Étude expérimentale et modélisation numérique d'un système de climatisation multi-évaporateurs pour véhicule électrifié

Avec l’avènement des véhicules hybrides rechargeables, voire tout électrique et la néces-
sité d’une augmentation de l’autonomie et de l’énergie volumique des batteries de traction,
leur refroidissement au cours du roulage devient nécessaire pour garantir leur fiabilité et
leur durabilité. Pour ces véhicules, le système de production de froid peut avoir à alimenter
deux évaporateurs pour la climatisation de l’habitacle (HVAC au rang 1 et rang 2) ainsi
qu’un refroidisseur de liquide pour le refroidissement de la batterie de traction. Ce type de
système de réfrigération multi-évaporateur présente un certain nombre de verrous techno-
logiques qu’il convient de lever liés au dimensionnement des éléments dans un contexte de
réduction de la charge en fluide frigorigène et au contrôle - commande de tels systèmes.
Dans les systèmes de climatisation multi-évaporateurs, la pression d’évaporation est
sensiblement égale dans chaque évaporateur de telle manière que leurs fonctionnement
est couplé dynamiquement. Cependant, la demande en puissance frigorifique et la cible de
température d’air de soufflage et d’eau peut varier d’un évaporateur à l’autre. Le détendeur
devient alors un composant clé et son fonctionnement doit être étudié.
Pour ces raisons, un banc d’essais expérimental a été créé pour étudier ce type de
climatisation multi-évaporateurs en régime stabilisé et en régime transitoire. Un détendeur
thermostatique et un détendeur électronique ont été montés en parallèle afin de pouvoir
étudier leur impact sur le système. Une fois les différents bilans réalisés, les résultats
expérimentaux sont exploités pour caractériser l’ensemble des composants avec le nouveau
fluide frigorigène R-1234yf. Ensuite, les phénomènes de mauvaise distribution du fluide
frigorigène dans l’évaporateur ainsi que de l’évaporateur endormi sont également explorés.
Dans un second temps, à partir des résultats expérimentaux, un modèle numérique et
dynamique du climatiseur a été réalisé avec le logiciel LMS Imagine.Lab Amesim® 1D.
Après avoir validé indépendamment chacun des composants, le système est validé sur une
série de points de fonctionnement en régime stationnaire. Le modèle est ensuite exploité
afin d’étudier ses capacités en dynamique avec une loi de contrôle.