Gestion thermique de la batterie

Dernière modification : juil. 25, 2026

La température de la batterie influence la recharge, la puissance fournie, le freinage régénératif, l’efficacité et la longévité, car les cellules ne peuvent ni accepter ni fournir l’énergie avec la même efficacité à toutes les températures.

Un système de gestion thermique de la batterie (BTMS) chauffe, refroidit et homogénéise donc la température du pack selon la chimie, l’état de charge, la puissance demandée et la stratégie de contrôle du constructeur.

Pourquoi la température de la batterie est importante

Les cellules de batterie sont des dispositifs électrochimiques. Leur résistance, leur vitesse de réaction, l’énergie disponible et leur comportement au vieillissement varient tous avec la température.

Le système de gestion thermique doit concilier plusieurs priorités :

  • Fournir une puissance suffisante pour la conduite
  • Autoriser une forte puissance de recharge et de freinage régénératif
  • Limiter les pertes électriques
  • Maintenir les cellules dans des limites sûres
  • Réduire la dégradation à long terme
  • Conserver des températures similaires dans tout le pack
  • Consommer aussi peu d’énergie que possible pour le chauffage et le refroidissement

Une batterie peut se trouver dans sa plage de température sûre sans être à la meilleure température pour chaque tâche.

Il n’existe pas de température idéale unique pour une batterie. Une température adaptée à une conduite de croisière efficace peut être encore trop basse pour la puissance maximale de recharge rapide, tandis qu’une batterie préparée à une recharge de forte puissance peut être plus chaude que nécessaire pour le stationnement ou le stockage prolongé. Audi décrit par exemple une plage privilégiée de 30 à 35°C pour la batterie de l’e-tron GT dans des conditions de fonctionnement et de recharge exigeantes, mais il ne s’agit pas d’un objectif universel pour tous les véhicules électriques. (Audi)

Que se passe-t-il lorsque la batterie est froide ?

Une basse température ralentit le déplacement des ions dans l’électrolyte et les matériaux d’électrode. La résistance interne augmente, ce qui entraîne une chute de tension et une production de chaleur plus importantes pour un courant donné.

Le conducteur peut remarquer :

  • Une accélération réduite
  • Une puissance de pointe et continue plus faible
  • Un freinage régénératif limité
  • Une recharge continue plus lente
  • Une quantité d’énergie immédiatement disponible réduite
  • Une consommation plus élevée pendant les courts trajets hivernaux

Le froid ne détériore normalement pas la batterie à lui seul. Le risque principal apparaît lorsqu’une cellule froide est rechargée avec un courant élevé.

Dans les cellules lithium-ion conventionnelles à électrode négative en graphite, les ions lithium peuvent atteindre la surface de l’électrode plus vite qu’ils ne peuvent s’insérer dans le graphite. Du lithium métallique peut alors se former à la surface par un processus appelé placage de lithium.

Le placage de lithium peut :

  • Consommer du lithium qui serait autrement resté disponible pour les cycles
  • Accroître la perte de capacité
  • Augmenter la résistance interne
  • Former des dépôts irréguliers
  • Accroître les risques pour la sécurité dans les cas graves

Le BMS limite donc la recharge et le freinage régénératif jusqu’à ce que les cellules soient suffisamment chaudes pour accepter davantage de courant. La recharge rapide sans placage de lithium reste l’un des principaux défis techniques de la recharge à froid ou à forte intensité. (US Department of Energy)

Que se passe-t-il lorsque la batterie est chaude ?

Une batterie plus chaude présente d’abord une résistance plus faible et peut souvent fournir ou accepter davantage de puissance. Cela ne signifie pas qu’une température toujours plus élevée soit préférable.

Une température élevée accélère les réactions indésirables entre les électrodes et l’électrolyte. Une exposition prolongée peut contribuer à :

  • Accélérer le vieillissement calendaire
  • Faire perdre du lithium actif
  • Développer des couches de surface telles que la SEI
  • Décomposer l’électrolyte
  • Produire des gaz
  • Augmenter la résistance interne
  • Réduire la durée de vie en cycles

La température et l’état de charge interagissent. Laisser longtemps une batterie à la fois très chaude et à SOC élevé est généralement plus contraignant que la réchauffer brièvement avant une session de recharge.

Les températures élevées pendant une recharge ultrarapide sont également difficiles à maîtriser. Des travaux du département de l’Énergie des États-Unis identifient la production de chaleur dans la batterie et les températures supérieures à environ 45°C comme des obstacles importants à la recharge ultrarapide soutenue et à la durée de vie. La limite exacte dépend toujours de la chimie et de la conception. (US Department of Energy)

D’où vient la chaleur de la batterie ?

Une batterie produit de la chaleur chaque fois qu’un courant circule.

