EP4045345A1 - Procédé de regulation de la température d'une batterie d'un vehicule automobile - Google Patents

Procédé de regulation de la température d'une batterie d'un vehicule automobile

Info

Publication number
EP4045345A1
EP4045345A1 EP20792470.5A EP20792470A EP4045345A1 EP 4045345 A1 EP4045345 A1 EP 4045345A1 EP 20792470 A EP20792470 A EP 20792470A EP 4045345 A1 EP4045345 A1 EP 4045345A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
transfer composition
battery
equal
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20792470.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Garrait
Laurent Abbas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP4045345A1 publication Critical patent/EP4045345A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for regulating the temperature of a battery of a motor vehicle, as well as to an installation suitable for implementing this method.
  • the batteries of electric or hybrid vehicles give maximum performance under specific conditions of use and especially in a very specific temperature range.
  • Maximum efficiency means high instantaneous available power, high total available capacity, as well as increased battery life.
  • the maximum efficiency of a battery not only allows better performance and range of vehicles but also lower energy consumption of vehicles per km.
  • the temperature of the battery increases and must always be kept at a temperature below 60 ° C, preferably at a temperature below 40 ° C to avoid premature aging, see destruction drums. At temperatures below 15 ° C, the battery charge decreases due to increased internal resistance. Therefore, while operating a vehicle, the temperature of the battery should be kept between about 15 and 40 ° C. Operation of the battery life below 0 ° C damages the battery cells and consequently results in damage to the battery cells. therefore a significant reduction in the life of the battery unit, so that such a condition should be avoided.
  • the heat engine has a circuit for circulating a heat transfer fluid which is used for cooling the engine and also for heating the passenger compartment.
  • the circuit comprises in particular a pump and an air heater in which circulates an air flow which recovers the heat stored by the heat transfer fluid in order to heat the passenger compartment.
  • a cooling system comprises an evaporator, a compressor, a condenser, an expansion valve and a fluid capable of change of state (liquid / gas) commonly referred to as refrigerant or heat transfer fluid.
  • the compressor directly driven by the vehicle engine using a belt and pulley, compresses the refrigerant, delivering it under high pressure and high temperature to the condenser.
  • the condenser thanks to forced ventilation, causes condensation of the gas which arrives in the gaseous state at high pressure and high temperature.
  • the condenser liquefies the gas by lowering the temperature of the air passing through it.
  • the evaporator is a heat exchanger which takes calories from the air which will be blown into the passenger compartment or from the vehicle battery.
  • the regulator makes it possible to regulate the gas inlet flow in the loop via a modification of the passage section depending on the temperature and the pressure at the evaporator.
  • the hot air coming from the outside or the battery of the vehicle cools in contact with the evaporator.
  • the refrigerant traditionally used in automotive air conditioning is 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane (HFC-134a).
  • HFC-134a can contribute negatively to the greenhouse effect. This contribution is quantified by a numerical parameter, the GWP (Global Warming Potential).
  • HFO-1234yf 2,3,3,3-tetrafluoropropene
  • EP 3499634 relates to a thermal management system for a vehicle battery with at least one battery unit.
  • WO 2017/143018 relates to refrigerant systems for conditioning air and / or articles located in a dwelling occupied by humans or other animals.
  • Document DE 202014010264 relates to a vehicle comprising at least a first compression refrigeration device designed to cool an internal space of the vehicle and comprising a circulating refrigerant, characterized in that the refrigerant is a substance from the family of fluoroketones and / or ( hydro) fluoroolefins and / or (hydro) fluorochlorolefins.
  • the invention relates firstly to a method of regulating the temperature of a battery of an electric or hybrid motor vehicle, by means of a system comprising a vapor compression circuit in which circulates a first heat transfer composition. comprising 2,3,3,3-tetrafluoropropene and a secondary circuit in which circulates a second heat transfer composition comprising 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene having a lower ratio of the Z form to the E form or equal to 9, the method comprising:
  • the ratio of form Z to form E of 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropene is less than or equal to 5, preferably less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0 , 5 and more preferably less than or equal to 0.1.
  • the first heat transfer composition comprises one or more heat transfer compounds other than 2,3,3,3-tetrafluoropropene, these compounds preferably being selected from difluoromethane, pentafluoroethane, 1 , 1, 2,2-tetrafluoroethane, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane, 1, 1 -difluoroethane, fluoroethane, 1, 1, 1, 2,3,3,3-heptafluoropropane, 1, 1, 1 -trifluoropropane and mixtures thereof, and more preferably this compound being difluoromethane.
  • these compounds preferably being selected from difluoromethane, pentafluoroethane, 1 , 1, 2,2-tetrafluoroethane, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane, 1, 1 -difluoroethane, fluoroethane, 1, 1, 1, 2,3,3,3-heptafluoropropane, 1, 1, 1 -trifluor
  • 2,3,3,3-tetrafluoropropene is present at a content of about 78.5% by weight in the first composition and difluoromethane is present at a content of about 21.5% by weight. weight in the first composition.
  • the second heat transfer composition consists of 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropene.
  • the second heat transfer composition is at a substantially uniform pressure in the secondary circuit, said pressure preferably being equal to the saturation pressure of the second composition.
  • the battery is maintained at a temperature between a minimum temperature ti and a maximum temperature t2.
  • the minimum temperature ti is greater than or equal to 0 ° C and the maximum temperature t2 is less than or equal to 60 ° C, more preferably the minimum temperature ti is greater than or equal to 15 ° C and the temperature maximum fe is less than or equal to 40 ° C, and more preferably the minimum temperature ti is greater than or equal to 16 ° C and the maximum temperature fe is less than or equal to 28 ° C.
  • the method is implemented during the charging of the vehicle battery, the vehicle battery preferably being fully charged in a period of less than or equal to 30 min, and preferably less than or equal to 15 min. from its total discharge.
  • the second heat transfer composition is in direct contact with the vehicle battery.
  • the invention also relates to an installation for regulating the temperature of a battery of an electric or hybrid motor vehicle, comprising:
  • a vapor compression circuit in which circulates a first heat transfer composition comprising 2,3,3,3-tetrafluoropropene;
  • a secondary circuit in which circulates a second heat transfer composition comprising 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene having a ratio of form Z to form E of less than or equal to 9; the vapor compression circuit being coupled with the secondary circuit by an intermediate heat exchanger, so as to allow the exchange of heat between the first heat transfer composition and the second heat transfer composition; and the installation comprising an additional heat exchanger configured to exchange heat between the battery and the second heat transfer composition.
  • the secondary circuit does not include a compressor.
  • the circulation of the second heat transfer composition in the secondary circuit is effected by means of a pump, or by gravity, or by capillarity.
  • the installation is further suitable for air conditioning the vehicle interior, and / or heating the vehicle interior, and / or cooling electronic components of the vehicle, and / or heating of electronic components of the vehicle.
  • the first heat transfer composition comprises one or more heat transfer compounds other than 2,3,3,3-tetrafluoropropene, these compounds preferably being selected from difluoromethane, pentafluoroethane, 1 , 1, 2,2-tetrafluoroethane, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane, 1, 1 -difluoroethane, fluoroethane, 1, 1, 1, 2,3,3,3-heptafluoropropane, 1, 1, 1 -trifluoropropane and mixtures thereof, and more preferably this compound being difluoromethane.
  • these compounds preferably being selected from difluoromethane, pentafluoroethane, 1 , 1, 2,2-tetrafluoroethane, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane, 1, 1 -difluoroethane, fluoroethane, 1, 1, 1, 2,3,3,3-heptafluoropropane, 1, 1, 1 -trifluor
  • 2,3,3,3-tetrafluoropropene is present at a content of about 78.5% by weight in the first composition and difluoromethane is present at a content of about 21.5% by weight. weight in the first composition.
  • the present invention makes it possible to meet the need expressed above. More particularly, it provides an efficient and secure method of regulating the temperature of a battery of a motor vehicle. If necessary, it makes it possible to limit or reduce the quantity of flammable products in the vehicle or their proximity to the hottest parts of the vehicle.
  • heat transfer compositions one comprising HFO-1234yf and circulating in a vapor compression circuit, and the other comprising HCFO-1233zd having an aspect ratio.
  • Z in the form E less than or equal to 9 and circulating in a secondary circuit, the heat transfer composition in the secondary circuit carrying out the required heat transfers with the vehicle battery.
  • the heat transfer composition in the secondary circuit does not contain flammable heat transfer compound; or this composition is non-flammable.
  • the use of the secondary circuit makes it possible to limit the extent of the vapor compression circuit and to reduce the quantity of FIFO-1234yf used and / or to avoid a proximity of the HFO-1234yf to the hottest parts of the vehicle, especially the vehicle battery, thereby reducing the risk of leakage and fire.
  • the use of a secondary circuit facilitates thermal management of the vehicle. More particularly, and if we take electric cars as an example, many heat sources (battery, electrical and electronic circuit, engine) as well as many heating and / or cooling needs (battery, passenger compartment) exist on different levels of heat. temperatures.
  • the use of a secondary circuit comprising a heat transfer fluid facilitates the thermal management of this equipment compared to other technologies.
  • the efficiency of cooling or heating can be characterized by capacity and coefficient of performance.
  • the temperatures and pressures observed in the circuits are also elements to be taken into account for the evaluation of efficiency and safety. .
  • HCFO-1233zd gas and liquid
  • the use of the secondary circuit also allows a reduction in energy consumption thanks to low pumping power, compared to the use of a single-phase heat transfer fluid.
  • the use of the secondary circuit comprising the second heat transfer composition allows weight reduction of the vehicle, by avoiding the use of solid phase change materials to effect heat exchange.
  • the second heat transfer composition not containing flammable heat transfer compounds, or being at the very least non-flammable can also serve as an extinguishing agent in the event of overheating of the battery of the heater. vehicle.
  • the battery pack is immersed in the second transfer composition and the second transfer composition is dielectric.
  • Figure 1 schematically shows an embodiment of an installation according to the invention.
  • the invention relates to a heat transfer method for temperature regulation, namely for cooling and / for heating a battery of a motor vehicle, implemented by means of a heat transfer installation.
  • the facility contains a first and a second heat transfer composition, each heat transfer composition comprising a heat transfer fluid which includes one or more heat transfer compounds.
  • heat transfer compound is meant a compound capable of absorbing heat (eg by evaporating) and rejecting heat (eg by condensing), in the application considered.
  • HFO-1234yf refers to 2,3,3,3-tetrafluoropropene
  • HCFO-1233zd refers to
  • HFO-1224yd refers to 1 -chloro-2,3,3,3-tetrafluoropropene
  • HFO-1336mzz refers to
  • the motor vehicle is an electric or hybrid vehicle. It comprises at least one electric motor, and where appropriate a heat engine. It thus comprises an electronic circuit and a traction battery, referred to more simply as a battery in the following.
  • the battery comprises at least one electrochemical cell, and preferably a plurality of electrochemical cells.
  • Each electrochemical cell has a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode.
  • Each electrochemical cell can also include a separator, in which the electrolyte is impregnated.
  • the electrochemical cells can be assembled in series and / or in parallel in the battery.
  • negative electrode is meant the electrode which acts as an anode when the battery delivers current (that is to say when it is in the process of discharging) and which acts as a cathode when the battery is discharged. is charging.
  • the negative electrode typically comprises an electrochemically active material, optionally an electronically conductive material, and optionally a binder.
  • positive electrode is meant the electrode which acts as a cathode, when the battery delivers current (that is to say when it is in the process of discharging) and which acts as anode when the battery is discharged. is charging.
  • the positive electrode typically comprises an electrochemically active material, optionally an electronically conductive material, and optionally a binder.
  • electrochemically active material a material capable of reversibly inserting ions.
  • electronically conductive material is understood to mean a material capable of conducting electrons.
  • the negative electrode of the electrochemical cell can in particular comprise, as electrochemically active material, graphite, lithium, a lithium alloy, a lithium titanate of the LLTi50i2 type or titanium oxide PO2, silicon or an alloy of lithium and silicon, tin oxide, an intermetallic compound of lithium, or a mixture thereof.
  • the negative electrode when it comprises lithium, it may be in the form of a metallic lithium film or an alloy comprising lithium.
  • the lithium-based alloys which may be used, mention may be made, for example, of lithium-aluminum alloys, lithium-silica alloys, lithium-tin alloys, Li-Zn, LhBi, LhCd and U3SB.
  • An example of a negative electrode may include a live lithium film prepared by laminating, between rolls, a lithium strip.
  • NCA lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide with a high nickel content
  • NMC532 LiNio, 5Mno, 3Coo, 202
  • NMC622 LiNio, 6Mno, 2Coo, 202
  • NMC811 LiNio, 8Mno, iCoo, i02
  • the oxide material described above can optionally be combined with another oxide such as for example: manganese dioxide (MnC> 2), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium-manganese composite oxides (for example LixMn204 or LixMnC), lithium-nickel composition oxides (for example Li x NiC> 2), lithium-cobalt composition oxides (for example LixCoC> 2), lithium-nickel composite oxides -cobalt (for example LiNii-yCoyC> 2), composite oxides of lithium and transition metal, composite lithium-manganese-nickel oxides of spinel structure (for example Li x Mn2-yNiy04), vanadium oxides, NMC and NCA oxides which do not contain a high nickel content, and mixtures thereof.
  • MnC> 2 manganese dioxide
  • iron oxide iron oxide
  • copper oxide for example LixMn204 or LixMnC
  • lithium-nickel composition oxides for example Li x NiC> 2
  • the NMC or NCA oxide with a high nickel content represents at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, more preferably at least 90% by weight, and more preferably still essentially all, of the oxide material present in the positive electrode as an electrochemically active material.
  • each electrode can also comprise, in addition to the electrochemically active material, an electronically conductive material such as a carbon source, including, for example, carbon black, Ketjen® carbon, Shawinigan carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon fibers (eg, carbon fibers formed in the gas phase or VGCF), non-powdery carbon obtained by carbonization of an organic precursor, or a combination of two or more thereof.
  • a carbon source including, for example, carbon black, Ketjen® carbon, Shawinigan carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon fibers (eg, carbon fibers formed in the gas phase or VGCF), non-powdery carbon obtained by carbonization of an organic precursor, or a combination of two or more thereof.
  • Other additives may also be present in the material of the positive electrode, such as lithium salts or inorganic particles such as ceramic or glass, or other compatible active materials (for example, sulfur).
  • the material of each electrode can also include a binder.
  • binders include linear, branched and / or crosslinked polyether polymeric binders (eg, polymers based on poly (ethylene oxide) (PEO), or poly (propylene oxide) (PPO) or a mixture of the two (or an EO / PO copolymer), and optionally comprising crosslinkable units), water-soluble binders (such as SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrilebutadiene rubber), HNBR ( Hydrogenated NBR), CHR (epichlorohydrin rubber), ACM (acrylate rubber)), or fluoropolymer type binders (such as PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), and combinations thereof.
