Fanglu Shi Sanzhong Liu Fucai Hua
(Centre technologique, Fujian Supertech Advanced Materials Co., LTD., Xiamen, 361021)
Résumé : Les matériaux d’isolation constituent des éléments clés indispensables dans les systèmes de gestion thermique des batteries. Les panneaux d’isolation sous vide spéciaux (VIP) présentent des perspectives d’application prometteuses pour améliorer les performances des systèmes de batterie, grâce à leurs excellentes propriétés d’isolation et de résistance au feu. Cet article introduit pour la première fois de manière systématique les principaux indicateurs de performance des VIP métalliques et des VIP ultra-minces, réalise des essais et analyses portant sur les performances d’isolation thermique ainsi que sur les caractéristiques dynamiques de transfert de chaleur, et établit des comparaisons avec les produits actuels en feutre d’aérogel. Ces matériaux sont utilisés pour l’isolation des packs de batteries, améliorant considérablement leur adaptabilité aux environnements à basse température et leur autonomie, tout en limitant la propagation des accidents de déclenchement thermique des batteries. Par ailleurs, ils offrent un excellent rapport coût-performance. Les résultats montrent que ce nouveau type de produits d’isolation sous vide présente des avantages supplémentaires dans la conception intégrée de la dissipation thermique, de l’isolation et de la protection contre le feu pour les batteries et les systèmes de stockage d’énergie.
Mots-clés: Panneaux d’isolation sous vide spéciaux ; Conductivité thermique ; Diffusivité thermique ; Gestion thermique des batteries ; Déclenchement thermique
Profil de l’auteur : Fanglu Shi: (Date of Birth: July 12, 1962) Gender: Male Ethnicity: Han Native Place: Zhengning, Gansu Province Education: Master’s Degree Title: Senior Engineer Research Direction: Low-temperature Technology, Thermal Insulation Technology, Vacuum Technology and Its Application
0．IIntroduction
L’apparition des véhicules électriques à énergies nouvelles a permis de répondre efficacement aux problèmes énergétiques et environnementaux posés par les véhicules traditionnels. En tant que composant central des véhicules électriques, la durée de vie et l’efficacité d’utilisation de la batterie déterminent directement les performances du véhicule. Parmi les facteurs influençant la durée de vie de la batterie, la température de fonctionnement est sans doute le plus crucial : des températures trop élevées ou trop basses peuvent gravement affecter ses performances. Les basses températures réduisent l’efficacité de la charge et de la décharge, tandis que les hautes températures accélèrent la dégradation de la batterie. Si la température devient incontrôlable, cela peut entraîner des explosions et d’autres accidents de sécurité. Par conséquent, garantir que la batterie fonctionne dans une plage de température sûre constitue une préoccupation majeure pour l’ensemble de l’industrie.
En particulier, avec l’augmentation de la densité énergétique des batteries, l’autonomie des véhicules s’est fortement améliorée, mais la fiabilité et la sécurité des produits sont devenues des enjeux encore plus marquants. Les accidents de sécurité dus au déclenchement thermique des batteries ont freiné le développement des véhicules à énergies nouvelles. Bien que les batteries fassent l’objet de divers tests rigoureux de sécurité avant leur sortie d’usine afin d’en assurer une utilisation sécurisée, cela ne permet toujours pas d’éviter totalement les incidents de déclenchement thermique.
Le principe de fonctionnement des batteries à énergies nouvelles repose sur la production d’énergie par des réactions électrochimiques ; ces réactions sont donc inévitablement étroitement liées à la température du système batterie. De nombreux chercheurs ont mené des études approfondies de modélisation et de simulation sur les caractéristiques thermiques des batteries ainsi que sur l’influence de la température sur leurs performances et leur durée de vie [1]. Par exemple, Sato [2] et al. ont montré que lorsque la température de la batterie dépasse 50 °C, l’efficacité de décharge ainsi que la durée de vie diminuent sensiblement ; Khateeb [3] et al. ont souligné que lorsque la température du pack batterie excède sa plage de fonctionnement optimale, l’homogénéité thermique du pack se détériore, pouvant conduire à des déclenchements thermiques et à des accidents de sécurité impliquant des incendies ; Pesaran [4] et al. ont proposé que la température de fonctionnement optimale de la batterie soit maintenue entre 25 et 40 °C. Ainsi, développer des technologies efficaces de dissipation/isolement thermique et mettre en place un système de gestion thermique capable de maintenir la batterie dans une plage de température appropriée est essentiel pour assurer son bon fonctionnement et prévenir les accidents de sécurité.
