L'importance des batteries comme principale source d'énergie pour les véhicules à énergies nouvelles est indéniable. En conditions réelles d'utilisation, les batteries sont soumises à des conditions de fonctionnement complexes et variées. Afin d'optimiser l'autonomie, il est nécessaire d'intégrer un maximum d'éléments dans un espace restreint, ce qui limite considérablement la place disponible pour le pack de batteries. Ces dernières génèrent une chaleur importante pendant le fonctionnement du véhicule, chaleur qui s'accumule au fil du temps dans un espace réduit. La forte densité des éléments au sein du pack rend la dissipation de la chaleur plus difficile, accentuant les différences de température entre les cellules. Il en résulte une réduction de l'efficacité de charge et de décharge, ainsi qu'une diminution de la puissance de la batterie. Dans les cas les plus graves, un emballement thermique peut se produire, compromettant la sécurité et la durée de vie du système.
La température des batteries a un impact significatif sur leurs performances, leur durée de vie et leur sécurité. À basse température, les batteries lithium-ion peuvent subir une augmentation de leur résistance interne et une diminution de leur capacité. Dans des cas extrêmes, cela peut entraîner le gel de l'électrolyte et l'impossibilité pour la batterie de se décharger. Les performances du système de batterie à basse température sont fortement affectées, ce qui se traduit par une baisse de la puissance de sortie et une réduction de l'autonomie des véhicules électriques. Lors de la charge de véhicules électriques par temps froid, le système de gestion de la batterie (BMS) chauffe généralement la batterie à une température adéquate avant la charge. Une mauvaise manipulation peut provoquer une surtension instantanée, entraînant des courts-circuits internes, susceptibles de générer de la fumée, un incendie, voire une explosion. Les problèmes de sécurité liés à la charge à basse température des batteries de véhicules électriques ont considérablement freiné la promotion de ces véhicules dans les régions froides.
Gestion thermique de la batterieL'une des fonctions importantes du BMS est de garantir que la batterie puisse toujours fonctionner dans une plage de températures appropriée, maintenant ainsi son état de fonctionnement optimal.gestion thermique des batteriesCe système comprend principalement des fonctions de refroidissement, de chauffage et d'équilibrage thermique. Les fonctions de refroidissement et de chauffage sont ajustées en fonction de l'impact potentiel de la température ambiante sur la batterie. L'équilibrage thermique permet de réduire les écarts de température à l'intérieur de la batterie et d'éviter une dégradation rapide due à la surchauffe d'une partie de celle-ci.
De manière générale, les modes de refroidissement des batteries de véhicules électriques se divisent en trois catégories principales : le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement direct. Le refroidissement par air utilise la ventilation naturelle ou l’air frais de l’habitacle pour refroidir la batterie par échange thermique. Le refroidissement liquide utilise généralement des circuits de fluide frigorigène indépendants pour chauffer ou refroidir les batteries. Actuellement, cette méthode est la plus répandue, notamment chez Tesla et Volt. Le système de refroidissement direct, quant à lui, élimine les circuits de refroidissement et utilise directement un fluide frigorigène pour refroidir la batterie.
1. Système de refroidissement par air :
Les premières batteries électriques, du fait de leur faible capacité et de leur faible densité énergétique, étaient souvent refroidies par air. Le refroidissement par air se divise en deux catégories : le refroidissement naturel et le refroidissement forcé (par ventilateurs), qui utilisent l’air ambiant ou l’air froid provenant de la cabine pour refroidir la batterie.
Parmi les exemples typiques de systèmes de refroidissement par air, on peut citer la Nissan Leaf et la Kia Soul EV. Actuellement, les batteries 48 V des véhicules micro-hybrides 48 V sont généralement placées dans l'habitacle et refroidies par air. Le schéma du circuit de refroidissement d'une batterie est présenté figure 2. La structure du système de refroidissement par air est relativement simple, sa technologie est relativement mature et son coût est relativement faible. Cependant, la capacité d'évacuation de la chaleur par l'air étant limitée, son efficacité de transfert thermique est faible et l'homogénéité de la température interne de la batterie est médiocre, ce qui rend difficile un contrôle précis de sa température. Par conséquent, les systèmes de refroidissement par air sont généralement adaptés aux véhicules légers et à faible autonomie.
2. Système de refroidissement liquide
Le refroidissement liquide consiste à utiliser un liquide de refroidissement pour évacuer la chaleur de la batterie. Son schéma est présenté figure 3. Deux types de fluides frigorigènes sont utilisés : le contact direct avec les cellules (huile de silicone, huile de ricin, etc.) et le contact avec les cellules par l’intermédiaire de canaux d’eau (eau et éthylène glycol, etc.). Actuellement, les solutions mixtes d’eau et d’éthylène glycol sont couramment utilisées. Les systèmes de refroidissement liquide intègrent généralement un refroidisseur couplé à un cycle frigorifique, qui évacue la chaleur de la batterie grâce au fluide frigorigène. Leurs principaux composants sont le compresseur, le refroidisseur et…pompe à eauLe compresseur, source d'énergie pour la réfrigération, détermine la capacité de transfert thermique de l'ensemble du système. Le refroidisseur assure l'échange de fluide frigorigène et de réfrigérant, et l'importance de cet échange thermique influe directement sur la température du fluide frigorigène. La pompe à eau détermine le débit du fluide frigorigène dans la canalisation ; plus le débit est élevé, meilleures sont les performances de transfert thermique, et inversement.
3. Système de refroidissement direct :
Le système de refroidissement direct utilise le fluide frigorigène du système de climatisation pour refroidir directement la batterie, comme illustré sur la figure 11. L'évaporateur du système de climatisation est installé directement dans le système de batterie, et le fluide frigorigène s'y évapore, éliminant ainsi directement la chaleur générée par la batterie et permettant un refroidissement plus rapide et plus efficace. Actuellement, peu de modèles utilisent le refroidissement direct, le plus représentatif étant la BMW i3. Grâce à l'absence d'échange thermique intermédiaire entre les liquides, ce système de réfrigération présente une structure compacte, une efficacité de refroidissement supérieure (3 à 4 fois supérieure à celle du refroidissement liquide) et un coût relativement faible. Cependant, la conversion gaz-liquide du fluide frigorigène dans la canalisation complexifie le contrôle de l'ensemble du système et nuit à l'homogénéité de la température. De plus, les exigences élevées en matière de résistance à la pression et d'étanchéité constituent un risque important pour son application à l'ensemble du véhicule.
Date de publication : 27 mars 2026