  • Certain binders, such as those soluble in water may also include an additive such as CMC (carboxymethylcellulose).
  • the separator can be a porous polymer film.
  • the separator can be made of a porous polyolefin film such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers, ethylene / methacrylate copolymers, or multilayer structures of the above polymers.
  • the electrolyte can consist of one or more lithium salts dissolved in a solvent or a mixture of solvents with one or more additives.
  • the lithium salt or the lithium salts can be chosen from LiPFe (lithium hexafluorophosphate), LiFSI (lithium bis (fluorosulfonyl) imide), LiTDI (2-trifluoromethyl-4, Lithium 5-dicyanoimidazolate), LiPOF 2 , ⁇ B ⁇ O, LiF 2 B (C2C> 4) 2, LiBF 4 , LiNOs, UCI04.
  • the solvent (s) can be chosen from the following non-exhaustive list: ethers, esters, ketones, alcohols, nitriles and carbonates.
  • ethers such as, for example, dimethoxyethane (DME), methyl ethers of oligoethylene glycols of 2 to 5 oxyethylene units, dioxolane, dioxane, dibutyl ether, tetrahydrofuran, and their mixtures.
  • DME dimethoxyethane
  • methyl ethers of oligoethylene glycols of 2 to 5 oxyethylene units dioxolane, dioxane, dibutyl ether, tetrahydrofuran, and their mixtures.
  • esters mention may be made of phosphoric acid esters or sulfite esters. Mention may be made, for example, of methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl acetate, butyl acetate, gamma butyrolactone or mixtures thereof.
  • ketones mention may in particular be made of cyclohexanone.
  • alcohols there may be mentioned, for example, ethyl alcohol, isopropyl alcohol.
  • nitriles there may be mentioned, for example, acetonitrile, pyruvonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, dimethylaminopropionitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, pivalonitrile, isovaleronitrile, glutaronitroxy 2aronitrile -methylglutaronitrile, 3-methylglutaronitrile, adiponitrile, malononitrile, and mixtures thereof.
  • cyclic carbonates such as, for example, ethylene carbonate (EC) (CAS: 96-49-1), propylene carbonate (PC) (CAS: 108-32-7) , butylene carbonate (BC) (CAS: 4437-85-8), dimethyl carbonate (DMC) (CAS: 616-38-6), diethyl carbonate (DEC) (CAS: 105-58-8 ), methyl ethyl carbonate (EMC) (CAS: 623-53-0), diphenyl carbonate (CAS 102-09-0), methyl phenyl carbonate (CAS: 13509-27-8), carbonate dipropyl (DPC) (CAS: 623-96-1), methyl propyl carbonate (MPC) (CAS: 1333-41 -1), ethyl propyl carbonate (EPC), vinylene (VC) (CAS: 872-36-6), fluoroethylene carbonate (FEC) (CAS: 114435-02-8
  • EC ethylene carbonate
  • PC propylene
  • the additive (s) can be chosen from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate, 4-vinyl-1, 3-dioxolan-2-one, pyridazine, vinyl pyridazine, quinoline, vinyl quinoline, butadiene, sebaconitrile, alkyldisulfides, fluorotoluene, 1, 4-dimethoxytetrafluorotoluene, t-butylphenol, di-t-butylphenol, tris (pentafluorophenyl) borane, oximes, epoxides aliphatics, halogenated biphenyls, metacrylic acids, allyl ethyl carbonate, vinyl acetate, divinyl adipate, propanesultone, acrylonitrile, 2-vinylpyridine, maleic anhydride, methyl cinnamate, phosphonates, vinyl containing silane compounds, 2-cyan
  • the invention relates to a method of heat transfer, comprising regulating the temperature of the battery of a motor vehicle, in a heat transfer installation.
  • the method according to the invention is thus a method of cooling the battery of a vehicle; or a method of heating this battery; or a cooling and heating process (cooling and heating alternating over time, as needed).
  • the heat transfer installation comprises a vapor compression circuit which contains a first heat transfer composition (or refrigeration circuit) and a secondary circuit containing a second heat transfer composition (or heat transfer circuit).
  • the vapor compression circuit 1 is coupled with the secondary circuit 2.
  • the vapor compression circuit 1 comprises at least a first heat exchanger 3, a expansion valve 4, an intermediate heat exchanger 5 and a compressor 6.
  • the first heat exchanger 3 is preferably of the air / refrigerant type, and it allows heat exchange with an energy source such as air from the air. environment.
  • the secondary circuit 2 comprises at least one additional heat exchanger 7.
  • energy source is meant a solid and / or liquid and / or gaseous body which can absorb or give up calories as required.
  • energy sources are exterior air, cabin air, battery and vehicle electronics.
  • heat is transferred from the coil to the additional heat exchanger 7.
  • this heat transfer causes the evaporation of the second heat transfer composition which circulates in the circuit. secondary 2.
  • the second heat transfer composition remains in the liquid state during this heat transfer.
  • the second heat transfer composition then goes into the intermediate heat exchanger 5, which can act as the condenser for the secondary circuit 2. Alternatively, the second heat transfer composition remains in the liquid state during heat transfer at the intermediate heat exchanger 5.
  • the first heat transfer composition is compressed by the compressor 6, it passes through the first heat exchanger 3 acting as a condenser (i.e. transfers calories to a source like the outside air), then the expansion valve 4 where it is expanded, then the intermediate heat exchanger 5 acting as an evaporator for the vapor compression circuit 1.
  • the intermediate heat exchanger 5 heat is transferred from the second heat transfer composition to the first heat transfer composition, optionally causing the condensation of the second heat transfer composition and the evaporation of the first heat transfer composition.
  • the first heat transfer composition then goes again to the compressor 6, while the second heat transfer composition goes to the additional heat exchanger 7, and allows the cooling of the battery.
  • the installation according to the invention is also suitable for heating the battery, in particular when the outside temperature is low, for example less than 10 ° C, or at 5 ° C, or at 0 ° C, or at -5 ° C, or at -10 ° C, or at -15 ° C, or at -20 ?, or at -25 ° C, or at -30 ° C, or at -35 ° C.
  • the invention also covers a method of heating the battery by means of the installation. Battery heating can alternate with battery cooling over time as required.
  • the second heat transfer composition then goes into the intermediate heat exchanger 5, which can act as an evaporator for the secondary circuit 2. Alternatively, the second heat transfer composition remains in the liquid state. during heat transfer at the intermediate heat exchanger 5.
  • the first heat transfer composition is expanded in the expansion valve 4, it passes through the first heat exchanger 3 acting as an evaporator (i.e. absorbs calories from a source like the outside air), then the compressor 6 where it is compressed, then the intermediate heat exchanger 5 playing the role of condenser for the vapor compression circuit 1.
  • the intermediate heat exchanger 5 heat is transferred from the first heat transfer composition to the second heat transfer composition, causing the condensation of the first heat transfer composition and optionally the evaporation of the second heat transfer composition.
  • the first heat transfer composition then goes again to the expansion valve 4, while the second heat transfer composition goes to the additional heat exchanger 7, and allows the heating of the battery.
  • the installation according to the invention is suitable for performing one or more phases of cooling the battery alternating with one or more phases of heating the battery.
  • the installation according to the invention is also suitable for cooling (air conditioning) the passenger compartment of the vehicle and / or the electronic components of the vehicle.
  • An interchange of heat dedicated to the heat exchange with the air in the passenger compartment and / or a heat exchanger dedicated to the heat exchange with the electronic compounds, is then present.
  • the installation according to the invention is also suitable for heating the passenger compartment of the vehicle and / or the electronic components of the vehicle.
  • a heat exchanger dedicated to the exchange of heat with the air in the passenger compartment and / or a heat exchanger dedicated to the exchange of heat with the electronic components, is then present.
  • the same heat exchanger can perform the function of the intermediate exchanger 5 described above, depending on the mode of operation.
  • the same heat exchanger can perform the function of the first heat exchanger 3, depending on the mode of operation.
  • Additional exchangers can also be added to ensure the different operating modes.
  • a set of pipes and valves can be used to ensure the change of operating mode for each exchanger.
  • the vapor compression circuit 1 is reversible and may further include means for reversing its operation.
  • the means for reversing the operation of the reversible vapor compression circuit 1 are means for reversing the operation of the vapor compression circuit 1 between a configuration in refrigeration mode and a configuration in heat pump mode.
  • the aforementioned inversion means may be means for modifying the path of the first heat transfer composition in the reversible vapor compression circuit 1, or means for reversing the direction of circulation of the first heat transfer composition. in said circuit 1.
  • the aforementioned reversing means may be a four-way valve, a reversing valve, a shut-off valve, a pressure regulator, or combinations thereof.
  • a heat exchanger when reversing the mode of operation of the vapor compression circuit 1, the role of a heat exchanger can be changed: for example, a heat exchanger can play the role of a condenser in a refrigeration mode or the role of an evaporator in a heat pump mode or vice versa.
  • the role of a heat exchanger can remain the same.
  • the heat exchanger being simply connected to other energy sources, through valves, can absorb or transfer calories depending on its function in the vapor compression circuit 1.
  • the first heat transfer composition can flow through vapor compression circuit 1 in a one way direction.
  • the first heat transfer composition can flow through the vapor compression circuit 1 in both directions, that is, a first direction and an opposite direction.
  • the reversible vapor compression circuit 1 can typically contain pipes, pipes, hoses, tank or others, in which the first heat transfer composition circulates, between the various exchangers, regulators, valves, etc.
  • the first heat exchanger 3 can play the role of evaporator or energy recovery (condenser). The same is true for the intermediate heat exchanger 5.
  • thermoelectric heat exchanger in the vapor compression circuit 1, and in particular cocurrent heat exchangers or, preferably, countercurrent heat exchangers.
  • the invention provides a counter-current heat exchanger, either to the first heat exchanger 3, or to the intermediate heat exchanger 5.
  • the heat transfer compositions described in present application are particularly effective with countercurrent heat exchangers.
  • both the first heat exchanger 3 and the intermediate heat exchanger 5 are countercurrent heat exchangers.
  • counter-current heat exchanger a heat exchanger in which heat is exchanged between a first fluid and a second fluid, the first fluid at the inlet of the exchanger exchanging. heat with the second fluid at the outlet of the exchanger, and the first fluid at the outlet of the exchanger exchanging heat with the second fluid at the inlet of the exchanger.
  • countercurrent heat exchangers include devices in which the flow of the first fluid and the flow of the second fluid are in opposite, or nearly opposite, directions. Exchangers operating in cross-current mode with a counter-current tendency are also included among the counter-current heat exchangers within the meaning of the present application.
  • the compressor 6 can be hermetic, semi-hermetic or open.
  • Hermetic compressors include a motor part and a compression part which are confined in a non-removable hermetic enclosure.
  • Semi-hermetic compressors include a motor part and a compression part which are directly assembled against each other. The coupling between the engine part and the compression part is accessible by separating the two parts by disassembly.
  • Open compressors have an engine part and a compression part which are separate. They can operate by belt drive or by direct coupling.
  • a compressor it is possible to use in particular a dynamic compressor, or a positive displacement compressor.
  • Dynamic compressors include axial compressors and centrifugal compressors, which can be single or multi-stage. Mini centrifugal compressors can also be used.
  • Positive displacement compressors include rotary compressors and reciprocating compressors.
  • Reciprocating compressors include diaphragm compressors and reciprocating compressors.
  • Rotary compressors include screw compressors, rotary lobe compressors, scroll (or scroll) compressors, liquid ring compressors, and vane compressors.
  • the screw compressors can preferably be twin-screw or single-screw.
  • the compressor 6 can be driven by an electric motor or by a gas turbine (for example powered by the exhaust gases of the vehicle) or by gearing.
  • the compressor 6 may include a device for injecting vapor or liquid. Injection consists of introducing refrigerant in the liquid or vapor state into the compressor at an intermediate level between the start and the end of compression.
  • the secondary circuit 2 comprises at least one additional heat exchanger 7.
  • Each additional heat exchanger 7 can be an exchanger of the fluid / solid type, or of the fluid / fluid type, or of the fluid / air type (for heating or cooling the air, for example the air in the passenger compartment).
  • the additional heat exchanger (s) 7 can be cocurrent heat exchangers or, preferably, countercurrent heat exchangers.
  • At least one additional heat exchanger 7 can be configured to cool the battery.
  • the same additional heat exchanger 7 or other additional heat exchangers 7 can be configured to heat the coil (although it is preferred that a same additional heat exchanger 7 can both cool and heat the coil), or to cool and / or heat the passenger compartment and / or the electronic components of the vehicle.
  • the second heat transfer composition is in direct contact with the vehicle battery.
  • the vehicle battery is immersed in the second heat transfer composition.
  • the corresponding additional heat exchanger 7 is limited to an enclosure containing all or part of the battery, the second heat transfer composition being contained in the enclosure and in contact with the external wall of the battery.
  • the second heat transfer composition has a boiling pressure of less than 2 bar at a temperature of 30 ° C. If the boiling pressure of the second heat transfer composition is not low enough, direct contact requires a great deal of effort in the design of the battery housing to withstand the pressure. In this case, the pressure stress is managed more easily by using an additional heat exchanger 7 in the form for example of cooling plates.
  • the secondary circuit 2 does not include a compressor. In other words, the secondary circuit 2 is not a vapor compression circuit.
  • the second heat transfer composition is at a substantially uniform pressure in the secondary circuit, said pressure being equal to the saturation pressure of the second heat transfer composition at the temperature of the second transfer composition. heat. A small deviation is possible in the event of a pressure drop.
  • the temperature of the second heat transfer composition is preferably uniform in the secondary circuit.
  • the second heat transfer composition remains at a constant temperature during the process.
  • saturation pressure is meant the pressure at which a gas phase of a composition is in equilibrium with a liquid phase at a given temperature in a closed system.
  • the secondary circuit 2 can comprise one or more valves, in particular when it comprises several additional heat exchangers 7, in order to direct the second heat transfer composition towards one or more specific additional heat exchangers 7. ; and / or in order to allow the direction of circulation of the second heat transfer composition to be changed in all or part of the secondary circuit 2.
  • the second heat transfer composition can circulate in all or part of the secondary circuit 2 in a single direction.
  • the second heat transfer composition can circulate in all or part of the secondary circuit 2 in both directions, that is to say a first direction and an opposite direction.
  • the circulation of the second heat transfer composition in the secondary circuit 2 of the intermediate heat exchanger 5 to the additional heat exchanger (s) 7, and / or to the additional heat exchanger (s) 7 towards the intermediate heat exchanger 5 can be carried out by means of a pump, or by gravity, or by capillarity.
  • the vapor compression circuit 1 can be coupled with the secondary circuit 2 by the intermediate heat exchanger 5.
  • the intermediate heat exchanger 5 can be crossed by both the first heat transfer composition and the second heat transfer composition.
