EP4259477A1 - Element de refroidissement pour cable de charge électrique d'un dispositif de stockage d'energie électrique et procédé de mise en place correspondant - Google Patents

Element de refroidissement pour cable de charge électrique d'un dispositif de stockage d'energie électrique et procédé de mise en place correspondant

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EP4259477A1
EP4259477A1 EP21830980.5A EP21830980A EP4259477A1 EP 4259477 A1 EP4259477 A1 EP 4259477A1 EP 21830980 A EP21830980 A EP 21830980A EP 4259477 A1 EP4259477 A1 EP 4259477A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling element
charging cable
conductive core
transfer fluid
heat transfer
Prior art date
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Pending
Application number
EP21830980.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yolanda Bravo
Jeremy Blandin
Cedric De Vaulx
Patrick LEBLAY
Kamel Azzouz
Julien Tissot
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.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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 Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Definitions

  • TITLE COOLING ELEMENT FOR ELECTRIC CHARGING CABLE OF AN ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE AND METHOD FOR CORRESPONDING PLACEMENT.
  • the present invention relates to the field of electrical charging of electrical energy storage devices of electric motor vehicles or thermal-electric hybrids. More particularly, the invention relates to electrical charging cables of such electrical energy storage devices which are likely to heat up during the vehicle charging operation.
  • These electric and hybrid vehicles are propelled by an electric motor powered by electrical energy stored in batteries arranged in the vehicle.
  • the batteries are supplied with electricity by connecting the electric vehicle to a charging station via an electric charging cable.
  • new equipment has been put in place to allow ultra-fast charging (also called “Fast Charge” or “ultra fast charge” in English) of these batteries, i.e. say a full charge, or almost full, in a few tens of minutes. Thanks to this high-power charging technology and high current intensities, recharging an electric vehicle with electricity becomes comparable to refueling a combustion engine.
  • the charging cables are subjected to high stresses, in particular to significant temperature rises. These temperature rises risk damaging the electrical charging cables as well as the connection elements, such as the adapter plugs, or even endangering the user who is required to grasp and handle the charging cables. .
  • a known solution consists in increasing the section of the current-conducting elements of the electric charging cable. This solution has at least the disadvantages of reducing the flexibility and maneuverability of the cable, in particular by increasing its bulk and its weight.
  • Another solution is to combine electrical charging cables with cooling systems. There are known electrical charging cables equipped with cooling fluid circulation pipes which follow the current-conducting elements of the cables or which are contained inside them with a view to cooling them by dissipating the heat generated. These cooling systems are not efficient enough compared to the amounts of heat emitted during ultra-fast charging.
  • the invention falls within this context and aims to improve the performance and reliability of the charging cables of electric or hybrid vehicles as well as to improve the safety of the users who handle them.
  • the invention proposes solutions for increasing the absorption and dissipation of the heat generated in the electrical load cables during the operations of supplying electricity to electrical energy storage devices, in particular in the case of ultra-fast charging.
  • the invention proposes an electrical charging cable cooling element of an electrical energy storage device, of the electrical battery type, capable of ensuring optimal thermal regulation of the electrical charging cable throughout the process of refueling with electricity.
  • Said cooling element has the advantage of having a very large heat exchange surface which makes it possible to significantly reduce the cross-sectional dimensions of the current-conducting elements of the electric charging cable and thus to reduce their bulk and their weight.
  • the first subject of the invention is a cooling element for an electrical charging cable of an electrical energy storage device, comprising a plurality of microfibers adapted to be traversed by a heat transfer fluid, and at least two collector boxes, at at least one microfiber being hydraulically connected to at least one inlet manifold configured to distribute heat transfer fluid into the micro fibers and to at least one outlet manifold configured to collect heat transfer fluid leaving the micro fibers, the manifold d the inlet and/or the outlet header box being configured to be threaded around at least a part of the electrical load cable.
  • heat transfer fluid is understood to mean a fluid configured to transport calories and carry out heat exchanges with its environment, that is to say giving up or capturing calories, this heat exchange resulting or not in a change of state of the coolant.
  • the heat transfer fluid which circulates in the micro fibers is configured to capture the calories emitted by the electrical charging cable in operation, that is to say during the electrical charging operations of the batteries. electrical, so as to lower the temperature of said charging cable.
  • the fluid can be a refrigerant fluid, for example of the 1234yf or C02 type, a glycol water mixture, or any other fluid suitable for this use.
