Le refroidissement par immersion comme alternative au refroidissement EV classique
La gestion thermique comme facteur limitant des chaînes de traction EV
L’électrification croissante des véhicules s’accompagne d’une hausse des densités de puissance dans les composants de batterie et de chaîne de traction. La gestion thermique devient dès lors un facteur limitant pour les performances, la fiabilité et la durée de vie des chaînes de traction électriques. Les concepts classiques de refroidissement indirect via plaques et canaux atteignent des limites pratiques, surtout lorsque le packaging doit rester compact et que les pics de puissance ou des vitesses de charge plus élevées doivent être maîtrisés thermiquement.
Dans ce contexte, Flanders Make étudie des concepts de gestion thermique capables d’évacuer la chaleur au plus près de la source.
Principe du refroidissement par immersion
Le refroidissement par immersion consiste à immerger directement des composants dans un fluide électriquement isolant. Ce fluide diélectrique peut être en contact direct avec des éléments actifs sans provoquer de court-circuit. La différence fondamentale avec le refroidissement indirect est que la chaleur n’a pas besoin de traverser une interface, un boîtier ou une plaque froide avant d’être extraite.
En refroidissant directement batteries et composants, l’immersion peut repousser les limites de la gestion thermique EV
Avantages techniques potentiels
Selon Flanders Make et les analyses techniques disponibles, le refroidissement par immersion présente plusieurs avantages potentiels pour les chaînes de traction EV.
Un premier atout concerne l’homogénéité thermique. Le refroidissement direct sur une surface de contact plus large peut limiter les points chauds dans les modules de batterie et l’électronique de puissance, ce qui peut contribuer à un comportement thermique plus stable et à un vieillissement plus uniforme des composants.
Le concept peut également réduire les pertes de charge du circuit de refroidissement. L’emploi de fluides diélectriques à très faible viscosité peut limiter la puissance de pompage nécessaire, avec un impact sur la consommation énergétique du système thermique.
Sur le plan de l’architecture, l’approche peut permettre des sous-systèmes plus compacts et plus simples, en réduisant la dépendance aux plaques et aux canaux de refroidissement complexes, et en offrant davantage de liberté d’intégration véhicule.
Approche single-fluid comme axe de recherche
Un axe de recherche important chez Flanders Make porte sur une approche dite single-fluid. Celle-ci vise à utiliser un même fluide diélectrique pour plusieurs fonctions au sein de la chaîne de traction, notamment le refroidissement et la lubrification de composants. Cette intégration peut réduire le nombre de sous-systèmes et la complexité globale, à condition que les propriétés du fluide restent compatibles avec les matériaux et conditions de fonctionnement.
Démonstrateurs avec partenaires industriels
En collaboration avec ses partenaires industriels Lubrizol, DANA, CNH et CISSOID, Flanders Make a développé et validé plusieurs démonstrateurs concrets. Ceux-ci incluent un module de batterie refroidi par immersion, basé sur des cellules CALB NMC811 de 58 Ah. Un nouveau module d’électronique de puissance, refroidi par immersion, est également en cours d'assemblage et de test.
Pour soutenir la conception du système, Flanders Make a en outre développé un outil d’architecture système capable d’analyser automatiquement des milliers de configurations de refroidissement possibles et de les comparer. L’objectif est d’accélérer des choix étayés au niveau des composants, des circuits et de l’architecture globale.
Le refroidissement par immersion permet des chaînes EV plus compactes grâce à une évacuation thermique plus homogène
Exigences d’intégration automobile
Le refroidissement par immersion existe déjà dans d’autres secteurs, mais son application automobile impose des exigences supplémentaires. L’étanchéité, la durabilité, la résistance aux vibrations, la maintenance et la compatibilité matériaux sont particulièrement critiques dans l’environnement véhicule. La stabilité à long terme des composants en contact avec le fluide diélectrique doit également être validée, tout comme les effets sur la sécurité, les procédures de service et le diagnostic système.
Positionnement dans le développement EV
Flanders Make étudie le refroidissement par immersion comme une piste d’évolution pour la gestion thermique des chaînes de traction EV. La technologie offre des perspectives pour des densités de puissance plus élevées et des conceptions plus compactes, mais requiert encore des développements et validations avant une adoption à grande échelle dans des véhicules de série.
