La température au cœur des cellules d’une batterie électrique de type Li-ion en fonctionnement ne dépasse pas 80 à 90°C. Cependant, ces valeurs modérées ne sont pas le fruit du hasard : elles sont le résultat d’un management thermique des batteries qui concilie dissipation de la chaleur et contrôle de la puissance. Concrètement, quels sont les moyens utilisés pour la dissipation de cette chaleur ?

 

Tout savoir sur le management thermique des batteries des véhicules électriques

 

Pourquoi la chaleur générée par la batterie en utilisation doit-elle être dissipée ?

 

Un pack de batterie est composé de modules qui sont eux-mêmes constitués de cellules. Chaque cellule possède une quantité d’énergie limitée et le défi des constructeurs est de concevoir des batteries ayant la densité d’énergie la plus forte possible.

 

Une production de chaleur inévitable

Les batteries électriques produisent naturellement de la chaleur, car les réactions chimiques qui s’y produisent sont exothermiques. Ainsi, plus une batterie est puissante, plus elle émet de chaleur. Dissiper les calories d’une batterie électrique a donc une double fonction :

  • limiter le vieillissement thermique des éléments ;
  • augmenter la quantité d’énergie pouvant être délivrée par chaque cellule ;



Bon à savoir

Les batteries de véhicules électriques ont une plage de charge/décharge située entre 20 et 80%

Densité d’énergie : capacité de stockage d’électricité pour un volume donné.

Densité de puissance : aptitude de la batterie à fournir de l’énergie rapidement.



Quels matériaux utiliser pour dissiper la chaleur générée par une batterie électrique ?

 

Il existe de nombreux matériaux qui, une fois découpés et fonctionnalisés, sont capables d’éliminer les calories générées par les cellules des batteries électriques. Cependant, il faut garder à l’esprit qu’un bon isolant électrique est rarement un excellent conducteur thermique. Ainsi, le choix des matériaux pouvant dissiper la chaleur est une affaire de compromis entre :

  • les propriétés diélectriques
  • la classe thermique
  • les caractéristiques mécaniques
  • leur coût
  • toute autre contrainte définie dans le cahier des charges de la batterie.

 

KaptonLes films conducteurs thermiques

La principale fonction des films est l’isolation électrique et la plupart des films commerciaux ont une conductivité thermique assez faible, rarement supérieure à 0,2 W/m.K. Néanmoins, des produits comme le Kapton® MT+ ont une conductivité thermique plus élevée, autour de 0,75 W/m.K. Enfin, il reste possible de superposer plusieurs types de films pour concevoir un matériau multicouche plus performant.

 

 

ThermaltapeLes adhésifs thermiques

Appelés “Thermal tapes” en anglais, ces matériaux sont des masses adhésives qui sont de bons conducteurs thermiques (1 à 2 W/m.K). Ils ont ainsi deux fonctions :

  • l’assemblage mécanique ;
  • la dissipation de la chaleur ;

 

 

 

Les pads thermiques

Ces matériaux souples de type silicone ou acrylique, ont une conductivité thermique très élevée, parfois supérieure à 3 voire 4 W/m.K. Lorsqu’ils sont découpés aux bonnes dimensions, ils peuvent être placés entre les cellules des batteries et intercalés avec des cooling plates et des radiateurs (Heat Sink), comme c’est le cas en électronique.

Les cellules peuvent par ailleurs être isolées les unes des autres en utilisant des mousses diélectriques. Ces matériaux aussi appelés “compression pads” assurent un contact thermique et une dissipation de chaleur optimale car ils maintiennent une pression constante sur les cellules.

 

Les pâtes et mastics thermiques

De par leur consistance, les mastics et les pâtes s’appliquent à la seringue ou avec des dispositifs similaires. Ils sont par exemple employés pour former une jonction entre un système de refroidissement et un pack batterie afin de dissiper la chaleur.

 

 

PC-LUBRIFIANTS-GENERIQUELes produits liquides

Les conducteurs thermiques sous forme liquide trouvent aussi leur place, par exemple pour combler les espaces vides. On les appelle les “gap fillers”. Ils permettent d’éliminer la présence de bulles, car l’air est un très bon isolant thermique. Il existe également des conducteurs thermiques sous forme de colle.

 

 

Conclusion

Dans les batteries de véhicules électriques, la production de chaleur est inévitable. On peut dissiper cette chaleur en utilisant des matériaux sous forme de films, d’adhésifs, de pads et mastics thermiques ou encore de produits liquides.

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