De nouveaux liquides de refroidissement améliorent les performances des batteries de véhicules électriques
Les transports sont responsables d’environ 20 % de la consommation d’énergie, et les véhicules électriques (VE) ont fait des percées significatives sur le marché des véhicules de tourisme. Pourtant, dans les secteurs des poids lourds, de la marine et de l’aviation, qui représentent la majorité de la consommation d’énergie dans les transports, la pénétration des VE est très faible. D’importants défis technologiques doivent être relevés pour que les VE progressent dans le secteur des transports. Les clients exigent une plus grande autonomie, une plus grande capacité de batterie et une recharge rapide. L’amélioration des performances des systèmes de gestion thermique de batterie (BTMS pour «battery thermal management systems») contribuera à ces progrès. Le projet I-BAT(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, vise à améliorer les performances thermiques des batteries en apportant des innovations en matière de fluides de refroidissement, de cadres de simulation et d’équipements d’essai et de mesure qui favorisent l’industrialisation rapide de BTMS affinés.
Des systèmes de gestion thermique de batterie
Les VE reposent sur des batteries lithium-ion, dont la plage thermique de fonctionnement est comprise entre 5 ℃ et 60 ℃. Le maintien de cette plage thermique est essentiel, et les BTMS utilisent généralement de l’air, de l’eau ou du glycol pour refroidir la batterie. Les liquides de refroidissement peuvent agir sur la batterie par contact direct ou indirectement, en circulant autour des cellules dans une enveloppe. Les recherches d’I-BAT se sont concentrées sur l’écoulement et la capacité de transfert de chaleur du liquide de refroidissement. Le projet a également examiné comment la configuration des cellules dans la batterie peut optimiser le flux. Les chercheurs ont travaillé à la conception de batteries avec des tourbillons d’écoulement contrôlés qui maximisent le contact du liquide de refroidissement avec les structures de surface de la batterie.
Des liquides de refroidissement à base d’huile minérale
Les huiles minérales ont des propriétés diélectriques, ce qui signifie qu’elles ne conduisent pas la charge électrique, mais la polarisent. Elles peuvent donc être employées comme liquides de refroidissement pour les batteries. I-BAT a introduit des additifs dans les fluides à base d’huile pour améliorer les caractéristiques non newtoniennes du liquide de refroidissement. La viscosité des fluides non newtoniens varie sous l’effet d’une contrainte, et ces propriétés viscoélastiques fabriquées facilitent l’écoulement efficace du liquide autour des cellules d’une batterie de VE. Les liquides de refroidissement produits par I-BAT ont un grand potentiel. Comme l’explique Michael Wensing, coordinateur du projet: «Une nouvelle catégorie de liquides de refroidissement a été créée, qui répond aux exigences des systèmes de batteries et garantit un flux particulièrement stable, permettant un refroidissement par immersion robuste et efficace.»
Cadres de simulation et capteurs thermopiles à couche atomique
La capacité de tester les innovations du BTMS est essentielle à l’adoption de la solution du projet. I-BAT a mis au point un cadre de simulation multi-échelle qui comprend la dynamique moléculaire, la modélisation à méso-échelle(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et la dynamique des fluides computationnelle. En outre, I-BAT a mis au point des capteurs thermopiles à couche atomique qui utilisent des capteurs ultraminces pour fournir des données à haute résolution sur le flux de chaleur. «Les promesses de cette technologie ont déjà mené à la création de la jeune entreprise Hudyne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et, selon nous, elle présente un potentiel commercial exceptionnel, tant pour les produits que pour les services connexes», note Michael Wensing. La validation industrielle accélérera l’adoption des solutions du projet par le marché. Le fait de mettre des outils complexes d’analyse des fluides et des équipements d’essai à haut débit entre les mains des chercheurs et des développeurs facilitera ce processus. Comme l’explique Michael Wensing: «Des équipements d’essai spécialisés sont indispensables pour l’industrialisation, car ils aident à calibrer les simulations et à évaluer les propriétés des fluides et les performances de la conception.» Les développements du projet se poursuivent également chez Fiona Systems(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), une jeune entreprise dans ce domaine. Les batteries doivent franchir plusieurs obstacles technologiques si l’on veut que les VE réalisent leur potentiel pour bâtir un avenir sans émissions de carbone. En se concentrant sur le BTMS, I-BAT a mis au point une solution qui a augmenté la performance thermique des batteries.
