Sécurité des batteries de voitures électriques : emballement thermique, protections et conduite à tenir

Un défaut de batterie peut rester localisé ou se propager dans le pack. La sécurité d'une batterie de voiture électrique repose sur la prévention des dommages, l'interruption des courants électriques dangereux et la limitation de la chaleur et des gaz libérés par une cellule défaillante.

Comment un défaut de batterie peut s'aggraver

Un court-circuit interne crée une liaison involontaire entre des parties d'une cellule qui doivent rester électriquement séparées. Un séparateur endommagé peut permettre un court-circuit entre les électrodes et produire de la chaleur. Oak Ridge National Laboratory décrit le rôle du séparateur dans la prévention des courts-circuits internes et la manière dont sa défaillance peut contribuer à l'emballement thermique. Oak Ridge National Laboratory : fonction du séparateur et limites d'arrêt (2023)

Les défauts de fabrication, l'écrasement ou la perforation, la surchauffe et la surcharge peuvent déclencher une défaillance de cellule. Ces causes sont décrites dans une étude du gouvernement britannique sur la sécurité des batteries lithium-ion, même si les produits étudiés sont principalement de petits véhicules électriques. OPSS britannique : mécanismes de défaillance et protection des batteries lithium-ion

Le système de gestion de batterie surveille la tension, le courant et la température et peut intervenir lorsqu'il détecte des conditions anormales. Un défaut qui se développe à l'intérieur d'une électrode peut être peu perceptible par les capteurs disponibles ; une protection physique reste donc nécessaire malgré la surveillance.

Emballement thermique et propagation

L'emballement thermique survient lorsque les réactions produisant de la chaleur dans une cellule s'accélèrent plus vite que cette chaleur ne peut être évacuée. La hausse de température alimente d'autres réactions et libère l'énergie stockée dans la cellule. La gestion thermique normale régule la température de fonctionnement, mais peut être incapable d'arrêter ce processus autoentretenu.

La propagation est l'extension de la défaillance à d'autres cellules. La chaleur conduite par les matériaux environnants ou transportée par les gaz chauds et les matières éjectées peut provoquer l'emballement thermique d'une cellule voisine. Empêcher ce transfert peut limiter l'incident à la cellule initiale. NASA : maîtrise des défaillances et de la propagation dans les batteries lithium-ion

Le déroulement de la défaillance varie selon la cellule et l'événement. Une étude de 2022 menée par Sharp et ses collègues a testé des cellules cylindriques 18650, 21700 et au format D par chauffage, courts-circuits internes et pénétration d'un clou. Elle a constaté des différences de dégagement de chaleur et d'éjection de matière selon la géométrie des cellules et le mode de déclenchement. Il s'agissait d'essais sur cellules, pas d'une comparaison de véhicules complets. Sharp et al. (2022) : emballement thermique, géométrie des cellules et type d'abus

Dégagement de gaz et dangers différés

Une batterie endommagée peut libérer des gaz toxiques et inflammables, et les dommages physiques peuvent provoquer un incendie immédiat ou différé. Des flammes visibles ne sont donc pas nécessaires pour qu'une situation soit dangereuse. La NHTSA recommande de considérer les composants haute tension endommagés comme étant sous tension. NHTSA : batterie, recharge et sécurité des véhicules électriques et hybrides

Un pack apparemment calme après un choc nécessite toujours une évaluation appropriée. Les recommandations britanniques de dépannage précisent que l'absence de signes d'alerte visibles ou de température de surface élevée ne prouve pas qu'une batterie endommagée est exempte de risque thermique. Elles signalent certains véhicules ayant pris feu jusqu'à trois semaines après un accident. Ces cas illustrent le retard possible ; ils ne définissent pas un délai maximal après lequel un pack endommagé serait sûr. Ministère britannique des Transports : dépannage des véhicules électriques

Comment les protections limitent les conséquences

Prévenir les dommages et détecter les défauts

Le boîtier du pack et la structure environnante du véhicule protègent les cellules contre les débris routiers et les déformations lors d'un choc tout en préservant l'espace des occupants. L'isolation électrique sépare les conducteurs haute tension de la carrosserie. Les fonctions de surveillance d'isolement décrites dans système de gestion de batterie peuvent détecter une perte d'isolement et déclencher une alerte ou une action de protection.

Dans les cellules, le séparateur maintient les électrodes à distance. Selon la conception, la protection supplémentaire peut comprendre un dispositif d'interruption du courant ou un évent de décompression. La section consacrée à la protection au niveau des cellules dans formats de cellules explique ces dispositifs et leurs variations selon le format ; chimie des cellules traite des matériaux du séparateur et de son comportement d'arrêt.

