Gestion thermique de la batterie

La gestion thermique de la batterie regroupe l'ensemble des systèmes qui maintiennent la batterie haute tension d'un véhicule électrique dans sa plage de température préférée à chaque phase d'utilisation : pendant la conduite, pendant la charge, et même lorsque la voiture est stationnée. Les cellules lithium-ion donnent leur meilleur dans une bande assez étroite, globalement comprise entre environ 15 et 35 degrés Celsius. Au-delà de cette fenêtre, leur comportement se dégrade : les cellules froides deviennent réticentes à délivrer ou à accepter du courant, tandis que les cellules chaudes subissent un vieillissement chimique accéléré et, dans les cas extrêmes, risquent l'emballement thermique. Le système de gestion thermique existe pour maintenir le pack dans sa zone idéale, quelles que soient les conditions ambiantes ou les sollicitations qui lui sont imposées.

L'approche la plus répandue sur les VE modernes est le refroidissement liquide. Un liquide de refroidissement, généralement un mélange eau-glycol, est pompé à travers des canaux, des plaques ou des tubes en contact étroit avec les cellules, évacuant la chaleur vers un radiateur ou la rejetant via un circuit frigorifique partagé avec la climatisation de l'habitacle. Le même circuit peut fonctionner en sens inverse pour réchauffer le pack, à l'aide de résistances chauffantes ou d'une pompe à chaleur. Des capteurs répartis dans le pack transmettent les températures des cellules au système de gestion de la batterie, qui décide quand refroidir, quand réchauffer et avec quelle intensité, en équilibrant la santé de la batterie et le coût énergétique du fonctionnement des pompes et des compresseurs. Les conceptions plus simples ou plus anciennes reposent sur un refroidissement par air, qui fait circuler l'air de l'habitacle ou l'air ambiant à travers les cellules : moins cher et plus léger, il est bien moins apte à encaisser la chaleur générée lors d'une conduite soutenue ou d'une charge à forte puissance.

Cela compte avant tout aux extrêmes. Durant la charge rapide en courant continu, les forts courants génèrent une chaleur substantielle qu'il faut évacuer rapidement, sous peine de voir le système brider la puissance de charge pour protéger les cellules. Lors d'une conduite dynamique, les accélérations franches répétées et le freinage régénératif réchauffent le pack, et c'est un refroidissement efficace qui permet à une voiture de délivrer des performances constantes tour après tour, plutôt que de faiblir à mesure que la batterie chauffe. Les démarrages à froid posent le problème inverse : le pack doit être réchauffé avant de pouvoir délivrer sa pleine puissance ou accepter une charge rapide.

Une bonne gestion thermique est l'une des principales raisons pour lesquelles les packs modernes se dégradent si lentement. En tenant les cellules à l'écart des températures élevées qui provoquent une perte de capacité irréversible et du froid qui favorise le placage de lithium nuisible durant la charge, le système préserve la capacité utile sur de nombreuses années et des dizaines de milliers de cycles de charge. Les premiers véhicules électriques, dotés d'un refroidissement rudimentaire ou inexistant, présentaient souvent une dégradation nettement plus rapide que les packs refroidis par liquide d'aujourd'hui.

La gestion thermique sous-tend plusieurs fonctions et notions connexes. Elle est la technologie qui rend possible le préconditionnement de la batterie, lequel n'est qu'une gestion thermique appliquée délibérément en amont d'une charge. Elle agit de concert avec la pompe à chaleur du VE, partage du matériel avec la climatisation de l'habitacle, et joue un rôle central dans la manière dont une batterie haute tension soutient en toute sécurité, sur toute sa durée de vie, la charge rapide comme les hautes performances.