Les véhicules électriques (VE) deviennent plus courants dans nos rues. Même si l’attention du public est souvent tournée vers les véhicules de tourisme, le développement d’alternatives électriques aux moteurs à combustion interne s’étend à tous les secteurs de l’industrie des transports, depuis les petits appareils de mobilité personnelle jusqu’aux plus gros utilitaires.
Par définition, les véhicules 100 % électriques n’ont pas recours à la combustion de carburant pour créer de l’énergie, mais cela ne les empêche pas de générer de la chaleur. Les moteurs électriques de dernière génération offrent des performances impressionnantes, mais même le plus efficace d’entre eux continue de produire de l’énergie thermique en raison de la résistance électrique des composants conducteurs. Quand un courant électrique traverse un conducteur, une partie de l’énergie se dissipe sous forme de chaleur.
Cette chaleur est un sous-produit indésirable des véhicules électriques qu’il convient donc de gérer. De nombreux moteurs utilisent des fils de cuivre, dont la résistance et la conductivité confèrent aux moteurs une plus grande efficacité. Cependant, les températures élevées provoquent une augmentation de la résistance électrique dans les fils de cuivre, qui génèrent alors davantage de chaleur. Il en résulte une plus grande perte d’énergie électrique et donc d’efficacité du moteur. Dans le présent article de blog, nous nous penchons sur une nouvelle solution de refroidissement des moteurs de VE.
La meilleure solution pour préserver l’efficacité d’un moteur consiste à le maintenir aussi froid que possible. Dans un VE, un gain d’efficacité du moteur se traduit par une plus grande autonomie. Or, l’une des principales raisons qui empêche encore certaines personnes de franchir le pas vers l’électrique est ce que l’on appelle « l’anxiété liée à l’autonomie », autrement dit la crainte que la batterie ne soit déchargée avant d’arriver à destination, une barrière psychologique que les constructeurs aimeraient bien abattre définitivement. Dans cette optique, refroidir le moteur des VE présente un double avantage. Le premier avantage est direct et c’est le gain d’efficacité, mais il a aussi un effet indirect sur la perception du public en proposant des VE plus performants capables de proposer une alternative viable aux technologies actuelles. Ce ne sont que deux raisons parmi d’autres qui expliquent pourquoi la gestion thermique est un aspect crucial dans le développement des VE.
Il y a aussi le fait qu’une chaleur excessive nuit à la fiabilité générale de la mécanique. Des températures élevées entraînent une usure plus rapide des matériaux : les métaux s’oxydent, les plastiques ramollissent et se déforment, etc. Maintenir ces matériaux à des températures raisonnables prolonge la durée de vie du moteur et améliore la fiabilité générale des VE.
Il s’avère donc impératif de gérer la chaleur dissipée afin d’assurer l’efficacité et la sécurité à long terme des VE. C’est pourquoi équiper les moteurs électriques d’un système de refroidissement permet de produire des VE plus efficaces, plus fiables et globalement plus sûrs en réduisant les dangers des points chauds.
Pour relever le défi de la gestion thermique, les concepteurs se sont tournés vers le refroidissement par liquide. Dans un véhicule à combustion interne, la chaleur créée par la combustion du carburant est dissipée à l’aide de radiateurs remplis d’eau. Cette solution ne s’avère toutefois pas pratique dans le cas de moteurs électriques, et ce, pour plusieurs raisons. La première est l’emplacement du moteur. Les moteurs à combustion interne sont habituellement placés au centre du compartiment moteur, ce qui offre un espace suffisant pour faire circuler l’eau et assurer un refroidissement efficace. En revanche, le moteur des VE est généralement installé dans l’alignement des essieux. Dès lors, il s’avère plus simple de gérer directement la chaleur dans le moteur que d’installer un réseau complexe de tuyauteries reliées à un radiateur central.
Il convient en outre d’utiliser un autre liquide de refroidissement que l’eau. En effet, à moins qu’elle ne soit absolument pure, l’eau est conductrice. Par conséquent, son utilisation conjointe avec de l’électricité expose à de multiples dangers. C’est pourquoi les concepteurs ont opté pour l’huile.
Le refroidissement à l’huile d’un moteur électrique est assuré par un boîtier étanche. Ce boîtier n’est pas entièrement rempli d’huile, car cela entraînerait une énorme résistance dans les éléments mobiles du moteur. Le procédé consiste à pomper l’huile à travers l’axe du rotor ou à la pulvériser sur les enroulements rotatifs de façon à évacuer la chaleur du moteur. L’huile est ensuite collectée dans un carter où elle peut refroidir avant d’être remise en circulation. Le boîtier étanche empêche les fuites d’huile.
Ce boîtier doit aussi être relié au système électrique du véhicule afin d’alimenter différents capteurs tels que les résolveurs ou transformateurs et les thermistances à coefficient de température négatif (CTN) qui permettent la surveillance de l’état du moteur. Pour ce faire, Molex a conçu le connecteur étanche traversant MX150 (voir figure 1). Dérivé de la norme MX150 – un type de connexion qui a déjà fait ses preuves –, ce connecteur crée une connexion robuste et résistante à l’huile pour la transmission de signaux dans les moteurs refroidis à l’huile.
Le connecteur traversant MX150 est équipé d’un double joint d’étanchéité annulaire, ce qui lui confère une fiabilité accrue par rapport aux joints annulaires simples que l’on retrouve dans d’autres connecteurs. Conforme à la norme d’étanchéité IP6K9K, il est disponible dans une configuration à 12 circuits sur deux rangées et équipé de bornes de 1,50 mm avec une tension de sortie maximale de 14 VCC et un courant pouvant atteindre 12 A.
Maintenant que les systèmes de refroidissement à l’huile se généralisent tant pour les moteurs que les batteries ou encore l’électronique de puissance, les concepteurs ont besoin de solutions sécurisées et résistantes à l’huile pour garantir la fiabilité des connexions avec les capteurs. Les connecteurs de la série MX150 de Molex ont déjà fait leurs preuves, notamment en matière de fiabilité. Cette série comprend désormais un modèle de connecteur étanche traversant capable de s’intégrer parfaitement à la conception de VE répondant aux exigences d’efficacité des futurs consommateurs.
Une gestion efficace de la dissipation de chaleur est essentielle pour optimiser les performances, la sécurité et la fiabilité des moteurs électriques. À cet effet, et parce qu’il confère une meilleure efficacité énergétique et une plus longue durée de vie aux VE, le refroidissement à l’huile a supplanté les autres méthodes de refroidissement en ce qui concerne les moteurs, les batteries et l’électronique de puissance. Cette technique exige toutefois des connexions fiables pour les capteurs. Le connecteur étanche traversant MX150 de Molex offre une solution robuste et résistante à l’huile pour concevoir des VE qui répondent aux attentes des consommateurs d’aujourd’hui toute en soutenant l’industrie des transports dans sa transition vers un avenir plus durable.