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L’intelligence matériaux pour le développement de batterie

Ansys Granta aide l’aviation électrique à décoller

H55 développe de puissantes batteries pour l’aviation électrique et relève le défi thermique, grâce au choix des matériaux avec Ansys Granta.

De Solar Impulse à l’aviation commerciale électrique

« spin-off » de Solar Impulse, H55 s’est donné comme mission d’apporter les technologies développées pour le projet d’avion solaire à l’aviation commerciale. Ainsi, H55 développe des solutions certifiées de propulsion électrique et de gestion des batteries pour une aviation respectueuse de l’environnement. L’entreprise se concentre sur l'ensemble de la chaîne de propulsion, de la gestion des sources d’énergie aux moteurs électriques, intégrant toutes les interfaces de contrôle et de communication au pilote. Son premier produit est destiné aux avions utilisés pour la formation des pilotes que l’on verra dans les aéro-clubs à partir de 2022.

Développer des batteries puissantes et relever le défi thermique

Pour ses unités de propulsion électrique, H55 a développé son propre système de batteries, modulaire à haute densité énergétique. Afin d’assurer une bonne maîtrise thermique du pack de batteries, il faut que sa température soit aussi uniforme que possible. Il faut donc permettre un transfert de chaleur des batteries entre-elles. Cependant, quelques pièces par million (PPM) de batteries peuvent présenter un défaut de fabrication. Dans le cas où l’une d’entre-elles venait à entrer en emballement thermique, et la chaleur propagée pourrait créer une réaction en chaîne à travers tout le pack de batterie. Afin d’éviter cela, il faut empêcher un transfert de chaleur des batteries entre-elles. Ces deux derniers points sont en contradiction. D’un côté, un bon transfert de chaleur entre les batteries est nécessaire et d’un autre côté, il faudrait isoler thermiquement les batteries les unes des autres.

En quoi Ansys Granta Selector a aidé H55 ?

La recherche de datasheet chez des fournisseurs spécifiques prend beaucoup de temps, et les données peuvent parfois s’avérer incomplètes, alors que Granta Selector est une base de données très vaste offrant une grande ergonomie pour la recherche de matériaux. En quelques clics il est possible d’accéder aux propriétés de tous les matériaux, de les trier, de les classer, que ce soient des matières de grande distribution ou high tech. Tout y est. L’accès à cette base de données constitue un gain de temps considérable, autant en phase de brainstorming qu’en phase de développement.

En outre, CADFEM a lancé le programme Startup Ansys. Ce programme soutient les entreprises innovantes désireuses d’utiliser, dès leur démarrage, les outils de simulation Ansys, tout en préservant leur trésorerie.

Voici la démarche adoptée

Plusieurs filtres ont été combinés pour tenter de déterminer quel matériau serait le plus approprié.

  • Filtre 1 : élimination de tous les matériaux dont la masse volumique est supérieure à une certaine valeur.
  • Filtre 2 : élimination de tous les matériaux qui ne répondent pas à certains critères de flammabilité.
  • Filtre 3 : conservation de tous les matériaux dont la conductivité thermique est supérieure à une certaine valeur.

Les matériaux « candidats » potentiels :

  • Mousse d’aluminium
  • Mousse de SiC
  • Aluminium Honeycomb
  • Graphite
  • CFRP
  • Prepreg de PEEK renforcé par fibres de carbone

Matériaux testés :

  • Mousse d’aluminium

 

Conclusion

La solution la plus prometteuse, la mousse d’aluminium, n’a pas pu être retenue à cause de son coût et la difficulté que représente sa mise en forme. En revanche, ayant pu explorer rapidement et efficacement tous les matériaux grâce à Ansys Granta Selector, à ce stade du projet, nous avions une définition claire du périmètre de solutions existantes et celles envisageables.

Sébastien Demont, Co-Fondateur et CTO de H55 s’exprime sur ce challenge: « Nous étions donc confrontés à un problème où nous devions trouver un matériau, qui puisse à la fois s’insérer entre les batteries et être conducteur de chaleur, mais pas trop. C’est la puissance de la base de données Granta Selctor qui nous y a grandement aidé ! » « Finalement, Ansys Granta nous a permis de passer à l’étape suivante du design de manière confiante. Sans cette solution nous nous serions noyés dans une recherche de solution infinie. »

H55 S.A.
Route Chandoline 25E
1950 Sion
Suisse

Auteur: Sébastien Demont
Directeur technique et cofondateur de H55
Images: © H55

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