La technologie de gestion thermique des batteries peut être classifiée en technologies passives et technologies actives, selon qu’elle nécessite ou non l’apport d’une énergie supplémentaire. En fonction des différences concernant les milieux de transfert de chaleur et les modes d’échange thermique, la gestion thermique peut en outre être subdivisée en modes tels que le refroidissement par air, le refroidissement par liquide, l’utilisation de matériaux à changement de phase (PCM) ou encore les caloducs.
La gestion thermique des batteries comprend non seulement le contrôle de la température du pack batterie, mais aussi l’isolation et la dissipation thermique entre les cellules. La première est davantage liée à la qualité de fonctionnement du système batterie et à l’énergie, tandis que la seconde met l’accent sur le phénomène d’emballement thermique et sur la propagation de la température au sein de la batterie, ce qui concerne la sécurité. Concernant la recherche sur les technologies de gestion thermique des batteries au lithium, diverses méthodes de refroidissement et d’échange thermique ont été largement rapportées dans la littérature [5], mais rares sont les travaux portant sur l’analyse des caractéristiques des matériaux isolants utilisés dans la gestion thermique. En réalité, les matériaux isolants jouent un rôle très important dans la gestion thermique des batteries, et les critères d’intérêt varient selon l’application. Le choix d’un matériau isolant approprié est essentiel pour améliorer le niveau de gestion thermique [6]. Par ailleurs, le développement rapide des technologies des batteries à énergies nouvelles rend plus urgente la mise au point de nouveaux matériaux ou structures d’isolation, tout en posant de nouvelles exigences :
(1) L’emballement thermique des batteries de traction, provoqué par des abus électriques, mécaniques, des courts-circuits, etc., peut libérer une grande quantité de chaleur en très peu de temps. Les matériaux isolants conventionnels ainsi que les solutions de refroidissement liquide ne permettent pas de résoudre complètement ce problème.
(2) Les véhicules traditionnels exploitent la chaleur résiduelle pour assurer un environnement confortable dans l’habitacle sans consommer d’énergie supplémentaire, alors que la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles exige essentiellement d’utiliser l’énergie propre de la batterie pour maintenir cette gestion. Par conséquent, le développement de matériaux isolants hautement performants, notamment ceux présentant une conductivité thermique extrêmement faible, s’avère particulièrement nécessaire.
(3) Alors que les exigences du marché en matière de densité énergétique des batteries de traction ne cessent d’augmenter, une solution consiste à recourir à des matériaux isolants de meilleure qualité afin d’accroître le nombre de cellules dans le pack batterie, augmentant ainsi la densité énergétique et l’autonomie, ou bien à réduire le volume du pack pour gagner de l’espace intérieur et garantir un confort de conduite optimal.
(4) Afin que les véhicules à énergies nouvelles puissent s’adapter à divers environnements, notamment lors des hivers froids du Nord où les températures extérieures descendent souvent en dessous de -10 °C, il est difficile pour ces véhicules de maintenir la plage de températures normale requise par les batteries de traction lorsqu’ils sont à l’arrêt. Cela peut entraîner une diminution de la capacité et de la durée de vie de la batterie. Par conséquent, le système batterie doit adopter des mesures fiables et efficaces de conservation de la chaleur.
(5) Face aux problèmes de sécurité mis en évidence par les véhicules électriques, les ministères et commissions compétents ont successivement publié plusieurs normes nationales obligatoires [7-9], renforçant encore les exigences en matière de sécurité et stipulant clairement que le système batterie ne doit ni prendre feu ni exploser dans un délai de “ 5 minutes ” après un emballement thermique, offrant ainsi un précieux délai d’évacuation aux occupants. Toute solution visant à maîtriser l’emballement thermique nécessite inévitablement d’excellents matériaux d’isolation thermique.
