Batteries HT : Potting et gestion de la chaleur

Les pâtes thermiques protègent d’une surchauffe et des vibrations

Les influences thermiques ont d’énormes conséquences sur la durée de vie, la capacité et surtout sur la fiabilité de fonctionnement des batteries de traction li-ion. Afin de prévenir tout risque de défaillance ou d’endommagement par surchauffe, on utilise dans ce cas de grandes quantités de matériaux de potting à conduction thermique.


L’électromobilité en plein essor : les véhicules à propulsion alternative sont considérés comme une composante centrale dans la lutte contre le pollution sonore et les émissions toujours plus croissantes. Différents états européens prévoient déjà d’abandonner le moteur à combustion. En Chine, actuellement le premier marché du monde pour les véhicules électriques, un régime de quotas contraignant régulera dès 2019 les voitures à propulsion électrique et hybride.

La batterie à haute tension (HT) incorporée constitue la pièce maîtresse de ces véhicules. Elle fait office de dispositif de stockage électrochimique de l’énergie qui alimente en courant le moteur électrique. Présentant actuellement les meilleures performances parmi toutes les batteries à disposition, la technologie lithium-ion est apparue comme étant la technologie de pointe. Outre une puissance et une énergie spécifiques élevées, les batteries de traction li-ion se caractérisent aussi par un rendement élevé lors du chargement et du déchargement ainsi qu’une faible autodécharge. En sa défaveur, citons son poids élevé, une capacité de charge pas encore satisfaisante ainsi qu’un coût comparativement élevé.

De manière générale, une batterie HT se compose de cent à mille cellules individuelles de formes et de classes de performances différentes. Les cellules sont regroupées en modules qui, ajoutés les uns aux autres, forment la batterie de traction finale. Le design des cellules de la batterie varie selon le fabricant ou le constructeur du véhicule. Les principaux facteurs de décision dans ce cas sont par exemple la densité énergétique, les propriétés de refroidissement ou la dissipation thermique, le coût de fabrication, le poids, l’adaptabilité modulaire ou la stabilité mécanique. On utilise actuellement des formes cylindriques et prismatique tout comme des cellules Pouch, appelées aussi « Coffeebag » en raison de leur ressemblance avec les dosettes de poudre de café soudées.

Batteries HT : Gestion de la chaleur, un rôle clé

À la batterie HT sont raccordés des composants mécaniques et électroniques les plus divers qui assurent un fonctionnement efficace, de longue durée et avant tout sûr. L’un de ces composants essentiels est le boîtier, qui protège les modules de la batterie de traction des nuisances extérieures telles que la poussière, la saleté ou l’humidité lorsque le véhicule roule.

Les influences thermiques y jouent aussi un rôle important : Pour le fonctionnement en mode normal d’un véhicule électrique une température extérieure de 10 à 25 °C et une température de service de 20° environ à 40 °C sont considérées comme optimales. Si ces températures dépassent dans un sens ou dans l’autre cette plage idéale, ceci peut influer de manière négative sur la durée de vie, la capacité et plus particulièrement sur la fiabilité de fonctionnement de la batterie HT. C’est ainsi que des températures accrues peuvent mener à une dégradation plus rapide des matériaux employés dans les cellules de la batterie et accélérer grandement son vieillissement. Des contraintes thermiques trop élevées peuvent aussi provoquer des dommages irréparables.

Pour empêcher cela, chaque véhicule électrique dispose d’un système de gestion de batterie (BMS) qui, outre la commande et la surveillance de l’état de charge actuel (State of Charge, SoC) de la batterie H, est également responsable de la gestion thermique. Afin de pouvoir garantir un fonctionnement sûr, des performances et une durée de vie optimales, la batterie de traction, un système de refroidissement installé dans le boîtier permet de refroidir la batterie de traction en cas de hautes températures.

Transfert fiable de la chaleur grâce aux pâtes thermiques

Viennent s’y ajouter aussi de grandes quantités de pâtes thermiques ou gap filler. Par véhicule, ce sont environ plusieurs litres de ces matériaux de haute viscosité et enrichis de matières de remplissage conductrices de chaleur qui sont injectés de manière dosée. Assistés par un système de refroidissement à l’eau ou à réfrigérant, ils assurent un transfert fiable de la chaleur et contribuent à éviter de potentielles défaillances dues à une surchauffe. De par leur consistance souple et flexible, les composants partiellement sensibles de la batterie de traction la protègent en outre des chocs et des vibrations quand le véhicule roule.

L’application de matériaux conducteurs de chaleur pose de sévères exigences à la technique de dosage employée, compte tenu des gros volumes à doser à la cadence impartie comme de leur haut degré de viscosité et des matières de remplissage abrasives, Pour le potting de batteries HT, Scheugenpflug a ajouté spécialement à sa gamme de produit une nouvelle solution système composée d’un dispositif de dosage et d’un convoyeur de matière. Ces derniers permettent des taux d’écoulement élevés et ainsi un débit de pièce accru, même dans le cas de matériaux de potting hautement abrasifs.

Jusqu’à 80 ml/s pour les matériaux très pâteux

Se basant sur son doseur volumétrique à piston, Scheugenpflug a développé le Dos HP, le nouveau doseur volumétrique haute performance. Ce système de dosage permet d’obtenir des taux de rendement pouvant aller jusqu’à 80 ml/s (volume max. par tir : 370 ml) – avec une précision de dosage constante. Afin d’assurer une zone de déplacement suffisamment grande pour l’application du matériau, le Dos HP est monté sur un bras robotisé .
L’acheminement en toute sécurité du matériau de potting vers le système de dosage est assuré par le système de vide pour plaques suiveuses PailFeed200 Abrasive pour fûts de 200 L. Le volume refoulé par la pompe à double piston intégrée est de 480 cm3/course, la pression de refoulement admissible pouvant aller jusqu’à 65 bars.

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