  • each micro fiber of the cooling element is in fluid communication with the inlet manifold and also with the outlet manifold.
  • the microfibers are hollow structures of constant or substantially constant section; a section of each microfiber has a main dimension between 0.1 mm and 1.5 mm, advantageously between 0.4 and 1 mm, even more advantageously between 0.5 and 0.7 mm
  • main dimension we mean a longest dimension of the section of the micro fiber concerned.
  • main dimension when the micro fiber has a circular cross-section, its diameter is referred to as the "main dimension”.
  • main dimension means a diagonal of this section.
  • the microfibers to consist of at least one polymer material.
  • each microfiber comprises at least one first end hydraulically connected to the inlet manifold and at least one second end hydraulically connected to the outlet manifold; the first ends of the microfibers are connected to the inlet header box by forming a circular profile; the second ends of the micro fibers are connected to the outlet manifold forming a circular profile; a non-zero distance is provided between two successive microfibers at the level of at least one of the header boxes. For example, this non-zero distance made between each microfiber is between 0.5 and 3 mm.
  • the cooling element comprises at least one heat transfer fluid return conduit which extends between a first end hydraulically connected to the outlet header box and a second end hydraulically connected to a cooling circuit configured to thermally treat the heat transfer fluid which circulates in the microfibers; the coolant return conduit is arranged at a non-zero distance from each microfiber. For example, this non-zero distance is between 0.5 and 3 cm.
  • the return duct comprises at least one thermally insulating material.
  • this thermally insulating material may be rubber, EPDM, polyurethane and any other material deemed suitable for this use.
  • the inlet header box has at least a first lug in which an orifice is formed, said orifice being adapted to allow the hydraulic connection of the inlet header box to a cooling circuit configured to thermally treat the heat transfer fluid which circulates in microfibers;
  • the inlet header box comprises at least a second lug in which is made a recess adapted to be traversed by the coolant return conduit.
  • the inlet header box comprises at least a second lug in which is made a recess adapted to be hydraulically connected to the heat transfer fluid return duct on the one hand and to the cooling circuit on the other hand.
  • the heat transfer fluid return conduit is hydraulically connected to the recess provided in the second lug, that is to say that it opens into this recess, and that this recess is meanwhile hydraulically connected to the cooling circuit, and sealed to the rest of the inlet manifold;
  • the second ear of the inlet box is adapted on the one hand to be connected to an external cooling circuit, and on the other hand adapted to be crossed by the return duct and/or connected to said return duct and has a channel acting as a fluidic connection between the return duct and the cooling circuit, said channel passing through the second ear being fluid-tight with the rest of the inlet manifold; in other words, the inlet manifold is separated into a first fluidic compartment intended to conduct the fluid from the first ear to the microfibers, and a second compartment intended to conduct the fluid from the conduit back to the outlet and therefore to the cooling system ; the outlet collector box acts as a reversal box in the sense that it recovers the fluid from the micro fibers and returns it to the inlet box via the second ear, then through the reversal duct, connected to the second ear of the outlet box; the inlet manifold and the outlet manifold are structurally identical.
  • the inlet manifold and the outlet manifold both include the first ear and the second ear in which the orifice and the recess are provided, respectively.
  • the orifice made in the first lug of the inlet manifold is fluidically connected to the cooling circuit
  • the recess made in the second lug of the inlet manifold is fluidically connected to the return duct or passed through via this return duct
  • the orifice made in the first lug of the outlet header box is fluidly connected to the micro fibers
  • the recess made in the second lug of the outlet header box is closed, for example by means of a cork.
  • Another object of the invention is an electrical charging cable of an electrical energy storage device of a motor vehicle comprising a plurality of electrically conductive elements assembled together to form a conductive core, at least a cooling element as previously described and at least one outer sheath housing at least the conductive core and at least part of the cooling element.
  • conductive core is meant a portion of the cable which conducts electrical energy.
  • the outer sheath makes it possible to protect the microfibers from external attacks, thus ensuring their integrity and thus extending the life of the electric charging cable equipped with these microfibers.
  • the heat transfer fluid which circulates in the microfibers is configured to capture calories emitted by the conductive core.
  • each micro fiber of the cooling element extends in a main direction parallel to an axis of elongation of the guiding soul; each micro fiber of the cooling element is wound in a helical winding coaxial with the axis of elongation of the conductive core.
