AUTOINSIDE Édition 4 – Avril 2018

AUTO ET SAVOIR
Gestion de la chaleur dans les accumulateurs à haute tension
Réduire la perte d’autonomie
La climatisation représente un gain de confort et de sécurité pour les véhicules équipés de moteurs à combustion interne.
Avec l’électrification du mode d’entraînement, la climatisation doit également refroidir la batterie à haute tension dans les
véhicules hybrides et électriques. Harry Pfister, auto&savoir
Fig. 1 : A Refroidissement par air utilisant l’air évacué depuis l’habitacle, B Refroidissement par air climatisé, C Refroidissement par fluide frigorigène, D Refroidissement par
liquide de refroidissement.
Les batteries HV (HV = haut voltage) sont
thermosensibles, comme tous les accumulateurs.
Les batteries lithium-ion en particulier
doivent être utilisées dans une plage de températures
restreinte. Cette plage de températures
idéale se situe entre 20 et 40 °C. Au-delà
de 45 °C, l’autodécharge et le processus de
vieillissement s’accélèrent et la durée de vie
se réduit. En dessous de 20 °C, les performances
de la batterie diminuent en raison
des résistances internes croissantes (comportement
à coefficient de température négatif).
Si les cellules atteignent des températures
encore plus basses (inférieures à 0 °C), la batterie
peut être endommagée lors de la charge
ou lors de la récupération de l’énergie de freinage.
Au-delà d’une perte de puissance, cela
réduit la durée de vie de l’accumulateur. De
plus, la température des éléments de batterie
doit rester aussi homogène et régulière que
possible afin d’éviter tout risque de variation
durant les cycles de charge et décharge. Cela
entraîne également un vieillissement inégal
des cellules, ainsi qu’une efficacité réduite
(perte d’autonomie).
La batterie HV doit donc être refroidie ou
chauffée afin de respecter les températures
de service maximales et les écarts de température
autorisés. Le raccordement du refroidissement
de la batterie à la climatisation
du véhicule est nécessaire, surtout en cas de
températures extérieures élevées, d’exigences
de performances (véhicules électriques sportifs)
ou de charge extrêmes (tout particulièrement
pour les systèmes de charge rapide).
Il existe en principe quatre variantes du
système (fig. 1). Une des variantes de A à D
est utilisée, en fonction de la capacité de la
batterie et de la solution conceptuelle (véhicule
hybride ou électrique).
Quatre variantes du système
Le refroidissement par air utilisant l’air
évacué depuis l’habitacle (fig. 1 / A) est de
conception à la fois simple et économique.
Avec ce système, le refroidissement de l’habitacle
(cabine) s’opère en utilisant la climatisation.
Un ventilateur aspire l’air de
l’habitacle et refroidit ainsi la batterie HV.
Cette variante présente quelques inconvénients.
En cas de températures extérieures
élevées, l’habitacle doit tout d’abord être refroidi,
jusqu’à ce que la batterie HV soit suffisamment
refroidie à son tour. Dans ce cas, la
durée de vie de la batterie diminue. De plus,
si une défaillance de la climatisation survient,
la batterie sera insuffisamment refroidie.
En outre, l’habitacle doit toujours recevoir
plus d’air que le ventilateur de la batterie HV
n’en aspire. Le système de ventilation forcée
repose donc sur une légère surpression dans
l’habitacle et ne peut en aucun cas provoquer
de dépression. Par conséquent, une certaine
proportion d’air extérieur doit également être
admise en cas de ventilation en circuit fermé.
La disposition défavorable des fentes de ventilation
du ventilateur de la batterie et leur
obstruction involontaire par des vêtements,
des parties du corps ou des bagages font courir
un risque à la batterie. Étant donné que la
capacité de refroidissement par air froid est
limitée, cette solution n’est utilisée que pour
les véhicules semi-hybrides (mild hybrides) et
rechargeables, VHR.
Le refroidissement par air climatisé (fig. 1 / B)
est mis en œuvre grâce à un évaporateur de
batterie. De cette façon, les inconvénients du
système A sont éliminés. L’encombrement et
la masse (poids) des composants supplémentaires
sont cependant plus importants. La
Fig. 2 : A plaque de liquide de refroidissement et
B Échangeur.
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