Le développement des batteries de traction pour véhicules électriques devient de plus en plus complexe. Les performances électriques, le comportement thermique et la sécurité mécanique interagissent étroitement et nécessitent des solutions intégrées. Parallèlement, on constate à ce jour un manque de normes de conception uniformes. Cette situation présente des inconvénients. En cas d’accident, cela rend plus difficile pour les services de secours la manipulation sécurisée des batteries endommagées ou en feu, et le recyclage est également beaucoup plus compliqué en raison de conceptions incohérentes.
Dans le cadre du projet de recherche E-Track, l’Institut de sécurité des véhicules de l’Université de technologie de Graz (TU Graz), en collaboration avec l’Institut des sciences des systèmes environnementaux de l’Université de Graz et des partenaires industriels, a élaboré des directives de conception solides qui rendent les systèmes de batteries plus sûrs, plus durables et plus économiques.
Les inconvénients d’une absence de normes de conception
« Sans normes de conception uniformes, les services de secours sont souvent confrontés à de sérieux défis en cas d’urgence, car la structure et le comportement des systèmes de batteries sont difficiles à évaluer. Dans le même temps, nous perdons des ressources précieuses si les batteries ne peuvent pas être réparées ou entièrement recyclées », explique Markus Fasching, chef de projet à l’Institut de sécurité des véhicules de TU Graz. « Nos travaux montrent que la sécurité, l’efficacité et la recyclabilité peuvent être améliorées ensemble grâce à une conception réfléchie ».
L’un des principaux défauts des systèmes de batteries actuels est leur réparabilité et leur recyclabilité limitées. De nombreux fabricants recourent à des boîtiers collés avec des pâtes thermoconductrices pour la régulation de la température, ce qui offre des avantages en production, mais impose souvent le remplacement de l’ensemble du bloc-batterie en cas de dommage.
L’équipe a utilisé cette méthode de construction comme conception de base pour ses investigations. Les chercheurs ont également étudié deux conceptions alternatives, dont un concept avec des capots de boîtier remplaçables, dans lequel des plaquettes de dissipation thermique évacuent la chaleur, et une conception à refroidissement liquide. Ici, une huile électriquement isolante prend en charge la dissipation de la chaleur et le boîtier est vissé avec un joint. Cela facilite le démontage et permet le remplacement ciblé de cellules individuelles.
Faciliter les réparations en vaut la peine
Les analyses montrent que les cellules de batterie constituent à la fois le facteur de coût le plus important et le facteur décisif en matière de sécurité et de durabilité. Elles représentent environ 75 % de la masse totale, c’est pourquoi leur réutilisation après un accident est cruciale pour l’équilibre écologique et économique. Les analyses du cycle de vie le prouvent. Les conceptions favorisant la réparation sont rentables dès que 8 % des cellules peuvent être réutilisées. Un démontage facile favorise également le recyclage des matériaux. L’équipe de recherche a également développé de nouvelles méthodes de diagnostic basées sur la spectroscopie d’impédance électrochimique. Ces méthodes de diagnostic, associées à des modèles multiphysiques virtuels, permettent de détecter de manière fiable les dommages internes tels que les micro-courts-circuits, qui pourraient sinon conduire à des événements critiques à retardement tels que des incendies de batterie.
Bien que les directives aient été principalement développées pour les deux-roues électriques, les méthodes et les approches de simulation peuvent être directement transférées à des classes de véhicules plus grandes, comme les voitures et les camions. Les résultats d’E-Track créent ainsi une base solide pour les futures normes industrielles et pourraient également servir de point de départ à des cadres réglementaires. Certains acteurs industriels ont déjà manifesté leur intérêt pour des projets de suivi afin de poursuivre les recherches sur les méthodes de diagnostic pour évaluer l’état de sécurité et les modèles de simulation multiphysiques. Le projet achevé a été financé par l’Agence autrichienne pour la promotion de la recherche (FFG).
Article : Design matters: The influence of EV battery pack design for disassembly on environmental and circularity impact – Journal : Sustainable Production and Consumption – Méthode : News article – DOI : Lien vers l’étude
Source : TU Graz
