Qu'est-ce qu'un système de refroidissement ?
Question de James Wong, Fremont, Californie.
Je travaille ici dans l'ancienne usine GM-Toyota NUMMI et nous venons d'apprendre que nous allions un jour construire une voiture électrique. Les gens n’arrêtent pas de parler du refroidissement des batteries. Quelle est la vraie histoire ?
Réponse de Richard Flagan, professeur de génie chimique et de génie environnemental, Caltech.
(Je travaille principalement sur les aérosols, mais j'ai récemment été entraîné dans quelques projets de batteries avec le JPL et les constructeurs automobiles.)
Un pack lithium-ion produit une quantité surprenante de chaleur lorsque vous le poussez. Un pack de 60 kWh à une charge de 3C peut évacuer 15 à 20 kW de chaleur. Il s'agit d'un petit radiateur installé dans le plancher de la voiture. Laissez-le tranquille et les cellules du milieu atteignent 60 degrés pendant que vous essayez toujours d'atteindre une charge de 80 %. La vie chute rapidement au-dessus de 45 degrés, vous devez donc évacuer la chaleur.
La plupart des packs utilisent désormais des plaques froides plates en aluminium d'environ 4 à 6 mm d'épaisseur avec un canal estampé à l'intérieur. Vous glissez une plaque entre deux modules ou sous chaque rangée de pochettes. La plaque est remplie d'une fine couche de pâte thermique contre le fond des cellules. Les plaques Ultium de GM sont comme ça. Tesla avait l'habitude d'enrouler un tube rond dans les années 18650 et 2170 en zigzag-ressemble à des spaghettis, fonctionne bien, mais c'est pénible à assembler. Le nouveau pack 4680 au Texas a opté pour un ruban plié plus large au lieu d'un tube rond. Plus facile à souder.
Le liquide de refroidissement est presque toujours composé à 50/50 d'eau-glycol avec les inhibiteurs habituels. Certains prototypes de voitures de course fonctionnent avec du glycol pur ou même de l'huile de silicone, mais personne ne l'expédie aux clients. Le débit est généralement de 10 à 20 litres par minute pour un gros pack. La pompe est un petit truc sans balai de 400 W fonctionnant sur 12 V. Elle vit sous le capot ou dans le coffre.
Le radiateur se trouve devant le condenseur de climatisation. À vitesse d'autoroute, vous obtenez beaucoup d'air, mais assis devant un Supercharger par une journée de 110 degrés F à Barstow, le ventilateur électrique doit tirer fort. C'est pourquoi Tesla a ajouté la petite vanne octopus il y a quelques années-permet au refroidisseur d'emprunter du réfrigérant froid à la boucle de climatisation de l'habitacle lorsqu'il fait très chaud.
La propagation de la température est le tueur. Si la cellule la plus froide est à 25 degrés et la plus chaude à 40 degrés, vous perdez peut-être 15 à 20 % de la durée de vie du pack. Le collecteur d'admission doit donc diviser le débit de manière égale. Certaines entreprises fabriquent de minuscules orifices dans chaque branche. D'autres rendent simplement les canaux longs et fins, de sorte que la chute de pression force un débit égal. Le pack de cellules à lame de BYD fait circuler le liquide de refroidissement le long du bord long de la cellule au lieu du bas - et revendique une meilleure uniformité.
Le temps froid est la partie dont personne n'a parlé en 1999. En dessous d'environ 0 degré, vous ne pouvez pas charger rapidement ou vous plaquez du lithium métal et tuez la cellule. Ainsi, la même boucle qui refroidit doit maintenant chauffer. Un chauffage PTC de 3 à 5 kW se trouve dans le réservoir ou juste après la pompe. Le BMS surveille les tensions des cellules comme un faucon pendant le préchauffage.
La pression est généralement de 1 à 1,5 bar manométrique. Maintient le point d'ébullition autour de 115-120 degrés afin que vous n'obteniez jamais de poches de vapeur si une cellule décide de devenir exothermique.
Nous avons exécuté un module de 30 -cellules sur le banc l'année dernière au JPL. Avec refroidissement, la température est passée de 25 degrés à 65 degrés en huit minutes à une décharge de 200 A. Allumez la pompe à 12 L/min et elle s'est stabilisée à 38 degrés. Huit minutes contre jamais : c'est pourquoi tous les packs sérieux disposent désormais d'un refroidissement liquide.
C'est l'image de base. Les détails changent chaque année modèle, mais pas la physique.