Les sources comprennent :

  • La résistance électrique à l’intérieur des cellules
  • Le transport des ions dans l’électrolyte et les électrodes
  • Les réactions électrochimiques
  • Les languettes et collecteurs de courant des cellules
  • Les jeux de barres et connexions électriques
  • Les contacteurs et jonctions du pack
  • Les pertes lors de la charge et de la décharge
  • La chaleur transmise par l’électronique de puissance voisine

La chaleur résistive augmente approximativement avec le carré du courant :

Chaleur résistive ∝ Courant² × Résistance

Doubler le courant peut donc produire environ quatre fois plus de chaleur résistive si la résistance reste inchangée.

Cela aide à comprendre pourquoi les conditions exigeantes imposent de fortes charges thermiques :

  • Recharge continue à forte puissance
  • Accélérations vigoureuses répétées
  • Conduite prolongée à grande vitesse
  • Longues montées
  • Remorquage
  • Conduite sur circuit
  • Freinage régénératif rapide

La chaleur n’est pas toujours produite uniformément. Le centre d’une grande cellule peut être plus chaud que sa surface externe, tandis que les cellules proches des sorties de liquide de refroidissement ou des bords du pack peuvent fonctionner à des températures différentes de celles situées ailleurs. Des recherches du NREL ont établi un lien entre l’inhomogénéité des températures et des différences locales d’état de charge, de placage de lithium, de croissance de la SEI et de dégradation. (US Department of Energy)

Il n’existe pas de température idéale unique

La température privilégiée pour la batterie dépend de la tâche que le véhicule s’apprête à effectuer.

Conduite normale

Pour une conduite modérée, le système peut privilégier une faible consommation auxiliaire plutôt que de chauffer ou de refroidir la batterie jusqu’à sa température cible de recharge rapide.

Conduite à forte puissance

Des accélérations répétées, le remorquage, les montées ou la conduite à grande vitesse peuvent exiger un refroidissement supplémentaire afin de maintenir la puissance disponible.

Recharge rapide en courant continu

La batterie doit souvent être plus chaude que pendant une conduite hivernale ordinaire. La résistance des cellules doit être assez faible pour accepter un courant élevé sans hausse excessive de tension ni placage de lithium.

Stationnement

La voiture ne maintient généralement pas la batterie à sa température de recharge rapide pendant le stationnement. Cela gaspillerait de l’énergie. Le pack est normalement autorisé à évoluer dans une plage de température de protection plus large.

Stockage prolongé

Une température et un SOC élevés sont indésirables pour un stockage prolongé, même si une batterie temporairement chaude peut se recharger ou fournir de la puissance plus efficacement.

La gestion thermique constitue donc un compromis permanent entre les performances immédiates, la consommation d’énergie et le vieillissement.

Architectures des systèmes de gestion thermique

Les constructeurs de véhicules électriques emploient plusieurs méthodes pour apporter ou retirer de la chaleur à la batterie.

Les principales approches sont :

  • La gestion thermique passive
  • Le refroidissement par air
  • Le refroidissement indirect par liquide
  • Le refroidissement direct par réfrigérant
  • Les systèmes intégrés de liquide de refroidissement et de pompe à chaleur

La plupart des véhicules électriques modernes conçus pour une forte puissance de recharge emploient un refroidissement actif par liquide, souvent relié au circuit de réfrigérant du véhicule par un échangeur thermique ou un refroidisseur.

Gestion thermique passive

Une batterie à gestion passive dépend principalement du transfert de chaleur à travers :

  • Les boîtiers des cellules
  • Les structures des modules
  • L’enveloppe de la batterie
  • Le soubassement du véhicule
  • L’air ambiant

Cette approche comporte peu de composants et consomme peu d’énergie.

Avantages

  • Faible coût
  • Faible poids
  • Absence de pompe ou de liquide de refroidissement
  • Peu de points d’entretien
  • Faible consommation en veille

Limites

  • Capacité limitée d’évacuation de la chaleur
  • Forte dépendance à la température ambiante
  • Chauffage et refroidissement lents
  • Difficulté à maintenir une température uniforme des cellules
  • Mauvaise aptitude aux recharges répétées à forte puissance

La gestion thermique passive peut suffire à un véhicule électrique urbain de faible puissance, mais devient de plus en plus restrictive lorsque la vitesse de recharge, la taille de la batterie et la puissance soutenue augmentent.

Refroidissement par air

Les systèmes refroidis par air font circuler l’air ambiant ou celui de l’habitacle à travers ou autour de la batterie.

Le flux d’air peut être entraîné par des ventilateurs ou par le mouvement du véhicule.

