Système de gestion thermique des batteries (BTMS)
Le système de gestion thermique de la batterie (BTMS) est l'un des systèmes centraux d'un véhicule électrique, affectant directement la sécurité, les performances et la durée de vie de l'ensemble du véhicule.
I. Pourquoi les batteries ont besoin d'une gestion thermique
Les batteries électriques, en particulier les batteries au lithium-ion, dépendent fortement de la température de fonctionnement pour leurs performances, leur durée de vie et leur sécurité.
Plage de fonctionnement optimale
La plage de température de fonctionnement idéale pour les batteries se situe généralement entre 15 degrés et 40 degrés, la plage optimale étant d'environ 20 degrés à 35 degrés.
Risques liés aux températures élevées
Des températures excessivement élevées (par exemple, dépassant 60 degrés) accélèrent la dégradation de la capacité de la batterie, augmentent la résistance interne et, dans des cas extrêmes, peuvent déclencher un emballement thermique, entraînant un incendie et une explosion.
Risques liés aux basses températures
Des températures excessivement basses réduisent le taux de réactions chimiques internes à l'intérieur de la batterie, ce qui entraîne une forte baisse de la capacité et de la puissance de sortie, des difficultés de charge et potentiellement un dépôt de lithium, endommageant la batterie.
Risques liés aux différences de température
Une répartition inégale de la température (différence de température excessive) entre les cellules ou les modules au sein de la batterie entraîne des performances incohérentes, accélère le vieillissement de l'ensemble de la batterie et limite sa capacité utilisable.
Par conséquent, un système de gestion thermique efficace vise à maintenir la température de la batterie dans sa fenêtre optimale et à minimiser la différence de température maximale au sein de la batterie (idéalement inférieure ou égale à 3 degrés).
II. Comment fonctionne le système thermique
Le système de gestion thermique liquide utilise un liquide de refroidissement en circulation comme moyen pour dissiper la chaleur ou chauffer la batterie.
Fonction de refroidissement
Absorption de chaleur : entraîné par une pompe électrique, le liquide de refroidissement s'écoule à travers des plaques de refroidissement liquides à l'intérieur de la batterie (généralement en contact avec les modules de batterie), absorbant la chaleur générée par la batterie.
Dissipation thermique : le liquide de refroidissement à haute -température, après avoir absorbé la chaleur, est pompé vers le radiateur avant (refroidi par air-) ou échange de la chaleur avec le système de climatisation du véhicule (via un échangeur de chaleur à chaudière), dissipant la chaleur dans l'air extérieur.
Circulation : Le liquide de refroidissement refroidi retourne dans la batterie, commençant le cycle suivant.
Fonction de chauffage
Lorsque la température de la batterie est trop basse, le système peut chauffer le liquide de refroidissement à l'aide d'un chauffage PTC (thermistance à coefficient de température positif).
Le liquide de refroidissement réchauffé circule à travers les plaques de refroidissement liquide, agissant comme une « bouillotte » pour chauffer la batterie.
Certains systèmes avancés peuvent également utiliser la chaleur perdue générée par le système d’entraînement électrique, en la récupérant via des échangeurs de chaleur à plaques pour chauffer la batterie, améliorant ainsi l’efficacité énergétique.
III. Composants clés du système
Un système typique de gestion thermique des liquides se compose principalement des composants suivants :
Plaque de refroidissement liquide : composant central d'échange thermique en contact direct avec le module de batterie, généralement en aluminium avec une conception de canal d'écoulement interne. Sa conception doit équilibrer la puissance de dissipation thermique, la fiabilité et la légèreté.
Liquide de refroidissement : nécessite une conductivité thermique élevée, une isolation (pour éviter les courts-circuits), une faible viscosité, une large plage de températures de fonctionnement et une bonne compatibilité des matériaux. Des mélanges d'éthylène glycol-eau sont couramment utilisés (le rapport est ajusté en fonction des exigences en matière d'antigel), bien que des alcools organiques purs et d'autres fluides diélectriques soient également parfois utilisés.
Pompe électrique : Fournit l’énergie nécessaire à la circulation du liquide de refroidissement. Sa vitesse est souvent réglable pour obtenir un approvisionnement à la demande-et réduire la consommation d'énergie.
Échangeur de chaleur (Refroidisseur) : échangeur de chaleur reliant le circuit de liquide de refroidissement et le circuit de refroidissement de la climatisation, utilisé pour améliorer le refroidissement.
Radiateur : Situé à l’avant du véhicule, il dissipe la chaleur du liquide de refroidissement par le flux d’air.
Échangeur de chaleur à plaques : utilisé pour l'échange de chaleur entre différents circuits, par exemple pour la récupération de chaleur perdue.
Chauffage PTC : un appareil qui chauffe le liquide de refroidissement lorsqu'un chauffage est nécessaire.
Corps de vanne (par exemple, vanne à trois-voies, électrovanne) : contrôle le sens d'écoulement du liquide de refroidissement, permettant la commutation entre différents modes (par exemple, commutation entre les modes de refroidissement et de chauffage, ou entre différentes sources de chaleur).
Réservoir : Compense la dilatation et la contraction du liquide de refroidissement dues aux changements de température, et facilite le remplissage et la purge.
Capteurs et unité de contrôle : Des capteurs de température surveillent la température de la batterie et du liquide de refroidissement en temps réel. Le contrôleur de gestion thermique du système de gestion de batterie (BMS) est le cerveau, contrôlant intelligemment le fonctionnement des actionneurs tels que les pompes, les chauffages PTC, les vannes et les compresseurs de climatisation en fonction des signaux de température et de l'état du véhicule à l'aide d'algorithmes.