  • the intermediate heat exchanger 5 can evaporate the first heat transfer composition (and optionally condense the second heat transfer composition), and the additional heat exchanger 7 is configured to transfer heat. heat from the battery to the second heat transfer composition.
  • the intermediate heat exchanger 5 can condense the first heat transfer composition (and optionally evaporate the second heat transfer composition), and the additional heat exchanger 7 is configured to transfer heat. heat from the second heat transfer composition to the battery (optionally by condensing the second heat transfer composition).
  • the second heat transfer composition is in the liquid state throughout the secondary circuit 2.
  • the temperature of the second heat transfer composition is changed when passing through the additional heat exchanger 7 and through the intermediate heat exchanger 5. This is in particular the preferred option when the coil is immersed in the second heat transfer composition.
  • each evaporation and each condensation can be total or partial.
  • Evaporation can thus consist of starting from the liquid state to go to the vapor state; or from the liquid / vapor two-phase state to the vapor state; or from the liquid state to the two-phase liquid / vapor state; or from a liquid / vapor two-phase state to another liquid / vapor two-phase state.
  • a condensation can thus consist of starting from the vapor state to go to the liquid state; or from the vapor state to the liquid / vapor two-phase state; or from the liquid / vapor two-phase state to the liquid state; or from a liquid / vapor two-phase state to another liquid / vapor two-phase state.
  • Evaporation and condensation can take place at constant temperature, or at variable temperature in the case of non-azeotropic mixtures of heat transfer compounds.
  • a composition (the first heat transfer composition or the second heat transfer composition) is at a lower temperature than the other; preferably, the temperature differential is less than 12 ° C, more preferably less than 8 ° C, and more preferably less than 5 ° C.
  • the median temperature between the inlet and the outlet of the temperature is taken as a reference. 'intermediate heat exchanger.
  • the cooling and / or the heating make it possible to maintain the temperature of the battery within an optimum temperature range, in particular when the vehicle is in operation (engine on), and in particular when the vehicle is moving.
  • the temperature of the vehicle battery is thus maintained between a minimum temperature ti and a maximum temperature t2.
  • the minimum temperature ti is greater than or equal to 0 ° C and the maximum temperature t2 is less than or equal to 60 ° C, preferably the minimum temperature ti is greater than or equal to 15 ° C and the maximum temperature fe is less than or equal to 40 ° C, and more preferably the minimum temperature ti is greater than or equal to 16 ° C and the maximum temperature fe is less than or equal to 28 ° C.
  • the outside temperature while maintaining the temperature of the battery between the minimum temperature ti and the maximum temperature t2 is greater than or equal to 20 ° C, preferably greater than or equal to 30 ° C, more preferably greater than or equal to 35 ° C, more preferably greater than or equal to 40 ° C.
  • the outside temperature during the period of maintaining the temperature of the vehicle battery between the minimum temperature ti and the maximum temperature t2 may in particular be from -35 to -30 ° C; from -30 to -25 ⁇ ; from -25 to -20 ° C; or from -20 to -15 ° C; or from -15 to -0 ° C; or from -10 to -5 ° C; or from -5 to 0 ° C; or from 0 to 5 ° C; or from 5 to 10 ° C; or d 10 to 15 ° C; or from 15 to 20 ° C; or from 20 to 25 ° C; or from 25 to 30 ° C; or 3 (at 35 ° C; or 35 to 40 ° C; or 40 to 45 ° C; or 45 to 50 ° C.
  • exit temperature means the ambient temperature outside the vehicle before and while the temperature of the vehicle battery is maintained between the minimum temperature ti and the maximum temperature t2.
  • battery temperature generally means the temperature of an exterior wall of one or more of the electrical energy storage elements.
  • the temperature of the battery can be measured using a temperature sensor. If several temperature sensors are present at the battery level, the battery temperature can be considered as being the average of the different measured temperatures.
  • the installation and method of the present invention allow the vehicle battery to be cooled and / or heated (and preferably cooled) and maintained within an optimum temperature range (as detailed below). above) when charging the battery.
  • the battery charge can be fast charging.
  • the method according to the invention allows to keep the battery temperature within an optimum temperature range. This has an advantage since during rapid charging the battery tends to heat up quickly and reach high temperatures which can influence its operation and performance.
  • the second heat transfer composition is maintained at a temperature between 10 and 40 ° C, preferably between 20 and 30 ° C, throughout the secondary circuit 2.
  • the invention uses a first heat transfer composition and a second heat transfer composition, each heat transfer composition comprising a heat transfer fluid optionally associated with lubricants and / or additives.
  • the heat transfer fluid can include one or more heat transfer compounds.
  • the first heat transfer composition is present and circulates in the vapor compression circuit.
  • the heat transfer fluid of the first heat transfer composition comprises HFO-1234yf.
  • this heat transfer fluid comprises at least 50% HFO-1234yf, or at least 60% HFO-1234yf, or at least 70% HFO-1234yf, or at least 80% HFO-1234yf, or at least 90% FIFO-1234yf, or at least 95% FIFO-1234yf, by weight.
  • this heat transfer fluid consists essentially, or even consists, of HFO-1234yf.
  • this heat transfer fluid also comprises one or more other heat transfer compounds, such as hydrofluorocarbons and / or hydrofluoroolefins and / or hydrocarbons and / or hydrochlorofluoroolefins and / or CO2.
  • other heat transfer compounds such as hydrofluorocarbons and / or hydrofluoroolefins and / or hydrocarbons and / or hydrochlorofluoroolefins and / or CO2.
  • hydrofluorocarbons mention may in particular be made of difluoromethane (HFC-32), pentafluoroethane (HFC-125), 1, 1, 2,2-tetrafluoroethane (HFC-134), 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane (FIFC-134a), 1, 1 -difluoroethane (FIFC-152a), fluoroethane (HFC-161), 1, 1, 1, 2,3,3,3-heptafluoropropane (FIFC-227ea), 1 , 1, 1 -trifluoropropane (FIFC-263fb) and mixtures thereof.
  • HFC-32 difluoromethane
  • HFC-125 pentafluoroethane
  • HFC-134 1, 1, 2,2-tetrafluoroethane
  • FIFC-134a 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane
  • FIFC-152a 1, 1 -difluoroethane
  • hydrofluoroolefins mention may in particular be made of 1, 3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze), in the oois and / or trans form, and preferably in the trans form; and trifluoroethylene (HFO-1123).
  • HFO-1234ze 1, 3,3,3-tetrafluoropropene
  • HFO-1123 trifluoroethylene
  • hydrochlorofluoroolefins mention may in particular be made of 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (HCFO-1233zd), in Z and / or E form, and preferably in E form.
  • HCFO-1233zd 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene
  • the heat transfer fluid of the first heat transfer composition comprises HFO-1234yf and HFC-32.
  • the heat transfer fluid is a binary composition of HFO-1234yf and HFC-32 (i.e., it consists, or consists essentially of HFO-1234yf and HFC-32) .
  • HFO-1234yf can have a content of 60-90% by weight, and HFC-32 can have a content of 40-10% by weight, preferably HFO-1234yf can have a content of 70-80%. by weight, and the HFC-32 may have a content of 20 to 30% by weight, and more preferably the HFO-1234yf may have a content of 75 to 80% by weight, and the HFC-32 may have a content of 20 to 25% by weight.
  • HFO-1234yf is present at about 78.5 wt% and HFC-32 is present at about 21.5 wt%. The percentages by weight are given based on the heat transfer fluid of the first heat transfer composition.
  • the additives which may be present in the first heat transfer composition of the invention may in particular be chosen from nanoparticles, stabilizers, surfactants, tracers, fluorescent agents, odorants and solubilizers.
  • the total amount of additives does not exceed 5% by weight, in particular 4%, in particular 3% and very particularly 2% by weight or even 1% by weight of the first heat transfer composition.
  • the HFO-1234yf contains impurities. When they are present, they may represent less than 1%, preferably less than 0.5%, preferably less than 0.1%, preferably less than 0.05% and preferably less than 0.01% ( by weight) relative to HFO-1234yf.
  • the heat transfer fluid of the first heat transfer composition may optionally include HFO-1243zf (3,3,3-trifluoropropene) and / or 3,3,3-trifluoropropyne.
  • the content of HFO-1243zf in the heat transfer fluid can be less than or equal to 10,000 ppm, or 5,000 ppm, or 1,000 ppm, or 500 ppm, or 100 ppm, or 50 ppm.
  • the content of HFO-1243zf in the heat transfer fluid can be: 0 to 1 ppm, or 1 to 10 ppm, or 10 to 50 ppm, or 50 to 100 ppm, or from 100 to 500 ppm, or from 500 to 1000 ppm, or from 1000 to 5000 ppm, or from 5000 to 10,000 ppm.
  • the content of 3,3,3-trifluoropropyne in the heat transfer fluid may be less than or equal to 10,000 ppm, or 5,000 ppm, or 1,000 ppm, or 500 ppm, or 100 ppm, or 50 ppm .
  • the content of 3,3,3-trifluoropropyne in the heat transfer fluid can be: from 0 to 1 ppm, or from 1 to 10 ppm, or from 10 to 50 ppm, or from 50 to 100 ppm, or 100 to 500 ppm, or 500 to 1000 ppm, or 1000 to 5000 ppm, or 5000 to 10,000 ppm.
  • One or more lubricants may be present in the first heat transfer composition. These lubricants can be chosen from esters of polyols (POE), polyalkylene glycols (PAG), or polyvinyl ethers (PVE).
  • POE polyols
  • PAG polyalkylene glycols
  • PVE polyvinyl ethers
  • the lubricants can represent from 1 to 50%, preferably from 2 to 40% and more preferably from 5 to 30% (by weight) of the first heat transfer composition.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition comprises one or more heat transfer compounds. heat having a boiling point of 0 to 40 ° C, preferably 5 to 35 ° C and more preferably 8 to 34 ° C.
  • boiling point of a compound is meant the temperature at which the compound boils under a pressure of 1 bar.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition has a boiling point of 0 to 40 ° C, preferably 5 to 35 ° C, and more preferably 8 to 34 ° C. .
  • the boiling temperature of the mixture corresponds to the average between the starting boiling temperature and the end boiling temperature at a pressure of 1 bar.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition comprises HCFO-1233zd.
  • this heat transfer fluid comprises at least 50% HCFO-1233zd, or at least 60% HCFO-1233zd, or at least 70% FICFO-1233zd, or at least 80% HCFO-
  • this heat transfer fluid consists essentially of, if not consists of, HCFO-1233zd.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition comprises HCFO-1233zd having a molar ratio of Z form to E form of HCFO-1233zd of 9 or less.
  • this ratio may be less than or equal to 5, preferably less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.5 and more preferably less than or equal to 0.1.
  • this ratio can be 0.01 to 0.1; or from 0.1 to 0.5; or from 0.5 to 1; or from 1 to 2; or from 2 to 3; or from 3 to 4; or from 4 to 5; or from 5 to 6; or from 6 to 7; or from 7 to 8; or from 8 to 9.
  • the HCFO-1233zd comprises more than 90 mol.% Of the form E, preferably more than 92 mol.% Of the form E, preferably more than 94 mol.% Of the form E, preferably more than 96 mol. .% of Form E, preferably greater than 98 mol.% of Form E, and more preferably greater than 99 mol% of Form E. In some preferred embodiments, it is substantially all, or entirely, in the form of E.
  • E / Z molar ratio less than or equal to 9; preferably less than or equal to 5, or less than or equal to 1, or less than or equal to 0.5, or less than or equal to 0.1 ; for example, this ratio may be 0.01 to 0.1; or 0.1 to 0.5; or 0.5 to 1; or 1 to 2; or 2 to 3; or 3 to 4; or from 4 to 5; or from 5 to 6; or from 6 to 7; or from 7 to 8; or from 8 to 9).
  • the HCFO-1233zd may comprise more than 90 mol.% Of the Z form, preferably more than 92 mol.% Of the Z form, preferably more than 94 mol.% Of the Z form, preferably more than 96 mol. .% of form Z, preferably greater than 98 mol.% of form Z, and more preferably greater than 99 mol.% of form Z. In some preferred embodiments, it is substantially all, or entirely, in Z form.
  • the second heat transfer composition can also comprise one or more heat transfer compounds having a boiling point of 0 to 40 ° C, which can be selected from hydrochlorofluoroolefins, hydrofluoroolefins, and combinations. of these.
  • the hydrochlorofluoroolefin can be, for example, 1 -chloro-2,3,3,3-tetrafluoropropene (FICFO-1224yd).
  • FICFO-1224yd can be in E and / or Z form.
  • the FICFO-1224yd comprises more than 50 mol.% Of the Z form, preferably more than 60 mol.% Of the Z form, preferably more than 70 mol.% Of the Z form, preferably more than 80 mol. .% of form Z, preferably more than 85 mol.% of form Z, preferably more than 90 mol.% of form Z, preferably more than 95 mol.% of form Z, preferably more than 98 mole% of the Z form and more preferably more than 99 mole% of the Z form.
  • it is entirely in the Z form.
  • the hydrofluoroolefin can be 1, 1, 1, 4,4,4-hexafluorobut-2-ene (HFO-1336mzz) in E and / or Z form.
  • the HFO-1336mzz can thus comprise more than 50 mol.% Of the Z form, preferably more than 60 mol.% Of the Z form, preferably more than 70 mol.% Of the Z form, preferably more than 80 mol. .% of form Z, preferably more than 85 mol.% of form Z, preferably more than 90 mol.% of form Z, preferably more than 95 mol.% of form Z, preferably more than 98 mol% of the Z form and more preferably more than 99 mol% of the Z form. It can be entirely in the Z form.
  • the HFO-1336mzz may comprise more than 50 mol.% Of the form E, preferably more than 60 mol.% Of the form E, preferably more than 70 mol.% Of the form E, preferably more than 80 mol% of form E, preferably more than 85 mol% of form E, preferably more than 90 mol% of form E, preferably more than 95 mol% of form E, preferably more of 98 mole% of form E and more preferably more than 99 mole% of form E. It can be entirely in E form.
  • the heat transfer compounds used in the second composition of heat transfer have a latent heat of evaporation at 20 ° C greater than 100 kJ / kg, preferably greater than 110 kJ / kg, more preferably greater than 120 kJ / kg, more preferably greater than 130 kJ / kg, still more preferably greater than 140 kJ / kg, still more preferably greater than 150 kJ / kg, and still more preferably greater than 160 kJ / kg.
  • the latent heat values of the heat transfer compounds which can be used in the second composition as the heat transfer fluid are shown in the table below for a temperature of 20 ° C. The highest latent heat is observed for HCFO-1233zd (E).
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition comprises a single heat transfer compound, i.e., HCFO-1233zd.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition can be a binary mixture of heat transfer compounds. In some embodiments, the heat transfer fluid of the second heat transfer composition can be a ternary mixture of heat transfer compounds.
  • the second heat transfer composition is present and circulates in the secondary circuit.