Avantages

  • Plus simple que le refroidissement par liquide
  • Masse plus faible
  • Aucun circuit de liquide de refroidissement de la batterie
  • Risque réduit de fuite de liquide

Limites

  • L’air transporte beaucoup moins de chaleur qu’un liquide de refroidissement
  • Le refroidissement dépend fortement de la température de l’air
  • Les conduits d’air occupent de la place
  • L’uniformité des températures peut être difficile à maintenir
  • Le bruit et la consommation des ventilateurs augmentent sous forte charge

Une batterie refroidie par air peut réussir une première session de recharge rapide, mais avoir du mal à évacuer assez de chaleur pour les suivantes. Nissan a constaté une diminution de la puissance de recharge dès la deuxième session rapide lors d’essais de la batterie à gestion par air de la LEAF e+. (Nissan)

Refroidissement indirect par liquide

Le refroidissement indirect par liquide est l’architecture la plus courante dans les véhicules électriques actuels de forte puissance.

Un liquide composé d’eau et de glycol circule dans :

  • Des plaques de refroidissement sous les cellules
  • Des canaux le long des rangées de cellules
  • Des profilés extrudés à l’intérieur du plancher du pack
  • Des plaques en contact avec les grandes faces des cellules
  • Des structures de refroidissement intégrées aux modules

Le liquide ne circule normalement pas à l’intérieur des cellules. La chaleur doit traverser plusieurs couches :

  1. Intérieur de la cellule
  2. Enveloppe de la cellule
  3. Matériau d’interface thermique
  4. Plaque de refroidissement
  5. Liquide de refroidissement

Le matériau d’interface thermique peut être un coussinet, une pâte, un adhésif, un gel ou une autre couche conductrice destinée à combler les petits espaces entre la cellule ou le module et la plaque de refroidissement.

L’Audi Q4 e-tron emploie un circuit basse température dédié à la batterie, dans lequel un mélange d’eau et de glycol circule à travers des canaux plats sous les compartiments de cellules. Une pâte thermique relie les cellules à la structure de refroidissement, tandis qu’un réchauffeur haute tension chauffe le liquide par temps froid. (Audi)

Avantages

  • Forte capacité de transfert thermique
  • Meilleure uniformité des températures qu’avec un système passif ou refroidi par air
  • Chauffage et refroidissement efficaces par les mêmes plaques
  • Adapté à la conduite et à la recharge de forte puissance
  • Possibilité de connexion à un radiateur, un refroidisseur ou une pompe à chaleur

Compromis

  • Ajout de liquide, pompes, vannes, flexibles et échangeurs thermiques
  • Augmentation du poids et du coût
  • Création de points potentiels de fuite et d’entretien
  • Nécessité d’une étanchéité et d’une protection anticorrosion rigoureuses
  • Performances dépendantes du contact entre les cellules et les plaques

Refroidissement par radiateur

Lorsque l’air ambiant est assez frais, le liquide de la batterie peut évacuer sa chaleur par un radiateur.

Il s’agit souvent du mode de refroidissement le plus économe en énergie, car le système peut n’avoir besoin que :

  • D’une pompe de liquide de refroidissement
  • D’un flux d’air dans le radiateur
  • D’un ventilateur lorsque la vitesse du véhicule ne suffit pas

Le refroidissement par radiateur ne peut pas abaisser la température de la batterie sous celle de l’air ambiant. Il peut aussi devenir insuffisant par temps chaud ou pendant une recharge de forte puissance.

Refroidissement par échangeur avec le réfrigérant

Lorsque le radiateur ne peut pas évacuer assez de chaleur, le liquide peut passer par un refroidisseur raccordé au circuit de réfrigérant de la climatisation du véhicule.

Le refroidisseur transfère la chaleur du liquide de la batterie au réfrigérant. Le compresseur électrique déplace ensuite cette chaleur dans le système de climatisation et la rejette à l’extérieur du véhicule.

Un parcours thermique simplifié est le suivant :

Cellules de la batterie
    ↓
Plaque de refroidissement
    ↓
Liquide à base d’eau et de glycol
    ↓
Refroidisseur de réfrigérant
    ↓
Réfrigérant de climatisation
    ↓
Condenseur et air extérieur

Le véhicule peut ainsi refroidir la batterie sous la température ambiante ou la maintenir sous une charge thermique soutenue.

L’Audi e-tron GT utilise quatre circuits de liquide interconnectés. Sous une forte charge de conduite ou de recharge, des vannes relient le circuit de la batterie au circuit de réfrigérant de la climatisation afin d’intensifier le refroidissement. (Audi)

Refroidissement direct par réfrigérant

Certaines conceptions placent des canaux de réfrigérant ou des surfaces d’évaporateur directement contre la structure de refroidissement de la batterie, sans passer d’abord par une boucle séparée d’eau et de glycol.

Cela peut réduire le nombre d’étapes de transfert thermique et fournir un refroidissement performant.

