Présentation de la technologie de gestion thermique 1
1.1 Gestion thermique de la batterie
La gestion thermique de la batterie est un élément clé du système de gestion thermique des véhicules électriques. Son objectif principal est de garantir que le bloc-batterie conserve une température de fonctionnement appropriée dans diverses conditions de fonctionnement afin de garantir les performances, la sécurité et la durée de vie de la batterie. La gestion thermique de la batterie comprend principalement deux aspects : la dissipation de la chaleur et le chauffage. Les étapes techniques permettant d'atteindre ces deux fonctions sont détaillées ci-dessous.
1.1.1 Dissipation thermique de la batterie
1) Refroidissement par air. Le refroidissement par air est une méthode de dissipation de chaleur relativement simple et peu coûteuse. Il élimine la chaleur générée par la batterie par convection naturelle ou en installant un ventilateur pour forcer le flux d'air. Le système de refroidissement par air repose principalement sur le dissipateur thermique à la surface de la batterie pour l'échange de chaleur, ce qui convient aux scénarios avec des exigences de faible densité de puissance ou une température ambiante modérée. Cependant, en raison de la faible capacité thermique spécifique de l'air, l'efficacité de l'échange de chaleur est relativement limitée et la capacité de refroidissement rapide des batteries à haute puissance et à haute densité énergétique est faible.
2) Refroidissement liquide. La solution de refroidissement liquide utilise un liquide de refroidissement (tel que de l'eau, une solution d'éthylène glycol, etc.) comme fluide de transfert de chaleur, qui est en contact direct avec la batterie via un tuyau de circulation pour obtenir une conduction thermique efficace. Le système de refroidissement liquide peut contrôler avec précision la température de la batterie, en particulier pour les véhicules électriques hautes performances. Tout en empêchant efficacement la surchauffe de la batterie, il garantit une répartition uniforme de la température de la batterie, améliorant ainsi la durée de vie de la batterie et les performances globales. Cependant, le refroidissement liquide présente certaines limites. Le système de refroidissement liquide est plus complexe, il existe un risque de fuite de liquide, il existe certaines exigences en matière de résistance à la corrosion du matériau et le coût de maintenance est augmenté.
3) Dissipation thermique du matériau à changement de phase (PCM). Les matériaux à changement de phase peuvent absorber une grande quantité de chaleur latente pendant le processus de transition de phase solide-liquide, obtenant ainsi un bon effet de dissipation thermique. Lorsqu'il est appliqué à la gestion thermique de la batterie, le PCM peut être enroulé autour de la batterie ou intégré dans le module de batterie pour absorber la chaleur lorsque la température de la batterie augmente, jouant un rôle dans la libération lente de chaleur. L'avantage de la dissipation thermique du PCM est sa caractéristique de température constante, qui empêche la température de la batterie d'augmenter soudainement, mais les inconvénients sont également relativement évidents. Sa conductivité thermique est relativement faible, la vitesse de réponse est lente et le coût du matériau est élevé.
4) Dissipation thermique par caloduc. Les caloducs peuvent transférer la chaleur en utilisant le processus de changement de phase du fluide de travail sans apport d'énergie externe pour obtenir une conductivité thermique efficace. Dans les applications de gestion thermique des batteries, les caloducs peuvent transférer rapidement la chaleur des points chauds locaux et améliorer la cohérence de la température de l'ensemble de la batterie. Les caloducs présentent les avantages d'une efficacité de transfert de chaleur élevée, d'une petite taille et d'un poids léger, mais leur structure est complexe, le coût de fabrication est relativement élevé et une attention particulière doit être accordée à la conception d'une extrémité de condensation appropriée pour garantir l'efficacité de la dissipation thermique.
5) Dissipation thermique par refroidissement direct. Le refroidissement direct fait principalement référence au fluide de refroidissement (généralement liquide) circulant directement à travers le module de batterie ou la cellule de batterie pour contrôler efficacement la température de fonctionnement de la batterie. Cette conception permet à la surface de la batterie de dissiper rapidement la chaleur, ce qui est particulièrement adapté aux situations de température élevée et de forte demande de puissance. Cependant, le refroidissement direct a des exigences extrêmement élevées en matière d'étanchéité, et une fuite de liquide de refroidissement peut entraîner de graves risques pour la sécurité.
1.1.2 Chauffage de la batterie
1) Chauffage PTC. Le chauffage à coefficient de température positif (PTC) est basé sur l'effet du coefficient de température positif, c'est-à-dire que la résistance augmente avec la température. Par conséquent, il peut fournir une production de chaleur stable dans un environnement à basse température tout en limitant automatiquement sa propre température pour qu'elle ne soit pas trop élevée. Le chauffage PTC est largement utilisé dans les véhicules électriques pour le confort, comme le chauffage des sièges et le chauffage auxiliaire du système de climatisation de la voiture. En raison de ses caractéristiques d'autorégulation, il peut fournir des effets de chauffage stables et efficaces tout en évitant les problèmes causés par la surchauffe. C'est une technologie de chauffage efficace. Cependant, le chauffage PTC est un chauffage électrique, ce qui augmentera la consommation totale d'énergie des véhicules électriques et réduira l'autonomie de conduite.
2) Chauffage par pompe à chaleur. Le système de climatisation par pompe à chaleur absorbe la chaleur à basse température de l'environnement extérieur grâce au cycle de Carnot inversé et la transfère à la batterie et à l'habitacle grâce au processus de compression et de libération de chaleur. Par rapport à la méthode de chauffage PTC traditionnelle, la pompe à chaleur est plus économe en énergie dans un environnement à basse température, ce qui contribue à maintenir les performances du véhicule. Cependant, la conception et le fonctionnement des systèmes de pompe à chaleur sont plus compliqués, en particulier dans des conditions de température extrêmement basse, où leurs performances diminuent. Pour cette raison, certaines études ont proposé des technologies innovantes telles que l'augmentation de l'enthalpie par injection d'air et les pompes à chaleur à double source pour optimiser les performances de la pompe à chaleur à basse température ambiante.
