Solutions efficaces de gestion thermique pour les packs de batteries lithium-ion pour véhicules électriques

La performance, la longévité et la sécurité des batteries lithium-ion sont intrinsèquement liées à leur température de fonctionnement. Un système de gestion thermique (TMS) efficace est essentiel pour garantir la performance, la sécurité et la durée de vie de ces batteries. Son importance est multiple :

• Assurance de sécurité :Des températures élevées (généralement supérieures à 60 °C) peuvent faire fondre le séparateur interne de la batterie, provoquant un court-circuit. Cela peut déclencher un emballement thermique, un événement catastrophique pouvant entraîner un incendie ou une explosion.

• Maintien des performances :Les batteries ne fonctionnent à leur efficacité maximale de charge/décharge que dans une plage de température optimale (généralement entre 20 et 40 °C). Les basses températures augmentent la résistance interne, provoquant une chute brutale de puissance et de capacité. Les températures élevées accélèrent les réactions chimiques irréversibles, entraînant une perte de capacité permanente.

• Durée de vie prolongée :Des études montrent que pour chaque augmentation de 10 °C de la température de fonctionnement, la vitesse de dégradation de la batterie double environ. Une gestion thermique précise maintient la batterie dans sa plage de température idéale, prolongeant ainsi considérablement sa durée de vie.

• Uniformité de la température :Un fort gradient de température entre les cellules d'un pack crée un effet « seau-brigade », où certaines cellules se surchargent ou se déchargent excessivement, accélérant la dégradation des performances et le vieillissement du pack. Une gestion thermique optimale doit minimiser les différences de température entre les cellules (idéalement < 5 °C).

Stratégies ciblées pour différents domaines du système de batterie

Un pack de batteries typique peut être divisé en trois niveaux critiques de gestion thermique, chacun nécessitant une stratégie distincte :

• Niveau 1 : Niveau cellulaire - L'objectif principal est « Absorption et conduction de chaleur »

  • Objectif :Absorbent rapidement la chaleur générée lors des cycles de charge/décharge et la dissipent efficacement. Cela assure une température uniforme dans la cellule et évite les points chauds localisés.

  • Défi :Des espaces existent entre les cellules et à l'intérieur des assemblages cellulaires. L'air étant un mauvais conducteur thermique, ces espaces doivent être comblés avec des matériaux créant des voies thermiques efficaces.

Stratégie :

1. Coussinets thermiques en silicone :

   • Emplacement :Remplissage des espaces plus grands entre les cellules (généralement 0,5 mm - 3 mm) ; entre les cellules et les plaques latérales/d'extrémité.

   • Avantages :Offrent un excellent équilibre entre une conductivité thermique élevée (sélectionnable, par exemple, 1,5 W/mK, 2,0 W/mK, 3,0 W/mK), une compressibilité élevée (adaptée aux tolérances et absorbant les vibrations) et une isolation électrique supérieure. Le choix idéal pour combler les espaces importants et assurer un soutien structurel.

   • Valeur :Conduit directement la chaleur loin des cellules et favorise l'uniformité de la température, évitant ainsi les points chauds.

2. Matériaux à changement de phase (PCM) :

   • Emplacement :Enroulé autour de cellules cylindriques ou rempli entre des cellules prismatiques/en poche.

   • Avantages :Une solution révolutionnaire. En fonctionnement normal, les PCM conduisent la chaleur à l'état solide. Lorsque la température de la cellule atteint le point de fusion du PCM (par exemple, 45 °C), celui-ci absorbe une quantité importante de chaleur latente en fondant, ce qui limite efficacement une montée rapide en température et constitue une protection de sécurité essentielle.

   • Valeur :Permet une gestion thermique « intelligente », idéale pour gérer la génération de chaleur maximale due à des événements transitoires de haute puissance (par exemple, une accélération rapide), et constitue un matériau clé pour prévenir l'emballement thermique.

3. Rubans adhésifs double face thermoconducteurs :

   • Emplacement :Fixation sécurisée des capteurs de température, des cartes d'échantillonnage FPC/PCB et d'autres petits composants directement sur les surfaces des cellules ou les barres omnibus.

   • Avantages :Fournit à la fois une forte adhérence et une conduction thermique, garantissant que les capteurs mesurent avec précision la température réelle de la cellule, évitant les inexactitudes causées par les espaces d'air.

