Une des premières applications considérées pour l'électrification des transports aériens est les petits avions d'entraînement. En effet, ces derniers effectuent généralement de courtes missions autour des mêmes infrastructures et avec peu de chargement utile. Cela facilite la conception et l'opération d'un avion électrique d'entraînement. Le projet iNorth se penche sur l’analyse des différentes composantes d’une batterie lithium-ion appliqué au nouvel avion d’entraînement léger du partenaire industriel CAE en collaboration avec Calogy Solutions.
L'utilisation d'un caloduc plat comme composante clé au coeur d'un système de gestion thermique de batterie est la solution explorée par le biais de ce projet afin de palier les faiblesses de la gestion à l'air typiquement utilisée dans ce genre d'avion. Ces caloducs plats et de grande tailles sont identifiés plus spécifiquement comme étant des Thermal Ground Plane (TGP). La gestion à l'air combinée à un TGP permet entre autres une meilleure uniformité thermique, une faible masse et une grande fiabilité. Cependant, puisque les TGP sont des échangeurs de chaleur faisant partie de la famille des caloducs, leur fonctionnement s'appuie sur un changement de phase liquide-vapeur interne pour atteindre une conductivité thermique supérieure à celle des matériaux qui les composent. Puisqu'ils dépendent des états d'un fluide, leurs propriétés thermiques ne sont pas constantes, à l'inverse des métaux par exemple. Il est donc nécessaire de maîtriser cette variation avant de les utiliser en tant que système de gestion thermique, ou Battery Thermal Managment System (BTMS).
La nouveauté et la complexité des TGP introduisent un besoin pour une modélisation numérique fiable, rapide et modulaire. Cette recherche propose donc une analyse expérimentale des effets de la puissance, de la température de refroidissement et de l'orientation sur les performances du TGP afin de bâtir les fondements de la compréhension et de la modélisation de cette composante du BTMS. À partir des connaissances et de l'ensemble de données obtenues expérimentalement, une procédure pour traiter l'information et générer un modèle de substitution capable d'évoluer au fil du temps a été conçue. Le tout est dans le but de supporter l'estimation des performances thermiques d'un TGP lorsqu'utilisé dans un BTMS d'avion électrique d'entraînement.
Ce mémoire présente donc une boucle complète pour analyser les performances thermiques d'un TGP de façon expérimentale, ainsi que des pistes d'amélioration pour un lecteur désirant réaliser un travail semblable. De plus, il a été démontré que la conductivité thermique est étroitement liée à la température de fonctionnement interne. Une conductivité thermique de plus de dix fois que celle du cuivre a été mesurée sur l'ensemble des tests où le TGP était à l'intérieur de ses limites d'opération. Cette étude a également démontré que les choix d'intégration du TGP au véhicule ainsi que la plage de température de fonctionnement sont des facteurs critiques dans l'étude et le développement d'un BTMS à base de TGP, en particulier pour des applications aérospatiales