1．Matériaux d’isolation thermique couramment utilisés pour la gestion thermique des batteries
À l’heure actuelle, les matériaux d’isolation thermique couramment utilisés dans les batteries au lithium — mousse, fibres, feutre d’aérogel et panneaux d’isolation sous vide spéciaux (VIP) — présentent chacun des avantages et des inconvénients. Parmi ces matériaux, le coefficient de conductivité thermique constitue l’indicateur principal de leurs performances. La figure (1) illustre les différences de coefficients de conductivité thermique entre quatre types d’isolants couramment employés ; pour un même effet d’isolation, l’épaisseur requise varie également. Les matériaux en mousse et en fibres offrent une performance d’isolation relativement médiocre et sont difficiles à installer, mais leur coût est faible. Le feutre composite d’aérogel combine une nouvelle poudre nano‑d’aérogel avec des fibres ; ce produit présente une faible conductivité thermique et une épaisseur réduite, comprise entre 1/2 et 1/5 de celle des matériaux traditionnels. Il offre également une excellente résistance aux températures, avec une large plage d’utilisation (-196 à 1000 °C), ainsi qu’une stabilité de performance remarquable. Ce produit a déjà été appliqué dans les systèmes de gestion thermique des batteries à énergie nouvelle [20]. Cependant, le feutre d’aérogel, bien que très performant, demeure relativement coûteux. À mesure que les exigences en matière d’isolation thermique des systèmes de gestion thermique s’accroissent, l’amélioration de ses performances se heurte à de nouveaux défis.
Figure 1. Performances d’isolation thermique de quatre types de matériaux isolants
Le panneau d’isolation sous vide (VIP) est illustré à la figure (2). Il s’agit d’une nouvelle génération de matériau d’isolation thermique hautement efficace. Son cœur est constitué de fibres ou de poudres, tandis qu’une couche protectrice à haute barrière assure l’étanchéité au vide. L’isolation thermique est obtenue grâce à l’efficacité de l’isolation de la conduction thermique par gaz, réalisée par mise sous vide. Ce produit affiche un coefficient de conductivité thermique extrêmement faible. Sa structure d’isolation est compacte, avec une épaisseur ne représentant que 1/8 à 1/10 de celle des matériaux traditionnels. Il ne capte pas l’eau et résiste à la corrosion acide et alcaline. Ce produit est largement utilisé dans les appareils électroménagers, l’industrie chimique et les domaines des nouvelles énergies. Grâce à sa faible conductivité thermique et à son faible coefficient de diffusion thermique, les VIP spéciaux offrent des solutions permettant une conception compacte des batteries à énergie nouvelle tout en renforçant davantage la sécurité.
Figure 2. panneau d’isolation sous vide(VIP)
2．Performances et caractéristiques de transfert thermique des VIP métalliques et des VIP ultra‑minces
2.1 Structure et performances d’isolation thermique des VIP métalliques
Les VIP métalliques utilisent comme film une feuille d’aluminium ou d’acier inoxydable, tandis que leur cœur est composé de fibres de basalte, d’oxyde de silice haute pureté, etc. Après mise sous vide, ils sont scellés par soudage. Ces produits se distinguent par leur résistance aux hautes et basses températures, leur faible conductivité thermique, leur stabilité de performance, leur résistance aux perforations ainsi que par leur classe A de résistance au feu et leur non‑combustibilité. Ils constituent un autre matériau d’isolation thermique hautement efficace, en plus des fibres de silice haute pureté et du feutre d’aérogel. Leurs principaux indicateurs sont présentés dans le tableau (1).