Les compromis comprennent :

  • Une répartition du réfrigérant plus difficile
  • Une plus grande sensibilité à la pression et à l’étanchéité
  • Des procédures d’entretien plus complexes
  • Un risque de refroidissement inégal si le débit de réfrigérant est mal maîtrisé
  • Une intégration plus étroite de la batterie et du système de chauffage-climatisation

Le refroidissement indirect par liquide reste courant, car il sépare le circuit de liquide de la batterie du circuit de réfrigérant haute pression.

Gestion thermique intégrée

Les systèmes thermiques modernes des véhicules électriques relient de plus en plus la batterie, les moteurs, l’électronique de puissance, le matériel de recharge et l’habitacle.

Selon les conditions, la chaleur peut être :

  • Retirée de la batterie
  • Réutilisée pour chauffer l’habitacle
  • Transférée de la chaîne de traction à la batterie
  • Rejetée par un radiateur
  • Déplacée dans le circuit de réfrigérant
  • Prélevée dans l’air extérieur par une pompe à chaleur

L’Audi Q6 e-tron emploie des échangeurs thermiques entre liquide et réfrigérant, tandis que son système de commande prédictif coordonne le chauffage et le refroidissement de la batterie. Nissan décrit de la même façon un système intégré qui réutilise, pour la batterie et l’habitacle, la chaleur produite pendant la conduite et la recharge. (Audi)

Méthodes de chauffage de la batterie

Chauffer une batterie froide exige de l’énergie. Les constructeurs diffèrent dans la manière de la fournir.

Réchauffeur haute tension du liquide

Un réchauffeur électrique dédié peut chauffer le liquide qui circule dans les plaques de la batterie.

Les réchauffeurs à coefficient de température positif, ou PTC, sont couramment employés, car leur résistance électrique augmente avec leur température, ce qui contribue à limiter une chauffe excessive.

Avantages

  • Fonctionne dans presque toutes les conditions ambiantes
  • Fournit une puissance de chauffage prévisible
  • Peut réchauffer la batterie sans rouler
  • Commande relativement simple

Compromis

  • L’énergie électrique est directement transformée en chaleur
  • Une forte puissance de chauffage peut réduire l’autonomie disponible
  • Ajoute du matériel, du poids et du coût

Audi emploie des réchauffeurs haute tension dans plusieurs systèmes thermiques de ses véhicules électriques, notamment le circuit de liquide du Q4 e-tron. (Audi)

Chauffage par pompe à chaleur

Une pompe à chaleur transfère la chaleur au lieu de la produire entièrement par résistance électrique.

Les sources de chaleur possibles comprennent :

  • L’air extérieur
  • Le liquide de refroidissement du moteur et de l’onduleur
  • Le matériel de recharge
  • L’air extrait de l’habitacle
  • Le circuit de réfrigérant

Dans des conditions adaptées, une pompe à chaleur peut déplacer plus d’énergie thermique que son compresseur ne consomme d’énergie électrique.

Ses performances diminuent lorsque l’écart de température augmente. De nombreux véhicules associent donc une pompe à chaleur à des réchauffeurs résistifs pour un chauffage rapide ou par temps très froid.

Récupération de chaleur perdue

Les moteurs, onduleurs, chargeurs embarqués et convertisseurs DC-DC produisent de la chaleur pendant leur fonctionnement.

Un système thermique intégré peut rediriger une partie de cette chaleur vers :

  • La batterie
  • L’habitacle
  • Une autre boucle de liquide

La récupération de chaleur perdue est utile pendant la conduite et la recharge, mais ne peut pas toujours fournir assez de chaleur après un démarrage à froid. Nissan décrit la réutilisation de la chaleur de la chaîne de traction et de la recharge dans le cadre de sa stratégie intégrée de conditionnement thermique. (Nissan)

Chaleur produite pendant la conduite

La conduite elle-même réchauffe la batterie, car le passage du courant produit de la chaleur.

Un pack froid peut progressivement retrouver sa puissance de recharge et son freinage régénératif après :

  • Une conduite sur autoroute
  • Une montée
  • Une forte accélération
  • Une utilisation soutenue de la puissance

Ce réchauffement n’est pas gratuit. La chaleur provient de l’énergie perdue à cause de la résistance et d’autres inefficacités.

Certains véhicules peuvent créer délibérément une charge électrique supplémentaire ou modifier le fonctionnement de la chaîne de traction avant une recharge. L’emploi de cette méthode et son intensité dépendent de l’architecture thermique du véhicule.

Emplacement des plaques de refroidissement

La position de la surface de refroidissement influe sur l’efficacité du transfert de chaleur à travers la cellule.

Les configurations courantes comprennent :

  • Refroidissement par le dessous
  • Refroidissement latéral
  • Refroidissement entre les rangées de cellules
  • Refroidissement des grandes faces
  • Refroidissement des languettes ou des bornes
  • Refroidissement double face

Refroidissement par le dessous

Une plaque placée sous les modules ou les cellules s’intègre assez facilement dans un pack plat. La chaleur doit parcourir la distance entre les parties supérieures d’une cellule haute et la plaque de refroidissement.

