sièges et d’un volant chauffant, vous pouvez régler la température intérieure au niveau le plus bas ou opter pour l'absence de chauffage dans la voiture. Toutefois, la consommation d'énergie pour le chauffage de l'habitacle dépend non seulement d'une gestion habile de l'énergie, de la vitesse de conduite et de la température de fonctionnement de la batterie, mais aussi du type de chauffage et de l'isolation adéquate de l'habitacle de la voiture.
L'utilisation de radiateurs soufflants
Il existe plusieurs types de chauffage dans les voitures électriques, mais le plus courant est un chauffage électrique relié à un ventilateur. Bien que la puissance de ces chauffages soit généralement faible, de l'ordre de 2 à 4 kW, ils accélèrent considérablement le processus de vidange de la batterie en cas de températures négatives. La durée de vie d'une batterie de voiture électrique en hiver a même été testée dans la pratique. Des tests menés par l'American Automotive Association ont montré que dans des conditions de température inférieures à -7°C, l'autonomie moyenne d'une voiture électrique diminue de moitié par rapport aux conditions optimales de 24°C. Ce problème ne se pose pas dans des conditions climatiques plus chaudes, mais dans le nord de l'Europe ou de l'Amérique, par exemple, où les hivers sont parfois très rigoureux, l'utilisation d'un tel chauffage dans la voiture peut rendre impossible tout déplacement sur de longues distances en dehors de la ville.
Avantages et inconvénients d'une pompe à chaleur dans la voiture
La pompe à chaleur est un type de chauffage de plus en plus courant dans les voitures électriques. En comprimant et en dilatant correctement le fluide chauffant, l'énergie thermique gratuite puisée à l'extérieur peut être utilisée pour chauffer l'habitacle du véhicule. Des tests en conditions hivernales ont montré que ce système nécessite moins d'énergie qu'un système traditionnel avec un chauffage électrique, mais seulement dans une certaine plage de températures extérieures. À des températures comprises entre 0 et 10 °C, on estime que la pompe à chaleur consomme environ 1 kW d'énergie, ce qui permet d'économiser 1 à 2 kW pour chaque heure de fonctionnement. À des températures plus basses, la situation change en défaveur de la pompe à chaleur. Il est également souvent souligné que la pompe à chaleur n'est une bonne solution que si la voiture est utilisée pour la conduite en ville et dispose d'une batterie de capacité relativement faible. Si la voiture doit parcourir de plus longues distances, il est plus rentable d'investir dans un modèle doté d'une batterie de plus grande capacité et d'un système basé sur une résistance chauffante traditionnelle.
Chauffage haute tension – qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?
Le chauffage à haute tension (THT) est un appareil de petite taille, qui ne pèse que 2,7 kilogrammes, mais qui est très efficace. Contrairement aux pompes à chaleur, cette technologie est basée sur un modèle de chauffage de l'eau et non de l'air. Elle peut être utilisée à la fois pour maintenir une température confortable dans la cabine et pour préchauffer ou refroidir le moteur de traction. Le chauffage électrique haute tension (HVH) est conçu pour fonctionner sur une large gamme de tensions d'alimentation allant de 100 à 450 V, tandis que sa puissance de chauffage maximale atteint 7 kW. Le rendement élevé de cette solution la rend applicable aux grands véhicules, tels que les camions et les bus. L'application la plus courante de cette technologie est le chauffage électrique stationnaire de la cabine du conducteur utilisé dans les camions, mais elle est également utilisée avec succès dans les voitures particulières. La conception automobile combine de plus en plus toutes ces technologies ou utilise les solutions les plus complètes possibles pour offrir les plus grands avantages.
Les matériaux isolants et l'autonomie d'une voiture électrique
Un aspect très important du point de vue du maintien d'une température confortable dans l'habitacle du véhicule est non seulement de produire efficacement de la chaleur ou du froid, mais aussi de le retenir là où il est nécessaire. À cet égard, les composants automobiles en mousse de polypropylène PPE, qui se caractérisent par une excellente isolation thermique, une résistance aux chocs et à la déformation et un poids minimal, sont parfaitement adaptés. Aujourd'hui encore, le PPE est devenu un matériau de premier plan, largement utilisé par les fabricants de sièges de voiture. Il est notamment utilisé pour fabriquer des garnitures de siège, des appuis-têtes, des accoudoirs ou des panneaux de porte de voiture, et même des composants de carrosserie pour la sécurité passive. L'excellente moulabilité et les propriétés électriques de ce matériau ont également conduit à son utilisation dans la production de batteries pour les voitures électriques. Les composants de batterie moulés à partir de ce matériau protègent les cellules sensibles des températures extrêmes, des surtensions et des dommages mécaniques. Ainsi, ils permettent d'augmenter l'autonomie et la sécurité des voitures électriques de nombreuses façons.