Le module de batterie au lithium est principalement composé de batteries et de systèmes de refroidissement et de dissipation thermique. Ces deux éléments sont complémentaires. La batterie alimente le véhicule à énergie nouvelle, tandis que le système de refroidissement gère la chaleur qu'elle génère en fonctionnement. Différents fluides caloporteurs sont utilisés selon le mode de dissipation thermique.
Si la température autour de la batterie est trop élevée, ces matériaux utiliseront le joint en silicone thermoconducteur comme voie de transmission, pénétreront en douceur dans le conduit de refroidissement et absorberont la chaleur par contact direct ou indirect avec chaque élément de la batterie. Le principal avantage de cette méthode réside dans sa large surface de contact avec les cellules, permettant une absorption uniforme de la chaleur.
Le refroidissement par air est également une méthode courante pour refroidir la batterie.Réchauffeur d'air PTCComme son nom l'indique, cette méthode utilise l'air comme fluide de refroidissement. Les concepteurs de véhicules à énergies nouvelles installent des ventilateurs de refroidissement à proximité des modules de batterie. Afin d'accroître la circulation de l'air, des ouvertures sont également prévues près de ces modules. Grâce à la convection naturelle, la batterie au lithium d'un véhicule à énergies nouvelles dissipe rapidement la chaleur et maintient une température stable. L'avantage de cette méthode réside dans sa flexibilité : elle peut dissiper la chaleur par convection naturelle ou forcée. Cependant, si la capacité de la batterie est trop importante, le refroidissement par air s'avère moins efficace.
Le refroidissement par ventilation de type caisson représente une amélioration du refroidissement par air et de la dissipation thermique. Outre le contrôle de la température maximale du pack de batteries, il permet également de contrôler sa température minimale, assurant ainsi un fonctionnement optimal. Cependant, cette méthode engendre un manque d'homogénéité de température au sein du pack, ce qui peut entraîner une dissipation thermique inégale. Le refroidissement par ventilation de type caisson augmente la vitesse du flux d'air à l'entrée, uniformise la température maximale du pack et limite les écarts de température importants. Toutefois, le faible espace entre la batterie supérieure et l'entrée d'air ne permet pas un débit d'air suffisant pour une dissipation thermique optimale, le débit global étant trop faible. Dans ces conditions, la chaleur accumulée sur la partie supérieure de la batterie, au niveau de l'entrée d'air, est difficile à dissiper. Même en pratiquant une ouverture sur le dessus ultérieurement, l'écart de température entre les packs de batteries reste supérieur à la plage prédéfinie.
Le refroidissement par matériau à changement de phase (MCP) est la méthode la plus avancée technologiquement, car le MCP absorbe une grande quantité de chaleur en fonction des variations de température de la batterie. Son principal avantage réside dans sa faible consommation d'énergie et sa capacité à réguler efficacement la température de la batterie. Contrairement au refroidissement liquide, le MCP est non corrosif, ce qui réduit la pollution de la batterie par le fluide caloporteur. Cependant, tous les tramways à énergies nouvelles ne peuvent pas utiliser de MCP comme fluide de refroidissement, en raison du coût de fabrication élevé de ces matériaux.
En ce qui concerne l'application, le refroidissement par convection par ailettes permet de contrôler la température maximale et l'écart de température maximal du pack de batteries entre 45 °C et 5 °C. Cependant, si la vitesse du vent autour du pack de batteries atteint une valeur prédéfinie, l'effet de refroidissement des ailettes est limité, et l'écart de température du pack de batteries varie peu.
Le refroidissement par caloduc est une méthode de dissipation thermique récente, qui n'est pas encore commercialisée. Cette méthode consiste à placer le fluide caloporteur à l'intérieur du caloduc ; lorsque la température de la batterie augmente, la chaleur est évacuée par ce fluide.
Il apparaît clairement que la plupart des méthodes de dissipation thermique présentent certaines limitations. Pour optimiser la dissipation thermique des batteries au lithium, les chercheurs doivent concevoir des dispositifs adaptés à chaque situation afin de maximiser l'efficacité de la dissipation et garantir ainsi le bon fonctionnement de la batterie.
✦La solution à la panne du système de refroidissement des véhicules à énergies nouvelles
Tout d'abord, la durée de vie et les performances des véhicules à énergies nouvelles sont directement proportionnelles à celles des batteries au lithium. Les chercheurs peuvent optimiser la gestion thermique en fonction des caractéristiques de ces batteries. Les systèmes de dissipation de chaleur étant très différents d'un modèle à l'autre, il est essentiel, pour optimiser la gestion thermique, de choisir une méthode adaptée aux performances du véhicule afin de maximiser son efficacité. Par exemple, lors de l'utilisation d'un refroidissement liquide (Réchauffeur de liquide de refroidissement PTCLes chercheurs peuvent utiliser l'éthylène glycol comme principal fluide caloporteur. Cependant, afin de pallier les inconvénients des méthodes de refroidissement liquide et de dissipation thermique, et d'éviter les fuites d'éthylène glycol susceptibles de contaminer la batterie, il est nécessaire d'utiliser des matériaux de revêtement non corrosifs pour protéger les batteries au lithium. De plus, une étanchéité optimale est indispensable pour minimiser les risques de fuite d'éthylène glycol.
Deuxièmement, l'autonomie des véhicules à énergies nouvelles augmente, la capacité et la puissance des batteries au lithium sont considérablement améliorées, et la chaleur générée ne cesse de croître. Le maintien des méthodes de dissipation thermique traditionnelles s'avère alors nettement insuffisant. Il est donc impératif que les chercheurs suivent l'évolution technologique, développent constamment de nouvelles technologies et sélectionnent de nouveaux matériaux afin d'optimiser les performances du système de refroidissement. Par ailleurs, la combinaison de différentes méthodes de dissipation thermique permet d'en accroître les avantages et de maintenir la température autour de la batterie au lithium dans une plage optimale, garantissant ainsi une alimentation électrique continue pour les véhicules à énergies nouvelles. Par exemple, il est possible d'associer le refroidissement par air et la dissipation thermique par liquide. Cette combinaison permet de compenser les faiblesses respectives de chaque méthode et d'améliorer efficacement la dissipation thermique des véhicules à énergies nouvelles.
Enfin, le conducteur doit assurer un entretien quotidien rigoureux de son véhicule à énergies nouvelles. Avant de prendre le volant, il est indispensable de vérifier le bon fonctionnement du véhicule et de s'assurer de l'absence de défauts de sécurité. Cette vérification permet de réduire les risques de panne et de garantir la sécurité de conduite. Après une utilisation prolongée, le conducteur doit faire inspecter régulièrement son véhicule afin de contrôler le système de commande de la motorisation électrique et le système de dissipation thermique, et ainsi prévenir tout accident. De plus, avant d'acheter un véhicule à énergies nouvelles, il est essentiel de se renseigner sur la structure du système de propulsion à batterie lithium et du système de dissipation thermique, et de privilégier un modèle doté d'un système de dissipation thermique performant. En effet, ce type de véhicule offre une longue durée de vie et des performances supérieures. Par ailleurs, il est important que le conducteur possède certaines connaissances en matière d'entretien afin de pouvoir réagir rapidement en cas de panne et limiter les pertes.
Date de publication : 25 juin 2023