Refroidissement latéral ou des grandes faces

Refroidir les grandes faces des cellules prismatiques ou à poche peut raccourcir le trajet de la chaleur, mais exige un contact mécanique et une compression constants.

Refroidissement entre les rangées de cellules

Des canaux entre les cellules cylindriques offrent une grande surface de contact, mais occupent de la place dans le pack et créent de nombreux parcours répétés de liquide.

Refroidissement double face

Refroidir une grande cellule des deux côtés réduit la distance que doit parcourir la chaleur et peut améliorer l’uniformité de la température.

Le Porsche Cayenne Electric utilise des plaques de refroidissement au-dessus et au-dessous de chacun de ses six modules. Porsche indique que ces plaques peuvent chauffer comme refroidir la batterie, ce qui aide les grandes cellules à poche à atteindre plus efficacement leur température cible. (Porsche Newsroom)

Uniformité de la température

Réduire la température moyenne du pack ne suffit pas. Le système thermique doit aussi minimiser les écarts entre les cellules et à l’intérieur de chacune d’elles.

Une température inégale peut provoquer :

  • Des résistances différentes entre les cellules
  • Une répartition inégale du courant
  • Des états de charge différents
  • Un vieillissement local
  • Un placage de lithium local
  • L’arrivée précoce d’un groupe de cellules à une limite de tension
  • Une réduction de la capacité utilisable

Les zones problématiques possibles comprennent :

  • Le centre des grandes cellules
  • Les modules éloignés de l’entrée de liquide de refroidissement
  • Les cellules proches des contacteurs et des jeux de barres
  • Les modules centraux densément regroupés
  • Les cellules dont le contact avec la plaque de refroidissement est médiocre
  • Les zones exposées à la chaleur de la route ou de l’échappement

Le système de gestion thermique, le BMS, la conception des plaques de refroidissement, le format des cellules et la compression du pack contribuent tous à l’uniformité des températures. Les recherches du DOE sur les cellules destinées à la recharge ultrarapide identifient les gradients de température internes comme une cause de dégradation inégale et une limite pour les grandes cellules refroidies d’un seul côté. (US Department of Energy)

Préconditionnement de la batterie

Le préconditionnement rapproche le pack de la température requise pour une tâche prévue.

Le terme désigne le plus souvent la préparation à la recharge rapide en courant continu, mais peut aussi comprendre :

  • Le chauffage avant le départ
  • Le refroidissement avant la recharge
  • La préparation à une forte puissance motrice
  • Le maintien d’une température adaptée pendant une recharge en courant alternatif

Le préconditionnement ne consiste pas toujours à chauffer. Une batterie chaude peut avoir besoin d’un refroidissement actif avant l’arrivée à une borne rapide.

Préconditionnement pour la recharge rapide

Lorsqu’une borne rapide en courant continu est sélectionnée dans le système de navigation, le véhicule peut estimer le chauffage ou le refroidissement nécessaire avant l’arrivée.

Les données peuvent comprendre :

  • La température actuelle de la batterie
  • La température ambiante
  • La distance et la durée de conduite
  • Le SOC prévu à l’arrivée
  • La charge de conduite récente
  • Les capacités attendues de la borne
  • Le dénivelé et la vitesse de l’itinéraire

Le système ajuste ensuite le chauffage ou le refroidissement pendant le trajet.

La gestion thermique de l’Audi e-tron GT peut intensifier le refroidissement de la batterie environ une demi-heure avant l’arrivée prévue à une borne de forte puissance ou, par temps froid, chauffer le pack.

Le préconditionnement ne garantit pas la puissance de pointe. La recharge dépend toujours :

  • Du SOC à l’arrivée
  • De la tension et du courant de la borne
  • De la tension des cellules
  • Du déséquilibre des cellules
  • De la température du pack
  • De l’état de la batterie
  • De la courbe de recharge du véhicule
  • Du partage de puissance sur le site de recharge

Préconditionnement manuel

Certains véhicules électriques permettent au conducteur de lancer manuellement la préparation de la batterie.

Cette fonction est utile lorsque :

  • Un téléphone ou un planificateur d’itinéraire tiers est utilisé
  • La borne ne figure pas dans la base de données embarquée
  • L’arrêt de recharge prévu a changé
  • Le conducteur n’utilise pas le guidage d’itinéraire
  • Le véhicule a sélectionné le mauvais type de borne
  • La recharge est prévue plus tôt que ne l’estime le système de navigation

Le préconditionnement manuel peut toujours comporter des restrictions :

  • Un SOC minimal
  • Une disponibilité dépendante de la température
  • Une durée maximale de fonctionnement fixe
  • Un arrêt automatique
  • Une puissance de chauffage réduite à faible SOC
  • Une annulation si le conducteur change de mode de fonctionnement

Le démarrage du préconditionnement ne prouve pas non plus que la batterie a atteint sa température cible. Le temps de préparation disponible et la capacité de chauffage restent déterminants.