• Niveau 2 : Module et Pack - L'objectif principal est « Transfert de chaleur et homogénéisation de la température »

  • Objectif :Transférez efficacement la chaleur collectée à partir de plusieurs cellules d'un module vers le système de refroidissement du pack (par exemple, plaques froides liquides, canaux d'air), tout en garantissant l'équilibre de la température entre les modules et dans tout le pack.

Stratégie : 

• Rubans thermiques en silicone :

  • Emplacement :Enroulé autour de cellules individuelles ou de petits modules.

  • Avantages :Assurent une isolation électrique et une protection thermique de base. Fines, flexibles et faciles à appliquer, elles sont idéales pour le regroupement initial, l'isolation et l'homogénéisation thermique des groupes de cellules.

• Coussinets thermiques en silicone (revisités) :

  • Emplacement :Entre la base du module et la plaque de refroidissement liquide ; entre le module de batterie et le boîtier inférieur du pack.

  • Avantages :Il s'agit de l'une des applications les plus critiques. Même avec des surfaces usinées avec précision, des espaces microscopiques subsistent. Les pads thermiques comblent ces micro-espaces vides, minimisant ainsi la résistance thermique interfaciale et maximisant l'efficacité du refroidissement. Le choix de pads à faible dureté et à haute compressibilité est essentiel pour une conformité sur de grandes surfaces.

• Gel de remplissage thermique ou coussinets en silicone à haute conductivité :

  • Emplacement :Distribué ou sérigraphié entre les cellules/modules et la plaque de refroidissement dans des lignes de production hautement automatisées.

  • Avantages :L'application liquide permet de combler parfaitement tout espace irrégulier sur une surface, obtenant ainsi une résistance thermique de contact quasi nulle. Une fois durci, il forme un élastomère résilient et amortissant les chocs. Il est idéal pour les véhicules haut de gamme où une efficacité thermique maximale est primordiale.

• Niveau 3 : Emballage adapté à l'environnement extérieur - L'objectif principal est « Dissipation et isolation thermique ultimes »

  • Objectif :La chaleur accumulée est dissipée vers l'extérieur grâce au système de refroidissement. Parallèlement, le boîtier de la batterie doit posséder des propriétés d'isolation thermique pour protéger les cellules internes des conditions ambiantes extrêmes (par exemple, le soleil d'été et le froid hivernal).

Stratégie : Utilisez des matériaux d'isolation thermique à l'intérieur de la batterie pour atténuer l'impact des températures environnementales externes sur la température interne du cœur.

Application élargie de nos matériaux (développement potentiel) :

• Couvertures d'aérogel :

  • Emplacement :Laminé sur la surface intérieure du couvercle supérieur du bloc-batterie ou utilisé comme barrière entre les modules.

  • Avantages :Représentent la pointe de la technologie en matière d'isolation. Leur structure nanoporeuse bloque efficacement le transfert de chaleur. En cas d'emballement thermique dans une cellule, l'aérogel peut retarder considérablement la propagation de la chaleur aux modules adjacents et au couvercle du pack, gagnant ainsi un temps précieux pour la sécurité des occupants.

  • Recommandation :L'intégration de solutions d'aérogel à notre portefeuille de matériaux conducteurs existant nous permettrait d'offrir une gamme complète allant de la « gestion thermique opérationnelle » à la « protection contre l'emballement thermique ».

Conclusion

En appliquant systématiquement et stratégiquement notre portefeuille de Coussinets en silicone thermique, matériaux à changement de phase, rubans en silicone thermique et rubans thermoconducteursNous pouvons construire un système de gestion thermique complet, efficace et sûr pour les packs de batteries de véhicules électriques.

• Au niveau cellulaire : PCM et Coussinets thermiquespermettent une absorption et une conduction efficaces de la chaleur à la source.

• Au niveau du module : Coussinets thermiques et Remplisseurs d'espacesoptimiser le contact de l'interface avec le système de refroidissement, maximisant la dissipation de la chaleur.

• Au niveau du système : Rubans thermiques et Rubans conducteurssécuriser et isoler les composants auxiliaires.

Nous proposons de nombreuses solutions de gestion thermique pour batteries lithium-ion pour véhicules électriques. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter ; nous sommes à votre disposition à tout moment !