| Tableau 1. Principaux indicateurs de performance des VIP métalliques | |
| Conductivité thermique centrale (25 °C) | ＜3 mw/（m·k） |
| Poids au gramme (épaisseur 1,5 mm) | 1,3-2,0 kg/m2 |
| Iessai intégral de taux de fuite | ≤10-10Pa.m3/s |
| Plage de température applicable | -253 à 1000℃ |
(a) Équipement de test de réponse thermique b) Schéma du principe de test
Figure 3. Dispositif d’essai de réponse à la température
Afin d’évaluer les caractéristiques non stationnaires du processus de transfert thermique sur une large plage de températures pour les VIP métalliques, les réponses en température des surfaces froide et chaude ont été mesurées à l’aide de l’appareil d’essai illustré à la figure (3). Lorsque la surface chaude (surface chauffante) est maintenue à des températures élevées de 200 °C, 400 °C et 600 °C, la température de la surface froide augmente progressivement au fil du temps, comme indiqué à la figure (4), atteignant respectivement 23,4 °C, 26,8 °C et 123,1 °C. En dessous de 400 °C, la température de la surface froide reste pratiquement identique à celle de la pièce. Même à une température élevée de 600 °C, le VIP métallique continue d’afficher d’excellentes performances d’isolation thermique : la température du côté froid n’est que de 123,1 °C, et l’écart entre les deux faces atteint 476,9 °C. Avec une épaisseur de 8 mm, ce VIP métallique démontre une remarquable efficacité d’isolation thermique sur une large plage de températures.
Figure 4. Courbe de réponse en température de la surface froide de l’échantillon
L’intérieur du VIP métallique est rempli de matériaux de cœur résistants aux hautes températures et sous vide, ce qui confère d’excellentes performances d’isolation thermique dans la direction perpendiculaire au VIP métallique. Le matériau de revêtement externe est constitué d’une feuille d’acier inoxydable. Le processus de transfert de chaleur de cette structure unique “ dissipation – isolation – dissipation ” du VIP métallique présente des caractéristiques de transfert thermique bidimensionnelles, comme illustré à la figure (5). D’après les résultats de l’image thermique (figure 6), on observe que la température de surface du VIP métallique se propage rapidement et diminue dans toutes les directions, avec la zone de chauffage comme centre. Il offre un bon effet de dissipation thermique dans la direction parallèle à la surface de la plaque. Si le matériau de revêtement est choisi parmi ceux à haute conductivité thermique, comme la feuille d’aluminium, et relié au système de dissipation thermique de gestion thermique, alors, grâce à son excellente isolation thermique dans la direction perpendiculaire à la surface de la plaque, le transfert de chaleur entre les cellules de batterie est considérablement réduit. Cela retarde significativement la diffusion de la température, permettant d’évacuer efficacement la chaleur accumulée via la direction parallèle à la surface de la plaque et de l’acheminer vers le système de dissipation thermique, ou bien de réduire sensiblement sa charge thermique, assurant ainsi une bonne gestion thermique de la batterie.
Figure 5. Transfert de chaleur bidimensionnel Figure 6. Imagerie thermique de l’échantillon Schéma du VIP métallique
2.2 Performances exceptionnelles d’isolation thermique et excellent rapport coût-performance
Le test comparatif de la réponse en température du côté froid d’un VIP métallique de 8 mm d’épaisseur et d’un feutre d’aérogel de 9 mm d’épaisseur, ayant la même longueur et la même largeur, dans des conditions de 400 °C et 600 °C côté chaud, est présenté à la figure (7). Par rapport au feutre d’aérogel, la température du côté froid du VIP métallique est nettement inférieure, avec des écarts respectifs de 148,4 °C et 204,8 °C. Lors du processus de chauffage rapide (non stationnaire), où la surface chaude est continuellement portée de la température ambiante jusqu’à 200 °C puis 400 °C, la température de la face froide du VIP métallique présente également des différences marquées par rapport à celle du feutre d’aérogel. Les réponses en température de ses faces froide et chaude sont illustrées à la figure (8). Ainsi, en raison de la conductivité thermique ou du coefficient de diffusion thermique plus faible du VIP métallique, la vitesse de propagation ou de diffusion de la température est considérablement ralentie, offrant un délai d’évacuation sécurisé plus long en cas de déclenchement thermique de la batterie, ou réduisant fortement la charge thermique du système de refroidissement de gestion thermique. Pour les batteries au lithium ternaires, la température maximale atteinte lors d’un déclenchement thermique peut atteindre 700 à 800 °C. Actuellement, dans l’industrie, on utilise généralement des plaquettes d’aérogel de 2,5 mm pour isoler les risques de déclenchement thermique (exigeant que la température des cellules adjacentes soit maintenue sous 200 °C). L’utilisation du VIP métallique permet de réduire efficacement l’épaisseur de l’aérogel, libérant ainsi davantage d’espace et de poids pour le système de batterie. Le tableau 2 compare et calcule les principaux paramètres de deux méthodes d’isolation — feutre d’aérogel et VIP métallique — pour des packs-batteries de dimensions spécifiques. Hormis une augmentation globale du poids, la résistance thermique du VIP métallique est cinq fois supérieure à celle du feutre d’aérogel, tandis que son épaisseur est nettement réduite, témoignant d’un excellent rapport coût-performance.