Préconditionnement avant le départ

Lorsque le véhicule électrique est raccordé à la recharge domestique, un préconditionnement programmé peut utiliser l’énergie du réseau pour chauffer l’habitacle et, dans certains véhicules, la batterie.

Cela peut réduire la quantité d’énergie stockée dans la batterie consommée immédiatement après le départ.

Il ne faut pas confondre trois fonctions :

  • Le préconditionnement de l’habitacle
  • Le préconditionnement de la batterie
  • La recharge programmée pour se terminer à l’approche du départ

Certains véhicules électriques remplissent les trois fonctions. D’autres ne chauffent que l’habitacle.

Terminer la recharge peu avant le départ peut néanmoins être utile, car la recharge produit de la chaleur à l’intérieur des cellules. Une batterie dont la recharge vient de s’achever peut commencer le trajet à une température supérieure à celle d’une batterie rechargée plusieurs heures auparavant.

Une analyse du département de l’Énergie des États-Unis précise que le préconditionnement pendant le branchement permet de tirer l’énergie directement du réseau et peut réduire les pertes énergétiques liées au démarrage à froid lors de courts trajets hivernaux. (US Department of Energy)

Refroidissement avant une recharge rapide

Par temps chaud ou après un usage exigeant, la batterie peut être trop chaude plutôt que trop froide.

Cela peut se produire après :

  • Une conduite prolongée à grande vitesse
  • Un remorquage
  • Une conduite en montagne
  • Une utilisation sur circuit
  • Une session précédente de recharge rapide
  • Un stationnement en plein soleil
  • Des accélérations répétées

Le véhicule peut commencer le refroidissement actif bien avant l’arrêt de recharge. Un grand pack possède une importante masse thermique et ne peut pas changer de température instantanément.

Le préconditionnement doit donc disposer de suffisamment de temps de trajet pour retirer la chaleur de l’intérieur des cellules, et pas seulement refroidir les surfaces mesurées.

Pourquoi le préconditionnement peut s’arrêter à faible SOC

Le chauffage et le refroidissement de la batterie consomment de l’énergie.

À faible SOC, le constructeur doit trouver un équilibre entre :

  • Atteindre la borne
  • Préparer la batterie
  • Conserver une réserve
  • Éviter une décharge excessive des cellules
  • Maintenir le chauffage de l’habitacle

Le système peut réduire ou arrêter le préconditionnement de la batterie lorsque le SOC passe sous un seuil défini.

Le seuil varie d’un véhicule à l’autre et peut évoluer avec le logiciel. L’exemple du Kia EV9 ci-dessus illustre une mise en œuvre particulière et ne doit pas être interprété comme une règle générale des 12%.

Consommation d’énergie et autonomie

Le préconditionnement de la batterie consomme de l’énergie. Lorsque le véhicule n’est pas branché, cette énergie provient de la batterie de traction et réduit celle qui reste disponible pour la propulsion.

Les principaux avantages sont :

  • Des arrêts de recharge plus courts
  • Une puissance motrice plus disponible
  • Un freinage régénératif plus puissant
  • Une réduction du risque de dommage lié à la recharge à froid
  • Des performances plus prévisibles

Une batterie plus chaude peut présenter une résistance plus faible, mais cela ne signifie pas que le préconditionnement augmente toujours l’autonomie totale. L’énergie économisée grâce à la réduction des pertes peut être inférieure à celle consommée pour le chauffage.

Lors d’un long trajet comportant un arrêt de recharge rapide, dépenser de l’énergie de la batterie pour le préconditionnement peut néanmoins réduire considérablement la durée totale du voyage.

Lorsque le véhicule est branché, le préconditionnement alimenté par le réseau offre généralement le gain d’autonomie le plus clair, car moins d’énergie stockée est consommée avant le départ.

Recharges rapides successives et accumulation thermique

La puissance de recharge de pointe ne décrit qu’une partie des performances sur long trajet.

Après une session de recharge, de la chaleur subsiste dans :

  • L’intérieur des cellules
  • Les structures des modules
  • Les plaques de refroidissement
  • Le liquide de refroidissement
  • Les jeux de barres et les bornes
  • L’enveloppe de la batterie

Cette chaleur accumulée est souvent appelée imprégnation thermique.

La batterie peut commencer l’arrêt suivant à une température plus élevée, même si le tableau de bord n’affiche aucun avertissement. Le système thermique doit évacuer la chaleur pendant le trajet et maintenir une température suffisamment uniforme avant la recharge suivante.

