Un nouveau matériau composite abaisse la température du tableau de bord EV

Les nouveaux composites polymères peuvent avoir de multiples fonctions et utilisations finales dans les futurs véhicules électriques.
SOURCE :http://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

L'électromobilité prend de l'ampleur en Allemagne. Tel que rapporté par l'Institut Fraunhofer pour la durabilité structurelle et la fiabilité des systèmes (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Allemagne) en juillet, le nombre de véhicules électriques (VE) a presque doublé en 2017 pour atteindre 93 000. « Pour augmenter encore les ventes de véhicules électriques, il est non seulement nécessaire d'optimiser les performances, telles que l'autonomie, mais également d'augmenter le confort des occupants. Cela inclut entre autres une gestion thermique sensible et orientée client à l'intérieur du véhicule », explique Paul Becker, qui dirige le projet de recherche Optimized Energy Management and Use (OPTEMUS) à Fraunhofer LBF.

Un sous-objectif d'OPTEMUS était de développer de nouveaux matériaux pour le tableau de bord EV afin de dissiper la chaleur causée par le rayonnement solaire de la surface du tableau de bord. Fraunhofer LBF a résolu ce problème en développant un matériau composite en polyéthylène (PE) chargé de graphite qui est intégré au système de refroidissement EV. L'équipe a atteint une réduction de température de 46 % et réduit l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le système de climatisation, ce qui profite à son tour à la gamme de véhicules.

OPTÉMUS

Un projet financé par l'UE et soutenu par une grande équipe d'entreprises, OPTEMUS vise à surmonter l'un des plus grands obstacles à l'adoption généralisée des véhicules électriques (VE) :la limitation de l'autonomie due à la capacité de stockage limitée des batteries électriques. Lancé en juin 2015 et se terminant en février prochain, OPTEMUS a l'intention de développer un certain nombre de technologies de base innovantes et de technologies complémentaires combinées à des commandes intelligentes.

SOURCE :Fraunhofer LBF

Le démonstrateur est un VE du segment A (Fiat 500e). Ce prototype réel combiné au prototypage virtuel des technologies énumérées ci-dessous démontrera les objectifs suivants :

• Réduction minimale de 32 % de la consommation d'énergie pour le refroidissement des composants et de 60 % pour le confort des passagers
• Réduction d'énergie supplémentaire de 15 % disponible pour la traction,
• La réduction d'énergie permet une autonomie accrue dans des conditions météorologiques extrêmes > 44 km (38 %) dans des conditions ambiantes chaudes et 63 km (70 %) dans des conditions ambiantes froides.

SOURCE :www.optemus.eu

Composites en tant que matériaux à changement de phase

Les matériaux à changement de phase (PCM) ont été développés pendant plus d'une décennie pour une utilisation dans les bâtiments, l'électronique et maintenant les voitures. Les MCP sont des matériaux qui fondent et se solidifient à certaines températures avec la capacité de stocker ou de libérer de grandes quantités d'énergie pendant ce changement de phase. Notez que les MCP solide-gaz et liquide-gaz ont également été étudiés. Les MCP peuvent être des composés organiques ou inorganiques, mais comprennent généralement une charge conductrice, c'est là qu'intervient le graphite. D'autres MCP utilisent des nanotubes de carbone (CNT).

les composites sont en cours de développement en tant que matériaux à changement de phase (PCM) utilisant du graphite, du graphène et des nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT).
SOURCE :steemkr.com/science (à gauche) et International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120 , mai 2018, pages 33-41 sur ScienceDirect.com (à droite).

Les chercheurs de Fraunhofer LBF ont expérimenté différents matériaux de support et charges tels que le nitrure de bore et le graphite. Ils se sont retrouvés avec un substrat en polyéthylène, un polymère déjà couramment utilisé dans les intérieurs automobiles, et en graphite comme charge. Le graphite donnerait au composite une très bonne conductivité thermique et une dissipation rapide de la chaleur ainsi qu'un excellent stockage d'énergie.

Les principes de fonctionnement du PCM composite graphite/PE ont été finalisés au sein du "Smart Cover Panel" d'OPTEMUS. Pour démontrer les avantages du nouveau matériau, les chercheurs l'ont intégré au tableau de bord du prototype de la Fiat 500e et l'ont fait passer par des phases de chauffage et de refroidissement. Le refroidissement était assuré par des éléments Peltier, qui sont des transducteurs électrothermiques, refroidis à leur tour par des ventilateurs externes. L'énergie pour les éléments Peltier et le radiateur EV provient d'une batterie supplémentaire de 12 volts alimentée par des cellules photovoltaïques.

Graphite/polypropylène PCM composite installé dans le tableau de bord du véhicule prototype Fiat 500e.
SOURCE :Fraunhofer LBF

Les chercheurs du LBF ont utilisé l'énergie libérée lors de la transition de phase entre le chauffage et le refroidissement pour n'allumer les éléments Peltier que pendant un certain temps. Ainsi, les ventilateurs ne tournent pas constamment à la puissance maximale. Le système de refroidissement est couplé à la température dans le matériau par une régulation appropriée. Fraunhofer pense que cela prolongera la durée de vie des composants électroniques. Le panneau Smart Cover est en fait contrôlé par la lumière du soleil elle-même, ce qui signifie que le refroidissement ne commence que pendant les chaudes journées d'été, tandis que la chaleur reste dans le tableau de bord en hiver.

Le nouveau PCM composite de Fraunhofer LBF a été comparé expérimentalement au composé polypropylène-talc utilisé dans les tableaux de bord conventionnels. Après 1000 secondes d'exposition à 1200 watts/m ² de puissance radiante, la différence de température à la surface des éprouvettes était d'environ 41 °C, ce qui correspond à une baisse de température de 46 %.

Fraunhofer LBF atteint 46 % de réduction de la température grâce au nouveau PCM composite graphite/PE (« neu ») dans le tableau de bord par rapport au composé de tableau de bord polypropylène-talc conventionnel. SOURCE :Fraunhofer LBF.