Modélisation macroscopique du comportement thermique d’un module de batterie de véhicules électriques
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les véhicules électriques et systèmes de stockage d’énergie en raison de leur compatibilité environnementale, de leur haute densité de stockage énergétique, de leur excellente performance de cycle et de l’absence d’effet de mémoire. Malgré ces avantages, la gestion thermique des batteries lithium-ion peut être encore améliorée lors des conditions extrêmes et abusives qui impliquent la dégradation des composants actifs de la batterie et par la suite l’emballement thermique. Actuellement, le défi majeur dans la production de batteries haute performance est le développement de stratégies efficaces permettant d’éviter ou de limiter la propagation de l’emballement thermique afin de prolonger leur durée de vie et garantir leur sécurité. L’ambition du projet MATICS, réunissant un consortium complémentaire d’acteurs français (Saint-Gobain Recherche, Enersens, Verkor, Lemta) est ainsi de concevoir de nouveaux designs de modules de batteries électriques à cellules pouch intégrant des matériaux innovants inter-cellules permettant de freiner, voire d’éviter, la propagation d’un éventuel emballement thermique au sein du module, afin d’en garantir une plus grande sécurité.
L’objectif de l’étude présentée est d’analyser, à travers une approche numérique de modélisation macroscopique, le comportement thermique dynamique en régimes normal et dégradé d’un module de batterie. Pour prédire ce comportement, et dans un souci d’inter-validation des résultats, un modèle 1D nodal (Matlab) et un modèle 2D par éléments finis (Comsol MultiPhysics), utilisant des cas de génération de chaleur dissipée lors d’une charge rapide, ont été développés. Des études sur les différents paramètres du module (géométrie, design, propriétés thermiques et mécaniques des matériaux) sont présentées pour analyser les phénomènes prépondérants. Le modèle 1D offre un outil rapide de prédimensionnement tandis que le modèle 2D permet de prendre en compte des effets thermiques dissymétriques. Des perspectives de développement sur les phénomènes thermomécaniques sont également abordées.
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