Un système performant sur longue distance doit :

  • Préparer la batterie avant le premier arrêt
  • Évacuer la chaleur pendant la recharge
  • Poursuivre le refroidissement après le départ
  • Éviter une hausse excessive de la température à l’arrêt suivant
  • Maintenir une puissance de recharge reproductible
  • Limiter la consommation inutile du compresseur et des ventilateurs

L’Audi e-tron GT utilise des circuits de liquide et de réfrigérant interconnectés pour supporter une forte puissance répétée et la recharge rapide. Sa stratégie thermique fondée sur l’itinéraire peut chauffer ou refroidir la batterie avant l’arrêt de recharge. (Audi)

Deux véhicules électriques affichant la même puissance de pointe peuvent donc obtenir des résultats différents sur plusieurs sessions de recharge.

Performances soutenues

La gestion thermique détermine aussi combien de temps un véhicule électrique peut maintenir une forte puissance motrice.

Une batterie peut fournir une puissance très élevée pendant quelques secondes, mais devoir la réduire en continu en raison :

  • De la chaleur produite par les cellules
  • De la température de l’onduleur ou du moteur
  • De la température du liquide de refroidissement
  • De la capacité du radiateur
  • De la capacité du circuit de réfrigérant
  • Des conditions ambiantes

Cela compte pendant :

  • La conduite sur autoroute allemande
  • Le remorquage
  • Les longues montées
  • La conduite sur circuit
  • Les accélérations répétées

Un moteur puissant ne garantit pas des performances reproductibles si la batterie et le système thermique ne peuvent pas les soutenir.

Gestion thermique pendant le stationnement

La batterie peut continuer à chauffer ou à refroidir après :

  • Une recharge rapide
  • Une conduite exigeante
  • Un stationnement sous une chaleur extrême
  • Un raccordement à la recharge en courant alternatif
  • L’achèvement d’un trajet programmé

Le conducteur peut entendre :

  • Les pompes de liquide
  • Les ventilateurs
  • Les vannes
  • Le compresseur de climatisation
  • Les réchauffeurs électriques

Cela peut être normal, même après le verrouillage de la voiture.

Le véhicule ne maintient normalement pas indéfiniment la batterie à sa température idéale de recharge rapide. Il autorise plutôt une plage de température plus large pendant le stationnement et intervient lorsque la protection, la recharge ou un départ prévu l’exige.

Les stratégies diffèrent selon les véhicules. Certaines voitures ne conditionnent activement la batterie que lorsqu’elles sont branchées, tandis que d’autres peuvent utiliser l’énergie de la batterie de traction lorsque la température approche les limites de protection.

Comportement thermique propre à la chimie

Les besoins de gestion thermique dépendent en partie de la chimie des cellules, mais la conception globale du véhicule reste déterminante.

Lithium-ion riche en nickel

Les cellules NMC, NCA et NCMA peuvent fournir une densité énergétique et une puissance élevées.

Leurs performances exigent une maîtrise rigoureuse :

  • Des températures élevées
  • De la tension élevée des cellules
  • Du courant de recharge
  • De l’uniformité du refroidissement
  • Du temps passé à SOC élevé

Les cellules riches en nickel sont largement employées dans les véhicules qui exigent une grande autonomie et une forte puissance, mais imposent des besoins importants en refroidissement et en contrôle.

Lithium-fer-phosphate

La chimie LFP offre une grande stabilité thermique et une longue durée de vie en cycles.

Sa principale limitation thermique concerne le fonctionnement à froid. Les cellules LFP froides peuvent présenter :

  • Une limitation plus marquée de la recharge
  • Un freinage régénératif réduit
  • Une puissance plus faible
  • Une estimation du SOC plus difficile
  • Une dépendance accrue au chauffage actif

Une batterie LFP bien chauffée peut néanmoins offrir d’excellentes performances de recharge hivernale. La chimie ne détermine pas à elle seule le résultat.

Sodium-ion

Certaines conceptions sodium-ion sont développées spécialement pour fonctionner sur une large plage de températures.

CATL affirme que sa cellule sodium-ion Naxtra destinée aux voitures particulières conserve 90% de puissance utilisable à −40°C. Il s’agit d’une spécification du constructeur pour ce produit précis, et non d’une propriété universelle de toutes les cellules sodium-ion. (CATL)

Les packs sodium-ion ont toujours besoin d’une gestion thermique, car :

  • La recharge produit de la chaleur
  • Le vieillissement des cellules reste dépendant de la température
  • L’uniformité de la température est importante
  • Les limites de puissance et de recharge varient toujours avec la température
  • L’habitacle et la chaîne de traction partagent les ressources thermiques

Gestion thermique et vieillissement de la batterie

La gestion thermique influence à la fois le vieillissement cyclique et le vieillissement calendaire.

Un bon système limite :

  • Les longues périodes à une température excessive
  • La recharge rapide lorsque les cellules sont trop froides
  • Les grands écarts de température entre cellules
  • L’utilisation répétée de forte puissance sans refroidissement suffisant
  • Les points chauds locaux
  • L’exposition prolongée à une température et à un SOC élevés

L’objectif n’est pas de maintenir la batterie à une température unique en permanence. Cela consommerait trop d’énergie.

