Principale source d'énergie des véhicules à énergies nouvelles, la batterie joue un rôle crucial. En conditions réelles d'utilisation, elle est soumise à des conditions de fonctionnement complexes et variables.
À basse température, la résistance interne des batteries lithium-ion augmente et leur capacité diminue. Dans des cas extrêmes, l'électrolyte peut geler et la batterie devenir inutilisable. Les performances du système de batterie à basse température sont alors fortement affectées, ce qui entraîne une perte de puissance et une réduction de l'autonomie des véhicules électriques. Lors de la charge de ces véhicules par temps froid, le système de gestion de batterie (BMS) classique préchauffe la batterie à une température adéquate avant la charge. Un mauvais réglage de cette température peut provoquer une surcharge instantanée, un court-circuit interne, et par conséquent, un dégagement de fumée, un incendie, voire une explosion.
À haute température, si le système de contrôle du chargeur tombe en panne, une violente réaction chimique peut se produire à l'intérieur de la batterie, générant une forte chaleur. Si cette chaleur s'accumule rapidement sans avoir le temps de se dissiper, la batterie peut fuir, dégager des gaz, fumer, etc. Dans les cas les plus graves, elle peut s'enflammer violemment et exploser.
Le système de gestion thermique de la batterie (BTMS) est la fonction principale du système de gestion de la batterie. La gestion thermique de la batterie comprend principalement les fonctions de refroidissement, de chauffage et d'homogénéisation de la température. Les fonctions de refroidissement et de chauffage sont principalement ajustées en fonction de l'impact potentiel de la température ambiante extérieure sur la batterie. L'homogénéisation de la température permet de réduire l'écart de température à l'intérieur de la batterie et d'éviter une dégradation rapide due à la surchauffe d'une partie de celle-ci. Un système de régulation en boucle fermée est composé d'un fluide caloporteur, d'une unité de mesure et de contrôle, et d'un équipement de contrôle de la température. Ainsi, la batterie fonctionne dans une plage de température appropriée afin de maintenir son état de fonctionnement optimal et de garantir les performances et la durée de vie du système.
1. Mode de développement en « V » du système de gestion thermique
En tant que composant du système de batterie, le système de gestion thermique est également développé selon le modèle de développement en « V » de l'industrie automobile. Seuls des outils de simulation et de nombreux tests de validation permettent d'améliorer l'efficacité du développement, de réduire les coûts et de garantir la fiabilité, la sécurité et la longévité du système.
Voici le modèle en « V » du développement d'un système de gestion thermique. Ce modèle se compose de deux axes : l'un horizontal, comprenant quatre axes principaux de développement direct et un axe principal de vérification inverse. L'axe vertical, quant à lui, est constitué de trois niveaux : composants, sous-systèmes et système.
La température de la batterie influe directement sur sa sécurité. Par conséquent, la conception et la recherche du système de gestion thermique constituent une étape cruciale de la conception du système de batterie. La conception et la vérification de la gestion thermique du système doivent être réalisées en respectant scrupuleusement le processus de conception, les types de systèmes et de composants, la sélection des composants et l'évaluation des performances du système, afin de garantir la performance et la sécurité de la batterie.
1. Exigences du système de gestion thermique. En fonction des paramètres de conception, tels que l'environnement d'utilisation du véhicule, ses conditions de fonctionnement et la plage de température des cellules de la batterie, une analyse des besoins est réalisée afin de définir les exigences du système de gestion thermique. Cette analyse détermine les fonctions et les objectifs du système de gestion thermique. Ces objectifs concernent principalement le contrôle de la température des cellules, l'écart de température entre les cellules, la consommation d'énergie et le coût du système.
2. Cadre du système de gestion thermique. Conformément aux exigences du système, celui-ci est divisé en sous-systèmes de refroidissement, de chauffage, d'isolation thermique et de protection contre l'emballement thermique (TRo). Les exigences de conception de chaque sous-système sont définies. Parallèlement, une analyse par simulation est réalisée afin de valider initialement la conception du système. Par exemple :Refroidisseur PTC, réchauffeur d'air PTC, pompe à eau électronique, etc.
3. Conception des sous-systèmes : déterminer d’abord l’objectif de conception de chaque sous-système en fonction de la conception du système, puis procéder tour à tour à la sélection de la méthode, à la conception du schéma, à la conception détaillée et à l’analyse et à la vérification par simulation pour chaque sous-système.
4. Conception des pièces : déterminer d'abord les objectifs de conception des pièces en fonction de la conception du sous-système, puis procéder à une conception détaillée et à une analyse de simulation.
5. Fabrication et essais de pièces, fabrication de pièces, essais et vérification.
6. Intégration et vérification des sous-systèmes, pour l'intégration des sous-systèmes et la vérification des tests.
7. Intégration et tests du système, vérification de l'intégration et des tests du système.
Date de publication : 2 juin 2023
