Sprint Power et Castrol développent des batteries EV à charge rapide.

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Photo publiée avec l’aimable autorisation de Castrol

Le distributeur de lubrifiants basé au Royaume-Uni Castrol et Sprint Power, un leader des systèmes de propulsion électrifiés, de l’électronique de puissance et des systèmes de batteries, collaborent sur un projet visant à développer des cellules de charge ultra-rapides et des batteries pour les véhicules électriques à batterie (BEV) et les hybrides électriques à pile à combustible véhicules (FCHEV). Deux modules de batterie conçus par Sprint Power qui utiliseront les fluides thermiques Castrol ON EV fourniront une charge de 80 % en seulement 12 minutes, faisant des véhicules électriques une alternative encore plus viable pour ceux qui n’ont pas encore opté pour la mobilité électrifiée.

La collaboration entre Castrol et Sprint Power est le résultat deProjet CELERITAS, qui est financé par l’Advanced Propulsion Center (APC), une organisation à but non lucratif qui facilite le financement de projets de recherche et développement basés au Royaume-Uni développant des technologies de groupes motopropulseurs à faibles émissions de carbone. Son siège est à l’Université de Warwick à Coventry, en Angleterre. Outre Castrol et Sprint Power, le consortium comprend BMW, AMTE Power, Clas-SiC et Eltrium.  

La société britannique Sprint Power a développé deux systèmes de batterie, l’un pour les applications BEV et l’autre pour les applications hybrides, qui intègrent tous les composants électroniques du système et intègrent plusieurs protocoles de charge pour économiser de l’espace et du poids. Ils comprennent également un convertisseur CC/CC intégré de 800 V à 14 V, un système de gestion de batterie (BMS) de 800 V et des capacités de « refroidissement direct », où les cellules sont immergées dans une solution de refroidissement non conductrice.

Castrol fournit son fluide thermique Castrol ON EV, qui a été formulé spécifiquement pour les applications de refroidissement direct, afin de garantir que ces systèmes de batterie Sprint Power peuvent être chargés plus rapidement et offrent des performances et une protection accrues. Castrol utilise également ses installations de modélisation et de test de pointe pour s’assurer que les deux systèmes de batterie Sprint Power bénéficient d’une conception finale optimisée capable de gérer les contraintes plus importantes provoquées par la charge ultra-rapide.

Modules de batterie avancés

Les modules de batterie Sprint Power englobent une conception de bloc de cellules modulaire qui peut être adaptée à une gamme d’applications différentes, des voitures de sport aux applications de décollage et d’atterrissage verticaux électriques (eVTOL). 

Le module de batterie hybride a été conditionné pour s’adapter à une application FCEV potentielle, avec une conception optimisée ciblant un rapport puissance/poids de 3 kW/kg, à l’exclusion du convertisseur DC/DC. Le module peut fournir 5 kWh d’énergie utilisable, avec un taux de charge/décharge de pointe de 230 kW (105 kW en continu). Lorsqu’il est adapté à une application potentielle de voiture de sport, cela augmente à 76 kWh d’énergie utilisable, avec un taux de charge/décharge de pointe de 800 kW (700 kW en continu).

Un convertisseur unidirectionnel intégré de 800 V à 14 V CC/CC gère une puissance de sortie maximale de 3,5 kW dans un boîtier compact à haute densité de puissance de 0,8 kW/litre. Comme pour tous les éléments du module de batterie de Sprint Power, le convertisseur CC/CC a été conçu pour être très efficace, avec un rendement maximal de 97 %.

Le module BMS principal de Sprint Power comprend un microcontrôleur de sécurité pour la prise en charge de la cybersécurité, une capacité de diagnostic des pannes et la capacité de prendre en charge les normes de charge CHAdeMO ou CCS. Le système peut fournir une tension de 8 à 16 V et a été testé pour fonctionner à des températures allant de -40 degrés Celsius à 85 degrés Celsius. Un BMS esclave offre un support configurable pour différentes tailles de modules de batterie incorporant entre 5 et 12 cellules.

L’expertise fluide de Castrol

La grande majorité des modules de batterie EV d’aujourd’hui sont gérés thermiquement à l’aide de liquides de refroidissement à base d’eau-glycol logés dans des canaux qui régulent la température des cellules. En comparaison, les modules de batterie développés dans le cadre du projet CELERITAS utilisent le fluide thermique Castrol ON EV, un fluide diélectrique innovant qui circule dans le module et entre en contact direct avec les cellules individuelles de la batterie, augmentant la surface de gestion thermique. Cela permet une charge plus rapide et des améliorations significatives de la gestion thermique dans une gamme de conditions de fonctionnement, à des températures ambiantes élevées et basses, pour une durée de vie plus longue de la batterie.   

En refroidissant directement les cellules individuelles de la batterie, le fluide diélectrique de Castrol aidera également à éviter le risque d' »emballement thermique », où des températures élevées provoquent une défaillance irréversible des cellules individuelles de la batterie en raison d’une surcharge ou d’un court-circuit. L’emballement thermique peut également entraîner une propagation thermique, où la chaleur de la cellule endommagée est transférée par convection et conduction aux cellules adjacentes, un processus qui peut potentiellement conduire à une défaillance catastrophique de l’ensemble du module de batterie. Avec les systèmes de refroidissement direct, les pics de température dans les cellules individuelles sont moins probables et, s’ils se produisent, peuvent être éteints à la source, contrairement aux liquides de refroidissement utilisés dans les systèmes de refroidissement indirect. 

Simulation et tests approfondis

L’expertise étendue de Castrol en matière de modélisation et de simulation a permis aux deux parties de mieux comprendre comment le fluide diélectrique de Castrol circulera dans les modules de batterie. Cela a permis à l’équipe Sprint Power d’optimiser la conception du module de batterie pour améliorer les performances thermiques. Les tests de simulation permettront également à l’équipe de tester l’emballement thermique. 

Des tests de dynamique des fluides optimisés aideront ensuite Castrol à identifier les améliorations potentielles pour les futurs produits ON.

L’installation de test de batterie de haute technologie de Castrol sera utilisée pour tester les prototypes fonctionnels à partir du début de 2023 afin de s’assurer qu’ils offrent les performances, la durabilité et la sécurité requises. L’installation a la capacité de tester des batteries à des températures allant de -40 degrés Celsius à 85 degrés Celsius, et jusqu’à un pic de 1 200 Vcc et 600 kW. (fuelsandlubes 15 septembre 2022)

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