Le BMS peut limiter la charge ou la décharge lorsque les conditions mesurées dépassent les limites autorisées. Ses fonctions détaillées de mesure et de commande sont expliquées dans le chapitre BMS ; ici, la distinction essentielle est que détecter un défaut et contenir physiquement ses conséquences nécessitent des mesures différentes. OPSS britannique : mécanismes de défaillance et protection des batteries lithium-ion

Interrompre le courant électrique

Les contacteurs sont des interrupteurs commandés qui relient la batterie aux équipements haute tension du véhicule. Un fusible classique interrompt un courant excessif lorsque son élément fond. Certaines conceptions utilisent aussi un dispositif de coupure pyrotechnique qui sectionne un conducteur lorsqu'il est déclenché par le système de commande, par exemple lors d'un accident. Texas Instruments : contacteurs et fusibles de déconnexion des batteries

L'ouverture des contacteurs peut isoler le pack des équipements externes. Elle ne décharge pas les cellules et ne rend pas les jeux de barres internes sans danger au toucher. De même, interrompre un courant externe ne supprime pas l'énergie chimique qui alimente les réactions dans une cellule défaillante. L'isolement haute tension et les interventions dans un pack exigent du personnel formé et des procédures propres au véhicule. NHTSA : batterie, recharge et sécurité des véhicules électriques et hybrides

Limiter le transfert de chaleur et maîtriser le dégazage

Les barrières thermiques et l'espacement peuvent réduire la chaleur atteignant les cellules voisines. D'autres matériaux peuvent absorber ou répartir la chaleur, réduisant l'exposition concentrée d'une cellule adjacente. La protection doit aussi gérer les matières chaudes libérées par une cellule défaillante.

Les recherches de la NASA sur les batteries destinées aux vols spatiaux habités, notamment aux véhicules spatiaux et aux combinaisons, décrivent la gestion des émissions des cellules, du transfert thermique et de l'énergie électrique entrant dans une cellule défaillante comme des moyens complémentaires de limiter la propagation. NASA : maîtrise des défaillances et de la propagation dans les batteries lithium-ion

Le dégazage réduit la pression en permettant aux gaz et aux matières de sortir d'une cellule ou d'un boîtier. Il crée aussi un rejet chaud, potentiellement inflammable, que le pack doit diriger à l'écart des occupants. La protection d'un boîtier étanche contre l'eau et son dispositif de décompression remplissent des fonctions différentes. Pour l'assemblage physique et l'intégration de ces systèmes, voir construction du pack batterie.

Ce que démontrent les essais de sécurité

Les essais sur cellules, les essais d'abus sur packs et les essais de collision de véhicules complets examinent différents aspects de la sécurité. Un résultat utile précise la conception testée, les conditions et les critères d'acceptation.

Le Règlement technique mondial no 20 de l'ONU fournit un cadre international couvrant la sécurité en fonctionnement, la sécurité électrique après collision et la sécurité incendie des batteries. Les règles nationales et régionales appliquent ces exigences via leurs propres systèmes d'homologation ou de conformité. La règle définitive FMVSS 305a de la NHTSA en est un exemple ; une référence au RTM ne constitue pas à elle seule une homologation universelle du véhicule. NHTSA : initiative pour la sécurité des batteries NHTSA : règle définitive FMVSS 305a, décembre 2024

La série 03 du R100 comprend des exigences de protection des occupants face à une propagation initiée par un court-circuit interne entraînant l'emballement thermique d'une seule cellule. La disposition relative à l'alerte préalable est également considérée comme satisfaite si la propagation ne crée aucune situation dangereuse pour les occupants. Règlement ONU no 100 : série 03 d'amendements (2021) La série 05 définit une procédure de vérification par essais physiques ou analyse de risques dans des conditions définies, avec des exceptions à l'alerte lorsque les essais prescrits ne produisent aucune propagation ou ne peuvent déclencher l'emballement thermique. Ces dispositions ne garantissent pas un délai d'évacuation lors de chaque incident réel. Règlement ONU no 100 : série 05 d'amendements (EUR-Lex, 2026)

Euro NCAP indique surveiller la déconnexion de la batterie, vérifier l'absence de tension dangereuse sur la carrosserie et examiner la batterie pour repérer intrusion, fuite de liquide, incendie ou chaleur anormale. Ces observations apportent des éléments utiles sur les conditions de collision testées. Elles ne déterminent pas le comportement du véhicule face à tout choc ou défaut de batterie possible. Euro NCAP : essais de sécurité des véhicules électriques

Après une alerte, une collision ou une inondation

Messages d'alerte et signes d'urgence

En cas d'alerte de batterie ou de recharge sans signe d'urgence, suivre les instructions affichées et le manuel du véhicule. Un message imposant un arrêt immédiat appelle une réaction différente d'un rappel d'entretien ; demander une assistance qualifiée lorsque les instructions le précisent.

