Une nouvelle approche pour les batteries de véhicules électriques : sûres, réparables et durables
La spectroscopie d'impédance électrochimique devrait permettre, à l'avenir, de détecter les micro-courts-circuits avant qu'ils ne provoquent des incendies de batterie.
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Une équipe de recherche dirigée par l'Université technique de Graz propose de nouvelles directives de conception pour les batteries des véhicules électriques. Ces concepts renforcent la sécurité, facilitent les réparations et améliorent la durabilité tout au long du cycle de vie.
Le développement des batteries de traction pour véhicules électriques devient de plus en plus complexe. Les performances électriques, le comportement thermique et la sécurité mécanique sont étroitement liés et nécessitent des solutions intégrées. Or, jusqu’à présent, il n’existait pas de normes de conception uniformes. Cette situation présente des inconvénients. En cas d’accident, cela complique la tâche des services d’urgence qui doivent manipuler en toute sécurité des batteries endommagées ou en feu, et le recyclage est également beaucoup plus compliqué en raison de la diversité des conceptions. Dans le cadre du projet de recherche E-Track, l’Institut de sécurité des véhicules de l’Université technique de Graz (TU Graz), en collaboration avec l’Institut des sciences des systèmes environnementaux de l’Université de Graz et des partenaires industriels, a élaboré des directives de conception bien fondées qui rendent les systèmes de batteries plus sûrs, plus durables et plus économiques.
Inconvénients liés à l’absence de normes de conception
« En l’absence de normes de conception uniformes, les services d’urgence sont souvent confrontés à des défis majeurs en cas d’urgence, car la structure et le comportement des systèmes de batteries sont difficiles à évaluer. Parallèlement, nous perdons des ressources précieuses si les batteries ne peuvent être ni réparées ni entièrement recyclées », explique Markus Fasching, chef de projet à l’Institut de sécurité automobile de l’Université technique de Graz (TU Graz). « Nos travaux montrent que la sécurité, l’efficacité et la recyclabilité peuvent être améliorées de concert grâce à une conception bien pensée. »
L’une des principales lacunes des systèmes de batteries actuels réside dans leur réparabilité et leur recyclabilité limitées. De nombreux constructeurs ont recours à des boîtiers collés avec des pâtes thermoconductrices pour la régulation de la température, ce qui présente des avantages au niveau de la production mais oblige souvent à remplacer l’ensemble du bloc-batterie en cas de dommage. L’équipe a utilisé cette méthode de construction comme base de conception pour ses recherches. Les chercheurs ont également étudié deux conceptions alternatives, notamment un concept avec des couvercles de boîtier remplaçables, dans lequel des coussinets de dissipation thermique évacuent la chaleur, et une conception à refroidissement liquide. Dans ce cas, une huile électriquement isolante assure la dissipation thermique et le boîtier est vissé avec un joint d’étanchéité. Cela facilite le démontage et permet le remplacement ciblé de cellules individuelles.
Il est avantageux de faciliter les réparations
Les analyses montrent que les cellules de batterie constituent à la fois le principal facteur de coût et le facteur déterminant en matière de sécurité et de durabilité. Elles représentent environ 75 % de la masse totale, c’est pourquoi leur réutilisation après un accident est cruciale pour l’équilibre écologique et économique. Les analyses du cycle de vie le prouvent. Les conceptions facilitant la réparation sont rentables dès que 8 % des cellules peuvent être réutilisées. Un démontage aisé favorise également le recyclage des matériaux. L’équipe de recherche a également développé de nouvelles méthodes de diagnostic basées sur la spectroscopie d’impédance électrochimique. Associées à des modèles multiphysiques virtuels, ces méthodes de diagnostic permettent de détecter de manière fiable des dommages internes tels que des micro-courts-circuits, qui pourraient sinon entraîner des événements critiques différés, comme des incendies de batterie.
Bien que les lignes directrices aient été élaborées principalement pour les deux-roues électriques, les méthodes et les approches de simulation peuvent être directement transposées à des catégories de véhicules plus grandes, telles que les voitures et les camions. Les résultats du projet E-Track constituent ainsi une base solide pour de futures normes industrielles et pourraient également servir de point de départ à des cadres réglementaires. Certaines parties prenantes du secteur ont déjà manifesté leur intérêt pour des projets de suivi visant à approfondir la recherche sur les méthodes de diagnostic permettant d’évaluer l’état de sécurité et sur les modèles de simulation multiphysiques. Le projet achevé a été financé par l’Agence autrichienne de promotion de la recherche (FFG).
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