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Les fluides ou liquides diélectriques, de quoi s’agit-il ?

 

On peut parler de liquides diélectriques en désignant par exemple des huiles isolantes ou des liquides isolants. Ces liquides sont le plus souvent issus de composés organiques provenant, à l’origine, de produits naturels comme les huiles végétales ou des dérivés du pétrole.

On peut définir comme diélectrique un milieu qui ne contiendrait pas de charges électriques susceptibles de se déplacer de façon macroscopique. Ce milieu n’est ainsi pas conducteur de courant électrique et peut être défini comme un isolant électrique. On peut citer différents milieux diélectriques tels que : le vide, le verre, le bois sec, de nombreux plastiques, etc.

Actuellement, les huiles minérales occupent près de 95% de ce marché principalement dédié aux transformateurs. Extraites à partir des bruts pétroliers, elles représentent plusieurs millions de tonnes par an. Il existe également une autre famille de fluides, plus récente, issue de procédés chimiques : les hydrofluoroléfines ou hydrofluoroéthers.

Les liquides diélectriques, que l’on peut aussi appeler des fluides diélectriques, sont employés dans de nombreux domaines tels que l’électrotechnique, l’électronique de puissance, ou pour des usages divers : isolation électrique, refroidissement, élimination des décharges partielles, etc. Ils permettent d’envisager de nouveaux procédés et de nouvelles solutions technologiques et ce, notamment dans le domaine du refroidissement de la batterie électrique.

 

Quand les liquides diélectriques font de l’ombre à l’eau glycolée.

 

Longtemps refroidies par air, la majorité des voitures électriques à batteries sont aujourd’hui équipées d’un système de refroidissement par eau glycolée. Ce système de refroidissement, qualifié d’indirect, utilise l’eau-glycolée comme fluide conducteur. Ce fluide est injecté dans une plaque froide métallique qu’il refroidit et qui à son tour refroidit les cellules de la batterie.

Economique, fiable et surtout plus efficace que le refroidissement par air, le système de refroidissement par eau glycolée a toujours été présenté comme la meilleure solution du marché. Le glycol permettant, une fois ajouté à l’eau, d’éviter le risque de prise de glace, cette solution a également permis aux industriels de garantir le fonctionnement du circuit de refroidissement même en cas de basses températures et de gel.

Pourtant, le refroidissement par eau-glycolée présente aussi certaines limites :

  • Mauvaise homogénéité de température entre les cellules.

A l’entrée du circuit de refroidissement, l’eau glycolée y est injectée froide. Néanmoins, tout au long de son parcours, elle se réchauffe et ne permet pas aux cellules présentes à la fin du circuit d’être refroidies à la même température que celles présentes en amont.

  • Une limite de performance thermique.

Séparée par une plaque métallique, l’eau glycolée ne peut assurer un refroidissement optimal entre la cellule et ses connections qui chauffent.

  • Gradient de température

Le refroidissement par eau glycolée implique également un gradient de température important dans la cellule.

En conséquence, ces inconvénients impactent notamment le temps de charge d’une batterie à des valeurs autour de 30 minutes pour 80% de recharge pour les meilleures plaques froides. Ainsi, lorsque l’on sait que la recharge rapide est perçue comme le levier de démocratisation du véhicule électrique et que tous les constructeurs cherchent à se rapprocher de temps de recharge inférieurs à 10 minutes, il semble alors évident que l’eau glycolée ne se présente pas comme une solution d’avenir.

Les cellules immergées dans un liquide diélectriques

Solution plus récente, le refroidissement par immersion est quant à lui un système novateur puisque le fluide est en contact direct avec les cellules. Utilisant les liquides diélectriques pour immerger les cellules de la batterie, ce système est plus

adapté aux besoins des utilisateurs et présente des performances à faire rougir l’eau glycolée.

Rendu possible grâce à l’utilisation des liquides diélectriques, le refroidissement par immersion s’appuie sur les limites de l’eau glycolée et permet de garantir une harmonie de température entre l’ensemble des cellules, une excellente performance thermique et un gradient thermique très limité.

En plongeant la batterie dans un liquide diélectrique, toutes les cellules se retrouvent immergées et refroidies, et ce à une température constante et contrôlée.

 

La température maximum entre les cellules et son homogénéité, facteur de tous les succès.

 

A la clé de cette solution innovante, le refroidissement par immersion ouvre ainsi les portes à la recharge ultra-rapide. Alors qu’il était inenvisageable jusqu’ici de réduire le temps de charge sous peine de réduire significativement la durée de vie des cellules, il est maintenant possible de recharger 80% d’une batterie en 10 minutes.

 

Le liquide diélectrique diminue l'emballement thermique d'une cellule et empêche sa propagation vers les autres cellules

Par ailleurs, au-delà de la recharge, la sécurité est également très nettement améliorée. Garant d’une température constante et optimale, les liquides diélectriques utilisés dans un système de gestion thermique présentent l’avantage de stopper les départs de feu au sein de la batterie et d’éviter la propagation d’emballement thermique d’une cellule aux cellules voisines.

Enfin, alors que les précédentes solutions permettent simplement d’éviter le gel, les meilleurs fluides diélectriques utilisés en refroidissement immersion permettent eux d’envisager un fonctionnement de la batterie dans des conditions extrêmes : par un démarrage plus rapide lors de grands froids (–40 °C) comme un fonctionnement rendu possible par de fortes chaleurs (+50° C).

 

 

Les liquides diélectriques : véritable révolution technologique pour les futurs usagers comme pour les professionnels du secteur.

 

Dans le domaine des batteries électriques, l’emploi des liquides diélectriques a permis d’introduire le procédé de le refroidissement par immersion.

Véritable révolution, les liquides diélectriques optimisent un grand nombre de points : temps de recharge, sécurité, performance, durée de vie, etc.

Alors que les freins à l’achat d’un véhicule électrique sont encore nombreux et majoritairement liés aux contraintes de la batterie, les liquides diélectriques offrent donc de belles perspectives aux usagers : plus vite, plus loin, plus sûr et durable.

Quant aux professionnels du secteur, toujours à la recherche de la solution la plus économique et la plus compacte, les liquides diélectriques permettent aussi de développer des batteries plus petites, plus légères et donc moins onéreuses grâce au refroidissement par immersion.

Ainsi, que ce soit pour l’automobile, les bus, les camions, l’aéronautique, les engins de manutention, les transports en commun, l’utilisation des liquides diélectriques dans le refroidissement par immersion va accélérer la transition des véhicules électriques. Cette solution devrait prendre des parts de marché significatives sur un secteur en pleine croissance.

 


 

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