Une équipe de recherche européenne a publié des lignes directrices de conception pour les batteries de véhicules électriques construites autour d’un problème signalé par les services d’incendie américains depuis des années : lorsqu’une batterie endommagée arrive sur les lieux d’un accident ou dans un parc de remorquage, personne sur place ne peut facilement dire ce qu’elle contient ou comment elle se comportera.
Des chercheurs de l’Institut de sécurité des véhicules de l’Université de technologie de Graz, en collaboration avec l’Institut des sciences des systèmes environnementaux de l’Université de Graz et des partenaires industriels, ont publié le 13 août les lignes directrices d’un projet appelé E-Track. L’équipe a comparé trois architectures de blocs-batteries et a constaté que les blocs conçus pour se démonter proprement sont plus sûrs à manipuler après un dommage, moins chers à réparer et plus faciles à recycler. Une limite importante apparaît dès le départ : les lignes directrices ont été développées principalement pour les deux-roues électriques, et les chercheurs affirment que les méthodes et les approches de simulation peuvent être transférées à des catégories de véhicules plus larges telles que les voitures et les camions plutôt que d’avoir été validées sur ces derniers.
Pour les conducteurs des métros à forte adoption comme Los Angeles, San Jose, Seattle et Austin, la conclusion qui compte le plus est économique. Un pack qui doit être remplacé dans son intégralité après des dommages limités est souvent ce qui pousse un véhicule électrique autrement réparable à une perte totale, et ces calculs se répercutent sur les estimations de réparation, les primes d’assurance et les valeurs de revente.
Trois modèles de packs et une question sur les dommages
La conception de base de l’étude reflète une pratique industrielle courante : un boîtier collé avec une pâte thermiquement conductrice gérant la chaleur. Il est efficace à construire, mais l’adhésif signifie que même des dommages limités peuvent forcer le remplacement de l’ensemble du pack.
L’équipe a comparé cela à deux alternatives. On utilise des couvercles de boîtier remplaçables avec des tampons de dissipation thermique au lieu de pâte. L’autre utilise une huile électriquement isolante pour le refroidissement liquide à l’intérieur d’un boîtier vissé avec un joint plutôt que collé. Les deux permettent d’ouvrir, d’inspecter et de réparer le pack au niveau de cellules individuelles.
Markus Fasching, chef de projet au Vehicle Safety Institute, a d’abord présenté l’absence de normes de conception uniformes comme un problème d’intervention d’urgence, car les intervenants arrivant devant une batterie endommagée ne peuvent pas facilement évaluer une structure qu’ils n’ont jamais vue. dit-il.
Les cellules comportent à la fois le coût et le risque
L’argumentaire économique repose sur la place de la valeur. Les cellules représentent environ 75 % de la masse totale d’un pack et constituent le facteur de coût le plus important, ce qui fait de leur sort après une collision le facteur décisif pour l’ensemble du calcul.
L’analyse du cycle de vie du projet a révélé qu’une conception facile à réparer est rentable, d’un point de vue environnemental et économique, une fois qu’environ 8 % des cellules peuvent être réutilisées après un dommage. Il s’agit d’un seuil bas, et c’est le chiffre le plus susceptible d’intéresser les régulateurs et les assureurs. Il s’agit également d’un résultat modélisé plutôt que d’une mesure de flotte, publié sous forme d’analyse du cycle de vie évaluée par des pairs dans la revue .
L’équipe a également développé des méthodes de diagnostic associant spectroscopie d’impédance électrochimique et simulation multiphysique, visant à détecter des dommages internes tels que des micro-courts pouvant conduire à un incendie des jours ou des semaines après l’événement qui les a provoqués. Ce problème de défaillance retardée est précisément ce qui rend le stockage des batteries après un accident difficile pour les opérateurs de remorquage et les chantiers de récupération.
Le projet achevé a été financé par l’Agence autrichienne de promotion de la recherche et réalisé avec des partenaires industriels que l’université n’a pas nommés, et les chercheurs affirment que les entreprises ont exprimé leur intérêt pour des travaux ultérieurs. Les lecteurs devraient évaluer ces liens avec l’industrie comme ils le feraient pour toute recherche en ingénierie appliquée.
Les intervenants américains sont confrontés aux mêmes inconnues structurelles
Rien de tout cela n’est théorique pour les dirigeants des services d’incendie américains. Le National Transportation Safety Board a examiné quatre incendies de véhicules électriques et a publié le rapport de sécurité 20/01 en novembre 2020, identifiant deux problèmes de sécurité fondamentaux : des guides d’intervention d’urgence inadéquats des fabricants et des lacunes dans les normes et la recherche sur les batteries lithium-ion haute tension endommagées lors d’accidents à grande vitesse et de haute gravité.
Le comité a décrit les principaux risques comme un choc électrique dû à l’exposition à des composants à haute tension et un redémarrage provoqué par un emballement thermique, tous deux résultant de l’énergie bloquée laissée dans une batterie endommagée. En janvier 2021, il a publié quatre recommandations de sécurité, poussant les fabricants vers des guides d’intervention qui respectent les normes internationales d’étiquetage et de présentation afin qu’un intervenant puisse identifier la source d’énergie et les points d’arrêt d’un véhicule sans se familiariser au préalable avec ce modèle.
