Pour le transfert de chaleur avec un liquide comme fluide caloporteur, il est nécessaire d'établir une communication thermique entre le module et le fluide, par exemple une enveloppe d'eau, afin de réaliser un chauffage et un refroidissement indirects par convection et conduction thermique. Le fluide caloporteur peut être de l'eau, de l'éthylène glycol ou même un réfrigérant. Il existe également un transfert de chaleur direct par immersion de la pièce polaire dans le liquide diélectrique, mais des mesures d'isolation doivent être prises pour éviter les courts-circuits.Réchauffeur de liquide de refroidissement PTC)
Le refroidissement passif par liquide utilise généralement un échange thermique entre le liquide et l'air ambiant, puis introduit des capsules thermiques dans la batterie pour un échange secondaire. Le refroidissement actif, quant à lui, utilise des échangeurs de chaleur entre le liquide de refroidissement du moteur et un fluide frigorigène, ou un système de chauffage électrique/à huile thermique pour assurer le refroidissement primaire. Le chauffage et le refroidissement primaire sont assurés par le fluide frigorigène de l'habitacle/de la climatisation.
Pour les systèmes de gestion thermique utilisant l'air et un liquide comme fluide, la structure est trop volumineuse et complexe en raison de la nécessité de ventilateurs, de pompes à eau, d'échangeurs de chaleur, de résistances chauffantes, de canalisations et d'autres accessoires, ce qui consomme également de l'énergie de la batterie et réduit sa densité de puissance et sa densité énergétique.Réchauffeur d'air PTC)
Le système de refroidissement de batterie par eau utilise un fluide frigorigène (50 % d'eau / 50 % d'éthylène glycol) pour transférer la chaleur de la batterie au système de climatisation via le refroidisseur de batterie, puis à l'environnement via le condenseur. L'eau à l'entrée de la batterie est refroidie par celle-ci. Après échange thermique, la température de l'eau est facilement abaissée, permettant ainsi à la batterie de fonctionner dans sa plage de température optimale. Le principe du système est illustré sur la figure. Les principaux composants du système de climatisation sont : un condenseur, un compresseur électrique, un évaporateur, un détendeur avec vanne d'arrêt, un refroidisseur de batterie (équipé d'un détendeur avec vanne d'arrêt) et des tuyaux de climatisation. Le circuit d'eau de refroidissement comprend :pompe à eau électrique, batterie (y compris les plaques de refroidissement), refroidisseurs de batterie, tuyaux d'eau, réservoirs d'expansion et autres accessoires.
Ces dernières années, des systèmes de gestion thermique des batteries refroidis par des matériaux à changement de phase (MCP) ont fait leur apparition à l'étranger et en Chine, et présentent de bonnes perspectives. Le principe de l'utilisation des MCP pour le refroidissement des batteries est le suivant : lors de la décharge de la batterie sous un courant important, le MCP absorbe la chaleur dégagée et subit un changement de phase, ce qui entraîne une chute rapide de la température de la batterie.
Dans ce processus, le système stocke la chaleur dans le matériau à changement de phase (MCP) sous forme de chaleur de changement de phase. Lors de la charge de la batterie, notamment par temps froid (c'est-à-dire lorsque la température ambiante est bien inférieure à la température de transition de phase PCT), le MCP émet de la chaleur dans l'environnement.
L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) dans les systèmes de gestion thermique des batteries présente l'avantage de ne nécessiter aucune pièce mobile et de ne pas consommer d'énergie supplémentaire. Les MCP, caractérisés par une chaleur latente de changement de phase et une conductivité thermique élevées, absorbent efficacement la chaleur dégagée lors des cycles de charge et de décharge, réduisant ainsi l'élévation de température de la batterie et garantissant son fonctionnement à une température optimale. Ils permettent de maintenir la stabilité des performances de la batterie avant et après les cycles à courant élevé. L'ajout de substances à haute conductivité thermique à la paraffine pour former un MCP composite contribue à améliorer les performances globales du matériau.
Du point de vue des trois types de gestion thermique mentionnés ci-dessus, la gestion thermique par stockage de chaleur à changement de phase présente des avantages uniques et mérite d'être étudiée plus en profondeur et de faire l'objet d'un développement et d'une application industriels.
De plus, du point de vue de la conception des batteries et du développement des systèmes de gestion thermique, ces deux aspects doivent être combinés de manière organique et stratégique, et développés de façon synchrone, afin que la batterie puisse mieux s'adapter à l'application et au développement du véhicule dans son ensemble. Cela permettra de réduire le coût global du véhicule, la difficulté d'application et les coûts de développement, et de constituer une plateforme d'application, raccourcissant ainsi le cycle de développement des véhicules à énergies nouvelles et accélérant leur commercialisation.
Date de publication : 27 avril 2023
