Pourquoi ma batterie chauffe-t-elle lorsqu'elle est en charge ?

Pourquoi la batterie chauffe-t-elle ? Nous avons besoin d'une gestion thermique de la batterie.

L'échauffement de la batterie provient généralement de la chaleur des réactions chimiques et de la chaleur joule due à l'impédance dans le processus d'extraction ou d'insertion des ions lithium dans la cellule, ou de l'énergie déséquilibrée consommée par la chaleur dans le processus d'équilibre passif de la cellule, et de la chaleur générée par le fonctionnement des appareils électroniques et du système de gestion thermique dans l'ensemble de la batterie.

Lors de la conception du système de gestion thermique de la batterie, l'influence de l'échauffement de la batterie sur les dispositifs électroniques ne doit pas être ignorée. Si des mesures de protection appropriées telles que les systèmes de gestion thermique de la batterie ne sont pas prises en compte, ou si des emplacements appropriés ne sont pas trouvés pour ces appareils électroniques, alors ces appareils électroniques chauffés peuvent nuire à la durée de vie de la cellule.

En outre, le taux de décharge élevé génère plus de chaleur à l'intérieur de la cellule, ce qui fait que la batterie devient chaude. Si le taux de décharge est souvent élevé, le temps d'intervalle de la cellule est court, il n'y a pas assez de temps de refroidissement, la température de la cellule augmentera progressivement ;

Dans le même temps, le système de gestion thermique n'a pas le temps de mobiliser le système de refroidissement pour faire baisser la température de la cellule. Une bonne analogie peut être faite avec l'effet d'échelle : lorsque vous appuyez sur l'accélérateur, la batterie se décharge rapidement.

Comme la batterie continue de se charger et de se décharger, le système de gestion thermique de la batterie n'a pas le temps de refroidir la batterie après la dernière décharge, ce qui entraîne une augmentation constante de la température de la batterie.

Par exemple, la batterie d'un véhicule électrique hybride conventionnel se décharge continuellement pendant la conduite, puis se recharge immédiatement, de sorte qu'après un cycle de charge et de décharge, la batterie peut ne pas avoir le temps de refroidir avant de commencer un nouveau cycle.

De cette manière, la température de la batterie augmente lentement et continuellement. Si la batterie est mise hors service pendant un certain temps, le système de refroidissement peut ramener la température de la batterie à sa plage de température de fonctionnement normale.

La figure montre l'augmentation de la température de la batterie dans ce mode de fonctionnement. Bien qu'il ne s'agisse pas de données de performance réelles, un tel modèle de génération de chaleur est prévisible dans des applications similaires.

Est-il mauvais que la batterie chauffe ? Nécessité d'une gestion thermique de la batterie

Pour maximiser les performances des cellules lithium-ion, elles doivent être maintenues entre 23 et 25℃durant le cycle de service. Cependant, pendant le fonctionnement, la cellule subit un processus exothermique - la batterie devient chaude en raison de l'apparition de réactions chimiques exothermiques au sein de la cellule et de la résistance interne de la cellule.

Indépendamment du processus exothermique ou de la température ambiante élevée, la conception du bloc-batterie doit prévoir une gestion thermique de la batterie pour refroidir la température de la batterie afin de maintenir la plage de température de fonctionnement appropriée, garantissant ainsi la performance et la durée de vie du système de batterie.

Si la température atteint 30 à 35℃ ou plus, il est important d'utiliser la gestion thermique de la batterie pour éviter que la batterie ne chauffe continuellement et pour abaisser la température afin de garantir la durée de vie et les performances de la batterie et d'éviter qu'elle ne tombe en panne. En travaillant à des températures plus élevées, la cellule perdra sa durée de vie en raison d'un vieillissement accéléré.

Un exemple pratique de batterie de voiture qui chauffe :

Voici un exemple pratique qui nous donne une idée plus intuitive de l'importance de la gestion thermique des batteries. En 2012, un groupe de propriétaires de Nissan de l'Arizona s'est plaint de problèmes avec leurs voitures dans un court laps de temps, allant d'une faible autonomie de conduite à une dégradation rapide de la batterie. Les plaintes n'étaient pas nombreuses, mais elles étaient suffisantes pour attirer l'attention des médias nationaux sur Nissan et l'industrie des voitures électriques.