  • the second heat transfer composition does not undergo compression or expansion.
  • the second heat transfer composition comprises at least 50% heat transfer fluid, or at least 60% heat transfer fluid, or at least 70% heat transfer fluid, or at least 80% heat transfer fluid, or at least 90% heat transfer fluid, or at least 95% heat transfer fluid, by weight.
  • the heat transfer fluid of the second heat transfer composition consists essentially of, or even consists of, heat transfer compounds.
  • the additives which may be present in the second heat transfer composition of the invention are the same as those described above in connection with the first heat transfer composition, the same concentration ranges applying.
  • the second heat transfer composition may comprise a C3 and C6 alkene stabilizer, in particular a butene or a pentene.
  • Example 1 method of calculating the properties of heat transfer fluids in the various configurations envisaged
  • the RK-Soave equation is used for the calculation of densities, enthalpies, entropies and liquid vapor equilibrium data of mixtures.
  • the use of this equation requires knowledge of the properties of the pure substances used in the mixtures in question and also the interaction coefficients for each binary.
  • the data available for each pure substance are: the boiling temperature, the critical temperature and the critical pressure, the pressure curve as a function of the temperature from the boiling point to the critical point, the densities of saturated liquid and saturated steam as a function of temperature.
  • Data on HFC-32 and HFO-1234yf as well are available under Refrop (software developed by NIST for calculating the properties of refrigerants).
  • the RK-Soave equation uses binary interaction coefficients to represent the behavior of mixed products. Liquid vapor equilibrium data for the HFC-32 / HFO-1234yf binary is available under Refprop.
  • Example 2 cooling performance
  • the data from Example 1 are used to simulate the behavior of the transfer compositions according to the invention in the case of battery cooling
  • the system operates with 0 ° C superheating and 5 ° C under cooling (primary circuit).
  • the coefficient of performance is defined as being the useful power supplied by the system over the power supplied or consumed by the system.
  • the system operates with a refrigerant entering temperature at the evaporator of 16 ° C and a refrigerant condensing start temperature at the condenser of 50 ° C.
  • compositions are given in the table below and expressed in relative to the performances of the couple HFC-134a / HCFO-1233zd
  • Example 3 heating performance
  • the data of Example 1 are used to simulate the behavior of the transfer compositions according to the invention in the case of heating the battery.
  • the system considered is that of FIG. 1.
  • the system operates with 5 ° C superheating and 0 ° C subcooling (primary circuit).
  • the coefficient of performance is defined as being the useful power supplied by the system over the power supplied or consumed by the system
  • the system operates with a refrigerant entering temperature at the evaporator of -10 ° C and a temperature at the start of condensation of the refrigerant at the condenser of 26 ° C.
  • compositions are given in the table below and expressed in relative to the performances of the HFC-134a / HCFO-1233zd pair.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation de la température d'une batterie d'un véhicule automobile électrique ou hybride, au moyen d'un système comprenant un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène et un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9, le procédé comprenant : – l'échange de chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur; – l'échange de chaleur entre la deuxième composition de transfert de chaleur et la première composition de transfert de chaleur. L'invention concerne aussi une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé.

Description

DESCRIPTION
PROCÉDÉ DE REGULATION DE LA TEMPÉRATURE D'UNE BATTERIE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE
Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile, ainsi qu’une installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé.
Arrière-Plan technique
Les batteries des véhicules électriques ou hybrides donnent un rendement maximal dans des conditions d’utilisation spécifiques et surtout dans une plage de température bien spécifique. Un rendement maximal signifie une puissance instantanée disponible élevée, une capacité totale disponible élevée, ainsi qu’une augmentation de la durée de vie de la batterie. Ainsi, le rendement maximal d’une batterie permet non seulement une meilleure performance et autonomie des véhicules mais aussi une moindre consommation énergétique des véhicules par km. De plus, lors du fonctionnement du véhicule électrique ou hybride, la température de la batterie augmente et doit toujours être maintenue à une température inférieure à 60 °C, de préférence à une température inférieure à 40 ° C pour éviter un vieillissement prématuré, voirela destruction de la batterie. À des températures inférieures à 15°C, la charge delà batterie diminue en raison de l'augmentation de la résistance interne. Par conséquent, pendant le fonctionnement d'un véhicule, la température de la batterie doit être maintenue entre environ 15 et 40° C. Le fonctionnement de l'urité de batterie en dessous de 0°C endommage les cellules de la batterie et entaîne par conséquent une réduction significative de la durée de vie de l'unité de batterie, de sorte qu'une telle condition doit être évitée.
Dans les véhicules automobiles, le moteur thermique comporte un circuit de circulation d’un fluide caloporteur qui est utilisé pour le refroidissement du moteur et également pour le chauffage de l’habitacle. A cet effet, le circuit comprend notamment une pompe et un aérotherme dans lequel circule un flux d’air qui récupère la chaleur emmagasinée par le fluide caloporteur afin de chauffer l’habitacle.
Par ailleurs, un système de refroidissement comprend un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et un fluide susceptible de changer d’état (liquide/gaz) communément désigné fluide frigorigène ou fluide de transfert de chaleur. Le compresseur, directement entraîné par le moteur du véhicule à l’aide d’une courroie et d’une poulie, comprime le fluide frigorigène, le refoulant sous haute pression et à haute température vers le condenseur. Le condenseur, grâce à une ventilation forcée, provoque la condensation du gaz qui arrive à l’état gazeux à haute pression et haute température. Le condenseur liquéfie le gaz grâce à l’abaissement de température de l’air qui le traverse. L’évaporateur est un échangeur thermique qui prélève des calories à l’air qui sera soufflé dans l’habitacle ou de la batterie du véhicule. Le détendeur permet de réguler le débit d’entrée du gaz dans la boucle via une modification de section de passage dépendant de la température et de la pression au niveau de l’évaporateur. Ainsi, l’air chaud venant de l’extérieur ou la batterie du véhicule se refroidit en contact avec l’évaporateur.
Le fluide frigorigène traditionnellement utilisé dans la climatisation automobile est le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane (HFC-134a).
Cependant, un grand nombre de fluides HFC, dont le HFC-134a, peuvent contribuer de manière néfaste à l’effet de serre. Cette contribution est quantifiée par un paramètre numérique, le GWP (Global Warming Potential ou potentiel de réchauffement climatique).
Un autre fluide frigorigène désormais utilisé dans les applications de transfert de chaleur est le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf). Cependant, même si le HFO-1234yf est un fluide à bas GWP, il est considéré comme un fluide inflammable.
Le document EP 3499634 concerne un système de gestion thermique de batterie d’un véhicule avec au moins une unité de batterie.
Le document WO 2017/143018 concerne des systèmes de réfrigérant pour le conditionnement d'air et/ou d'articles situés dans une habitation occupée par des humains ou d'autres animaux.
Le document DE 202014010264 concerne un véhicule comportant au moins un premier dispositif de réfrigération à compression conçu pour refroidir un espace interne du véhicule et comprenant un réfrigérant en circulation, caractérisé en ce que le réfrigérant est une substance de la famille des fluorocétones et/ou (hydro)fluorooléfines et/ou (hydro)fluorochloroléfines.
Il existe un besoin de fournir des procédés de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile efficaces et sécurisés, tout en limitant ou en réduisant la quantité de produits inflammables dans le véhicule ou la proximité de ceux-ci avec les parties les plus chaudes du véhicule.
Résumé de l’invention
L’invention concerne en premier lieu un procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, au moyen d’un système comprenant un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène et un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9, le procédé comprenant :
- l’échange de chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur ;
- l’échange de chaleur entre la deuxième composition de transfert de chaleur et la première composition de transfert de chaleur.
Dans des modes de réalisation, le rapport de la forme Z sur la forme E de 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropène est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur à ou égal 1 , de préférence inférieur ou égal à 0,5 et encore de préférence inférieur ou égal à 0,1 .
Dans des modes de réalisation, la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 -difluoroéthane, le fluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2,3,3,3-heptafluoropropane, le 1 ,1 ,1 -trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane.
Dans des modes de réalisation, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21 ,5 % en poids dans la première composition.
Dans des modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur consiste en du 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropène.
Dans des modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est à une pression essentiellement uniforme dans le circuit secondaire, ladite pression étant de préférence égale à la pression de saturation de la deuxième composition. Dans des modes de réalisation, la batterie est maintenue à une température comprise entre une température minimale ti et une température maximale t2.
Dans des modes de réalisation, la température minimale ti est supérieure ou égale à 0 ° C et la température maximab t2 est inférieure ou égale à 60 °C, de préférence encore la température minimaë ti est supérieure ou égale à 15°C et la température maximale fe est inférieure ou égale à 40 °C, et de préférence encore la température minimale ti est supérieure ou égale à 16°C et la température maximale fe est inférieure ou égale à 28 °C.
Dans des modes de réalisation, le procédé est mis en oeuvre lors de la charge de la batterie du véhicule, la batterie du véhicule étant de préférence totalement chargée dans une durée inférieure ou égale à 30 min, et de préférence inférieure ou égale à 15 min à partir de sa décharge totale.
Dans des modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est en contact direct avec la batterie du véhicule.
Dans des modes de réalisation, la batterie comprend au moins une cellule électrochimique comportant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, l’électrode positive comprenant au moins un oxyde de formule LiNixMnyCozC avec x+y+z=1 , x>y et x>z, ou LiNixCoyAlz’ avec x’+y’+z’=1 , x’>y’ et x’>z’, en tant que matériau électrochimiquement actif.
L’invention concerne également une installation pour la régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant :
- un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et
- un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9 ; le circuit de compression de vapeur étant couplé avec le circuit secondaire par un échangeur de chaleur intermédiaire, de sorte à permettre l’échange de chaleur entre la première composition de transfert de chaleur et la deuxième composition de transfert de chaleur ; et l’installation comprenant un échangeur de chaleur additionnel configuré pour échanger de la chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur.
Dans des modes de réalisation, le circuit secondaire ne comprend pas de compresseur. Dans des modes de réalisation, la circulation de la deuxième composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire est effectuée au moyen d’une pompe, ou par pesanteur, ou par capillarité.
Dans des modes de réalisation, l’installation est adaptée en outre pour la climatisation de l’habitacle du véhicule, et/ou le chauffage de l’habitacle du véhicule, et/ou le refroidissement de composés électroniques du véhicule, et/ou le chauffage de composés électroniques du véhicule.
Dans des modes de réalisation, la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 -difluoroéthane, le fluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2,3,3,3-heptafluoropropane, le 1 ,1 ,1 -trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane.
Dans des modes de réalisation, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21 ,5 % en poids dans la première composition.
La présente invention permet de répondre au besoin exprimé ci-dessus. Elle fournit plus particulièrement un procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile efficace et sécurisé. Elle permet le cas échéant de limiter ou de réduire la quantité de produits inflammables dans le véhicule ou la proximité de ceux-ci avec les parties les plus chaudes du véhicule.
Cela est accompli grâce à l’utilisation couplée de deux compositions de transfert de chaleur, l’une comprenant du HFO-1234yf et circulant dans un circuit de compression de vapeur, et l’autre comprenant du HCFO-1233zd ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9 et circulant dans un circuit secondaire, la composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire effectuant les transferts de chaleur requis avec la batterie du véhicule. De préférence, la composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire ne contient pas de composé de transfert de chaleur inflammable ; ou cette composition est non-inflammable. Plus particulièrement, étant donné que le FIFO-1234yf est utilisé comme fluide de transfert de chaleur dans le circuit de compression de vapeur, l’utilisation du circuit secondaire permet de limiter l’étendue du circuit de compression de vapeur et de diminuer la quantité de FIFO-1234yf utilisée et/ou d’éviter une proximité du HFO-1234yf avec les éléments du véhicule les plus chauds, notamment la batterie du véhicule, en diminuant ainsi les risques de fuite et d’incendie. De plus, l’utilisation d’un circuit secondaire facilite la gestion thermique du véhicule. Plus particulièrement, et si on prend comme exemple les voitures électriques, de nombreuses sources de chaleur (batterie, circuit électrique et électronique, moteur) ainsi que de nombreux besoins de chauffage et/ou de refroidissement (batterie, habitacle) existent sur différents niveaux de températures. L’utilisation d’un circuit secondaire comprenant un fluide de transfert de chaleur facilite la gestion thermique de ces équipements par rapport à d’autres technologies.
Par ailleurs, il a été constaté que la combinaison d’une première composition de transfert de chaleur comprenant du HFO-1234yf avec une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du FICFO-1233zd (rapport Z/E<9) permet une régulation particulièrement efficace et sûr de la température de la batterie du véhicule.
L’efficacité du refroidissement ou du chauffage peut être caractérisée par la capacité et le coefficient de performance. Les températures et pressions observées dans les circuits (notamment la température en sortie de compresseur, la pression au condenseur, voire la pression à l’évaporateur) sont également des éléments à prendre en compte pour l’évaluation de l’efficacité et de la sûreté.
Les propriétés diélectriques du HCFO-1233zd (gaz et liquide) sont particulièrement avantageuses pour une utilisation à proximité, voire au contact, de la batterie.
Dans certains modes de réalisation, l’utilisation du circuit secondaire permet également une diminution de la consommation énergétique grâce à une faible puissance de pompage, par rapport à l’utilisation d’un fluide caloporteur monophasique.
Dans certains modes de réalisation, l’utilisation du circuit secondaire comprenant la deuxième composition de transfert de chaleur permet un allégement du véhicule, en évitant l’utilisation de matériaux à changement de phase solides pour effectuer les échanges de chaleur.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur ne contenant pas des composés de transfert de chaleur inflammables, ou étant à tout le moins non-inflammable, peut également servir comme agent d’extinction en cas de surchauffe de la batterie du véhicule. Dans certains modes de réalisation, le pack batterie est immergée dans la deuxième composition de transfert et la deuxième composition de transfert est diélectrique.
Brève description des figures
La figure 1 représente de manière schématique un mode de réalisation d’une installation selon l’invention.
Description détaillée
L’invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
L’invention concerne un procédé de transfert de chaleur pour la régulation de la température, à savoir pour le refroidissement et/pour le chauffage d’une batterie d’un véhicule automobile, mis en oeuvre au moyen d’une installation de transfert de chaleur. L’installation contient une première et une deuxième composition de transfert de chaleur, chaque composition de transfert de chaleur comprenant un fluide de transfert de chaleur qui comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur.
Par « composé de transfert de chaleur », on entend un composé susceptible d’absorber de la chaleur (par exemple en s'évaporant) et de rejeter de la chaleur (par exemple en se condensant), dans l’application considérée.
Dans le cadre de l’invention, le « HFO-1234yf » se réfère au 2,3,3,3-tétrafluoropropène, le « HCFO-1233zd » se réfère au
1 -chloro-3,3,3-trifluoropropène, le « HCFO-1224yd » se réfère au 1 -chloro- 2,3,3,3-tétrafluoropropène, et I e « HFO-1336mzz » se réfère au
1 ,1 ,1 ,4,4,4-hexafluorobut-2-ène.
