Un examen rapide du système de gestion thermique des batteries de véhicules électriques (BTMS)

Un examen rapide du système de gestion thermique des batteries de véhicules électriques (BTMS)

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Alors que les véhicules électriques deviennent une tendance imparable en raison de leur zéro émission et de leur efficacité élevée du réservoir aux roues, l’amélioration des performances, du coût, de la durée de vie et de la sécurité de la batterie devient de plus en plus importante. Et le système de gestion thermique de la batterie (BTMS) est essentiel aux performances de la batterie, qui sont importantes pour les performances globales du système de transmission des véhicules électriques (VE) et des véhicules électriques hybrides (HEV). Les technologies BTMS sont : le système de refroidissement par air, le système de refroidissement par liquide, le système de refroidissement par réfrigérant direct, le système de refroidissement par matériau à changement de phase (PCM), le système de refroidissement thermoélectrique et le refroidissement par caloduc.

1. Refroidissement et chauffage de l'air

Les systèmes pneumatiques utilisent l’air comme fluide thermique. L'air d'admission peut provenir directement de l'atmosphère ou de la cabine et peut également être de l'air conditionné après un chauffage ou un évaporateur d'un climatiseur. Le premier est appelé système d’air passif et le second est système d’air actif. Les systèmes actifs peuvent offrir une puissance de refroidissement ou de chauffage supplémentaire. Un système passif peut offrir quelques centaines de watts de puissance de refroidissement ou de chauffage et la puissance d'un système actif est limitée à 1 kW.

Les deux cas sont tous deux appelés systèmes à air pulsé car dans les deux cas, l’air est fourni par un ventilateur.

2.Refroidissement et chauffage par liquide

Le refroidissement liquide est un système de refroidissement dans lequel l'eau est utilisée comme liquide de refroidissement pour refroidir la batterie. Et le refroidissement liquide est le système de refroidissement le plus couramment utilisé en raison de sa conception pratique et de ses bonnes performances de refroidissement. Il existe généralement deux groupes de liquides utilisés pour les systèmes de gestion thermique. L’un est un liquide diélectrique (liquide à contact direct) qui peut entrer directement en contact avec les cellules de la batterie, comme l’huile minérale. L'autre est un liquide conducteur (liquide à contact indirect) qui ne peut entrer en contact qu'indirectement avec les cellules de la batterie, comme un mélange d'éthylène glycol et d'eau. Entre ces deux groupes, les systèmes de contact indirect sont privilégiés afin d'obtenir une meilleure isolation entre le module de batterie et l'environnement et donc de meilleures performances de sécurité. En fonction des différents dissipateurs thermiques pour le refroidissement, les systèmes liquides peuvent également être classés en systèmes passifs ou en systèmes actifs.

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3. Refroidissement et chauffage directs par réfrigérant

Semblable aux systèmes à liquide actif, un système de réfrigération directe (DRS) consiste en une boucle de climatisation, mais le DRS utilise le réfrigérant directement comme fluide caloporteur circulant à travers la batterie.

4. PCM

Le matériau à changement de phase absorbe la chaleur tout au long du processus de fusion et la conserve sous forme de chaleur latente jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur maximale. De plus, le PCM est toujours combiné pendant un certain temps, la température reste au point de fusion, puis l'augmentation de la température est retardée. Par conséquent, le PCM est utilisé comme conducteur et tampon dans BTMS. De plus, le PCM est toujours combiné avec un autre système BTMS (par exemple refroidi par liquide ou par air) pour gérer la température de la cellule.

5. Module thermoélectrique

Le module thermoélectrique peut convertir la tension électrique en différence de température et vice versa. Ici, le premier effet est adopté. Cela signifie qu'il transfère la chaleur à travers le module en consommant directement de l'électricité. Deux ventilateurs sont installés pour améliorer le transfert de chaleur par convection forcée. En combinant un système d'air passif avec un module thermoélectrique, le système combiné est capable de refroidir la batterie encore plus bas que la température de l'air d'admission, mais la puissance est toujours limitée à environ quelques centaines de watts et à moins d'un kW. Le principal problème de ce refroidissement est la sécurité du système qui peut être préoccupante en cas d'urgence ; un court-circuit peut se produire en raison d'une fuite de liquide de refroidissement sur les cellules de la batterie, ce qui peut provoquer une panne du véhicule et être mortel. De plus, les tubes capillaires nécessitent un diamètre minimum pour maintenir une chute de pression adéquate et éviter tout blocage.

6. Caloduc

Outre les modules thermoélectriques, un caloduc est un autre moyen de moderniser les systèmes d’air passifs. L'enveloppe plate en cuivre du caloduc était sous vide partiel. La structure capillaire est constituée de poudre de cuivre frittée. Le caloduc utilise de l’eau comme fluide de travail. L'eau du côté de l'évaporateur absorbera la chaleur et deviendra de la vapeur à une température inférieure à 100°C en raison de la faible pression à l'intérieur. L'eau présente sur le condenseur dissipera la chaleur dans l'environnement et redeviendra liquide. Ce cycle se répète encore et encore.