  • the winding of micro fibers has a regular winding pitch. “Winding pitch” means a distance measured between two successive wraps of the same microfiber; the microfibers can be wound so as to be in contact two by two along the main extension direction of the microfibers.
  • the winding of microfibers forms a uniform layer of microfibers.
  • the term "uniform layer” means the fact that the layer of microfibers formed has a constant thickness over the entire main direction of extension.
  • a configuration makes it possible to arrange a maximum number of micro fibers around the conductive core, thus increasing the available exchange surface.
  • such a spacing makes it possible to avoid, or at the very least to limit, a transfer of heat between the heat transfer fluid which circulates in two successive turns of micro fibers. In other words, this distance improves the efficiency of the heat transfer operated between the heat transfer fluid and the conductive core.
  • the cooling element is arranged outside the conductive core.
  • the microfibers that help form the cooling element can be wrapped around the conductive core.
  • the conductive core is interposed between at least part of the cooling element and the outer sheath.
  • the cooling element is arranged, at least in part, inside the conductive core, that is to say that at least the microfibers which participate in forming this cooling element are surrounded by the electrically conductive elements constituting the conductive core.
  • the cable is formed by a joint winding of the electrically conductive elements and the micro fibers forming the cooling element.
  • the outer sheath comprises at least one thermally insulating material.
  • the outer sheath is made of rubber, EPDM, polyurethane and any other material deemed suitable for this use.
  • such a sheath avoids heat losses in the environment.
  • the outer sheath of thermally insulating material makes it possible to maintain an optimum temperature difference between the heat transfer fluid which circulates in the microfibers and the conductive core;
  • the elongation axis of the conductive core passes through a center of the circular shape along which the micro fibers are arranged on the inlet manifold and through a center of the circular shape along which the microfibers are arranged on the box outlet manifold;
  • the inlet header box and/or the outlet header box are arranged, at least partially, around the conductive core of the electric charging cable;
  • the heat transfer fluid return duct extends along a straight line of main extension parallel to the axis of elongation of the conductive core of the electric charging cable.
  • Another object of the invention is an electrical energy distribution device configured to allow the recharging of at least one electrical energy storage device, comprising at least one electrical charging cable as described above.
  • the electrical energy distribution device provision is made for it to comprise at least one electrical power supply member, at least the conductive core of the electrical charging cable being electrically connected to this power supply member. power supply.
  • the electrical power distribution device provision is made for it to comprise a cooling circuit intended to cool the heat transfer fluid circulating in the micro fibers of the network of micro fibers of the cooling element of the electrical charging cable, the cooling circuit comprising the cooling element of the electrical charging cable and at least one heat exchanger configured to discharge the heat transfer fluid of its calories.
  • the cooling circuit comprises at least one compression member adapted to increase the pressure of the heat transfer fluid which passes through it, F at least one heat exchanger and at least one expansion member configured to reduce a pressure of the heat transfer fluid which leaves F at least one heat exchanger, the heat exchanger being configured to effect a heat exchange between the compressed heat transfer fluid and a heat transfer fluid.
  • Another object of the invention is a method for placing the cooling element on an electric charging cable as previously described, said method comprising at least: a first step of placing the cooling element around of the conductive core, so that each microfiber extends along a main axis of extension parallel to the axis of elongation of the conductive core; a second step of rotating the cooling element around the conductive core so that the micro fibers are wound around the conductive core; a third step of blocking the cooling element so as to maintain the micro fibers in the winding position; a fourth step of placing an outer sheath around at least part of the cooling element.
  • the step of positioning the cooling element is done by threading said cooling element around the conductive core.
  • the method for installing an electric charging cable may also comprise steps for manufacturing manifolds, said manufacturing steps comprising at least: a step for installing a plurality of micro fibers which participates forming a cooling element in a first mold so that a non-zero distance separates each microfiber; a step of forming a first part of the inlet header box and a first part of the outlet header box using the first mold in which the micro fibers intended to form, at least in part, the element for cooling and forming a second part of the inlet header box and a second part of the outlet header box in a second mold that may or may not be separate from the first mold; a step of cutting the first part of the inlet header box and the first part of the outlet header box so as to open the microfibers around which these first parts of the inlet and outlet header boxes are molded; a step of assembling the second part of the inlet header box with the first part of this inlet header box and the second part of the outlet header box with the first part of this outlet header box.
  • the first part of the inlet header box can be crimped onto the second part of the inlet header box and the first part of the outlet header box can, to it, be crimped on the second part of the outlet manifold.
