Il ne fait aucun doute que la température a un impact crucial sur les performances, la durée de vie et la sécurité des batteries. De manière générale, on s'attend à ce que le système de batterie fonctionne dans une plage de 15 à 35 °C afin d'obtenir une puissance de sortie et d'entrée optimale, une énergie disponible maximale et une durée de vie cyclique la plus longue (bien que le stockage à basse température puisse prolonger la durée de vie de la batterie, il n'est pas très pertinent en pratique, les batteries étant, à cet égard, comparables aux êtres humains).
Actuellement, la gestion thermique des systèmes de batteries peut être classée en quatre grandes catégories : refroidissement naturel, refroidissement par air, refroidissement liquide et refroidissement direct. Le refroidissement naturel est une méthode passive, tandis que le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par courant continu sont des méthodes actives. La principale différence entre ces trois dernières réside dans le fluide caloporteur utilisé.
· Refroidissement naturel
Le refroidissement naturel ne nécessite aucun dispositif supplémentaire d'échange thermique. Par exemple, BYD a adopté ce procédé sur les modèles Qin, Tang, Song, E6, Tengshi et autres utilisant des cellules LFP. Il est prévu que les prochains modèles BYD équipés de batteries ternaires soient refroidis par liquide.
· Refroidissement par air (Réchauffeur d'air PTC)
Le refroidissement par air utilise l'air comme fluide caloporteur. Il en existe deux types courants. Le premier, appelé refroidissement passif, utilise directement l'air extérieur pour l'échange thermique. Le second, le refroidissement actif, permet de préchauffer ou de refroidir l'air extérieur avant son entrée dans le système de batteries. Autrefois, de nombreux modèles électriques japonais et coréens utilisaient des solutions de refroidissement par air.
· Refroidissement liquide
Le refroidissement liquide utilise un antigel (tel que l'éthylène glycol) comme fluide caloporteur. La solution comporte généralement plusieurs circuits d'échange thermique différents. Par exemple, VOLT possède un circuit de radiateur, un circuit de climatisation (Climatisation PTC), et un circuit PTC (Réchauffeur de liquide de refroidissement PTCLe système de gestion de la batterie réagit, s'ajuste et bascule en fonction de la stratégie de gestion thermique. La Tesla Model S possède un circuit en série avec le circuit de refroidissement du moteur. Lorsque la batterie doit être chauffée à basse température, le circuit de refroidissement du moteur est connecté en série avec celui de la batterie, et le moteur peut alors chauffer cette dernière. Lorsque la batterie atteint une température élevée, les circuits de refroidissement du moteur et de la batterie sont connectés en parallèle, et les deux systèmes de refroidissement dissipent la chaleur indépendamment.
1. Condenseur de gaz
2. Condenseur secondaire
3. Ventilateur du condenseur secondaire
4. Ventilateur du condenseur à gaz
5. Capteur de pression du climatiseur (côté haute pression)
6. Capteur de température du climatiseur (côté haute pression)
7. Compresseur de climatiseur électronique
8. Capteur de pression du climatiseur (côté basse pression)
9. Capteur de température du climatiseur (côté basse pression)
10. Détendeur (refroidisseur)
11. Détendeur (évaporateur)
Refroidissement direct
Le refroidissement direct utilise un fluide frigorigène (matériau à changement de phase) comme échangeur de chaleur. Ce fluide absorbe une grande quantité de chaleur lors de la transition gaz-liquide. Comparé à un système utilisant un fluide frigorigène classique, l'efficacité du transfert thermique est plus de trois fois supérieure, ce qui permet un remplacement plus rapide de la batterie. La chaleur interne du système est ainsi évacuée. Ce système de refroidissement direct est notamment utilisé dans la BMW i3.
Outre l'efficacité du refroidissement, le système de gestion thermique des batteries doit garantir l'homogénéité de leur température. Un pack de batteries (PACK) comporte des centaines de cellules, et un capteur de température ne peut pas toutes les surveiller. Par exemple, un module de Tesla Model S contient 444 batteries, mais seulement deux points de mesure de température sont prévus. Il est donc essentiel d'assurer une homogénéité maximale de la température des batteries grâce à une conception optimisée de la gestion thermique. Cette homogénéité est indispensable pour des performances constantes, notamment en termes de puissance, d'autonomie et d'état de charge (SOC).
Date de publication : 28 avril 2024