Figure 7. Courbes de réponse en température du côté froid du VIP métallique et du feutre d’aérogel
Figure 8. Courbes de réponse en température des faces froide et chaude du VIP métallique et du feutre d’aérogel
Tableau 2. Rapport coût-efficacité des deux méthodes d’isolation pour les batteries au lithium ternaires
| TLB
|
Taille (mm) | Épaisseur (mm) | Quantité
(pcs) |
Prix
（RMB/m2） |
Poids brut.
（kg/m2） |
Rth（m2.k/w) |
| Feutre d’aérogel | 205*98 | 2.5 | 216.0 | 169 | 1.7 | 0.1 |
| Métal VIP | 205*98 | 1.5 | 216.0 | 160 | 1.4 | 0.5 |
2.3 VIP ultra-mince pour l’isolation des packs-batteries
De nombreuses expériences ont démontré que la température de fonctionnement des packs batterie est étroitement liée au taux de rétention de la capacité de décharge. Comme le montre la figure (9), il s’agit du graphique représentant l’évolution du taux de rétention de la capacité de décharge en fonction de la température pour les batteries lithium‑fer‑phosphate les plus répandues sur le marché. À mesure que la température diminue, la capacité de décharge baisse. En dessous de -5 °C, la capacité de décharge chute brutalement et, à -20 °C, elle se réduit de près de 25 %%. Cela constitue également l’une des raisons principales expliquant la forte diminution de l’autonomie des véhicules à énergies nouvelles dans un environnement hivernal à basse température. Parallèlement, cela résout le problème souvent signalé par les utilisateurs du Nord concernant la longue durée de charge rapide en hiver. Par conséquent, l’isolation globale du pack batterie joue un rôle crucial pour prolonger la durée de vie des batteries, améliorer l’efficacité de la charge et optimiser l’expérience utilisateur.
Figure 9. Relation entre le taux de rétention de la capacité de décharge du pack batterie et la température
Isolant sous vide ultra‑mince VIP, d’une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm seulement. Ce produit offre d’excellentes performances d’isolation thermique et de tamponnage, et a passé avec succès une série d’essais et de vérifications exigés par l’industrie des nouvelles énergies. En particulier, le test de fiabilité environnementale “ Double 85 ” a été réalisé conformément à la norme GB/T 2423.50. Dans des conditions de température ambiante de 85 ± 2 °C et d’humidité relative de 85 ± 5%RH, le produit a subi un test de vieillissement de 1 000 heures, tout en conservant une conductivité thermique inférieure à 8 mW/(m·K), témoignant ainsi de sa capacité durable à résister à la pénétration de l’humidité et de la stabilité de ses performances thermiques. Les principaux indicateurs de performance sont présentés dans le tableau 3. Des lots de ce produit ont déjà été appliqués dans des domaines tels que l’isolation thermique et la protection des packs batteries au lithium pour applications automobiles.
