Une cellule de batterie chauffe lorsqu'elle fonctionne. Elle change aussi de volume au fil des charges, des décharges et du vieillissement. Pour préserver les performances de certaines cellules, dites prismatiques en raison de leur forme rectangulaire, il faut donc à la fois évacuer la chaleur et maintenir une compression mécanique. Habituellement, ces fonctions reposent sur des équipements distincts : une plaque de refroidissement et des plaques de compression maintenues par des tiges ou des sangles.

Dans le cadre du projet Horizon Europe NextBat, les équipes du CEA-Liten ont choisi de les réunir. Leur solution, issue d'un brevet, consiste à immerger les cellules dans une huile diélectrique, c'est-à-dire électriquement isolante, placée sous pression. « L'idée était de combiner la compression mécanique et la gestion thermique en utilisant le fluide diélectrique », explique Lionel De Paoli.

Le module conçu intègre quatorze cellules, pour une capacité énergétique de 3,9 kWh. Le fluide circule entre elles et entre en contact avec l'ensemble de leurs faces. Contrairement à une plaque froide située sous les cellules, cette immersion favorise un refroidissement plus homogène. Elle refroidit également les connexions électriques et les cartes électroniques environnantes. Maintenue à environ un bar au-dessus de la pression atmosphérique, l'huile exerce aussi une compression homogène et contrôlée. Avec un assemblage mécanique classique, la force appliquée augmente lorsque les cellules gonflent. Le système hydraulique permet de mieux maîtriser cette pression malgré leurs variations de volume. Le bénéfice de cette compression sur le vieillissement reste toutefois à quantifier complètement.

Cette approche impose un boîtier étanche, capable de supporter la pression de fonctionnement, mais également celle provoquée par un éventuel emballement thermique. Lors de cette réaction incontrôlée, une cellule peut libérer brutalement de la chaleur et des gaz. Les chercheurs ont étudié ce phénomène sur une cellule immergée dans une enceinte d'essai renforcée. Ces expériences ont alimenté les modèles numériques utilisés pour dimensionner le boîtier et ses quatre évents de sécurité. Ceux-ci doivent s'ouvrir à une pression définie pour évacuer les gaz et préserver l'intégrité du module. L'espacement entre les cellules, ainsi que le fluide, doivent également contribuer à limiter la propagation de l'emballement, un objectif à vérifier expérimentalement.

Si l'ajout d'huile alourdit le module, pour certains usages exigeants, un meilleur refroidissement pourrait permettre de réduire le nombre de modules nécessaires à l'échelle de la batterie. « On peut se permettre de mettre moins de modules dans le véhicule parce que les modules vont vieillir moins vite », précise Sébastien Fiette. Les simulations indiquent ainsi un gain de masse pouvant atteindre 18 % dans certains scénarios, notamment pour un bateau hybride effectuant des rotations toute la journée.
La fabrication de l'enveloppe mécanique est en cours. Les essais sur les modules complets permettront de confronter ces projections aux performances réelles et d'évaluer la sécurité de cette architecture.