Structure, circuit, commande électronique, système de commande et principe de fonctionnement du système de climatisation pour véhicules électriques
1. Composition structurelle du système de climatisation des véhicules électriques à énergie nouvelle
Le système de climatisation des véhicules électriques est fondamentalement identique à celui des véhicules thermiques classiques. Il se compose de compresseurs, de condenseurs, d'évaporateurs, de ventilateurs, de souffleurs, de détendeurs et de canalisations haute et basse pression. La différence réside dans la source d'alimentation du compresseur, composant essentiel du système de climatisation des véhicules électriques. Contrairement aux véhicules thermiques, le compresseur est alimenté par la batterie du véhicule, ce qui nécessite l'ajout d'un moteur électrique. L'ensemble formé par le compresseur, le moteur et le contrôleur est appelé compresseur scroll électrique.
2. Principe de commande du système de climatisation des véhicules électriques à énergie nouvelle
Le calculateur de gestion du véhicule (CU) collecte les signaux de l'interrupteur de climatisation, du pressostat de climatisation, de la température de l'évaporateur, de la vitesse du vent et de la température ambiante, puis génère le signal de commande via le bus CAN et le transmet au contrôleur de climatisation. Ce dernier commande ensuite la mise en marche ou l'arrêt du circuit haute tension du compresseur de climatisation.
3. Principe de fonctionnement du système de climatisation pour véhicules électriques à énergie nouvelle
Le compresseur de climatisation électrique à énergie nouvelle est la source d'énergie du système de climatisation des véhicules électriques à énergie nouvelle ; nous séparons ici la réfrigération et le chauffage de la climatisation à énergie nouvelle :
(1) Principe de fonctionnement du système de réfrigération de la climatisation des véhicules électriques à énergie nouvelle
Lorsque le système de climatisation fonctionne, le compresseur électrique assure la circulation normale du fluide frigorigène dans le système frigorifique. Ce compresseur comprime continuellement le fluide frigorigène et le transmet à l'évaporateur. Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène absorbe la chaleur et se dilate, ce qui refroidit l'évaporateur et produit l'air froid soufflé par le ventilateur.
(2) Principe de chauffage du système de climatisation des véhicules électriques à énergie nouvelle
Le système de chauffage et de climatisation des véhicules à moteur thermique traditionnel repose sur le liquide de refroidissement à haute température du moteur. Après l'ouverture de la prise d'air chaud, ce liquide circule dans le réservoir d'air chaud, et l'air du ventilateur traverse également ce réservoir, permettant ainsi à la sortie d'air du climatiseur de souffler l'air chaud. En revanche, les véhicules électriques, dépourvus de moteur, utilisent pour la plupart le chauffage par pompe à chaleur ou par capteur PTC.
(3) Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est le suivant : lors du processus décrit ci-dessus, le liquide à bas point d'ébullition (tel que le fréon dans un climatiseur) s'évapore après décompression par le détendeur, absorbe la chaleur d'une zone plus froide (par exemple, l'extérieur d'une voiture), puis la vapeur ainsi obtenue est comprimée par le compresseur, ce qui augmente sa température. La chaleur absorbée est ensuite libérée par le condenseur, le liquide se liquéfie et retourne au détendeur. Ce cycle transfère continuellement la chaleur de la zone froide vers la zone chaude (où la chaleur est nécessaire). La technologie des pompes à chaleur permet de transférer plus d'un joule (voire deux joules) d'énergie depuis des zones plus froides, ce qui engendre des économies d'énergie considérables.
(4) PTC est l'abréviation de « coefficient de température positif », terme désignant généralement les matériaux ou composants semi-conducteurs présentant un coefficient de température positif élevé. En chargeant la thermistance, la résistance chauffe, ce qui augmente la température. Dans le cas extrême, le rendement énergétique d'une cellule PTC n'atteint que 100 %. Il faut 1 joule d'énergie pour produire au maximum 1 joule de chaleur. Les fers à repasser et les fers à friser que nous utilisons quotidiennement fonctionnent selon ce principe. Cependant, le principal inconvénient du chauffage par PTC est sa consommation d'énergie, qui affecte l'autonomie des véhicules électriques. Prenons l'exemple d'une cellule PTC de 2 kW : fonctionnant à pleine puissance pendant une heure, elle consomme 2 kWh d'électricité. Si une voiture parcourt 100 kilomètres et consomme 15 kWh, ces 2 kWh représentent une perte d'autonomie de 13 kilomètres. De nombreux automobilistes des régions nordiques se plaignent de la réduction significative de l'autonomie de leurs véhicules électriques, en partie à cause de la consommation d'énergie liée au chauffage par PTC. De plus, par temps froid en hiver, l'activité des matériaux dans la batterie diminue, l'efficacité de décharge n'est pas élevée et l'autonomie sera réduite.
La différence entre le chauffage PTC et le chauffage par pompe à chaleur pour la climatisation des véhicules à énergies nouvelles est la suivante : chauffage PTC = production de chaleur, chauffage par pompe à chaleur = traitement de la chaleur.
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