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Tableau 3. Principaux indicateurs de performance de l’isolant VIP ultra‑mince |
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| Conductivité thermique initiale | 3,5 mw/（m·k） |
| Test de fiabilité “ Double 85 ” – Conductivité thermique après 1 000 heures | ≤ 8 mw/（m·k） |
| Essai de pulvérisation de sel acétique sur cuivre
Évolution de la conductivité thermique après 240 heures |
＜ 2 mw/（m·k） |
| résistance à la tension | 3800 VDC, fuite <1 mA |
| IIsolation | 5000 MΩ, 1000VDC |
Une certaine marque de pack batterie utilise respectivement pour son isolation une mousse isolante de 3 mm d’épaisseur et un isolant VIP ultra‑mince (Yinlin ultrathin™). À une température initiale de 25 °C, le pack est placé dans un environnement à basse température de -20 °C. Sous l’effet de la convection naturelle, la température du pack isolé par la mousse atteint 0 °C en environ 3,5 heures. En revanche, le pack équipé de l’isolant VIP Yinlin ultrathin™ met environ 10 heures pour arriver à 0 °C. La courbe de refroidissement est illustrée à la figure 10 ; la durée de conservation de la chaleur diffère de plus de trois fois, renforçant considérablement l’adaptabilité du pack aux environnements froids ainsi que sa durée de vie.
Figure 10. Courbe de refroidissement d’un pack batterie
- 3.Concernant la conductivité thermique et la diffusivité thermique des matériaux
L’isolation des packs de batteries et la gestion thermique entre les cellules dans les batteries à énergie nouvelle impliquent deux processus de transfert de chaleur totalement différents : l’état stationnaire et l’état non stationnaire. Par conséquent, les paramètres physiques concernés sont sensiblement distincts. Comme mentionné précédemment, le premier relève de la conservation de l’énergie, tandis que le second concerne la sécurité. Pour le contrôle de la température des packs de batteries, le matériau isolant et le pack lui‑même évoluent principalement dans un régime de transfert de chaleur quasi‑stationnaire ou stationnaire. Ce processus est généralement décrit par l’équation de Fourier, et le paramètre caractéristique utilisé est la conductivité thermique k (Thermal Conductivity), c’est‑à‑dire la capacité de transfert de chaleur sous une distribution de température donnée. Quant à la gestion thermique entre les cellules des batteries à énergie nouvelle, en particulier lors du phénomène de déclenchement thermique, elle relève d’un transfert de chaleur non stationnaire, axé sur les variations dynamiques de température. Elle est habituellement caractérisée par le coefficient de diffusivité thermique a ou par la conductivité thermique. Son sens physique correspond à la capacité de chaque partie d’un objet à tendre vers une température homogène au cours de processus de chauffage ou de refroidissement rapides. Cela met en évidence l’inertie thermique de l’objet : plus le coefficient de diffusivité thermique est faible, plus l’inertie thermique est élevée, et plus lentement l’objet atteint l’équilibre thermique. Plus précisément, la diffusivité thermique (a = k/ρ×Cp) reflète la relation globale entre la capacité de conduction thermique (k) du matériau durant le processus de conduction et sa capacité de stockage thermique (ρ×Cp) le long du trajet. La diffusivité thermique varie considérablement selon les matériaux ; par exemple, le bois présente une diffusivité thermique de 1,5×10⁻⁷ m²/s, tandis que l’aluminium affiche une diffusivité de 9,5×10⁻⁵ m²/s. En règle générale, plus la conductivité thermique est faible, plus la densité est élevée, plus la diffusivité thermique est réduite, et plus grande est l’inertie thermique du matériau. Tableau 4 : fournit la gamme des valeurs de diffusivité thermique pour divers matériaux. Il est évident que le VIP métallique possède une forte inertie thermique et convient particulièrement aux systèmes de gestion thermique entre les cellules de batterie.
