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Pour les bus électriques et les autres véhicules électriques lourds, les performances de la batterie dépendent non seulement des stratégies de recharge et de conduite, mais également du maintien de températures de fonctionnement adaptées.
Les systèmes de gestion thermique des batteries (BTMS) sont conçus pour contrôler la température de la batterie ainsi que les écarts de température entre les cellules. En refroidissant ou en chauffant la batterie lorsque cela est nécessaire, ils peuvent contribuer à sa durabilité, à sa sécurité, à son autonomie et à la stabilité de ses performances en exploitation intensive.
Les bus électriques et autres véhicules électriques lourds fonctionnent dans des conditions exigeantes. Les recharges fréquentes, les fortes demandes de puissance, les longues heures d'exploitation, les variations de charge et les changements de température extérieure peuvent soumettre les batteries à des contraintes thermiques importantes.
Les stratégies de recharge, le comportement de conduite et la maintenance régulière peuvent limiter la dégradation, mais ils ne permettent pas de contrôler directement la température de fonctionnement de la batterie.
C'est précisément le rôle du BTMS.
Pour les véhicules commerciaux fortement sollicités, maintenir des températures adaptées et relativement homogènes entre les cellules peut contribuer à préserver des performances stables sur l'ensemble du cycle de vie.
📷La manière dont le véhicule est exploité joue également un rôle important. Parmi les pratiques courantes figurent l'évitement de longues périodes à des niveaux de charge très élevés ou très faibles, la limitation des recharges rapides inutiles, la réduction des pics de courant importants et les inspections régulières de la batterie.
Les conditions environnementales ont également un impact. Des températures élevées peuvent accroître les contraintes sur la batterie, tandis qu'une recharge à très basse température peut augmenter certains risques de dégradation.
Ces mesures permettent de réduire les contraintes, mais l'augmentation de la capacité des batteries, de la puissance de recharge et de l'intensité d'exploitation renforce l'importance de la gestion thermique active.
Les batteries lithium-ion sont sensibles aussi bien aux températures excessives qu'aux températures trop basses.
Les températures élevées peuvent accélérer les mécanismes de vieillissement des cellules, tandis qu'une recharge à basse température peut augmenter la résistance interne et créer des contraintes électrochimiques supplémentaires.
Un BTMS ne sert donc pas uniquement à refroidir la batterie. Selon les conditions, il peut :
refroidir la batterie pendant les opérations à forte charge ou la recharge rapide ;
chauffer la batterie lorsque les températures sont basses ;
réduire les écarts de température entre les cellules ;
réagir dynamiquement aux informations provenant du système de gestion de batterie (BMS) ;
contribuer à la protection de la batterie en cas de conditions thermiques anormales.
L'uniformité thermique est particulièrement importante dans les grands packs de batteries. Si certaines cellules fonctionnent régulièrement à des températures plus élevées, elles peuvent vieillir plus rapidement et finir par limiter les performances de l'ensemble du pack.
Les architectures BTMS peuvent généralement être divisées en deux catégories : passives et actives.
Les systèmes passifs utilisent notamment des matériaux à changement de phase ou des caloducs afin d'absorber ou de transférer la chaleur avec une consommation énergétique supplémentaire limitée. Leur architecture relativement simple peut convenir aux charges thermiques modérées ou être utilisée comme solution complémentaire.
Les systèmes actifs utilisent des ventilateurs, pompes, échangeurs thermiques et circuits frigorifiques pour refroidir ou chauffer activement la batterie. Ils permettent un contrôle plus précis et sont mieux adaptés aux recharges à forte puissance, aux cycles d'exploitation exigeants et aux températures extérieures extrêmes.
Parmi les solutions actives, le refroidissement liquide est particulièrement adapté aux grandes batteries des véhicules commerciaux.
Comparé au refroidissement par air, un circuit liquide peut offrir une capacité d'échange thermique supérieure et un contrôle plus précis de la température lors des recharges rapides et des longues périodes de fonctionnement à forte puissance.
Un système type peut combiner un circuit d'eau-glycol, des plaques de refroidissement, un chiller et un dispositif de chauffage électrique. Ces composants permettent d'assurer le refroidissement, le chauffage et l'homogénéisation des températures au sein d'une même architecture.
Cette approche est particulièrement pertinente pour les bus électriques et autres véhicules lourds utilisés pendant de longues périodes ou soumis à des recharges à forte puissance.
Lorsque les cellules produisent de la chaleur, celle-ci est transférée à travers la structure de la batterie vers des plaques de refroidissement. Le liquide circulant dans ces plaques évacue ensuite la chaleur hors du pack.
Le liquide chauffé peut échanger sa chaleur avec le circuit frigorifique du véhicule par l'intermédiaire d'un chiller avant de revenir vers la batterie.
Par temps froid, le même circuit peut être utilisé pour réchauffer la batterie avant la recharge ou une utilisation à forte puissance.
Le système peut fonctionner selon différents modes en fonction de la température de la batterie, des conditions d'utilisation du véhicule et des commandes du BMS.
La gestion thermique devient de plus en plus importante à mesure que les véhicules commerciaux électriques adoptent des batteries plus grandes, des recharges plus rapides et des cycles d'exploitation plus intensifs.
Dans les bus électriques, un BTMS efficace peut contribuer à maintenir des températures adaptées, à réduire les écarts thermiques entre les cellules et à soutenir des performances stables pendant toute la durée d'exploitation du véhicule.
Les prochaines générations devraient évoluer vers une intégration accrue, l'utilisation de pompes à chaleur, un contrôle thermique plus précis et des stratégies prédictives de gestion thermique.
