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RÉSUMÉ
L’architecture électrique à bord des véhicules a considérablement pris de l’ampleur au cours des dernières décennies. Les développements de l’électronique expliquent en grande partie l’augmentation des organes électriques, sous le couvert de l’amélioration de la sécurité des occupants, d’une conduite plus confortable et même plus récemment du respect de l’environnement. Ainsi le dimensionnement de matière des nombreux faisceaux électriques et de leurs protections se doit d’être optimal, l’alimentation des systèmes embarqués ne devant pas en souffrir. Des méthodes de modélisation des différents modes de transfert viennent en aide aux équipementiers. Dans les années à venir, la généralisation de véhicules hybrides ou électriques devraient encore amplifier l’électrisation des véhicules.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Johann GRANDVUILLEMIN : Ingénieur R, PSA Peugeot Citroën
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Raynal GLISES : Maître de conférences HDR, Laboratoire Femto-ST (UMR CNRS 6174), Université de Franche-Comté
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Christophe TIRABY : Chef de projet, PSA Peugeot Citroën
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Didier CHAMAGNE : Professeur des universités, Laboratoire Femto-ST (UMR CNRS 6174), Université de Franche-Comté
INTRODUCTION
De nos jours, le transport d'énergie en général et électrique en particulier nécessite bien souvent un support matériel. Ainsi, les câbles électriques utilisés comme vecteur d'énergie entre la source et le lieu d'utilisation dans le domaine automobile demeurent donc toujours l'unique moyen de transporter de la puissance électrique.
L'utilisation massive et croissante de conducteurs électriques est due essentiellement aux développements de l'électronique à bord des véhicules qui n'a pas cessé de croître aux cours des dernières décennies ainsi qu'à la multiplication d'actionneurs électriques sur les modèles haut de gamme. Cette « électrification » des véhicules s'accompagne inévitablement d'un nombre croissant de faisceaux électriques, même si cette augmentation reste contenue grâce à l'apparition du multiplexage des signaux électriques. Les raisons qui ont motivé cette augmentation d'organes électriques et électroniques sont liées à de très nombreux impératifs :
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améliorer la sécurité passive ou active des occupants ;
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rendre la conduite plus confortable ;
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être conforme à la législation du pays de commercialisation ;
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être respectueux de l'environnement en limitant la consommation de carburant.
Cette incursion de l'électricité à bord des véhicules devrait, selon toute probabilité, s'intensifier dans les années à venir. En effet, d'une part et à l'instar du domaine aéronautique, on devrait assister à une électrification de plus en plus importante des actionneurs mécaniques, tendance connue sous l'appellation « drive-by-wire » (conduite par commandes électriques). D'autre part, la généralisation de véhicules hybrides ou intégralement électriques doit donner encore plus d'importance au réseau électrique de bord.
Cela démontre bien l'importance que revêt une architecture électrique automobile en termes d'amélioration de la qualité et de réduction des coûts de fabrication.
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Méthodologie de dimensionnement
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3. Application aux conducteurs électriques
Les trois modes fondamentaux de transferts de chaleur peuvent être appliqués à tout ou partie des deux technologies de conducteurs cylindriques et « busbars ».
3.1 Conducteurs cylindriques
La modélisation nécessite la discrétisation géométrique initiale de la structure présentée en figure 7.
Pour les deux technologies de conducteur (conducteurs cylindriques et busbars), l'étude se limite à une coupe 2D. En effet, les fortes conductivités et diffusivités thermiques axiales rendent l'âme du conducteur très isotherme. Le gradient de température est principalement radial, d'où l'étude 2D radiale. Cela signifie que les transferts peuvent être évalués en linéique.
La structure étudiée et représentée en figure 7 se compose de six nœuds :
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deux nœuds sont volumiques (N1 dans l'âme, N3 dans l'isolant) ;
-
deux nœuds sont positionnés aux interfaces (N2 à l'interface âme-isolant, N4 à la surface du conducteur) ;
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deux nœuds permettent de renseigner sur les températures de référence (N5 et N6).
On peut constater après une première analyse sommaire les points particuliers suivants :
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les capacités thermiques sont rattachées à chaque nœud volumique des deux matériaux solides ;
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les conductances internes aux matériaux solides sont données par l'inverse de la résistance thermique pour un matériau homogène ;
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à l'interface fluide-solide, la conductance par convection est exprimée entre les nœuds 4 et 5, et référencée à la température ambiante T amb ;
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la conductance radiative est définie entre les nœuds 4 et 6. La référence du rayonnement est la température atmosphérique T atm qui est la température de la surface environnante ;
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afin de simplifier la modélisation, ces deux températures de référence T amb et T atm sont prises constantes ;
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les quatre nœuds dont les températures sont des inconnues et non des conditions aux limites permettent d'avoir un profil détaillé des températures de...
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Application aux conducteurs électriques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRANDVUILLEMIN (J.), CHAMAGNE (D.), TIRABY (C.), GLISES (R.) - Étude des phénomènes électrothermique régissant les lignes d'alimentation automobiles. - Thèse de l'Université de France-Comté, avr. 2009.
-
(2) - SAULNIER (J.B.), ALEXANDRE (A.) - La modélisation thermique par la méthode nodale : ses principes, ses succès et doses limites. - Revue générale de thermique, vol. 24, no 280, p. 363-372 (1985).
-
(3) - NECATI ÖZISIK (M.) - Heat transfert. A basic approach. - Mc Graw-Hill, International Editions, Mechanical Engineering Series (1985).
-
(4) - TAINE (J.), PETIT (J.P.) - Transferts thermiques, introduction aux sciences des transferts. - Édition Dunod, 3e édition (2003).
-
(5) - ILGEVICIUS (A.) - Analytical and numerical analysis and simulation of heat transfer in electrical conductors and fuses. - Thèse, Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informations technik (1998).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Norme internationale – Véhicules routiers – liaisons fusibles. Partie 3 : Liaisons fusibles à languette (type plat). Partie 4 : Liaisons fusibles avec contacts femelles (type A) et contacts boulonnés (type B) et leurs montages d'essai - ISO 8820 - 2010
-
Japan Automotive Standard – Selection of Fuse-links for automobile wiring, Society of Automotive Engineers of Japan (JSAE) - JASO D 610-93 - 1993
-
Norme internationale – Véhicules routiers – Câbles monoconducteurs de 60 V et 600 V – Dimensions, méthodes d'essais et exigences - ISO 6722 - 2006
IEEE Transactions on Power Delivery
IEEE Power Electronics in Transportation
IEEE Digital Amonics Systems Conference http://ieee.org/conferences_events/index.html
HAUT DE PAGE
SCILAB (édité par Digiteo) : logiciel libre de calcul numérique multiplate-forme pour des applications scientifiques
MATLAB (édité par Mathworks) à la fois langage de programmation et environnement de développement dédié au calcul numérique
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http://www.auto-innovations.com
http://www.IEEExplore.ieee.org
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FR2931595 Procédé de dimensionnement d'un câble...
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