Soutenance de Safouene Ouenzerfi (département mécanique)

Les systèmes de gestion thermique des batteries sont essentiels pour les véhicules électriques à hautes performances, où la capacité d’évacuer la chaleur et l’homogénéisation des températures dans les cellules individuelles et les packs sont des considérations clés. Il existe actuellement de nombreux BTMS (Battery Thermal Management System) allant du refroidissement actif par air aux méthodes indirectes à base de circulation externe de liquides. Les systèmes à base de liquide sont généralement capables d’évacuer de plus grandes quantités de chaleur que les systèmes refroidis par air, en raison de leur coefficient de transfert par convection et de leur capacité thermique spécifique élevés.

Cependant, ces performances supplémentaires se font souvent au détriment de la complexité et du poids du système. Une alternative émergente à ces BTMS est l'utilisation du refroidissement par immersion, où les cellules sont directement en contact avec un fluide de travail électriquement isolant. L'avantage de cette approche est que des taux élevés de transfert de chaleur peuvent être atteints grâce au contact direct des cellules avec le fluide d’immersion. L’autre avantage est que ce fluide peut aussi jouer le rôle de retardateur de propagation de flammes si son point d’éclair est assez élevé.

Les propriétés du fluide (notamment la viscosité, la conductivité thermique, la densité, la capacité thermique, l’inflammabilité et la compatibilité avec les matériaux) sont cruciales pour évaluer la solution d’immersion. De même, la circulation du fluide, le débit et le régime d’écoulement sont les paramètres principaux pour optimiser le refroidissement. C’est pour cela que MOTUL, spécialisée dans la conception, l'élaboration et la distribution de lubrifiants pour les moteurs, s’associe avec le laboratoire LAMIH pour étudier et optimiser des solutions de refroidissement par immersion pour les modules de batteries.

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir et de mettre en œuvre un banc d'essai expérimental dédié à l'étude du refroidissement par immersion de modules de batteries. Ce travail vise à développer de nouveaux fluides de refroidissement innovants, optimisés pour cette application spécifique, en considérant de nombreux paramètres influents.

Pour ce faire, une revue exhaustive de la littérature a été effectuée afin d'identifier les différentes techniques de refroidissement adaptées aux batteries et de caractériser les fluides utilisés dans les systèmes d'immersion. Des méthodologies expérimentales et des méthodes de simulation numérique ont été développées pour évaluer le coefficient global de transfert de chaleur, un paramètre clé pour mesurer l'efficacité du système.

Les résultats expérimentaux ont révélé l'influence de plusieurs paramètres importants, tels que le débit du fluide, la puissance dissipée par la batterie, le type de fluide et la configuration géométrique du système. En particulier, l'ajout de déflecteurs triangulaires a été étudié pour comprendre comment ils peuvent intensifier le transfert de chaleur et améliorer l'efficacité du refroidissement.

Des corrélations empiriques ont également été développées pour prédire le coefficient de transfert de chaleur en fonction des nombres de Prandtl et de Reynolds, fournissant ainsi des outils pour la conception et l'optimisation des systèmes de refroidissement par immersion.

• Matthieu Fénot, Professeur à ISAE-ENSMA, Poitiers (Rapporteur)
• Mohammed LACHI, Professeur à l’Université de Reims Champagne Ardenne (Rapporteur)
• Valérie SARTRE, Professeure à l’INSA de Lyon (Examinatrice)
• Souad Harmand, Professeure à l’UPHF-INSA Hauts de France, LAMIH (Directrice de thèse)
• Rodrigo Amorim Dias, Ingénieur R et D en gestion thermique à MOTUL (Encadrant Entreprise)
• Julien Plet, Chef de service R et D à Motul (Encadrant Entreprise)

Immersion, Fluide diélectrique, Gestion thermique