Le système emploie plutôt différentes températures cibles pour :

  • La conduite
  • La recharge rapide
  • Le stationnement
  • La recharge en courant alternatif
  • La forte puissance
  • La protection de la batterie

Un véhicule doté d’un refroidissement performant peut laisser délibérément les cellules se réchauffer pendant la recharge rapide, puis évacuer cette chaleur. Un réchauffement bref et maîtrisé diffère d’une exposition prolongée à la chaleur.

Le refroidissement normal ne protège pas contre l’emballement thermique

La gestion thermique normale évacue la chaleur produite pendant la recharge et la conduite ordinaires.

L’emballement thermique est une situation différente. Il implique des réactions internes qui s’accélèrent d’elles-mêmes et peuvent libérer de la chaleur plus vite que le système de refroidissement normal ne peut l’évacuer.

Si un emballement thermique commence dans une cellule, l’ouverture des contacteurs et le fonctionnement des pompes de liquide peuvent ne pas arrêter la réaction. L’énergie est déjà stockée sous forme chimique dans la cellule.

La protection dépend aussi :

  • De la chimie des cellules
  • De la qualité de fabrication
  • De l’espacement des cellules
  • Des barrières thermiques
  • De l’orientation de l’évacuation des gaz
  • Des voies de gestion des gaz
  • De la décharge de pression du pack
  • De la détection des défauts
  • De la protection contre les chocs
  • De la prévention de la propagation aux cellules voisines

La gestion thermique contribue à empêcher les cellules d’atteindre des conditions abusives pendant l’utilisation normale, mais ne remplace pas une protection spécifique contre la propagation thermique. Le NREL considère le contrôle thermique normal du pack et le confinement des emballements comme des problèmes d’ingénierie liés, mais distincts. (NREL)

Compromis du système thermique

Un système thermique plus performant n’est pas gratuit.

Il ajoute :

  • Du poids
  • Du coût
  • Du liquide de refroidissement
  • Des pompes
  • Des vannes
  • Des échangeurs thermiques
  • Des composants de réfrigérant
  • Des capteurs
  • De la complexité logicielle
  • De la consommation électrique
  • Des points d’entretien et de fuite

Un grand refroidisseur et un compresseur puissant peuvent permettre des recharges répétées de forte puissance, mais occupent davantage d’espace et consomment plus d’énergie.

Un système plus simple peut parfaitement convenir à un véhicule électrique urbain peu coûteux qui utilise rarement la recharge rapide. Le même système pourrait être insuffisant dans un véhicule à grande autonomie conçu pour les recharges répétées, le remorquage ou la conduite soutenue à grande vitesse.

Les technologies de gestion thermique impliquent donc des compromis entre performances, coût, efficacité, intégration et longévité. Les feuilles de route technologiques du DOE considèrent également le poids, le coût et la complexité supplémentaires comme des contraintes essentielles de la gestion thermique. (US Department of Energy)

Ce que les acheteurs de véhicules électriques devraient comparer

Les constructeurs publient rarement assez de détails techniques pour comparer directement le matériel des systèmes de refroidissement. Le comportement réel fournit de meilleurs éléments.

Les questions utiles comprennent :

  • La voiture préconditionne-t-elle automatiquement la batterie lorsqu’elle navigue vers une borne ?
  • Le préconditionnement peut-il aussi être lancé manuellement ?
  • Un départ programmé réchauffe-t-il la batterie ou seulement l’habitacle ?
  • De combien de temps la batterie a-t-elle besoin pour se préparer en hiver ?
  • À quel SOC le préconditionnement s’arrête-t-il ?
  • La voiture peut-elle maintenir sa vitesse de recharge lors d’arrêts successifs ?
  • Quelles sont les performances de recharge par temps chaud ?
  • Le freinage régénératif est-il fortement limité lorsque la batterie est froide ou pleine ?
  • La voiture conserve-t-elle sa puissance motrice pendant le remorquage ou la conduite prolongée à grande vitesse ?
  • La température de la batterie peut-elle être affichée au conducteur ?
  • Le véhicule poursuit-il le refroidissement après la recharge ?
  • Une pompe à chaleur est-elle de série, en option ou indisponible ?

La puissance de recharge de pointe en dit peu sur les performances thermiques. La mesure la plus utile consiste à déterminer si le véhicule électrique peut arriver à la borne avec une batterie préparée, maintenir une courbe de recharge performante et répéter ce résultat pendant tout le trajet.

Pour les comportements connexes de la batterie, consultez Recharge de la batterie et performances de recharge, Dégradation de la batterie et Sécurité et gestion des défaillances des batteries de véhicules électriques.

Sources

Plus d’informations