Batterie du véhicule
Le véhicule automobile est un véhicule électrique, ou hybride. Il comporte au moins un moteur électrique, et le cas échéant un moteur thermique. Il comporte ainsi un circuit électronique et une batterie de traction, désignée plus simplement batterie dans la suite.
La batterie comprend au moins une cellule électrochimique, et de préférence une pluralité de cellule électrochimiques. Chaque cellule électrochimique comporte une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte interposé entre l’électrode négative et l’électrode positive.
Chaque cellule électrochimique peut aussi comprendre un séparateur, dans lequel est imprégné l’électrolyte. Les cellules électrochimiques peuvent être assemblées en série et/ou en parallèle dans la batterie.
Par « électrode négative », on entend l’électrode qui fait office d’anode, quand la batterie débite du courant (c’est-à-dire lorsqu’elle est en processus de décharge) et qui fait office de cathode lorsque la batterie est en processus de charge. L’électrode négative comprend typiquement un matériau électrochimiquement actif, éventuellement un matériau conducteur électronique, et éventuellement un liant.
Par « électrode positive », on entend l’électrode qui fait office de cathode, quand la batterie débite du courant (c’est-à-dire lorsqu’elle est en processus de décharge) et qui fait office d’anode lorsque la batterie est en processus de charge. L’électrode positive comprend typiquement un matériau électrochimiquement actif, éventuellement un matériau conducteur électronique, et éventuellement un liant.
On entend par « matériau électrochimiquement actif », un matériau capable d’insérer de manière réversible des ions.
On entend par « matériau conducteur électronique » un matériau capable de conduire les électrons.
L’électrode négative de la cellule électrochimique peut notamment comprendre, comme matériau électrochimiquement actif, du graphite, du lithium, un alliage de lithium, un titanate de lithium de type LLTi50i2 ou de l’oxyde de titane PO2, du silicium ou un alliage de lithium et silicium, un oxyde d’étain, un composé intermétallique de lithium, ou un de leurs mélanges.
Lorsque l’électrode négative comprend du lithium, celui-ci peut être sous forme d’un film de lithium métallique ou d’un alliage comprenant du lithium. Parmi les alliages à base de lithium susceptibles d’être utilisés, on peut par exemple citer les alliages lithium-aluminium, les alliages lithium-silice, les alliages lithium-étain, Li-Zn, LhBi, LhCd et U3SB. Un exemple d’électrode négative peut comprendre un film de lithium vif préparé par laminage, entre des rouleaux, d’un feuillard de lithium.
L’électrode positive comprend un matériau électrochimiquement actif de type oxyde. Il s’agit d’un oxyde composite lithium-nickel-manganèse-cobalt à haut taux de nickel (LiNixMnyCoz02 avec x+y+z = 1 , en abrégé NMC, avec x>y et x>z), ou d’un oxyde composite lithium-nickel-cobalt-aluminium à haut taux de nickel (LiNixCoyAlz’ avec x’+y’+z’=1 , en abrégé NCA, avec x’>y’ et x’>z ). Des exemples particuliers de ces oxydes sont le NMC532 (LiNio,5Mno,3Coo,202), le NMC622 (LiNio,6Mno,2Coo,202) et le NMC811 (LiNio,8Mno,iCoo,i02).
Des mélanges de ces oxydes peuvent être utilisés. Le matériau oxyde décrit ci-dessus peut le cas échéant être combiné avec un autre oxyde tel que par exemple : le dioxyde de manganèse (MnC>2), l’oxyde de fer, l’oxyde de cuivre, l’oxyde de nickel, les oxydes composites lithium-manganèse (par exemple LixMn204 ou LixMnC ), les oxydes compositions lithium-nickel (par exemple LixNiC>2), les oxydes compositions lithium-cobalt (par exemple LixCoC>2), les oxydes composites lithium-nickel-cobalt (par exemple LiNii-yCoyC>2), les oxydes composites de lithium et de métal de transition, les oxydes composites de lithium-manganèse-nickel de structure spinelle (par exemple LixMn2-yNiy04), les oxydes de vanadium, les oxydes NMC et NCA qui ne sont pas à haut taux de nickel, et leurs mélanges.
De préférence, l’oxyde NMC ou NCA à haut taux de nickel représente au moins 50 % en poids, de préférence au moins 75 % en poids, de préférence encore au moins 90 % en poids, et de préférence encore essentiellement la totalité, du matériau oxyde présent dans l’électrode positive en tant que matériau électrochimiquement actif.
Le matériau de chaque électrode peut aussi comprendre, outre le matériau électrochimiquement actif, un matériau conducteur électronique comme une source de carbone, incluant, par exemple, du noir de carbone, du carbone Ketjen®, du carbone Shawinigan, du graphite, du graphène, des nanotubes de carbone, des fibres de carbone (par exemple les fibres de carbone formées en phase gazeuse ou VGCF), du carbone non-poudreux obtenu par carbonisation d’un précurseur organique, ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci. D’autres additifs peuvent aussi être présents dans le matériau de l’électrode positive, comme des sels de lithium ou des particules inorganiques de type céramique ou verre, ou encore d’autres matériaux actifs compatibles (par exemple, du soufre).
Le matériau de chaque électrode peut aussi comprendre un liant. Des exemples non-limitatifs de liants comprennent les liants polymères polyéthers linéaires, ramifiés et/ou réticulé (par exemple, des polymères basés sur le poly(oxyde d’éthylène) (PEO), ou le poly(oxyde de propylène) (PPO) ou d’un mélange des deux (ou un copolymère EO/PO), et comprenant éventuellement des unités réticulables), des liants solubles dans l’eau (tels que SBR (caoutchouc styrène-butadiène), NBR (caoutchouc acrylonitrilebutadiène), HNBR (NBR hydrogéné), CHR (caoutchouc d’épichlorohydrine), ACM (caoutchouc d’acrylate)), ou des liants de type polymères fluorés (tels que PVDF (polyfluorure de vinylidène), PTFE (polytétrafluoroéthylène), et leurs combinaisons. Certains liants, comme ceux solubles dans l’eau, peuvent aussi comprendre un additif comme la CMC (carboxyméthylcellulose).
Le séparateur peut être un film polymère poreux. A titre d’exemple non limitatif, le séparateur peut être constitué d’un film poreux de polyoléfine tel que des homopolymères d’éthylène, des homopolymères de propylène, des copolymères d’éthylène/butène, des copolymères d’éthylène/héxène, des copolymères éthylène/méthacrylate, ou des structures multicouches des polymères ci-dessus.
L’électrolyte peut être constitué d’un ou plusieurs sels de lithium dissous dans un solvant ou un mélange de solvants avec un ou plusieurs additifs.
A titre d’exemples non limitatifs, le sel de lithium ou les sels de lithium peuvent être choisis parmi le LiPFe (hexafluorophosphate de lithium), le LiFSI (bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium), le LiTDI (2-trifluorométhyl-4,5-dicyano- imidazolate de lithium), le LiPOF2, le ϋB^O , le LiF2B(C2C>4)2, le LiBF4, le LiNOs, le UCI04.
Le ou les solvants peuvent être choisis parmi la liste non exhaustive suivante : les éthers, les esters, les cétones, les alcools, les nitriles et les carbonates.
Parmi les éthers, on peut citer les éthers linéaires ou cycliques, tels que par exemple le diméthoxyéthane (DME), les éthers méthyliques des oligoéthylène glycols de 2 à 5 unités oxyéthylènes, le dioxolane, le dioxane, le dibutyle éther, le tétrahydrofurane, et leurs mélanges.
Parmi les esters, on peut citer les esters d’acide phosphorique ou les esters de sulfite. On peut par exemple citer le formate de méthyle, l’acétate de méthyle, le propionate de méthyle, l’acétate d’éthyle, l’acétate de butyle, la gamma butyrolactone ou leurs mélanges.
Parmi les cétones, on peut notamment citer la cyclohexanone.
Parmi les alcools, on peut par exemple citer l’alcool éthylique, l’alcool isopropylique.
Parmi les nitriles, on peut citer par exemple l’acétonitrile, le pyruvonitrile, le propionitrile, le méthoxypropionitrile, le diméthylaminopropionitrile, le butyronitrile, l’isobutyronitrile, le valéronitrile, le pivalonitrile, l’isovaléronitrile, le glutaronitrile, le méthoxyglutaronitrile, le 2-méthylglutaronitrile, le 3-méthylglutaronitrile, l’adiponitrile, le malononitrile, et leurs mélanges. Parmi les carbonates, on peut citer par exemple les carbonates cycliques tels que par exemple le carbonate d’éthylène (EC) (CAS : 96-49-1 ), le carbonate de propylène (PC) (CAS : 108-32-7), le carbonate de butylène (BC) (CAS : 4437-85-8), le carbonate de diméthyle (DMC) (CAS : 616-38-6), le carbonate de diéthyle (DEC) (CAS : 105-58-8), le carbonate de méthyle éthyle (EMC) (CAS : 623-53-0), le carbonate de diphényle(CAS 102-09-0), le carbonate de méthyle phényle (CAS : 13509-27-8), le carbonate de dipropyle (DPC) (CAS : 623-96-1 ), le carbonate de méthyle et de propyle (MPC) (CAS : 1333-41 -1 ), le carbonate d’éthyle et de propyle (EPC), le carbonate de vinylène (VC) (CAS : 872-36-6), le fluoroethylène carbonate (FEC) (CAS : 114435-02-8), le trifluoropropylène carbonate (CAS : 167951 -80-6) ou leurs mélanges.
Le ou les additifs peuvent être choisis parmi le groupe constitué du carbonate de fluoroéthylène (FEC), du carbonate de vinylène, du 4-vinyl-1 ,3- dioxolan-2-one, de la pyridazine, de la vinyl pyridazine, de la quinoline, de la vinyl quinoline, du butadiène, du sébaconitrile, des alkyldisulfure, du fluorotoluène, du 1 ,4-diméthoxytétrafluorotoluène, du t-butylphenol, du di-t- butylphenol, du tris(pentafluorophenyl)borane, des oximes, des époxydes aliphatiques, des biphényls halogénés, des acides métacryliques, du carbonate d’allyle éthyle, de l’acétate de vinyle, de l’adipate de divinyle, du propanesultone, de l’acrylonitrile, du 2-vinylpyridine, de l’anhydride maléïque, du cinnamate de méthyle, des phosphonates, des composés silane contenant un vinyle, du 2-cyanofurane.
Installation pour la régulation de la température de la batterie d’un véhicule
L’invention concerne un procédé de transfert de chaleur, comprenant la régulation de la température de la batterie d’un véhicule automobile, dans une installation de transfert de chaleur.
Le procédé selon l’invention est ainsi un procédé de refroidissement de la batterie d’un véhicule ; ou un procédé de chauffage de cette batterie ; ou un procédé de refroidissement et de chauffage (le refroidissement et le chauffage alternant au cours du temps, en fonction des besoins).
Le procédé selon l’invention est mis en oeuvre au moyen de l’installation présentée ci-dessous.
L’installation de transfert de chaleur comporte un circuit de compression de vapeur qui contient une première composition de transfert de chaleur (ou circuit de réfrigération) et un circuit secondaire contenant une deuxième composition de transfert de chaleur (ou circuit caloporteur). Selon un mode de réalisation de l’invention, représenté schématiquement par la Figure 1 , le circuit de compression de vapeur 1 est couplé avec le circuit secondaire 2. Le circuit de compression de vapeur 1 comprend au moins un premier échangeur de chaleur 3, un détendeur 4, un échangeur de chaleur intermédiaire 5 et un compresseur 6. Le premier échangeur de chaleur 3 est de préférence du type air/fluide frigorigène, et il permet un échange de chaleur avec une source d’énergie comme l’air de l’environnement. Le circuit secondaire 2 comprend au moins un échangeur de chaleur additionnel 7.
Par « source d’énergie » on entend un corps solide et/ou liquide et/ou gazeux qui peut absorber ou céder des calories suivant les besoins. L’air extérieur, l’air de l’habitacle, la batterie et le circuit électronique du véhicule représentent des exemples de sources d’énergie.
En mode frigorifique (refroidissement de la batterie), de la chaleur est transférée de la batterie vers l’échangeur de chaleur additionnel 7. Optionnellement, ce transfert de chaleur entraîne l’évaporation de la deuxième composition de transfert de chaleur qui circule dans le circuit secondaire 2. Alternativement, la deuxième composition de transfert de chaleur reste à l’état liquide lors de ce transfert de chaleur.
La deuxième composition de transfert de chaleur se dirige par la suite dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, qui peut jouer le rôle du condenseur pour le circuit secondaire 2. Alternativement, la deuxième composition de transfert de chaleur reste à l’état liquide lors du transfert de chaleur au niveau de l’échangeur de chaleur intermédiaire 5.
Dans le circuit de compression de vapeur 1 , la première composition de transfert de chaleur est comprimée par le compresseur 6, elle traverse le premier échangeur de chaleur 3 jouant le rôle de condenseur (c’est-à-dire transfère des calories vers une source comme l’air extérieur), ensuite le détendeur 4 où elle est détendue, puis l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 jouant le rôle d’évaporateur pour le circuit de compression de vapeur 1 . Ainsi, dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, de la chaleur est transférée de la deuxième composition de transfert de chaleur vers la première composition de transfert de chaleur, entraînant optionnellement la condensation de la deuxième composition de transfert de chaleur et l’évaporation de la première composition de transfert de chaleur. La première composition de transfert de chaleur se dirige par la suite à nouveau vers le compresseur 6, tandis que la deuxième composition de transfert de chaleur se dirige vers l’échangeur de chaleur additionnel 7, et permet le refroidissement de la batterie. Selon certains modes de réalisation, l’installation selon l’invention est également adaptée pour le chauffage de la batterie, en particulier lorsque la température extérieure est faible, par exemple inférieure à 10 ° C, ou à 5 ° C, ou à 0°C, ou à -5°C, ou à -10°C, ou à -15°C, ou à -20?, ou à -25°C, ou à -30°C, ou à -35 °C.
Ainsi, l’invention couvre également un procédé de chauffage de la batterie au moyen de l’installation. Le chauffage de la batterie peut alterner avec le refroidissement de la batterie au cours du temps, selon les besoins.
Dans le cas du chauffage de la batterie, de la chaleur est transférée vers la batterie depuis l’échangeur de chaleur additionnel 7 pouvant entraîner la condensation de la deuxième composition de transfert de chaleur qui circule dans le circuit secondaire 2. Alternativement, la deuxième composition de transfert de chaleur reste à l’état liquide lors de ce transfert de chaleur.
