Matériaux de gestion thermique pour les batteries

Dans les batteries des véhicules hybrides et électriques (H&EV), les matériaux de gestion thermique aident à maintenir une température optimale sur l’ensemble de la batterie, ainsi qu’à réduire le risque d’incendie. Les silicones, avec leur grande stabilité thermique et leurs propriétés ignifuges, sont les matériaux privilégiés pour atteindre ces objectifs, et chez Elkem, nous proposons une gamme de silicones de haute pureté pour l’isolation thermique, la dissipation de la chaleur et la protection contre les incendies.

Matériaux de gestion thermique : améliorer les performances des batteries dans les véhicules électriques et naturels

Alors que la production mondiale de H&EV continue d’augmenter, une attention accrue est portée à l’optimisation des performances du véhicule et de la batterie qui l’alimente. L’un des facteurs clés qui affectent les performances d’une batterie est sa température, avec une puissance et une longévité optimales généralement atteintes entre 15 °C et 35 °C.

Les systèmes de gestion thermique sont utilisés pour maintenir les températures dans l’ensemble de l’ensemble de la batterie dans cette plage étroite pendant la charge et la décharge, réduisant ainsi le risque d’emballement thermique et empêchant le déclenchement d’un incendie. Atteindre ces objectifs est appelé à devenir un défi encore plus grand à l’avenir, à mesure que la technologie H&EV se généralise et que la demande de systèmes de recharge à haut débit augmente.

Les systèmes de gestion thermique impliquent généralement un mélange de matériaux qui remplissent trois rôles :

• Isolants thermiques pour protéger les cellules des températures élevées dans d’autres composants. Les mousses sont couramment utilisées en raison de leur faible conductivité thermique et de leur faible densité.

• Conducteurs thermiques pour évacuer efficacement l’excès de chaleur de la base de la batterie, par exemple en utilisant de l’air ou un liquide en circulation. Dans ce scénario, il est important que la limite entre les composants générateurs de chaleur et les composants dissipateurs de chaleur ait une résistance thermique interfaciale minimale, nécessitant des remplisseurs d’espace ou des adhésifs thermoconducteurs. Ceux-ci sont souvent connus sous le nom de matériaux d’interface thermique (TIM).

• Matériaux ignifuges pour éviter que le feu ne se déclare et pour contenir sa propagation. Souvent, cette fonction peut être assurée par les isolants thermiques/conducteurs.

Matériaux pour la gestion de la chaleur

Pour obtenir des performances optimales en matière d’isolation thermique, de conduction thermique et d’ignifugation, il est nécessaire de bien comprendre les propriétés des matériaux utilisés.

Ces propriétés incluent naturellement la conductivité thermique, mais d’autres facteurs doivent également être pris en compte, la densité et la facilité de traitement étant d’une grande importance, ainsi que les considérations de coût.

Parmi les différentes classes de matériaux utilisées pour la gestion thermique (telles que les résines époxy et les polyuréthanes), les silicones sont devenus populaires en raison des propriétés suivantes :

• Stabilité thermique élevée – La capacité des silicones à résister à des températures sur une large plage (de -80 °C à 250 °C) garantit des performances de fonctionnement fiables dans des conditions extrêmes.

• Haute résistance au feu – Contrairement aux polyuréthanes et aux résines époxy, les silicones sont très ignifuges et ont de très faibles émissions de fumée ou de fumées toxiques.

• Haute flexibilité – Les silicones ont un faible module d’élasticité (de Young), ce qui les rend capables de s’adapter à la dilatation thermique et d’absorber les vibrations, sans se fissurer ni exercer de pression sur les composants de la batterie.

• Viscosité variable – La viscosité des silicones varie d’environ 2500 à 400 000 mPa·s, ce qui permet de sélectionner les propriétés d’écoulement qui s’adaptent le mieux à vos processus de production.

• Longue durée de vie – Grâce à leur inertie chimique et à leur haute résistance à l’oxydation, les silicones ont une longue durée de vie dans les applications de batteries de VE.

• Adaptabilité de la formulation – Les silicones peuvent être formulés pour fournir des propriétés optimales pour pratiquement tous les scénarios d’utilisation.

Outre la gestion thermique, les silicones peuvent également être utilisés pour l’étanchéité des batteries H&EV, et plus généralement pour protéger les composants électroniques contre les dommages.

Silicones pour la gestion thermique d’Elkem

Les silicones pour la gestion thermique d’Elkem sont disponibles sous forme de mousse, de gel et d’adhésif pour répondre à toutes les exigences d’isolation thermique et de dissipation thermique dans les batteries H&EV.

Dans tous les cas, ces produits sont également intrinsèquement ignifuges, ce qui leur donne un avantage certain sur les autres matériaux utilisés dans l’industrie.

Mousses de silicone pour l’isolation thermique

Les mousses BLUESIL™ RT sont des produits en silicone en deux parties (RTV-2) avec d’excellentes propriétés isolantes et un poids intrinsèquement faible, empêchant les batteries d’être exposées à des températures extrêmes tout en répondant aux exigences d’allègement.

Gels de silicone et adhésifs pour la dissipation de la chaleur

Les silicones BLUESIL™ ESA pour la dissipation de la chaleur sont spécialement modifiés avec des charges pour leur permettre de conduire la chaleur loin de l’électronique embarquée - par exemple, des cellules au dissipateur thermique, et entre les cellules individuelles. Les conductivités thermiques de ces silicones vont de 0,4 W/m·K à 3 W/m·K, et ils utilisent une formulation de durcissement en deux parties (RTV-2), pour permettre un durcissement rapide et sans volatiles de plus grands volumes.

Ces produits prennent généralement la forme de gels de silicone pour combler les espaces ou encapsuler/enrober des composants, tels que les applications de remplissage d’espaces dans la batterie ou les applications OBC*. Nous proposons également des adhésifs à base de silicone qui peuvent coller deux surfaces tout en offrant un certain degré de conductivité thermique, sans avoir besoin d’apprêt. Ces grades sont particulièrement utiles pour coller des plaques de refroidissement métalliques à la batterie.

Votre partenaire pour la gestion thermique

Si vous envisagez d’utiliser des silicones pour la gestion thermique de vos batteries H&EV, voici quelques raisons pour lesquelles nous sommes un bon choix :

• Experts en silicones – Nous produisons des silicones depuis plus de 70 ans et, au cours de cette période, nous avons développé une expertise de pointe dans la chimie et les applications du silicone. Nous sommes donc les personnes à qui s’adresser si vous avez besoin de conseils sur l’utilisation de nos produits prêts à l’emploi, ou si vous souhaitez discuter du développement de silicones sur mesure pour vos applications.

• Assistance dans le monde entier – Quelle que soit la partie du monde où vous vous trouvez, il y aura un représentant Elkem à proximité qui pourra vous fournir une aide et des conseils d’experts, ainsi que répondre à vos besoins de formation.

• Connaissance de l’industrie – Grâce à nos contacts avec les équipementiers et les fournisseurs de niveau 1, nous nous tenons au courant des dernières tendances de cette industrie en évolution rapide et sommes prêts à vous aider dans la conception, le prototypage, l’assemblage, la maintenance et la fin de vie.

• Durabilité – La conscience environnementale est profondément ancrée chez Elkem, et nous sommes prêts à écouter vos exigences en matière de durabilité de la chaîne d’approvisionnement.

 

*OBC = Chargeur embarqué