Gestion Thermique des Batteries EV avec Chauffages Flexibles : Ce Qu’il Faut Savoir

Les véhicules électriques (VE) dépendent de batteries lithium-ion très sensibles aux variations de température. Dans les environnements froids, la capacité de la batterie et l’efficacité de la charge diminuent considérablement, réduisant l’autonomie et les performances. Pour y remédier, les systèmes de gestion thermique des batteries EV régulent la température des batteries afin de maintenir des conditions de fonctionnement optimales. Les chauffages flexibles sont un élément clé de ces systèmes, fournissant un chauffage rapide et uniforme directement sur le pack batterie pour garantir un fonctionnement sûr et fiable tout en prolongeant la durée de vie de la batterie.

Comment la Chaleur Affecte-t-elle les Batteries EV ?

La température joue un rôle crucial dans l’efficacité et la longévité des batteries EV. Les batteries lithium-ion fonctionnent idéalement entre 20 °C et 40 °C. Lorsque la température descend en dessous de cette plage, les réactions électrochimiques ralentissent, l’électrolyte s’épaissit, ce qui réduit la mobilité des ions et limite la capacité de décharge ainsi que l’autonomie. Charger la batterie à moins de 0 °C risque de provoquer un dépôt de lithium sur l’anode, un problème permanent qui endommage la capacité et augmente le risque de courts-circuits internes. Le froid augmente également la résistance interne, réduisant la puissance disponible et générant une chaleur indésirable.

À l’inverse, une surchauffe au-dessus de 45 °C accélère la dégradation de la batterie et peut déclencher un emballement thermique. L’intégration de chauffages flexibles dans un système de gestion thermique efficace est donc essentielle pour maintenir des températures optimales, protéger les performances et prolonger la durée de vie de la batterie.

Comment Fonctionnent les Chauffages Flexibles ?

Les chauffages flexibles convertissent l’énergie électrique en chaleur via un élément résistif fin intégré dans un substrat flexible. Lorsqu’ils sont appliqués sur un pack batterie EV, ils répartissent la chaleur uniformément pour maintenir les cellules dans la plage de température idéale (environ 20–40 °C).

Ces chauffages sont généralement contrôlés par le système de gestion de batterie (BMS) du véhicule ou par des thermostats dédiés, permettant :

• Préchauffage : Chauffer la batterie avant la charge pour améliorer l’efficacité et réduire le temps de charge.
• Maintien de la température : Stabiliser la température de la batterie pendant la conduite par temps froid.
• Protection de la batterie : Prévenir les dommages irréversibles causés par le froid, comme le dépôt de lithium.

Construction des Chauffages Flexibles et Options de Personnalisation

Un chauffage flexible typique pour batterie EV comprend :

• Couche d’isolation : Fabriquée en polyimide (PI) ou en caoutchouc silicone.

Le polyimide peut supporter de -200 °C à +300 °C, offre une excellente isolation électrique, une résistance chimique et est ultra-fin (0,1–0,3 mm), idéal pour les packs batterie compacts.

Le caoutchouc silicone est plus épais mais offre une flexibilité, une résistance mécanique et une résistance à l’humidité, aux produits chimiques et aux vibrations supérieures, parfait pour les environnements exigeants.

• Élément chauffant : Généralement composé d’alliages métalliques comme le laiton, l’acier inoxydable ou le fer-chrome-aluminium (FeCrAl), choisis pour une génération de chaleur stable et précise adaptée aux besoins thermiques de la batterie. L’optimisation du matériau de l’élément garantit non seulement l’efficacité thermique mais aussi la stabilité à long terme dans les conditions de fonctionnement EV.