En présence de fumée, de feu, de dégagement de gaz ou d'autres signes d'une possible urgence liée à la batterie :

• Si vous conduisez, arrêtez-vous en sécurité, quittez le véhicule dès que cela est possible sans danger et éloignez-vous suffisamment en restant à l'écart de la circulation.
• Appelez le numéro d'urgence local et précisez qu'il s'agit d'un véhicule électrique.
• Restez à l'écart de la fumée et des gaz ; placez-vous au vent si possible.
• Évitez les pièces électriques exposées et les liquides qui s'échappent. N'essayez pas d'ouvrir, de déconnecter ou de réparer la batterie.

Ces actions suivent les conseils de la NHTSA au public et les recommandations britanniques en cas d'événement thermique suspecté dans une batterie. La lutte contre l'incendie et l'évaluation du système haute tension endommagé relèvent d'intervenants formés. NHTSA : conseils aux propriétaires et intervenants pour les incidents de batteries haute tension Ministère britannique des Transports : dépannage des véhicules électriques

Dommages de collision et inondation

Une coupure déclenchée par un choc peut interrompre la connexion de la batterie aux câbles externes alors que des cellules du pack restent endommagées. Faire réaliser une évaluation professionnelle en cas de dommage suspecté, notamment après un choc important sous le pack.

L'exposition normale à la pluie et l'immersion lors d'une inondation sont des situations différentes. L'inondation peut exposer des composants électriques endommagés à l'eau et aux contaminants, créant des risques de choc électrique et d'incendie différé. Si des dommages à la batterie sont suspectés après une inondation, contacter le concessionnaire ou les secours et suivre leurs instructions. NHTSA : batterie, recharge et sécurité des véhicules électriques et hybrides

Dépannage et stockage

Informer le dépanneur de la collision, de l'inondation, de l'alerte batterie ou de l'incendie. Le guide d'intervention du véhicule exact doit orienter les professionnels pour le remorquage et le stockage. Les guides transmis par les constructeurs à la NHTSA couvrent incendie, immersion, fuite de liquide, remorquage et stockage ; les fiches de secours donnent des informations plus courtes utilisables sur place. NHTSA : guides d'intervention et fiches de secours

Les recommandations américaines de la NHTSA déconseillent de stationner un véhicule endommagé doté d'une batterie lithium-ion dans un garage ou à moins de 50 pieds (environ 15 m) de bâtiments, d'autres véhicules ou de matières combustibles. NHTSA : batterie, recharge et sécurité des véhicules électriques et hybrides Si un véhicule suspect se trouve déjà dans une telle situation, rester à distance et demander des instructions aux secours ou au dépanneur ; ne pas essayer de le déplacer soi-même.

Les professionnels du dépannage doivent évaluer le lieu de stockage, l'éloignement et la surveillance nécessaires selon l'état du véhicule. Le déplacement peut aggraver les dommages internes, et les recommandations britanniques rapportent des véhicules ayant pris feu pendant leur chargement. Ministère britannique des Transports : dépannage des véhicules électriques

Le transport d'une batterie endommagée retirée du véhicule est une tâche distincte. Il exige une évaluation selon les règles pertinentes relatives aux marchandises dangereuses ; aux États-Unis, la PHMSA considère les batteries endommagées, défectueuses ou rappelées comme présentant des risques de transport accrus. Ces exigences de transport des batteries ne remplacent pas les consignes de dépannage du constructeur. PHMSA : transport des batteries au lithium

Ce que les propriétaires peuvent vérifier

Avant tout incident, repérer les rubriques de sécurité et de messages d'alerte du manuel et vérifier comment joindre l'assistance routière. Lors de l'achat d'une voiture électrique d'occasion, demander au constructeur ou au concessionnaire de vérifier les rappels en attente à partir du numéro d'identification du véhicule et de confirmer l'exécution des mesures nécessaires.

Demander comment les dommages suspectés au soubassement ou à la batterie seront évalués et documentés.

Pour les suites du diagnostic, voir réparation, seconde vie et recyclage des batteries. Pour la couverture des défauts, les garanties de capacité et les exclusions liées aux dommages, voir garantie de batterie.