L’institut allemand Fraunhofer travaille sur de nouveaux coffrages de batterie pour véhicules électriques qui cumuleraient les avantages : autonomie plus grande, émissions de CO2 abaissées à la fabrication, durabilité, meilleure résistance aux incendies, etc.
Financée par le ministère fédéral allemand de l’Economie et de l’Action pour le climat, une recherche est actuellement menée par l’institut Fraunhofer et une quinzaine de partenaires pour aboutir à de nouveaux coffrages pour les véhicules électriques. Parmi les objectifs du programme CoolBat : diminuer de 15 % les émissions de CO2 à la fabrication et trouver des pistes pour réduire le poids de ces contenants.
Il s’agit aussi d’intégrer un plus grand nombre de fonctions dans un espace plus petit. « La réduction de la masse nous permet d’augmenter la densité énergétique, et donc l’autonomie, même si le nombre de cellules de batterie reste le même », explique Rico Schmerler, chef de projet et scientifique au département des systèmes de batteries à l’institut Fraunhofer.
En employant, à la place de l’acier, des matériaux composites à fibres avec de la résine, le gain sur la balance s’élèverait jusque 60 %. Ce qui peut au final représenter quelques dizaines de kilogrammes. S’y ajoutent d’autres astuces trouvées en prenant comme référence la batterie de la berline électrique Mercedes EQS.
Le groupe de partenaires s’est aussi beaucoup intéressé aux systèmes qui assurent le refroidissement de la batterie. Et notamment à la possibilité d’exploiter des structures pour assurer plusieurs rôles. Par exemple le poutrage transversal du coffrage qui peut également servir de réseau de refroidissement. Mais aussi en mêlant la protection anti-encastrement à la gestion thermique des cellules.
Concrètement de la mousse d’aluminium serait employée dans les plaques séparatrices pour absorber l’énergie des chocs. Elle serait combinée à une sorte de cire capable de stocker une grande quantité d’énergie thermique mais aussi de la libérer ultérieurement. Non seulement cette configuration permet de mieux refroidir les cellules de tous les côtés, mais elle est de nature également à diminuer la quantité d’électricité nécessaire pour gérer thermiquement la batterie. Ce qui joue à nouveau positivement sur l’autonomie.
« Les tâches qui étaient auparavant effectuées par différents modules à l’intérieur de la batterie sont désormais intégrées dans un seul composant – ici l’assemblage de base – afin de réduire l’espace d’installation et de rationaliser les interfaces », met en avant Rico Schmerler.
Protégeant de la surchauffe et évitant d’endommager le noyau de la batterie en cas d’accident, les plaques séparatrices constituant des tampons thermiques ne seraient pas les seules à assurer un rôle pour la sécurité du pack contre l’élévation de la température interne. Aujourd’hui des pâtes conductrices de chaleur sont généralement utilisées pour évacuer les calories depuis le cœur de chaque module vers l’extérieur de la batterie.
Ce matériau lourd serait remplacé par un procédé plasma de métallisation des mousses à pores ouverts placées dans les espaces entre la batterie et le boîtier. Ininflammable et obtenu avec des sources biologiques comme la lignine, un nouveau revêtement améliorerait aussi la protection contre les incendies. Il empêcherait la propagation du feu à l’intérieur du coffrage.
Tout ceci pourrait laisser imaginer que la réparabilité de la batterie serait compromise. Ce qui ne serait pas le cas. L’ensemble composé du couvercle, du cadre et des plaques de base a été conçu pour être démontable de manière non destructive jusqu’au niveau du composant. « Nous avons adopté le concept d’économie circulaire et de réduction des matériaux grâce à une construction légère et à des éléments réutilisables, ce qui se traduit par une empreinte carbone plus faible et des coûts de réparation inférieurs », confirme Rico Schmerler.
Si le ministère fédéral allemand de l’Economie et de l’Action pour le climat finance ces recherches menées dans le cadre du projet CoolBat, c’est pour en transférer les résultats à l’industrie. Pas seulement pour les voitures électriques, mais aussi pour des véhicules nécessitant de plus grandes batteries. Ainsi les trains, avions et bateaux.
En outre les nouveaux systèmes développés pourraient être exploités pour d’autres applications très différentes. Par exemple les dispositifs de refroidissement seraient également utilisés pour le transport de denrées alimentaires et de médicaments. Ceux pour la protection contre les incendies seraient portables aux bâtiments.
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