La gestion thermique des voitures hybrides : le défi des ingénieurs

Les véhicules hybrides deviennent incontournables dans la transition vers une mobilité plus propre. Ils sont désormais un pilier de l'offre de nombreux constructeurs, car ils concilient à merveille efficacité énergétique et aspects pratiques. Mais qu'est-ce qui leur permet d'être aussi performants et fiables ? La réponse se cache dans un système complexe : la gestion thermique. En combinant un moteur à combustion, des moteurs électriques, une batterie et de l’électronique de puissance, les hybrides multiplient les sources de chaleur, chacune nécessitant une gestion précise et en temps réel.

Avec des gammes comme l'E-Tech hybride de Renault qui ne cessent de s'étendre, les stratégies de refroidissement classiques montrent clairement leurs limites. Ces nouvelles motorisations sollicitent beaucoup plus intensément chaque composant thermique, des pompes aux ventilateurs en passant par les fluides. Si vous intervenez sur ce type de système, il est donc crucial de vous tourner vers des composants à la hauteur de ces défis. Par exemple, un liquide de refroidissement pour Renault sur le site pieces24.be est justement conçu pour supporter les contraintes thermiques spécifiques aux motorisations hybrides. 

Mais en attendant, les experts d'AUTODOC rappellent: “À noter qu’il existe deux types de voitures hybrides : les mild hybrids (dont le moteur électrique est simplement en soutien au moteur à combustion) et les full hybrids (l’autonomie peut être assurée à 100 % par le moteur électrique, mais uniquement à une courte distance et à une vitesse limitée).”

Les défis thermiques propres aux voitures hybrides

Sur une voiture essence traditionnelle, la chaleur provient quasi exclusivement du moteur. Sa production est stable en conduite normale et un unique circuit de refroidissement s'en occupe, avec un radiateur, un thermostat et du liquide de refroidissement. Le casse-tête des hybrides, c’est que la chaleur vient de partout :

• Le moteur thermique, qui s’allume et s’éteint constamment.

• Le moteur électrique pendant les accélérations.

• La batterie, dont la température doit rester dans une fourchette très étroite pour bien fonctionner.

• L'onduleur et l'électronique de commande, qui montent en température lors de la conversion d'énergie.

Chacun de ces systèmes fonctionne de manière autonome, souvent à des températures différentes. Maintenir leur équilibre thermique nécessite une approche de refroidissement multizone.

Répartition de la charge thermique (% de la chaleur totale générée). Dans un véhicule hybride, plus de 40 % de la chaleur totale provient de composants absents d'un modèle purement thermique. Ce constat change radicalement la manière de gérer la chaleur.

Les principaux défis d'ingénierie

Circuits de refroidissement multiples

Un système hybride requiert souvent plusieurs boucles de refroidissement. Par exemple, une boucle haute température pour le moteur thermique, et une boucle basse température pour refroidir l'électronique de puissance et les batteries. Cette division complexifie l'ensemble. Chaque circuit nécessite sa propre pompe, son radiateur, ses capteurs et ses commandes. Et tous doivent fonctionner en parfaite harmonie. 

Charges thermiques variables

Les moteurs des hybrides s'allument et s'éteignent fréquemment, provoquant des variations de température rapides. Ces cycles répétés de chauffage et de refroidissement accélèrent l'usure des composants. Le système de refroidissement doit donc être réactif, mais sans gaspiller d'énergie. 

Les moteurs électriques et les onduleurs ont un comportement différent. Ils peuvent générer une chaleur intense dans les côtes, mais presque aucune en roue libre. La gestion de ces pics et de ces creux de température sans sur-refroidir exige des commandes intelligentes.

Intégration des systèmes

Les stratégies de refroidissement doivent être synchronisées avec d'autres systèmes. Les ingénieurs doivent assurer leur intégration avec :

• Les systèmes de gestion de la batterie (BMS).

• Les commandes du groupe motopropulseur électrique.

• Les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) pour la température de l'habitacle et le désembuage.

Le système E-Tech Hybrid de Renault

La plateforme hybride E-Tech de Renault, que l'on retrouve sur des modèles comme la Clio, le Captur, l'Arkana et la Mégane, utilise une architecture hybride multimodale qui associe :

• Un moteur essence atmosphérique.

• Deux moteurs électriques.

• Une boîte de vitesses multimode intelligente et sans embrayage.

Cette configuration est efficace, mais thermiquement très exigeante. Pour y faire face, Renault emploie une stratégie thermique à circuits multiples :

• Un refroidissement dédié pour l'électronique de puissance.

• Des circuits de refroidissement à température contrôlée pour le moteur thermique et les moteurs électriques.

• Un refroidissement par air ou par liquide pour la batterie.

Cette approche permet :

• Une utilisation optimisée du mode électrique.

• De limiter la surchauffe de la batterie.

• De maintenir l'électronique de puissance dans ses limites thermiques de fonctionnement.

• D'assurer un chauffage efficace de l'habitacle en hiver.

Pourquoi le liquide de refroidissement reste-t-il essentiel dans les hybrides modernes ?

Quand on parle de gestion thermique des hybrides, le liquide de refroidissement reste au cœur du sujet. Dans les véhicules hybrides, il doit :

• Gérer des trajets thermiques plus complexes, notamment dans les systèmes à circuits multiples.

• Supporter des cycles thermiques plus intenses, dus au chauffage et refroidissement rapides des composants.

• Être non corrosif et stable, surtout à proximité des systèmes haute tension.

• Dans certains cas, il doit être non conducteur s'il est utilisé près des moteurs électriques ou des onduleurs.

Tendances de la gestion thermique pour les hybrides

• Gestion thermique prédictive, basée sur l'historique de conduite et les données GPS.

• Thermostats et pompes à commande électronique pour un contrôle de haute précision.

• Modules thermiques intégrés qui gèrent tous les circuits via un seul contrôleur.

• Matériaux à changement de phase pour le refroidissement passif de la batterie.

• Pompes à chaleur qui valorisent la chaleur perdue pour réchauffer la batterie.

Toutes ces avancées convergent vers un triple objectif : réduire la consommation d'énergie, améliorer l'autonomie et prolonger la durée de vie des composants. 

Conclusion

Disons-le clairement : la gestion thermique, ce n'est pas un simple détail technique pour spécialistes. C'est bel et bien le nerf de la guerre pour les véhicules modernes. Entre le moteur, la batterie et toute l'électronique de puissance qui génèrent de la chaleur, l'ensemble peut vite devenir un véritable casse-tête, surtout sur les motorisations hybrides où les cycles de chaud et de froid sont constants. Il faut donc une architecture de refroidissement intelligente et rigoureuse. Les modèles E-Tech de Renault en sont la parfaite illustration, parvenant à marier performance et économie d'énergie avec brio. Au cœur de cette mécanique de précision, le liquide de refroidissement joue le rôle du héros discret : on a tendance à l'oublier, mais sans lui, la belle harmonie ne tiendrait pas longtemps. Au final, que l'on soit conducteur averti ou ingénieur, comprendre comment ces flux thermiques sont gérés est tout simplement la clé pour assurer la fiabilité et la longévité d'un véhicule.