Les plateaux de batteries en composite thermoplastique s'imposent comme une technologie clé dans le secteur des véhicules à énergies nouvelles. Ces plateaux bénéficient de nombreux avantages des matériaux thermoplastiques, notamment leur légèreté, leur résistance supérieure, leur résistance à la corrosion, leur flexibilité de conception et leurs excellentes propriétés mécaniques. Ces propriétés sont essentielles pour garantir la durabilité et la fiabilité des plateaux de batteries. Par ailleurs, le système de refroidissement d'un pack de batteries thermoplastiques joue un rôle primordial dans le maintien des performances de la batterie, l'allongement de sa durée de vie et la sécurité de son fonctionnement. Un système de gestion thermique efficace assure le maintien de la batterie dans la plage de température optimale quelles que soient les conditions de fonctionnement, améliorant ainsi son rendement et sa sécurité.
Kautex présente une technologie permettant la charge rapide : le refroidissement par immersion diphasique. La cellule de traction sert d'évaporateur. Ce procédé atteint un taux de transfert thermique extrêmement élevé de 3 400 W/m²·K tout en optimisant l'homogénéité de la température au sein de la batterie, à sa température de fonctionnement optimale. Le système de gestion thermique de la batterie peut ainsi gérer efficacement et durablement les charges thermiques à des vitesses de charge supérieures à 6C. Ce refroidissement par immersion diphasique limite également la propagation de la chaleur au sein de l'enveloppe composite thermoplastique de la batterie, tout en dissipant la chaleur dans l'environnement jusqu'à 30 °C. Le cycle thermique est réversible, permettant un chauffage efficace de la batterie même par temps froid. Le transfert thermique par ébullition en flux continu garantit un transfert thermique élevé et constant, sans effondrement des bulles de vapeur ni dommages dus à la cavitation.
Dans le concept de refroidissement par immersion diphasique directe de Kautex, le fluide est en contact direct avec les cellules de la batterie à l'intérieur de son boîtier, ce qui équivaut à un évaporateur dans un cycle frigorifique. L'immersion des cellules maximise l'utilisation de leur surface pour le transfert de chaleur, tandis que l'évaporation constante du fluide, c'est-à-dire le changement de phase, assure une uniformité de température optimale. Le schéma est présenté sur la figure 2.
Fig. 2 Principe de fonctionnement du refroidissement par immersion diphasique
L'idée d'intégrer tous les composants nécessaires à la distribution des fluides directement dans une enveloppe de batterie thermoplastique non conductrice s'avère prometteuse et durable. Lorsque l'enveloppe et le support de la batterie sont fabriqués dans le même matériau, ils peuvent être soudés pour une meilleure stabilité structurelle, tout en éliminant le besoin de matériaux d'encapsulation et en simplifiant le processus de recyclage.
Des études ont démontré qu'une méthode de refroidissement par immersion biphasique utilisant le fluide frigorigène SF33 offre une dissipation thermique supérieure pour le transfert de la chaleur des batteries. Ce système a maintenu la température des batteries entre 34 et 35 °C dans toutes les conditions de test, témoignant d'une excellente uniformité de température. Les fluides frigorigènes tels que le SF33 sont compatibles avec la plupart des métaux, plastiques et élastomères, et n'endommagent pas les matériaux thermoplastiques des boîtiers de batteries.
Fig. 3 Expérience de mesure du transfert de chaleur du bloc-batterie [1]
De plus, l'étude expérimentale a comparé différentes stratégies de refroidissement telles que la convection naturelle, la convection forcée et le refroidissement liquide avec le fluide frigorigène SF33, et les résultats ont montré que le système de refroidissement par immersion biphasique était très efficace pour maintenir la température de la cellule de la batterie.
Globalement, le système de refroidissement par immersion biphasique offre une solution de refroidissement efficace et uniforme des batteries pour les véhicules électriques et autres applications nécessitant un stockage d'énergie, ce qui contribue à améliorer la durabilité et la sécurité des batteries.
Date de publication : 14 octobre 2024