La US Fire Administration maintient des directives et des guides de réponse des fabricants pour les départements. La recommandation a été adressée à 22 fabricants et, en juin 2022, le comité a indiqué que huit avaient mené à bien les actions demandées tandis que douze faisaient des progrès. Les directives autrichiennes ne modifient aucune règle, norme ou code américain. Ils soutiennent qu’une meilleure architecture de pack réduirait le problème à sa source plutôt que de s’appuyer sur la documentation pour compenser.
Terrain pratique pour les chauffeurs, les commerces et les services locaux
Pour les propriétaires, l’étape la plus utile est peu glamour. Recherchez le guide d’intervention d’urgence pour le véhicule spécifique, que les fabricants publient, et gardez l’année modèle et la configuration de la batterie accessibles. Ce document est ce que les intervenants voudront si le véhicule est impliqué dans un accident grave.
Après toute collision impliquant un impact sous la carrosserie, suivez les directives du fabricant et les instructions des intervenants sur place plutôt que de supposer qu’un véhicule qui démarre et roule n’est pas endommagé. Les événements thermiques retardés sont la raison pour laquelle les opérateurs de remorquage et les chantiers de récupération reçoivent des distances de stockage et des instructions de surveillance spécifiques. Les conducteurs ne doivent pas tenter d’inspecter ou d’ouvrir un pack, et ne doivent pas garer un véhicule dont la batterie est suspectée d’être endommagée dans un garage attenant jusqu’à ce qu’un atelier qualifié l’ait évalué.
Les ateliers de réparation et les gestionnaires de flottes municipales ont une question à plus long terme. Si l’architecture des packs réparables devient une norme industrielle ou une exigence réglementaire, la formation des techniciens, l’équipement de diagnostic et l’aménagement des installations nécessaires à l’entretien des cellules plutôt que des packs d’échange deviennent des éléments de planification plutôt que des investissements facultatifs. Les chercheurs présentent leurs résultats comme une base possible pour les futures normes industrielles, et aucun organisme de normalisation ne les a adoptés.
Les services d’incendie locaux, quant à eux, n’attendent pas que la question de conception soit réglée. Ils continueront à réagir aux véhicules construits de la manière dont ils sont construits aujourd’hui, ce qui constitue l’écart pratique que cette recherche tente de combler dans l’autre sens.
Ce que les lecteurs veulent savoir
Qu’ont réellement publié les chercheurs ? Lignes directrices de conception comparant trois architectures de blocs-batteries, ainsi qu’une analyse du cycle de vie et de nouvelles méthodes de diagnostic pour détecter les dommages internes aux cellules. Le travail sur le cycle de vie est paru dans la revue.
Ces directives s’appliquent-elles aux voitures vendues aux États-Unis ? Pas directement. Ils ont été développés principalement pour les deux-roues électriques, et les chercheurs affirment que les méthodes peuvent être transférées aux voitures et aux camions. Aucun organisme de normalisation américain ou européen ne les a adoptés et ils n’ont aucune force réglementaire.
Cela signifie-t-il que les véhicules électriques ne sont pas sûrs ? Non. La recherche porte sur ce qui se passe après qu’une batterie est endommagée et sur la difficulté d’évaluer, de réparer et de recycler ces dommages. Il n’évalue pas la sécurité globale en cas d’accident ni ne compare les taux d’incendie entre les types de véhicules.
Pourquoi une conception réparable permettrait-elle aux propriétaires d’économiser de l’argent ? Parce que les cellules constituent la partie la plus chère du pack. Si une conception permet de réutiliser des cellules intactes, une collision qui endommage un boîtier ne nécessite pas nécessairement un nouveau pack, ce qui rend souvent la réparation d’un véhicule électrique non rentable.
Que doit faire un conducteur après un accident impliquant la batterie ? Suivez les instructions des intervenants sur place et le guide d’intervention d’urgence du fabricant. N’essayez pas d’inspecter le pack et ne garez pas un véhicule dont la batterie est suspectée d’être endommagée dans un garage attenant jusqu’à ce qu’un atelier qualifié l’ait évalué.
Pourquoi les batteries endommagées prennent-elles parfois feu quelques jours plus tard ? Des dommages internes tels qu’un micro-court-circuit peuvent se transformer en emballement thermique bien après l’événement initial. Ce risque différé est la raison pour laquelle les opérateurs de remorquage et les chantiers de récupération reçoivent des conseils spécifiques en matière de stockage et de surveillance.
Que se passe-t-il ensuite ? Les chercheurs affirment que les partenaires industriels ont exprimé leur intérêt pour des projets de suivi sur le diagnostic et la simulation, et décrivent les résultats comme une base possible pour les futures normes industrielles. Toute évolution vers une norme formelle se ferait par l’intermédiaire des organismes de normalisation et des régulateurs, et non par l’étude elle-même.
