Gestion thermique de la batterie
Pourquoi les plaques froides liquides sont essentielles au refroidissement des batteries de véhicules électriques
Les batteries au lithium-ion ont changé la façon dont nous stockons et utilisons l'énergie. Des véhicules électriques et systèmes de stockage d'énergie aux équipements industriels et applications de charge rapide-, les batteries devraient désormais fournir une puissance plus élevée, une durée de fonctionnement plus longue et des vitesses de charge plus rapides.
Cependant, une densité énergétique plus élevée pose un défi technique important : la chaleur.
Chaque batterie génère de la chaleur pendant son fonctionnement. La charge crée de la chaleur. La décharge crée de la chaleur. Les applications à haute-puissance, en particulier la charge rapide et la décharge à courant élevé, peuvent augmenter encore davantage la génération de chaleur.
Le défi ne consiste pas simplement à éliminer la chaleur de la batterie. Le véritable défi consiste à maintenir chaque cellule de batterie dans une plage de température stable tout en minimisant les différences de température entre les cellules.
C'est icigestion thermique de la batteriedevient indispensable.
Un système de gestion thermique efficace contribue à améliorer les performances de la batterie, à prolonger la durée de vie, à maintenir l’efficacité de la charge et à réduire les risques pour la sécurité. Pour le moderneBatteries pour véhicules électriqueset les systèmes de stockage d'énergie,refroidissement liquide avec plaques froides liquides en aluminiumest devenue l'une des solutions les plus fiables.
Pourquoi la gestion thermique des batteries est importante
Les batteries au lithium-ion sont très sensibles à la température.
La plupart des cellules lithium-ion fonctionnent plus efficacement dans une plage de températures relativement étroite, généralement entre 15 et 35 degrés. Lorsque la température de la batterie sort de cette plage, les performances électrochimiques commencent à décliner.
Un système de gestion thermique de la batterie (BTMS) est conçu pour contrôler la génération de chaleur, l'évacuation de la chaleur et la répartition de la température dans l'ensemble de la batterie.
Un système de gestion thermique-bien conçu doit atteindre trois objectifs principaux :
***Maintenir les cellules dans la plage de température de fonctionnement optimale
***Réduire les différences de température entre les cellules individuelles
***Eviter la surchauffe lors d'un fonctionnement à haute-puissance
Ceci est particulièrement important à mesure que les systèmes de batteries deviennent plus puissants.
Par exemple, une batterie de véhicule électrique peut contenir des centaines, voire des milliers de cellules individuelles. Si certaines cellules fonctionnent à une température nettement plus élevée que d’autres, l’ensemble de la batterie peut souffrir d’un vieillissement inégal.
Les cellules les plus chaudes déterminent généralement la limitation globale du pack.
En d’autres termes, la résistance d’une batterie dépend de son point thermique le plus faible.
Que se passe-t-il lorsque les batteries deviennent trop chaudes ?
La chaleur est l'un des principaux facteurs affectant les performances et la durée de vie des batteries lithium-ion.
Lorsque la température de la batterie augmente de manière excessive, plusieurs problèmes peuvent survenir.
1. Dégradation plus rapide de la batterie
Les températures élevées accélèrent les réactions chimiques indésirables à l'intérieur des cellules lithium-ion.
Au fil du temps, cela peut conduire à :
>>>Capacité de la batterie réduite
>>>Résistance interne accrue
>>>Durée de vie plus courte
>>>Efficacité de charge inférieure
Une batterie qui fonctionne en continu à des températures élevées peut perdre en performances beaucoup plus rapidement qu'une batterie maintenue dans des conditions thermiques contrôlées.
2. Risques accrus pour la sécurité
Une surchauffe extrême peut créer des conditions dangereuses à l'intérieur des cellules lithium-ion.
Lorsque les températures internes dépassent les limites de sécurité, les matériaux de la batterie peuvent devenir instables. Dans des situations graves, cela peut déclencher un emballement thermique, où la génération de chaleur devient autonome-et se propage d'une cellule à l'autre.