Choisir le Chauffage Flexible Adapté à Votre Batterie EV

• Plage de température de fonctionnement : Doit correspondre au climat local et aux spécifications de la batterie.
• Densité de puissance thermique : Une densité plus élevée permet un chauffage plus rapide mais consomme plus d’énergie.
• Compatibilité de tension : Assurer la compatibilité avec le système électrique du VE pour un fonctionnement sûr.
• Sélection des matériaux : Utiliser des chauffages PI pour les applications fines et compactes, et des chauffages silicone pour les besoins robustes et durables.
• Contraintes d’installation : La taille, la forme et les options de montage doivent correspondre au design du pack batterie.
• Fonctions optionnelles : Dos adhésif, manchons de protection des fils, étanchéité des soudures, capteurs intégrés et thermostats.

En raison des besoins variés des clients, les options de commande incluent souvent des manchons en fibre de verre et divers types de dos adhésifs.

Dos Adhésif

Pour faciliter l’installation des chauffages sur les packs batterie, de nombreux utilisateurs choisissent des chauffages flexibles avec dos adhésif. Le chauffage flexible JLCPCB propose plusieurs options d’adhésif 3M, notamment 3M 8448A, 3M 468MP, 3M 55236 et Crown 513. Ces adhésifs diffèrent par leur résistance à la température et leur épaisseur. Les clients choisissent généralement le dos adhésif du côté sans câblage afin de ne pas interférer avec les soudures.

Protection des Fils : Manchons en Fibre de Verre

Les fils reliant les chauffages aux systèmes de batterie nécessitent une protection efficace pour garantir sécurité et durabilité. Les manchons en fibre de verre, également appelés manchons en fibre céramique ou haute température, sont couramment utilisés à cet effet. Ils offrent une excellente résistance aux températures élevées et assurent une isolation thermique supérieure, protégeant les fils de la chaleur générée lors de l’utilisation de la batterie.

De plus, ces manchons sont ignifuges et électriquement isolants, réduisant le risque de courts-circuits. Leur forte résistance chimique protège contre une exposition éventuelle aux fuites d’électrolyte de batterie, y compris aux acides et aux alcalins. Sur le plan mécanique, les manchons en fibre de verre sont très durables, résistants à l’abrasion et capables de supporter les vibrations et frottements constants fréquemment rencontrés dans les environnements EV. Par ailleurs, ils offrent une solution économique pour la protection des fils, aidant à prévenir les dommages et à prolonger la durabilité globale du câblage de la batterie.

Protection des Soudures : Coulée vs Étanchéité avec Tampon en Silicone (Packaging par Compression)

Lorsqu’un câblage est nécessaire, le chauffage flexible JLCPCB propose Dot Adhesive et Silicone Pad Sealing, adaptés aux différentes exigences mécaniques et environnementales :

• Dot Adhesive : Renforce la solidité et l’isolation des soudures, mais peut être fragile.
• Silicone Pad Sealing : Destiné aux chauffages flexibles nécessitant des connexions filaires ou une utilisation prolongée en environnements humides ou corrosifs, améliorant l’étanchéité, la résistance à la corrosion et garantissant durabilité et fiabilité.

Options d’Installation : Où et Comment Placer les Chauffages Flexibles

Dans les packs de batteries lithium des véhicules à énergie nouvelle, les chauffages flexibles sont généralement installés de trois manières : côté module, côté et dessous du module, ou dans les interstices entre les batteries. L’installation côté module peut être subdivisée en montage simple face ou double face.

Avec une puissance totale identique, le temps de chauffage est globalement similaire pour les trois méthodes d’installation et diminue à mesure que la puissance de chauffage augmente. Cependant, installer les chauffages sur le côté et le dessous de la batterie permet de réduire efficacement la température moyenne du film chauffant, améliorant ainsi la sécurité en utilisation.

Conclusion

Maintenir la température des batteries lithium EV dans la plage optimale est crucial pour maximiser capacité, sécurité et durée de vie. Les chauffages flexibles, qu’ils soient en polyimide ou en silicone, offrent des solutions efficaces et personnalisables pour un préchauffage rapide et une régulation thermique fiable. Leur profil léger et fin, ainsi que leur intégration transparente aux systèmes de gestion de batterie, en font des composants indispensables à la gestion thermique des batteries EV.