En fait, l'évaluation systématique des véhicules par Nissan a montré que ceux dont la capacité diminuait avaient un kilométrage supérieur à la moyenne et que ces propriétaires rechargeaient souvent leur voiture en charge rapide. Les batteries sont généralement conçues pour des performances moyennes selon les spécifications du fabricant, mais des températures élevées continues et des conditions d'utilisation extrêmes peuvent accélérer le déclin de la capacité de la batterie, ce qui entraîne une réduction de l'autonomie.

Bien que le manuel de l'utilisateur de ces Nissan mentionne des précautions concernant la température de la batterie, comme le fait que le véhicule ne doit pas être exposé à des températures supérieures à 49 pendant plus de 24 heures ; le véhicule ne doit pas être placé dans un environnement où la température est inférieure à -25 pendant plus de 7 jours.

La batterie de la Nissan, conçue par un AESC, n'a pas de système de gestion thermique actif. Au lieu de cela, il utilise des modules métalliques et l'emballage de la batterie pour transférer la chaleur. Cela signifie qu'il n'y a aucun moyen d'accélérer le taux de refroidissement pour faire face au taux élevé de chauffage continu dans des environnements plus chauds ou dans des conditions de décharge rapide fréquente.

Bien que l'emballage métallique soit moins cher et plus facile à commercialiser, une telle conception présente des inconvénients importants pour le système de gestion thermique de la batterie.

Autres causes d'échauffement de la batterie

Enfin, en ce qui concerne la gestion thermique de la batterie, il convient de parler de l'électronique haute tension et des systèmes d'équilibrage. L'électronique haute tension est également la principale cause de l'échauffement de la batterie dans de nombreux systèmes, en particulier dans les petits modules. En outre, l'égalisation de la batterie convertit l'énergie électrique excédentaire en énergie thermique.

Essentiellement, lorsque vous égaliser un module, vous laissez également la batterie chauffer. Dans le cas d'une charge en trois étapes, la plupart des systèmes de batterie sont conçus pour activer rapidement le système de gestion thermique au cours de ces événements de charge, sinon le module générera un échauffement rapide.

S'il n'y a pas de système de refroidissement pendant la charge rapide, la chaleur générée est suffisamment élevée pour diminuer la capacité de la batterie, ou la chaleur générée est suffisamment élevée pour arrêter le système de la batterie avant le refroidissement. Cette surchauffe peut entraîner des problèmes de fiabilité des systèmes de modules de batterie, ainsi qu'une dégradation rapide des batteries lithium-ion.

L'accumulation de chaleur causée par la chaleur générée dans le système de batterie est généralement facile à refroidir par l'air froid qui l'entoure. Toutefois, dans ce cas, le concepteur doit s'assurer que l'air circule d'abord vers la cellule puis vers l'électronique, ou que l'air circule parallèlement à l'électronique et à la cellule.

La plupart des appareils électroniques ont une plage de température de fonctionnement plus large que celle de la cellule, il est donc plus efficace de refroidir la cellule avant l'appareil électronique. Bien que le refroidissement par liquide soit plus rapide, il est difficile de refroidir les appareils électroniques par cette méthode, à moins que la plaque de refroidissement ne soit intégrée à la batterie. En outre, pour garantir la sécurité, la position des appareils électroniques doit être spécialement étudiée lors de la conception du système de stockage d'énergie.

L'échauffement de la batterie n'est pas la seule raison de la gestion thermique des batteries

Une autre fonction nécessaire au système de gestion thermique est de chauffer la batterie. En général, les concepteurs de systèmes de batteries ne souhaitent pas chauffer activement la batterie, à moins que celle-ci ne soit à une température très basse et que le taux de chauffage ne soit pas trop élevé.

La plupart des batteries lithium-ion utilisent actuellement des électrolytes liquides, qui peuvent se solidifier ou perdre leur conductivité à des températures inférieures à zéro, ce qui empêche les cellules de fournir autant d'énergie qu'elles le devraient à des températures plus basses.

Dans les systèmes refroidis par liquide, une pompe à chaleur peut être ajoutée au système pour fournir un fluide chaud à travers la boucle de refroidissement, ce qui fera lentement chauffer la batterie. Une autre méthode qui a pu être utilisée consiste à utiliser un réchauffeur de membrane.

Une autre situation est que le chauffage n'est pas principalement utilisé pour chauffer, mais pour réduire le taux de refroidissement de la batterie, comme la voiture a cessé d'utiliser en extérieur, et la température de la batterie après quelques jours pour réduire à 25℃, au cours de laquelle le système de batterie du véhicule aura une bonne performance.

En outre, bien que le chauffage soit généralement alimenté par la batterie elle-même, une certaine quantité d'énergie est perdue, mais cette perte est faible et temporaire.