La deuxième composition de transfert de chaleur se dirige par la suite dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, qui peut jouer le rôle d’évaporateur pour le circuit secondaire 2. Alternativement, la deuxième composition de transfert de chaleur reste à l’état liquide lors du transfert de chaleur au niveau de l’échangeur de chaleur intermédiaire 5.
Dans le circuit de compression de vapeur 1 , la première composition de transfert de chaleur est détendue dans le détendeur 4, elle traverse le premier échangeur de chaleur 3 jouant le rôle d’évaporateur (c’est-à-dire absorbe des calories depuis une source comme l’air extérieur), ensuite le compresseur 6 où elle est comprimée, puis l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 jouant le rôle de condenseur pour le circuit de compression de vapeur 1. Ainsi, dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, de la chaleur est transférée de la première composition de transfert de chaleur vers la deuxième composition de transfert de chaleur, entraînant la condensation de la première composition de transfert de chaleur et optionnellement l’évaporation de la deuxième composition de transfert de chaleur. La première composition de transfert de chaleur se dirige par la suite à nouveau vers le détendeur 4, tandis que la deuxième composition de transfert de chaleur se dirige vers l’échangeur de chaleur additionnel 7, et permet le chauffage de la batterie.
Selon certains modes de réalisation, l’installation selon l’invention est adaptée pour effectuer une ou plusieurs phases de refroidissement de la batterie alternant avec une ou plusieurs phases de chauffage de la batterie.
Selon certains modes de réalisation l’installation selon l’invention est également adaptée pour le refroidissement (climatisation) de l’habitacle du véhicule et/ou des composés électroniques du véhicule. Un échangeur de chaleur dédié à l’échange de chaleur avec l’air de l’habitacle et/ou un échangeur de chaleur dédié à l’échange de chaleur avec les composés électroniques, est alors présent.
Selon certains modes de réalisation l’installation selon l’invention est également adaptée pour le chauffage de l’habitacle du véhicule et/ou des composés électroniques du véhicule. Un échangeur de chaleur dédié à l’échange de chaleur avec l’air de l’habitacle et/ou un échangeur de chaleur dédié à l’échange de chaleur avec les composés électroniques, est alors présent.
Dans certains modes de réalisation, un même échangeur de chaleur peut assurer la fonction de l’échangeur intermédiaire 5 décrit ci-dessus, suivant le mode de fonctionnement.
Dans certains modes de réalisation, un même échangeur de chaleur peut assurer la fonction du premier échangeur de chaleur 3, suivant le mode de fonctionnement.
Des échangeurs supplémentaires peuvent aussi être ajoutés pour assurer les différents modes de fonctionnement. Un ensemble de canalisations et de vannes peuvent être utilisés pour assurer le changement de mode de fonctionnement pour chaque échangeur.
Dans certains modes de réalisation, le circuit de compression de vapeur 1 est réversible et peut comprendre en outre des moyens d’inversion de son fonctionnement.
Les moyens d’inversion du fonctionnement du circuit de compression de vapeur 1 réversible sont des moyens d’inversion du fonctionnement du circuit de compression de vapeur 1 entre une configuration en mode frigorifique et une configuration en mode pompe à chaleur.
Les moyens d’inversion susmentionnés peuvent être des moyens de modification du parcours de la première composition de transfert de chaleur dans le circuit de compression de vapeur 1 réversible, ou des moyens d’inversion du sens de circulation de la première composition de transfert de chaleur dans ledit circuit 1.
Les moyens d’inversion susmentionnés peuvent être une vanne à quatre voies, une vanne d’inversion, une vanne d’arrêt (de fermeture), un détendeur, ou leurs combinaisons.
Par exemple, lors de l’inversion du mode de fonctionnement du circuit de compression de vapeur 1 , le rôle d’un échangeur de chaleur peut être changé : par exemple, un échangeur de chaleur peut jouer le rôle d’un condenseur dans un mode frigorifique ou le rôle d’un évaporateur dans un mode de pompe à chaleur ou vice versa.
Alternativement, lors de l’inversion du mode de fonctionnement du circuit de compression de vapeur 1 , le rôle d’un échangeur de chaleur peut rester le même. L’échangeur de chaleur étant tout simplement raccordé à d’autres sources d’énergie, à travers des vannes, peut absorber ou céder des calories suivant sa fonction dans le circuit de compression de vapeur 1 .
Dans certains modes de réalisation préférés, la première composition de transfert de chaleur peut circuler dans le circuit de compression de vapeur 1 dans un sens unique.
Dans d’autres modes de réalisation, la première composition de transfert de chaleur peut circuler dans le circuit de compression de vapeur 1 dans les deux sens, c’est-à-dire un premier sens et un sens opposé.
Le circuit de compression de vapeur 1 réversible peut typiquement contenir des canalisations, tuyaux, flexibles, réservoir ou autres, dans lesquels circule la première composition de transfert de chaleur, entre les différents échangeurs, détendeurs, vannes...
Lorsque l’installation est mise en oeuvre également pour le chauffage de la batterie de véhicule, suivant le mode de fonctionnement du circuit de compression de vapeur 1 , frigorifique ou pompe à chaleur, le premier échangeur de chaleur 3 peut jouer le rôle d’évaporateur ou de récupérateur d'énergie (condenseur). Il en est de même pour l’échangeur de chaleur intermédiaire 5.
Il est possible d’utiliser tout type d’échangeur de chaleur dans le circuit de compression de vapeur 1 , et notamment des échangeurs de chaleur à co-courant ou, de préférence, des échangeurs de chaleur à contre-courant.
Selon un mode de réalisation préféré, l’invention prévoit un échangeur de chaleur à contre-courant, soit au premier échangeur de chaleur 3, soit à l’échangeur de chaleur intermédiaire 5. En effet, les compositions de transfert de chaleur décrites dans la présente demande sont particulièrement efficaces avec des échangeurs de chaleur à contre-courant. De préférence, à la fois le premier échangeur de chaleur 3 et l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 sont des échangeurs de chaleur à contre-courant.
Selon l’invention, par « échangeur de chaleur à contre-courant », on entend un échangeur de chaleur dans lequel de la chaleur est échangée entre un premier fluide et un deuxième fluide, le premier fluide à l’entrée de l’échangeur échangeant de la chaleur avec le deuxième fluide à la sortie de l’échangeur, et le premier fluide à la sortie de l’échangeur échangeant de la chaleur avec le deuxième fluide à l’entrée de l’échangeur.
Par exemple, les échangeurs de chaleur à contre-courant comprennent les dispositifs dans lesquels le flux du premier fluide et le flux du deuxième fluide sont dans des directions opposées, ou quasiment opposées. Les échangeurs fonctionnant en mode courant croisé à tendance contre-courant sont également compris parmi les échangeurs de chaleur à contre-courant au sens de la présente demande.
Le compresseur 6 peut être hermétique, semi-hermétique ou ouvert. Les compresseurs hermétiques comprennent une partie moteur et une partie compression qui sont confinées dans une enceinte hermétique non démontable. Les compresseurs semi-hermétiques comprennent une partie moteur et une partie compression qui sont directement assemblées l'une contre l'autre. L'accouplement entre la partie moteur et la partie compression est accessible en dissociant les deux parties par démontage. Les compresseurs ouverts comprennent une partie moteur et une partie compression qui sont séparées. Ils peuvent fonctionner par entraînement par courroie ou par accouplement direct.
A titre de compresseur, on peut utiliser notamment un compresseur dynamique, ou un compresseur à déplacement positif.
Les compresseurs dynamiques comprennent les compresseurs axiaux et les compresseurs centrifuges, qui peuvent être à un ou plusieurs étages. Les mini-compresseurs centrifuges peuvent également être employés.
Les compresseurs à déplacement positif comprennent les compresseurs rotatifs et les compresseurs alternatifs.
Les compresseurs alternatifs comprennent les compresseurs à diaphragme et les compresseurs à piston.
Les compresseurs rotatifs comprennent les compresseurs à vis, les compresseurs à lobes, les compresseurs scroll (ou à spirale), les compresseurs à anneau liquide, et les compresseurs à palette. Les compresseurs à vis peuvent être de préférence bi-vis ou mono-vis.
Dans l’installation qui est utilisée, le compresseur 6 peut être entraîné par un moteur électrique ou par une turbine à gaz (par exemple alimentée par les gaz d’échappement du véhicule) ou par engrenage.
Dans l’installation qui est utilisée, le compresseur 6 peut comprendre un dispositif d’injection de vapeur ou de liquide. L’injection consiste à faire introduire dans le compresseur du réfrigérant à l’état liquide ou vapeur à un niveau intermédiaire entre le début et la fin de compression. Le circuit secondaire 2 comprend au moins un échangeur de chaleur additionnel 7.
Chaque échangeur de chaleur additionnel 7 peut être un échangeur du type fluide/solide, ou du type fluide/fluide, ou du type fluide/air (pour réchauffer ou refroidir de l’air, par exemple l’air de l’habitacle). Dans ces deux derniers cas, à nouveau le ou les échangeurs de chaleur additionnels 7 peuvent être des échangeurs de chaleur à co-courant ou, de préférence, des échangeurs de chaleur à contre-courant.
Au moins un échangeur de chaleur additionnel 7 peut être configuré pour refroidir la batterie. Le même échangeur de chaleur additionnel 7 ou d’autres échangeurs de chaleur additionnels 7 peuvent être configurés pour chauffer la batterie (bien qu’il soit préféré qu’un même échangeur de chaleur additionnel 7 puisse à la fois refroidir et chauffer la batterie), ou pour refroidir et/ou chauffer l’habitacle et/ou les composés électroniques du véhicule.
Pour refroidir ou chauffer la batterie (et/ou les composés électroniques), il est possible de refroidir ou chauffer de l’air qui est soufflé vers la batterie (et/ou les composés électroniques) ; ou bien de mettre l’échangeur additionnel 7 concerné directement en contact avec la batterie (et/ou les composés électroniques), ou de l’intégrer à la batterie (et/ou aux composés électroniques).
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est en contact direct avec la batterie du véhicule. En d’autres termes, la batterie du véhicule est immergée dans la deuxième composition de transfert de chaleur. Dans ce cas, l’échangeur de chaleur additionnel 7 correspondant est limité à une enceinte contenant tout ou partie de la batterie, la deuxième composition de transfert de chaleur étant contenue dans l’enceinte et au contact de la paroi externe de la batterie.
Cela permet de concilier les bonnes propriétés diélectriques et thermiques de la composition de transfert de chaleur afin d’obtenir un meilleur résultat. Dans ce cas, il est préférable que la deuxième composition de transfert de chaleur ait une pression d'ébullition inférieure à 2 bars à une température de 30 °C. Si la pression d'ébullition delà deuxième composition de transfert de chaleur n'est pas suffisamment basse, le contact direct nécessite beaucoup d'effort dans la conception du logement de la batterie pour supporter la pression. Dans ce cas, la contrainte de pression est gérée plus facilement en utilisant un échangeur de chaleur additionnel 7 sous forme par exemple de plaques de refroidissement. Dans certains modes de réalisation, le circuit secondaire 2 ne comprend pas de compresseur. Autrement dit, le circuit secondaire 2 n’est pas un circuit de compression de vapeur.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est à une pression essentiellement uniforme dans le circuit secondaire, ladite pression étant égale à la pression de saturation de la deuxième composition de transfert de chaleur à la température de la deuxième composition de transfert de chaleur. Une faible déviation est possible en cas de perte de charge. La température de la deuxième composition de transfert de chaleur est de préférence uniforme dans le circuit secondaire.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur reste à une température constante au cours du procédé.
Par « pression de saturation » on entend la pression à laquelle une phase gazeuse d'une composition est en équilibre avec une phase liquide à une température donnée dans un système fermé.
Dans certains modes de réalisation, le circuit secondaire 2 peut comprendre une ou plusieurs vannes, notamment lorsqu’il comprend plusieurs échangeurs de chaleur additionnels 7, afin d’orienter la deuxième composition de transfert de chaleur vers un ou des échangeurs de chaleur additionnels 7 spécifiques ; et/ou afin de permettre le changement du sens de circulation de la deuxième composition de transfert de chaleur dans tout ou partie du circuit secondaire 2.
Dans certains modes de réalisation préférés, la deuxième composition de transfert de chaleur peut circuler dans tout ou partie du circuit secondaire 2 dans un sens unique.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur peut circuler dans tout ou partie du circuit secondaire 2 dans les deux sens, c’est-à-dire un premier sens et un sens opposé.
Dans certains modes de réalisation, la circulation de la deuxième composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire 2 de l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 vers le ou les échangeurs de chaleur additionnels 7, et/ou du ou des échangeurs de chaleur additionnels 7 vers l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 peut être effectuée au moyen d’une pompe, ou par pesanteur, ou par capillarité.
Dans cette installation selon l’invention, le circuit de compression de vapeur 1 peut être couplé avec le circuit secondaire 2 par l’échangeur de chaleur intermédiaire 5. Ainsi, l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 peut être traversé à la fois par la première composition de transfert de chaleur et par la deuxième composition de transfert de chaleur.
Lors du refroidissement de la batterie, l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 peut évaporer la première composition de transfert de chaleur (et optionnellement condenser la deuxième composition de transfert de chaleur), et l’échangeur de chaleur additionnel 7 est configuré pour transférer de la chaleur de la batterie vers la deuxième composition de transfert de chaleur.
Lors du chauffage de la batterie, l’échangeur de chaleur intermédiaire 5 peut condenser la première composition de transfert de chaleur (et optionnellement évaporer la deuxième composition de transfert de chaleur), et l’échangeur de chaleur additionnel 7 est configuré pour transférer de la chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur vers la batterie (optionnellement en condensant la deuxième composition de transfert de chaleur).
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est à l’état liquide dans tout le circuit secondaire 2. La température de la deuxième composition de transfert de chaleur est modifiée à la traversée de l’échangeur de chaleur additionnel 7 et à la traversée de l’échangeur de chaleur intermédiaire 5. Il s’agit notamment de l’option préférée lorsque la batterie est immergée dans la deuxième composition de transfert de chaleur.
Dans le cadre de la présente demande, chaque évaporation et chaque condensation peut être totale ou partielle.
Une évaporation peut ainsi consister à partir de l’état liquide pour aller à l’état vapeur ; ou de l’état diphasique liquide/vapeur à l’état vapeur ; ou de l’état liquide à l’état diphasique liquide/vapeur ; ou d’un état diphasique liquide/vapeur à un autre état diphasique liquide/vapeur.
Une condensation peut ainsi consister à partir de l’état vapeur pour aller à l’état liquide ; ou de l’état vapeur à l’état diphasique liquide/vapeur ; ou de l’état diphasique liquide/vapeur à l’état liquide ; ou d’un état diphasique liquide/vapeur à un autre état diphasique liquide/vapeur.
L’évaporation et la condensation peuvent s’effectuer à température constante, ou à température variable dans le cas de mélanges non-azéotropiques de composés de transfert de chaleur.
