Robin Lioger–Arago¹, Nadia Caney¹, Pierre Coste^1
⋆ : robin.lioger--arago@cea.fr
¹ Univ. Grenoble Alpes, CEA, Liten, DT_CH
Mots clés : ébullition, méthode inverse, mini-canal, batteries
Résumé :

Cette étude s’inscrit dans le contexte industriel de fort développement des véhicules électriques, qui contiennent des packs batteries de plus en plus puissants et compacts. Ces packs sont généralement constitués de cellules de batteries lithium-ion, qui nécessitent un système de contrôle thermique pour un refroidissement efficace et sûr, afin de limiter l’emballement thermique. Cet emballement se produit lorsqu’une cellule est endommagée, défectueuse ou lorsque sa température atteint une valeur critique. Parmi une variété de solutions, le refroidissement direct du pack immergé dans un liquide diélectrique circulant entre les cellules, est étudié afin d’éviter la propagation de l’emballement thermique. L’implication scientifique à la conception d’un tel pack, étant donné le faible espacement entre les cellules, est un problème d’ébullition convective en mini-canal vertical. La question qui se pose est de savoir si un tel écoulement peut aider dans le cas hypothétique d’un emballement thermique, pour lequel, par exemple, une seule cellule 18650 libère une énergie de l’ordre de 35 à 75kJ.

L’ébullition confinée est un mode de transfert thermique très efficace pour dissiper des flux de chaleur élevés. Afin de bien comprendre l’ébullition convective en mini-canal, le coefficient de transfert de chaleur local doit être quantifié avec précision.

Une étude expérimentale est menée pour décrire et quantifier le phénomène d’ébullition. Le dispositif expérimental permet de faire bouillir du HFE7100 dans un mini-canal vertical et rectangulaire de 1 mm de profondeur, 3 mm de largeur et 120 mm de longueur. L’expérience vise principalement à déterminer le coefficient de transfert de chaleur, identifier les régimes d’écoulement et à caractériser le phénomène d’assèchement.

Plusieurs régimes d’écoulement sont couverts, de l’ébullition sous-refroidie à l’assèchement. Deux méthodes d’estimation du coefficient de transfert de chaleur sont proposées et comparées. Une méthode utilisée est la modélisation et la résolution d’un problème inverse 2D de conduction. L’approche comprend la méthode des différences finies pour la modélisation et une méthode de Tikhonov pour la régularisation. Expérimentalement, différents modèles d’écoulement sont visualisés et identifiés. L’impact du débit massique sur l’apparition de l’assèchement est observé et mesuré.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-026

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