Présentation des tests en utilisation extrême et charge rapide des batteries WATTALPS

Cette TechLetter présentera les tests réels d’une batterie WATTALPS équipant une voiture de circuit. Non seulement la puissance délivrée est 2 fois supérieure à ce que peut délivrer une Porsche Taycan, mais cette puissance peut être délivrée tout au long de la décharge de la batterie, même avec une température extérieure à 30°C et ceci avec un simple échangeur à air pour refroidir la batterie Pas besoin de système de climatisation. Le véhicule va enchainer les tours à pleine puissance, alternés les charges rapides !

Présentation du contexte

Le principal objectif est de pouvoir utiliser le véhicule sur le circuit à sa puissance maximale jusqu’à la décharge complète de la batterie, puis d’effectuer une recharge rapide pour ensuite continuer à enchainer les tours de circuit, ceci tout en maintenant la température de la batterie dans sa zone de performance maximale.

La batterie de 55 kWh est déchargée en 8 tours de circuit effectués à une vitesse moyenne de plus de 140 km/h, avec des accélérations régulières à 375 kW suivies de freinages récupératifs à 100 kW, comme illustré dans les figures suivantes.

Vehicle speed

Sportscar speed with WATTALPS batteries

Vehicle power

Sportscar power with WATTALPS batteries

Les différentes étapes du projet

La première phase du projet a commencé en mai 2023 par une pré-étude de faisabilité, qui a permis de comparer les simulations thermiques effectuées en avant-projet avec des tests électrothermiques réalisés sur un module unique. Les tests réalisés en juillet ont montré un comportement thermique excellent, permettant d’augmenter la puissance maximale de la batterie de 350 kW à 375 kW.

La seconde phase du projet a été lancée dès septembre 2023 avec des développements spécifiques pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité de la batterie à ces très forts niveaux de puissance. La boite de jonction notamment a été totalement revue et adaptée pour ce projet. Des développements complémentaires ont été réalisés en collaboration avec notre client, afin d’alléger certains composants de la batterie. Un système de réchauffage spécifique de la batterie a aussi été développé de façon à pouvoir répondre à des environnements nécessitant un fonctionnement par grand froid, jusqu’à -20°C.

La batterie complète avec son système de thermalisation a été livrée pour une première intégration dans le véhicule en février 2024. Des essais sur bancs à pleine puissance ont été réalisés début avril et ont corroboré les approches théoriques. Les essais sur circuit ont eu lieu dans le courant du mois de mai.

Comparaison avec une batterie automobile existante

Le pack batterie WATTALPS utilisé pour cette application est composé de 42 modules, d’une pompe de circulation du fluide diélectrique, d’un système de réchauffage et d’un échangeur de chaleur fluide-air. L’énergie embarquée par la batterie WATTALPS est de 55 kWh, pour une puissance délivrée de 375 kW. Nous n’avons pas trouvé de véhicules électriques présentant les mêmes caractéristiques sur le marché. Nous proposons donc de comparer avec un véhicule de la marque emblématique Porsche, qui possède une batterie de plus grande capacité. Pour une comparaison équitable et compenser les écarts d’énergie embarquée par les batteries, nous utiliserons le ratio énergie/puissance, qui est représentatif des contraintes électrothermiques exercées sur la batterie.

Tableau de comparaison

Batterie Energie Puissance Energie/Puissance
Porsche Taycan 89 kWh 300 kW 3.37
WATTALPS 55 kWh 375 kW 6.82
Ecart -38% +25% +102%

Note : WATTALPS n’a pas eu l’opportunité de tester une Porsche Taycan sur circuit pour étudier la stabilité des performances au fil des tours. Un système de refroidissement moins efficace que WATTALPS entrainerait automatiquement une baisse de performance de la batterie avec l’échauffement de celle-ci.

Résultats

Les essais réalisés sur banc de test ont montré la capacité de la batterie à fournir l’énergie et la puissance nécessaires à la réalisation de 8 tours de circuit, comme initialement prévu.

Battery state of charge

Sportscar SOC variation

Les limitations du banc de test n’ont pas permis de simuler une vitesse d’air suffisante à travers le radiateur de refroidissement (inférieure à la vitesse moyenne du véhicule de 140km/h). Malgré cela, l’augmentation de température est conforme aux attentes, comme indiqué sur la figure ci-dessous, avec une bonne capacité à rafraichir la batterie pendant la charge (phase durant laquelle la vitesse d’air est conforme car régulée par un ventilateur).

Battery temperature

Sportscar battery temperature variation

Les tests sur circuit montrent des fonctionnements bien meilleurs comme le montre la figure ci-dessous, qui illustre une décharge complète à très forte puissance. On note un écart moyen de 2°C sur l’ensemble de la batterie et un maximum à 4°C lorsque de très forts pics de décharge sont réalisés. L’augmentation de température moyenne sur l’ensemble de la décharge est à 2°C, confirmant la meilleure efficacité du refroidissement lorsque le radiateur voit les vitesses d’air réelles (jusqu’à 240 km/h).

Race car battery temperature monitoring

Race car battery temperature monitoring

Note : les raies verticales correspondent à des coupures de transmission du système de mesure

Conclusion

Malgré une température ambiante élevée (>30°C) et des sollicitations extrêmes, le système de refroidissement breveté WATTALPS a permis de maintenir les performances tout au long de la décharge de la batterie, tout en autorisant l’enchainement de séquences de charges rapides, directement après l’utilisation. Même lors d’une charge rapide, notre système de refroidissement innovant permet de refroidir la batterie, grâce à son extrême efficacité.

Une nouvelle fois, WATTALPS apporte la preuve que sa technologie brevetée de refroidissement par immersion directement au niveau des cellules permet l’utilisation de toute la puissance de la batterie, même dans des conditions extrêmes. Les batteries WATTALPS sont particulièrement bien adaptées aux conditions les plus exigeantes du sport automobile ou des engins off-road. Pour toute information sur les produits WATTALPS, vous pouvez remplir le formulaire sur notre site https://www.wattalps.com/ , onglet « CONTACT ».