C’est pourquoi la prévention d’une accumulation excessive de chaleur est une exigence fondamentale dans la conception des batteries de véhicules électriques et de stockage d’énergie.
3. Performances de charge réduites
La charge rapide impose une contrainte thermique importante aux batteries.
Lors d'une charge à courant élevé-, les ions lithium se déplacent rapidement entre les électrodes. Si la chaleur ne peut pas être évacuée efficacement, la vitesse de chargement devra peut-être être réduite pour protéger la santé de la batterie.
Cela crée un conflit direct :
Les clients veulent une recharge plus rapide.
Les ingénieurs en batteries ont besoin d’un meilleur contrôle de la chaleur.
Une gestion thermique efficace permet de résoudre ce problème en éliminant rapidement la chaleur tout en maintenant des températures cellulaires stables.
Pourquoi l'uniformité de la température est tout aussi importante
Beaucoup de gens pensent que le refroidissement des batteries consiste uniquement à abaisser la température.
Cependant, l’uniformité de la température est tout aussi importante.
Une batterie peut contenir des centaines de cellules connectées ensemble. Si une zone du pack fonctionne plus chaudement qu’une autre zone, ces cellules vieilliront différemment.
Par exemple:
Les cellules plus chaudes se dégradent plus rapidement
Les cellules plus froides maintiennent de meilleures performances
Le système global de gestion de la batterie doit limiter le fonctionnement en fonction des cellules les plus faibles
Par conséquent, l’objectif de la gestion thermique des batteries n’est pas simplement :
"Rendre la batterie plus froide."
Le véritable objectif est :
"Gardez chaque cellule fonctionnant à une température similaire et optimale."
C'est une des raisons pour lesquellessystèmes de refroidissement liquidesont devenus de plus en plus courants dans les batteries modernes.
Refroidissement par air ou refroidissement liquide pour les batteries
Les premiers véhicules électriques et les systèmes de batterie à faible consommation-utilisaient souvent le refroidissement par air car il était simple, léger et peu coûteux.
Cependant, à mesure que la densité énergétique des batteries et la vitesse de chargement augmentaient, le refroidissement par air traditionnel a commencé à montrer ses limites.
Limites du refroidissement par air
L'air a une conductivité thermique relativement faible par rapport au liquide de refroidissement.
Même avec des ventilateurs et des canaux de circulation d'air, il devient difficile d'évacuer de grandes quantités de chaleur des modules de batterie densément emballés.
Les défis courants comprennent :
Refroidissement inégal entre les cellules
Capacité de refroidissement limitée
Besoins d'espace plus importants
Bruit plus élevé des ventilateurs
Difficulté à supporter une charge rapide
Pour les applications à faible-consommation, le refroidissement par air peut toujours être adapté.
Mais pourbatteries pour VE hautes-performanceset les systèmes de stockage d'énergie, une capacité de refroidissement plus forte est requise.
Pourquoi le refroidissement liquide est devenu la solution privilégiée
Refroidissement liquideutilise un liquide de refroidissement, généralement un mélange d'eau-glycol, pour évacuer la chaleur des cellules de la batterie.
Comparé à l'air, le liquide de refroidissement a :
***Capacité thermique plus élevée
***Meilleure conductivité thermique
***Capacité de transfert de chaleur plus efficace
A plaque de refroidissement liquide pour batteriesinstallé sous ou à côté des modules de batterie fournit un chemin de transfert de chaleur direct.
Cellule de batterie
↓
Matériau d'interface thermique (TIM)
↓
↓
Canal de liquide de refroidissement
↓
Système de refroidissement externe
Cette conception permet d'évacuer la chaleur plus efficacement tout en maintenant une meilleure uniformité de température dans l'ensemble de la batterie.
Pour les batteries de véhicules électriques modernes, les systèmes de stockage d'énergie et les applications-haute puissance,refroidissement liquideest devenue l’approche privilégiée en matière de gestion thermique.