| Tableau 4. Conductivité thermique et diffusivité thermique de divers matériaux à température ambiante | ||
| Matériel | Conductivité thermique Coefficient de conductivité thermique
（w/m·k） |
Diffusivité thermique
（10-6 m2/s） |
| Métal | 4-420 | 3-165 |
| Gaz | 0.01-0.20 | 15-165 |
| Non métalliques (à quelques exceptions près) | 0.17-70 | 0.1-1.6 |
| Liquide (non métallique)) | 0.05-0.68 | 0.08-0.16 |
| Matériau d’isolation thermique courant | 0.04-0.12 | 0.16-1.6 |
| AAérogel Feutre | 0.016-0.025 | 0.05-0.08 |
| Métal VIP | 0.003-0.010 | ＜0,01 |
Par ailleurs, à l’heure actuelle, les essais de performance thermique des VIP ultra‑minces destinés à la gestion thermique des batteries se concentrent principalement sur la mesure de la conductivité thermique centrale k. La plupart des instruments de mesure reposent sur des normes nationales telles que GB/T 10295, GB/T 10294 et GB/T 39704, ou sur des normes internationales comme ISO 8301 ou ASTM C518. Autrement dit, le calcul de la valeur k via l’équation de Fourier relative au transfert de chaleur en régime stationnaire constitue également la méthode d’arbitrage standard recommandée. Toutefois, la majorité de ces appareils est adaptée à la mesure de produits d’une épaisseur supérieure à 10 mm et ne s’applique pas à l’évaluation des performances thermiques de matériaux isolants très fins, dont l’épaisseur est inférieure à 5 mm. Or, les VIP ultra‑minces ne mesurent souvent que 1 à 3 mm. Même sous une même pression de précharge, l’erreur relative de mesure de l’épaisseur dépasse largement 10%. De plus, bien que la différence de température entre les deux faces soit relativement faible, l’erreur de mesure de la température demeure très importante, entraînant des écarts significatifs dans les données obtenues selon les différents instruments — certains dépassant même 100% — ce qui rend leurs résultats incompatibles. Par conséquent, pour évaluer les performances d’isolation des structures en VIP ultra‑minces, il est plus scientifique et raisonnable d’utiliser la courbe de réponse en température du côté chaud, ou la montée en température des faces chaude et froide, dans des conditions où la densité de flux thermique et les intervalles de temps sont fixés.
4.Perspectives
La technologie et les produits d’isolation sous vide ont été largement diffusés dans les appareils ménagers et d’autres domaines, devenant le seul matériau indispensable pour économiser l’énergie, réduire la consommation et optimiser l’utilisation de l’espace dans les appareils de réfrigération tels que les réfrigérateurs et les congélateurs. L’isolation sous vide appliquée à la gestion thermique des batteries en est encore à ses débuts. Elle nécessite une validation approfondie des produits ainsi qu’une conception adaptative prenant en compte les caractéristiques des systèmes de gestion thermique des batteries. Toutefois, la possibilité de concevoir des formes et tailles spécifiques pour les panneaux d’isolation sous vide (VIP) ou les structures d’isolation sous vide (VIS), les propriétés de combinaison flexible des matériaux de membrane, des matériaux de cœur et des méthodes d’étanchéité sous vide, ainsi que leurs performances d’isolation inégalées, rendent envisageable l’intégration simultanée de la dissipation thermique, de l’isolation, de la protection contre l’incendie et de la création de compartiments ignifuges au sein des systèmes de batteries. Les nouveaux produits de panneaux d’isolation sous vide présentent un fort potentiel d’application dans la gestion thermique des batteries automobiles et des systèmes de stockage d’énergie.
5.RRéférences
[1] Zhang Liyu, et al. Étude expérimentale fondamentale sur la corrélation entre les performances des batteries au lithium et la température [J]. Journal de l’Université Jiaotong de Xi’an, 2018, 52 (5) : 133-141.
[2] Sato N. Analyse du comportement thermique des batteries lithium-ion pour véhicules électriques et hybrides [J]. Journal of Power Sources, 2001, 99(1-2) : 70-77.
[3] WILKE S, SCHWEITZER B, KHATEEB S, et al. Prévention de la propagation de l’emballement thermique dans les packs de batteries lithium-ion grâce à un matériau composite à changement de phase : étude expérimentale [J]. Journal of Power Sources, 2017, 340 : 51 − 59.
[4] Pesaran A A. Modèles thermiques des batteries pour la simulation des véhicules hybrides [J]. Journal of Power Sources, 2002, 110(2) : 377-382.
[5] Rui Xinyu, et al. Revue sur le problème de propagation de l’emballement thermique des batteries lithium-ion [J]. Industrie des batteries, 2020, 24（3）: 193-205.
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[8] “ GB18384-2020 Exigences de sécurité pour les véhicules électriques ”.
[9] “ GB38032-2020 Exigences de sécurité pour les autobus électriques ”.
