Étude et Modélisation Numérique du refroidissement par immersion en application aux packs batteries Lithium-ion
Le transport représente le premier secteur émetteur de gaz à effet de serre (GES) en France. Ce secteur est responsable de 31% des émissions directes de GES en France en 2019. D’un point de vue climat, trois solutions permettent de décarboner les utilitaires à hauteur des enjeux climatiques : le biogaz, les batteries électriques et l’hydrogène bas carbone. Dans cette démarche plusieurs constructeurs automobiles se sont lancés dans le domaine de l’électrique/hybride. Ces nouvelles technologies permettent une décarbonisation à la hauteur des enjeux climatiques (-85% en cycle de vie) ce qui permet d’apporter des bénéfices importants en milieu urbain. Concernant les packs de batteries lithium-ion, ces derniers présentent des contraintes comme leur autonomie limitée ainsi que des problèmes liés à la gestion thermique. En effet, le développement actuel des voitures électriques incite à utiliser des packs de batteries de plus en plus puissants et compacts ce qui amplifie le risque de l’emballement thermique qui se produit lorsqu'une cellule est endommagée ou défectueuse ou lorsqu’elle dépasse une certaine température. Dans ce cas, la cellule s’échauffe spontanément et sa température croît rapidement ce qui peut provoquer l’expulsion de gaz inflammables, une réaction en chaine dans tout le pack et in fine un incendie ou une explosion. A cet issu, plusieurs techniques de refroidissement des batteries ont été développées. Nous citons le refroidissement par immersion dans un fluide diphasique isolant dans lequel baignent toutes les cellules du pack batterie. Si le principe n'est pas nouveau, l'originalité du dispositif repose essentiellement sur les propriétés du fluide utilisé. Ce dernier possède une température d'ébullition assez basse (35 à 65 deg C environ). Dès que la température dépasse ce seuil critique, le fluide se vaporise au niveau du point chaud, favorisant localement une forte absorption de chaleur et de ce fait, un refroidissement ciblé et efficace. Ce phénomène est passif, ce qui garantit en théorie un maintien de l'extraction de la chaleur, même en cas d'arrêt de la pompe qui fait circuler ce fluide. Cette technologie consiste à bien choisir le bon fluide diphasique qu’il soit efficace sur le plan énergétique et vert sur le plan environnemental. C’est dans ce contexte ainsi qu’intervient notre travail qui consiste à étudier numériquement l’écoulement diphasique d’un liquide qui doit changer de phase pour maintenir la température afin d’éviter l’emballement thermique, et évacuer la chaleur en situation accidentelle. L’agencement des cellules dans le pack et leur faible espacement induisent un problème scientifique d’ébullition convective en mini-canal vertical. L'ébullition convective en milieu confiné est un mode de transfert de chaleur très efficace pour dissiper les flux élevés. Une question qui se pose est de connaitre l’efficacité d’un tel écoulement dans le cas hypothétique d'un emballement thermique.
Work In Progress