Dans certains modes de réalisation, dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, une composition (la première composition de transfert de chaleur ou la deuxième composition de transfert de chaleur) est à une température inférieure à l’autre ; de préférence, le différentiel de température est moins que 12°C, de préférence moins que 8°C, etencore de préférence moins que 5°C. Dans l’hypothèse où la température dune composition n’est pas constante dans l’échangeur de chaleur intermédiaire 5, pour l’estimation du différentiel de température ci-dessus on prend pour référence la température médiane entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de chaleur intermédiaire.
Dans certains modes de réalisation, le refroidissement et/ou le chauffage permettent de maintenir la température de la batterie dans une gamme de température optimale, en particulier lorsque le véhicule est en fonctionnement (moteur allumé), et notamment lorsque le véhicule se déplace.
Dans certains modes de réalisation, la température de la batterie du véhicule est ainsi maintenue entre une température minimale ti et une température maximale t2.
Dans certains modes de réalisation, la température minimale ti est supérieure ou égale à 0 °C et la température maximde t2 est inférieure ou égale à 60°C, de préférence la température minimale ti est supérieure ou égale à 15° C et la température maximale fe est inférieure ou égale à 40 °C, et de préférence encore la température minimale ti est supérieure ou égale à 16°C et la température maximale fe est inférieure ou égale à 28 °C.
Dans certains modes de réalisation, la température extérieure pendant le maintien de la température de la batterie entre la température minimale ti et la température maximale t2 est supérieure ou égale à 20 °C, de préférence supérieure ou égale à 30 °C, de préférence encore supérieure ou égale à 35 °C, de préférence encore supérieure ou égale à 40 °C.
La température extérieure pendant la durée du maintien de la température de la batterie du véhicule entre la température minimale ti et la température maximale t2 peut notamment être de -35 à -30 °C ; de -30 à -25 Ό ; de -25 à -20°C ; ou de -20 à -15°C ; ou de -15 à -0°C ; ou de -10 à -5°C ; ou de -5 à 0°C ; ou de 0 à 5°C ; ou de 5 à 10°C ; ou d 10 à 15°C ; ou de 15 à 20 ° C ; ou de 20 à 25 ° C ; ou de 25 à 30 ° C ; ou de 3(à 35 ° C ; ou de 35 à 40 ° C ; ou de 40 à 45° C ; ou de 45 à 50 °C.
Par « température extérieure » on entend la température ambiante à l’extérieur du véhicule avant et pendant le maintien de la température de la batterie du véhicule entre la température minimale ti et la température maximale t2. Par « température de la batterie », on entend généralement la température d’une paroi extérieure d’un ou de plusieurs des éléments d’accumulation d’énergie électrique.
La température de la batterie peut être mesurée au moyen d’un capteur de température. Si plusieurs capteurs de température sont présents au niveau de la batterie, la température de la batterie peut être considérée comme étant la moyenne des différentes températures mesurées.
Dans certains modes de réalisation, l’installation et le procédé de la présente invention permettent de refroidir et/ou de chauffer (et de préférence, de refroidir) la batterie du véhicule et de la maintenir dans une gamme de température optimale (comme détaillé ci-dessus) lors de la charge de la batterie.
En particulier, la charge de la batterie peut être une charge rapide. Ainsi, lors du chargement complet de la batterie (à partir d’un moment ou la batterie est complètement déchargée) pendant une durée inférieure ou égale à 30 min, et de préférence inférieure ou égale à 15 min, le procédé selon l’invention permet de maintenir la température de la batterie dans une gamme de température optimale. Cela présente un avantage étant donné que lors d’une charge rapide, la batterie a tendance à chauffer rapidement et à atteindre des températures élevées qui peuvent influencer son fonctionnement et ses performances.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur est maintenue à une température comprise entre 10 et 40 °C, de préférence entre 20 et 30 °C, dans tout lecircuit secondaire 2.
Compositions de transfert de chaleur
L’invention utilise une première composition de transfert de chaleur et une deuxième composition de transfert de chaleur, chaque composition de transfert de chaleur comprenant un fluide de transfert de chaleur éventuellement associé avec des lubrifiants et/ou des additifs. Le fluide de transfert de chaleur peut comprendre un ou plusieurs composés de transfert de chaleur.
La première composition de transfert de chaleur est présente et circule dans le circuit de compression de vapeur.
Le fluide de transfert de chaleur de la première composition de transfert de chaleur comprend du HFO-1234yf.
Dans certains modes de réalisation, ce fluide de transfert de chaleur comprend au moins 50 % de HFO-1234yf, ou au moins 60 % de HFO-1234yf, ou au moins 70 % de HFO-1234yf, ou au moins 80 % de HFO-1234yf, ou au moins 90 % de FIFO-1234yf, ou au moins 95 % de FIFO-1234yf, en poids.
Dans certains modes de réalisation, ce fluide de transfert de chaleur consiste essentiellement, voire consiste, en du HFO-1234yf.
Dans d’autres modes de réalisation préférés, ce fluide de transfert de chaleur comprend également un ou plusieurs autres composés de transfert de chaleur, tels que des hydrofluorocarbures et/ou hydrofluorooléfines et/ou hydrocarbures et/ou hydrochlorofluorooléfines et/ou du CO2.
Parmi les hydrofluorocarbures, on peut citer notamment le difluorométhane (HFC-32), le pentafluoroéthane (HFC-125), le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthane (HFC-134), le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane (FIFC-134a), le 1 ,1 -difluoroéthane (FIFC-152a), le fluoroéthane (HFC-161 ), le 1 ,1 ,1 ,2,3,3,3-heptafluoropropane (FIFC-227ea), le 1 ,1 ,1 -trifluoropropane (FIFC-263fb) et leurs mélanges.
Parmi les hydrofluorooléfines on peut citer notamment le 1 , 3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze), sous forme ois et/ou trans, et de préférence sous forme trans ; et le trifluoroéthylène (HFO-1123).
Parmi les hydrochlorofluorooléfines, on peut citer notamment le 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène (HCFO-1233zd), sous forme Z et/ou E, et de préférence sous forme E.
Selon des modes de réalisation préférés, le fluide de transfert de chaleur de la première composition de transfert de chaleur comprend du HFO- 1234yf et du HFC-32. De préférence, le fluide de transfert de chaleur est une composition binaire de HFO-1234yf et de HFC-32 (c’est-à-dire qu’il consiste, ou consiste essentiellement, en du HFO-1234yf et du HFC-32).
Ainsi, le HFO-1234yf peut avoir une teneur de 60 à 90 % en poids, et le HFC-32 peut avoir une teneur de 40 à 10 % en poids, de préférence le HFO-1234yf peut avoir une teneur de 70 à 80 % en poids, et le HFC-32 peut avoir une teneur de 20 à 30 % en poids, et encore de préférence le HFO-1234yf peut avoir une teneur de 75 à 80 % en poids, et le HFC-32 peut avoir une teneur de 20 à 25 % en poids. Selon des modes de réalisation préférés, le HFO-1234yf est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids de et le HFC-32 est présent à une teneur environ 21 ,5 % en poids. Les pourcentages en poids sont donnés par rapport au fluide de transfert de chaleur de la première composition de transfert de chaleur.
Les additifs qui peuvent être présents dans la première composition de transfert de chaleur de l’invention peuvent notamment être choisis parmi les nanoparticules, les stabilisants, les tensioactifs, les agents traceurs, les agents fluorescents, les agents odorants et les agents de solubilisation.
La quantité totale en additifs, n’excède pas 5 % en poids, en particulier 4 %, en plus particulier 3 % et tout particulièrement 2 % en poids voire 1 % en poids de la première composition de transfert de chaleur.
Dans certains modes de réalisation, le HFO-1234yf contient des impuretés. Lorsqu’elles sont présentes, elles peuvent représenter moins de 1 %, de préférence moins de 0,5 %, de préférence moins de 0,1 %, de préférence moins de 0,05 % et de préférence moins de 0,01 % (en poids) par rapport au HFO-1234yf.
Le fluide de transfert de chaleur de la première composition de transfert de chaleur peut éventuellement comprendre du HFO-1243zf (3,3,3-trifluoropropène) et/ou du 3,3,3-trifluoropropyne.
La teneur en HFO-1243zf dans le fluide de transfert de chaleur peut être inférieure ou égale à 10000 ppm, ou à 5000 ppm, ou à 1000 ppm, ou à 500 ppm, ou à 100 ppm, ou à 50 ppm.
A titre d’exemple, la teneur en HFO-1243zf dans le fluide de transfert de chaleur peut être : de 0 à 1 ppm, ou de 1 à 10 ppm, ou de 10 à 50 ppm, ou de 50 à 100 ppm, ou de 100 à 500 ppm, ou de 500 à 1000 ppm, ou de 1000 à 5000 ppm, ou de 5000 à 10000 ppm.
La teneur en 3,3,3-trifluoropropyne dans le fluide de transfert de chaleur peut être inférieure ou égale à 10000 ppm, ou à 5000 ppm, ou à 1000 ppm, ou à 500 ppm, ou à 100 ppm, ou à 50 ppm.
A titre d’exemple, la teneur en 3,3,3-trifluoropropyne dans le fluide de transfert de chaleur peut être : de 0 à 1 ppm, ou de 1 à 10 ppm, ou de 10 à 50 ppm, ou de 50 à 100 ppm, ou de 100 à 500 ppm, ou de 500 à 1000 ppm, ou de 1000 à 5000 ppm, ou de 5000 à 10000 ppm.
Les valeurs en ppm ci-dessus sont données en poids.
Un ou plusieurs lubrifiants peuvent être présents dans la première composition de transfert de chaleur. Ces lubrifiants peuvent être choisis parmi des esters de polyols (POE), des polyalkylène glycols (PAG), ou des polyvinyle éthers (PVE).
Les lubrifiants peuvent représenter de 1 à 50 %, de préférence de 2 à 40 % et de préférence encore de 5 à 30 % (en poids) de la première composition de transfert de chaleur.
Le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur ayant une température d’ébullition de 0 à 40° C, de préférence de 5 à 35 °C et encore de préférence de 8 à 34° C.
Par « température d’ébullition d’un composé » on entend la température à laquelle le composé bout sous une pression de 1 bar.
Dans certains modes de réalisation, le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur a une température d’ébullition de 0 à 40° C, de préférence de 5 à 35° C et encore depréférence de 8 à 34° C.
En cas de mélange de plusieurs composés, la température d’ébullition du mélange correspond à la moyenne entre la température de début d’ébullition et la température de fin d’ébullition à une pression de 1 bar.
Le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur comprend du HCFO-1233zd.
Dans certains modes de réalisation, ce fluide de transfert de chaleur comprend au moins 50 % de HCFO-1233zd, ou au moins 60 % de HCFO- 1233zd, ou au moins 70 % de FICFO-1233zd, ou au moins 80 % de HCFO-
1233zd, ou au moins 90 % de FICFO-1233zd, ou au moins 95 % de HCFO-
1233zd, ou au moins 98 % de FICFO-1233zd, ou au moins 99 % de HCFO-
1233zd, ou au moins 99,5 % de FICFO-1233zd, ou au moins 99,9 % de HCFO-
1233zd, ou au moins 99,95 % de FICFO-1233zd, en poids.
Dans certains modes de réalisation préférés ce fluide de transfert de chaleur consiste essentiellement, voire consiste en du HCFO-1233zd.
Le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur comprend du HCFO-1233zd ayant un rapport molaire de la forme Z sur la forme E de HCFO-1233zd inférieur ou égal à 9.
De préférence ce rapport peut être inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur à ou égal 1 , de préférence inférieur ou égal à 0,5 et encore de préférence inférieur ou égal à 0,1 . Par exemple, ce rapport peut être de 0,01 à 0,1 ; ou de 0,1 à 0,5 ; ou de 0,5 à 1 ; ou de 1 à 2 ; ou de 2 à 3 ; ou de 3 à 4 ; ou de 4 à 5 ; ou de 5 à 6 ; ou de 6 à 7 ; ou de 7 à 8 ; ou de 8 à 9.
De préférence le HCFO-1233zd comprend plus de 90 mol.% de la forme E, de préférence plus de 92 mol.% de la forme E, de préférence plus de 94 mol.% de la forme E, de préférence plus de 96 mol.% de la forme E, de préférence plus de 98 mol.% de la forme E, et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme E. Dans certains modes de réalisation préférés, il est essentiellement entièrement, ou entièrement, sous forme E.
Il convient de mentionner que même si, dans ce qui précède, il est énoncé que le HCFO-1233zd compris dans la deuxième composition de transfert de chaleur est majoritairement sous forme E, il est également possible d’envisager la situation inverse. En d’autres termes, une autre invention (procédé et installation) consiste en l’invention (procédé et installation) décrite jusqu’ici, si ce n’est que le HCFO-1233zd est sous forme Z majoritaire dans la deuxième composition de transfert de chaleur (avec plus particulièrement un rapport molaire E/Z inférieur ou égal à 9 ; de préférence inférieur ou égal à 5, ou inférieur à ou égal 1 , ou inférieur ou égal à 0,5, ou inférieur ou égal à 0,1 ; par exemple, ce rapport peut être de 0,01 à 0,1 ; ou de 0,1 à 0,5 ; ou de 0,5 à 1 ; ou de 1 à 2 ; ou de 2 à 3 ; ou de 3 à 4 ; ou de 4 à 5 ; ou de 5 à 6 ; ou de 6 à 7 ; ou de 7 à 8 ; ou de 8 à 9).
Ainsi le HCFO-1233zd peut comprend plus de 90 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 92 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 94 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 96 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 98 mol.% de la forme Z, et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme Z. Dans certains modes de réalisation préférés, il est essentiellement entièrement, ou entièrement, sous forme Z.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur peut également comprendre un ou plusieurs composés de transfert de chaleur ayant une température d’ébullition de 0 à 40° C, pouvant être choisis parmi les hydrochlorofluorooléfines, les hydrofluorooléfines, et les combinaisons de celles-ci.
Dans certains modes de réalisation, la hydrochlorofluorooléfine peut être par exemple le 1 -chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène (FICFO-1224yd).
Le FICFO-1224yd peut être sous forme E et/ou Z.
De préférence le FICFO-1224yd comprend plus de 50 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 60 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 70 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 80 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 85 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 95 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 98 mol% de la forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme Z. De préférence, il est entièrement sous forme Z.
Dans certains modes de réalisation, l’hydrofluorooléfine peut être le 1 ,1 ,1 ,4,4,4-hexafluorobut-2-ène (HFO-1336mzz) sous forme E et/ou Z.
Le HFO-1336mzz peut ainsi comprendre plus de 50 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 60 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 70 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 80 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 85 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 95 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 98 mol.% de la forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme Z. Il peut être entièrement sous forme Z.
