L’une des technologies clés des véhicules à énergie nouvelle est celle des batteries de puissance.La qualité des batteries détermine d’une part le coût des véhicules électriques et d’autre part l’autonomie des véhicules électriques.Facteur clé d’acceptation et d’adoption rapide.
Selon les caractéristiques d'utilisation, les exigences et les domaines d'application des batteries de puissance, les types de recherche et développement de batteries de puissance au pays et à l'étranger sont grossièrement : les batteries au plomb, les batteries au nickel-cadmium, les batteries au nickel-hydrure métallique, les batteries au lithium-ion, les piles à combustible, etc., parmi lesquelles le développement des batteries lithium-ion retient le plus l'attention.
Comportement de génération de chaleur de la batterie d'alimentation
La source de chaleur, le taux de génération de chaleur, la capacité thermique de la batterie et d'autres paramètres associés du module de batterie de puissance sont étroitement liés à la nature de la batterie.La chaleur dégagée par la batterie dépend de la nature et des caractéristiques chimiques, mécaniques et électriques de la batterie, notamment de la nature de la réaction électrochimique.L'énergie thermique générée lors de la réaction de la batterie peut être exprimée par la chaleur de réaction de la batterie Qr ;la polarisation électrochimique fait s'écarter la tension réelle de la batterie de sa force électromotrice d'équilibre, et la perte d'énergie provoquée par la polarisation de la batterie est exprimée par Qp.En plus de la réaction de la batterie qui se déroule selon l'équation de réaction, il existe également des réactions secondaires.Les réactions secondaires typiques incluent la décomposition de l’électrolyte et l’autodécharge de la batterie.La chaleur de réaction secondaire générée dans ce processus est Qs.De plus, comme toute batterie aura inévitablement une résistance, de la chaleur Joule Qj sera générée lorsque le courant passe.Par conséquent, la chaleur totale d’une batterie est la somme de la chaleur des aspects suivants : Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
En fonction du processus de charge (décharge) spécifique, les principaux facteurs qui provoquent la génération de chaleur par la batterie sont également différents.Par exemple, lorsque la batterie est normalement chargée, Qr est le facteur dominant ;et au stade ultérieur de la charge de la batterie, en raison de la décomposition de l'électrolyte, des réactions secondaires commencent à se produire (la chaleur de réaction secondaire est Qs), lorsque la batterie est presque complètement chargée et surchargée. Ce qui se produit principalement est la décomposition de l'électrolyte, où Qs domine. .La chaleur Joule Qj dépend du courant et de la résistance.La méthode de charge couramment utilisée est effectuée sous courant constant, et Qj est une valeur spécifique à ce moment-là.Cependant, lors du démarrage et de l'accélération, le courant est relativement élevé.Pour le HEV, cela équivaut à un courant de plusieurs dizaines d’ampères à plusieurs centaines d’ampères.A ce moment, la chaleur Joule Qj est très importante et devient la principale source de dégagement de chaleur de la batterie.
Du point de vue de la contrôlabilité de la gestion thermique, les systèmes de gestion thermique peuvent être divisés en deux types : actifs et passifs.Du point de vue du fluide caloporteur, les systèmes de gestion thermique peuvent être divisés en : stockage thermique refroidi par air, refroidi par liquide et à changement de phase.
Gestion thermique avec l'air comme fluide caloporteur
Le fluide caloporteur a un impact significatif sur les performances et le coût du système de gestion thermique.L'utilisation de l'air comme fluide caloporteur consiste à introduire directement l'air afin qu'il circule à travers le module de batterie pour atteindre l'objectif de dissipation thermique.Généralement, des ventilateurs, une ventilation d'entrée et de sortie et d'autres composants sont nécessaires.
Selon les différentes sources d'apport d'air, on distingue généralement les formes suivantes :
1 Refroidissement passif avec ventilation par air extérieur
2. Refroidissement/chauffage passif pour la ventilation de l'air de l'habitacle
3. Refroidissement/chauffage actif de l'air extérieur ou de l'habitacle
La structure du système passif est relativement simple et utilise directement l'environnement existant.Par exemple, si la batterie doit être chauffée en hiver, l’environnement chaud de l’habitacle peut être utilisé pour inhaler de l’air.Si la température de la batterie est trop élevée pendant la conduite et que l'effet de refroidissement de l'air dans l'habitacle n'est pas bon, de l'air froid de l'extérieur peut être inhalé pour se refroidir.
Pour le système actif, un système distinct doit être établi pour assurer les fonctions de chauffage ou de refroidissement et être contrôlé indépendamment en fonction de l'état de la batterie, ce qui augmente également la consommation d'énergie et le coût du véhicule.Le choix des différents systèmes dépend principalement des exigences d'utilisation de la batterie.
Gestion thermique avec liquide comme fluide caloporteur
Pour le transfert de chaleur avec un liquide comme milieu, il est nécessaire d'établir une communication de transfert de chaleur entre le module et le milieu liquide, tel qu'une chemise d'eau, pour effectuer un chauffage et un refroidissement indirects sous forme de convection et de conduction thermique.Le fluide caloporteur peut être de l’eau, de l’éthylène glycol ou encore du réfrigérant.Il y a également un transfert de chaleur direct en plongeant la pièce polaire dans le liquide du diélectrique, mais des mesures d'isolation doivent être prises pour éviter les courts-circuits.
Le refroidissement liquide passif utilise généralement un échange thermique liquide-air ambiant, puis introduit des cocons dans la batterie pour un échange thermique secondaire, tandis que le refroidissement actif utilise des échangeurs de chaleur liquide de refroidissement moteur-milieu liquide, ou un chauffage électrique/chauffage à l'huile thermique pour obtenir un refroidissement primaire.Chauffage, refroidissement primaire avec air/climatisation de la cabine à fluide réfrigérant-liquide.
Le système de gestion thermique avec de l'air et du liquide comme fluide nécessite des ventilateurs, des pompes à eau, des échangeurs de chaleur, des radiateurs (Aérotherme PTC), pipelines et autres accessoires pour rendre la structure trop grande et complexe, et consomme également l'énergie de la batterie, le réseau La densité de puissance et la densité d'énergie de la batterie sont réduites.
(Liquide de refroidissement PTCchauffage) Le système de refroidissement de la batterie refroidi par eau utilise un liquide de refroidissement (50 % d'eau/50 % d'éthylène glycol) pour transférer la chaleur de la batterie au système réfrigérant de climatisation via le refroidisseur de batterie, puis vers l'environnement via le condenseur.La température de l'eau importée atteint facilement une température plus basse après l'échange de chaleur par le refroidisseur de batterie, et la batterie peut être ajustée pour fonctionner dans la meilleure plage de température de fonctionnement ;le principe du système est illustré sur la figure.Les principaux composants du système réfrigérant comprennent : le condenseur, le compresseur électrique, l'évaporateur, le détendeur avec vanne d'arrêt, le refroidisseur de batterie (détendeur avec vanne d'arrêt) et les tuyaux de climatisation, etc. ;Le circuit d'eau de refroidissement comprend :pompe à eau électrique, batterie (y compris plaques de refroidissement), refroidisseurs de batterie, conduites d'eau, vases d'expansion et autres accessoires.
Heure de publication : 13 juillet 2023