Alternativement, le HFO-1336mzz peut comprendre plus de 50 mol.% de la forme E, de préférence plus de 60 mol.% de la forme E, de préférence plus de 70 mol.% de la forme E, de préférence plus de 80 mol.% de la forme E, de préférence plus de 85 mol.% de la forme E, de préférence plus de 90 mol.% de la forme E, de préférence plus de 95 mol.% de la forme E, de préférence plus de 98 mol.% de la forme E et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme E. Il peut être entièrement sous forme E. Dans certains modes de réalisation, les composés de transfert de chaleur utilisés dans la deuxième composition de transfert de chaleur ont une chaleur latente d’évaporation à 20 °C supérieure à 100 kJ/kg, de préférence supérieure à 110 kJ/kg, encore de préférence supérieure à 120 kJ/kg, encore de préférence supérieure à 130 kJ/kg, encore de préférence supérieure à 140 kJ/kg, encore de préférence supérieure à 150 kJ/kg, et encore de préférence supérieure à 160 kJ/kg.
Les valeurs de chaleur latente des composés de transfert de chaleur pouvant être utilisés dans la deuxième composition en tant que fluide de transfert de chaleur sont présentées dans le tableau ci-dessous pour une température de 20 °C. La chaleur latente la plus éle/ée est observée pour le HCFO-1233zd(E).
[Tableau 1] Dans certains modes de réalisation, le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur comprend un seul composé de transfert de chaleur, c’est à dire le HCFO-1233zd.
Dans certains modes de réalisation préférés, le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur peut être un mélange binaire de composés de transfert de chaleur. Dans certains modes de réalisation, le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur peut être un mélange ternaire de composés de transfert de chaleur.
La deuxième composition de transfert de chaleur est présente et circule dans le circuit secondaire.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur ne subit pas de compression, ni de détente.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième composition de transfert de chaleur comprend au moins 50 % de fluide de transfert de chaleur, ou au moins 60 % de fluide de transfert de chaleur, ou au moins 70 % de fluide de transfert de chaleur, ou au moins 80 % de fluide de transfert de chaleur, ou au moins 90 % de fluide de transfert de chaleur, ou au moins 95 % de fluide de transfert de chaleur, en poids.
Dans certains modes de réalisation, le fluide de transfert de chaleur de la deuxième composition de transfert de chaleur consiste essentiellement, voire consiste en composés de transfert de chaleur.
Les additifs qui peuvent être présents dans la deuxième composition de transfert de chaleur de l’invention sont les mêmes que ceux décrits ci-dessus en lien avec la première composition de transfert de chaleur, les mêmes plages de concentration s’appliquant.
Par ailleurs, la deuxième composition de transfert de chaleur peut comprendre un stabilisant alcène en C3 et C6, notamment un butène ou un pentène.
Exemple 1 - méthode de calcul des propriétés des fluides de transfert de chaleur dans les différentes configurations envisagées
L'équation RK-Soave est utilisée pour le calcul des densités, enthalpies, entropies et les données d'équilibre liquide vapeur des mélanges. L'utilisation de cette équation nécessite la connaissance des propriétés des corps purs utilisés dans les mélanges en question et aussi les coefficients d'interaction pour chaque binaire.
Les données disponibles pour chaque corps pur sont : la température d'ébullition, la température critique et la pression critique, la courbe de pression en fonction de la température à partir du point d'ébullition jusqu'au point critique, les densités de liquide saturé et de vapeur saturée en fonction de la température. Les données sur le HFC-32 et le HFO-1234yf ainsi sont disponibles sous Refrop (logiciel développé par NIST pour le calcul des propriétés des fluides frigorigènes).
L'équation RK-Soave utilise des coefficients d'interaction binaire pour représenter le comportement des produits en mélange. Les données d’équilibre liquide vapeur pour le binaire HFC-32/HFO-1234yf sont disponibles sous Refprop.
Exemple 2 - performances en refroidissement Dans la suite, les données de l’exemple 1 sont utilisées pour simuler le comportement des compositions de transfert suivant l’invention dans le cas du refroidissement de la batterie
Le système considéré est celui de la figure 1.
Le système fonctionne avec 0°C de surchauffe et 5°Cde sous refroidissement (circuit primaire).
Le coefficient de performance (COP) est défini comme étant la puissance utile fournie par le système sur la puissance apportée ou consommée par le système.
Le système fonctionne avec une température d'entrée du fluide frigorigène à l'évaporateur de 16°C et une températire de début de condensation du fluide frigorigène au condenseur de 50 °C.
Les performances des compositions sont données dans le tableau ci- dessous et exprimées en relativement aux performances du couple HFC- 134a/HCFO-1233zd
[Tableau 2]
Exemple 3 - performances en chauffage Dans la suite, les données de l’exemple 1 sont utilisées pour simuler le comportement des compositions de transfert suivant l’invention dans le cas du chauffage de la batterie.
Le système considéré est celui de la figure 1. Le système fonctionne avec 5°C de surchauffe et 0°C de sous refroidissement (circuit primaire).
Le coefficient de performance (COP) est défini comme étant la puissance utile fournie par le système sur la puissance apportée ou consommée par le système Le système fonctionne avec une température d'entrée du fluide frigorigène à l'évaporateur de -10°C et une tempérdure de début de condensation du fluide frigorigène au condenseur de 26 °C.
Les performances des compositions sont données dans le tableau ci- dessous et exprimées en relativement aux performances du couple HFC- 134a/HCFO-1233zd.
[Tableau 3]

Claims

Revendications
1. Procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, au moyen d’un système comprenant un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène et un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9, le procédé comprenant :
- l’échange de chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur ;
- l’échange de chaleur entre la deuxième composition de transfert de chaleur et la première composition de transfert de chaleur.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le rapport de la forme Z sur la forme E de
1-chloro-3,3,3-trifluoropropène est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur à ou égal 1 , de préférence inférieur ou égal à 0,5 et encore de préférence inférieur ou égal à 0,1.
3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1-difluoroéthane, le fluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2,3,3,3-heptafluoropropane, le 1 ,1 ,1- trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le 2,3,3,3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21 ,5 % en poids dans la première composition.
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur consiste en du 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropène.
6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur est à une pression essentiellement uniforme dans le circuit secondaire, ladite pression étant de préférence égale à la pression de saturation de la deuxième composition.
7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la batterie est maintenue à une température comprise entre une température minimale ti et une température maximale t2.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la température minimale ti est supérieure ou égale à 0°C et la température maximale t2 est inférieure ou égale à 60 °C, de préférence encore la température minimale ti est supérieure ou égale à 15°C et la température maximale t2 est inférieure ou égale à 40 °C, et de préférence encore la température minimale ti est supérieure ou égale à 16°C et la température maximde t2 est inférieure ou égale à 28 °C.
9. Procédé selon l’une des revendications 7 ou 8, mis en oeuvre lors de la charge de la batterie du véhicule, la batterie du véhicule étant de préférence totalement chargée dans une durée inférieure ou égale à 30 min, et de préférence inférieure ou égale à 15 min à partir de sa décharge totale.
10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur est en contact direct avec la batterie du véhicule.
11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la batterie comprend au moins une cellule électrochimique comportant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, l’électrode positive comprenant au moins un oxyde de formule LiNixMnyCozC avec x+y+z=1 , x>y et x>z, ou LiNixCoyAlz’ avec x’+y’+z’=1 , x’>y’ et x’>z’, en tant que matériau électrochimiquement actif.
12. Installation pour la régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant :
- un circuit de compression de vapeur (1 ) dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et
- un circuit secondaire (2) dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1 -chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9 ; le circuit de compression de vapeur (1 ) étant couplé avec le circuit secondaire (2) par un échangeur de chaleur intermédiaire (5), de sorte à permettre l’échange de chaleur entre la première composition de transfert de chaleur et la deuxième composition de transfert de chaleur ; et l’installation comprenant un échangeur de chaleur additionnel (7) configuré pour échanger de la chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur.
13. Installation selon la revendication 12, dans laquelle le circuit secondaire (2) ne comprend pas de compresseur.
14. Installation selon l’une des revendications 12 ou 13, dans laquelle la circulation de la deuxième composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire (2) est effectuée au moyen d’une pompe, ou par pesanteur, ou par capillarité.
15. Installation selon l’une des revendications 12 à 14, adaptée en outre pour la climatisation de l’habitacle du véhicule, et/ou le chauffage de l’habitacle du véhicule, et/ou le refroidissement de composés électroniques du véhicule, et/ou le chauffage de composés électroniques du véhicule.
16. Installation selon l’une des revendications 12 à 15, dans laquelle la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane, le 1 ,1-difluoroéthane, le fluoroéthane, le
1.1.1.2.3.3.3-heptafluoropropane, le 1 ,1 ,1- trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane.
17. Installation selon la revendication 16, dans laquelle le
2.3.3.3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21 ,5 % en poids dans la première composition.
EP20792470.5A 2019-10-15 2020-09-29 Procédé de regulation de la température d'une batterie d'un vehicule automobile Pending EP4045345A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1911485A FR3102009B1 (fr) 2019-10-15 2019-10-15 Procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile
PCT/FR2020/051696 WO2021074497A1 (fr) 2019-10-15 2020-09-29 Procédé de regulation de la température d'une batterie d'un vehicule automobile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4045345A1 true EP4045345A1 (fr) 2022-08-24

Family

ID=70008593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20792470.5A Pending EP4045345A1 (fr) 2019-10-15 2020-09-29 Procédé de regulation de la température d'une batterie d'un vehicule automobile

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12237489B2 (fr)
EP (1) EP4045345A1 (fr)
JP (1) JP7562655B2 (fr)
CN (1) CN114746299B (fr)
FR (2) FR3102009B1 (fr)
WO (1) WO2021074497A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3102010B1 (fr) * 2019-10-15 2022-06-03 Arkema France Procédé de régulation de la température d’une batterie comprenant un sel de lithium
US11833630B2 (en) 2021-05-28 2023-12-05 Yamazaki Mazak Corporation Machine tool with removable workpiece support
CN115224390B (zh) * 2022-06-24 2024-10-11 华创锐能新能源科技(上海)有限公司 锂离子电池包液冷系统及其控制方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100853621B1 (ko) * 2004-10-26 2008-08-25 주식회사 엘지화학 전지팩의 냉각 시스템
WO2009123328A1 (fr) 2008-03-31 2009-10-08 Nippon Shokubai Co., Ltd. Sel sulfonylimide et procédé de production de celui-ci
JP2009300001A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Mitsubishi Electric Corp 冷凍サイクル装置
FR2937906B1 (fr) * 2008-11-03 2010-11-19 Arkema France Procede de chauffage et/ou climatisation d'un vehicule.
FR2938550B1 (fr) * 2008-11-20 2010-11-12 Arkema France Composition comprenant du 2,3,3,3-tetrafluoropropene procede de chauffage et/ou climatisation d'un vehicule
FR2938551B1 (fr) 2008-11-20 2010-11-12 Arkema France Procede de chauffage et/ou climatisation d'un vehicule
JP2010261679A (ja) 2009-05-11 2010-11-18 Panasonic Corp 冷凍サイクル
AR078902A1 (es) 2009-11-03 2011-12-14 Du Pont Sistema de refrigeracion en cascada con refrigerante de fluoroolefina
FR2954342B1 (fr) 2009-12-18 2012-03-16 Arkema France Fluides de transfert de chaleur a inflammabilite reduite
JP5730900B2 (ja) 2009-12-21 2015-06-10 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ テトラフルオロプロペンおよびジフルオロメタンを含む組成物ならびにその使用
FR2957083B1 (fr) * 2010-03-02 2015-12-11 Arkema France Fluide de transfert de chaleur pour compresseur centrifuge
US20140202178A1 (en) 2011-06-30 2014-07-24 Michael W. Trumbower Multiple circuit cooling system
FR2979419B1 (fr) 2011-08-30 2018-03-30 Arkema France Fluides de transfert de chaleur supercritiques a base de tetrafluoropropene
DE202014010264U1 (de) 2014-01-09 2015-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einer Kompressionskältemaschine
FR3020060B1 (fr) 2014-04-18 2016-04-01 Arkema France Preparation d'imides contenant un groupement fluorosulfonyle
JP2019504985A (ja) 2016-02-16 2019-02-21 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ． 多段低ｇｗｐ空調システム
FR3069959B1 (fr) 2017-08-07 2019-08-23 Arkema France Melange de sels de lithium et ses utilisations comme electrolyte de batterie
EP3499634A1 (fr) 2017-12-14 2019-06-19 Mahle International GmbH Système de gestion thermique de batterie d'un véhicule
FR3078072B1 (fr) * 2018-02-21 2020-10-09 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tetrafluoropropene pour le maintien de la temperature d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride
FR3079670B1 (fr) 2018-03-28 2021-07-09 Valeo Systemes Thermiques Systeme de conditionnement thermique d'un dispositif de stockage electrique equipant un vehicule
FR3080169B1 (fr) * 2018-04-13 2020-12-18 Arkema France Procede de refroidissement et/ou de chauffage d'un corps ou d'un fluide dans un vehicule automobile
CN109546219A (zh) 2018-12-19 2019-03-29 珠海光宇电池有限公司 一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20240234872A9 (en) 2024-07-11
FR3102009B1 (fr) 2022-05-06
FR3120992A1 (fr) 2022-09-23
JP7562655B2 (ja) 2024-10-07
FR3120992B1 (fr) 2025-11-07
FR3102009A1 (fr) 2021-04-16
US20240136615A1 (en) 2024-04-25
CN114746299A (zh) 2022-07-12
JP2022552969A (ja) 2022-12-21
WO2021074497A1 (fr) 2021-04-22
CN114746299B (zh) 2025-08-12
US12237489B2 (en) 2025-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7562654B2 (ja) リチウム塩を含む電池の温度を制御するための方法
EP2297812B1 (fr) Electrolyte non-aqueux pour accumulateur au lithium a tension elevee
EP4045345A1 (fr) Procédé de regulation de la température d&#39;une batterie d&#39;un vehicule automobile
CN100433424C (zh) 锂二次电池的电极
WO2019197783A1 (fr) Procede de refroidissement et/ou de chauffage d&#39;un corps ou d&#39;un fluide dans un vehicule automobile
Ding et al. Non-flammable super-concentrated polymer electrolyte with “solvated ionic liquid” for lithium-ion batteries
EP3593397A1 (fr) Composition d&#39;électrolyte et son utilisation dans des batteries lithium-ion
WO2019216177A1 (fr) Électrode et dispositif électrochimique
JP2020102457A (ja) 電極および電気化学デバイス
EP3994230A1 (fr) Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le chauffage d&#39;une batterie au lithium
WO2021005276A1 (fr) Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le refroidissement d&#39;une batterie comportant une électrode positive de type oxyde
CN118359802A (zh) 用于非水电池电解液配方的组合物
FR3063836A1 (fr) Composition d&#39;electrolyte et son utilisation dans des batteries lithium-ion

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220331

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ARKEMA FRANCE