  • first and second parts of the inlet manifold, as well as the first and second parts of the outlet manifold can be assembled to each other by glue or by any other attached fastening means with a sealing device between said two first and second parts of each of the manifolds.
  • FIG 1 is a perspective side view of a first embodiment of an electric charging cable according to the invention.
  • FIG 2 is a detail view of one end of the electric charging cable according to the first embodiment of the invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the electric charging cable according to a first variant of the first embodiment of the invention, the electric charging cable comprising a cooling element according to the invention;
  • FIG 4 is a schematic view, in cross section, of the electric charging cable according to a second variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the electric charging cable comprising the cooling element according to a first variant of a second embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a schematic view, in cross section, of the electric charging cable comprising the cooling element according to a second variant of the second embodiment of the invention.
  • FIG 7 is a schematic view, in cross section, of the electric charging cable comprising the cooling element according to a third variant of the second embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the electric charging cable comprising the cooling element according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a schematic view of an electrical power distribution device comprising at least one electrical charging cable according to the invention.
  • FIG. 10 illustrates, in block form, a method of manufacturing the electric charging cable according to the invention.
  • the denominations longitudinal, transverse, lateral, left, right, above, below refer to the orientation, in a trihedron L, V, T of an electric charging cable 2 according to the invention.
  • a longitudinal axis L represents a longitudinal direction
  • a transverse axis T represents a transverse direction
  • a vertical axis V represents a vertical direction of the object considered.
  • a trasnversale section corresponds to a section made according to a transverse and vertical plane, that is to say a plane in which the transverse axis T and the vertical axis V of the trihedron are inscribed.
  • the terms “electric charging cable” and “charging cable” will be used without distinction.
  • the following description relates to a cooling element according to the invention used to ensure the thermal regulation of an electrical charging cable intended for the electrical charging of a vehicle electrical energy storage device or thermal-electric hybrids, but it should be understood that this is only a particular example of application of the present invention which does not limit it. Provision may thus be made to use the cooling element according to the invention for the thermal regulation of any known electric charging cable.
  • FIG. 1 illustrates an electric charging cable 2 according to a first embodiment of the invention of an electric energy storage device, of the battery type, capable in particular of equipping a motor vehicle with electric or hybrid motorization, not shown , and intended to supply electrical energy to an electric motor fitted to said motor vehicle with a view to its movement.
  • an electric charging cable 2 comprises a plurality of electrically conductive elements, not shown here, assembled together to form a conductive core 20.
  • This conductive core 20 extends along a main elongation axis X parallel to the axis longitudinal L of the trire shown, and forms the portion of the electrical charging cable 2 which conducts electrical energy.
  • the electrical cable 2 further comprises an outer sheath illustrated in Figures 3 to 8 which will be more fully described with reference to these figures.
  • the electrical charging cable 2 and more particularly the conductive core 20 of this electrical charging cable 2 tends to heat up considerably.
  • a cooling element 1 equips the electric charging cable 2, this cooling element having the function of regulating the temperature of said charging cable 2, in particular by absorption and dissipation of the heat generated in the conductive core 20 of this charging cable 2.
  • the cooling element 1 comprises a plurality of microfibers 3 adapted to be traversed by a heat transfer fluid configured to capture calories emitted by the electric charging cable 2 in operation, that is to say during the electrical charging operations of the electrical batteries, with a view to lowering the temperature of said electrical charging cable 2.
  • the cooling element 1 also comprises an inlet manifold 4 to which each microfiber 3 is hydraulically connected by a first end and an outlet manifold 5 to which each microfiber 3 is hydraulically connected by a second end.
  • the inlet collector box 4 is configured to distribute the heat transfer fluid in each microfiber 3 while the outlet collector box 5 configured to collect the heat transfer fluid at the outlet of each micro fiber 3.
  • the inlet 4 and outlet collector boxes 5 are configured to be threaded around at least a part of the electric charging cable 2. According to the example illustrated in FIG. 1, the header boxes 4, 5 are more particularly threaded around the conductive core 20 of the charging cable. load 2.
  • the denominations "upstream” and “downstream” will be defined with respect to the direction of circulation of the heat transfer fluid in each micro fiber 3, said heat transfer fluid being introduced, at the inlet of each micro fiber, by the intermediary of the inlet manifold 4 then collected, at the outlet of each microfiber, by the outlet manifold 5.
  • each microfiber 3 is a hollow structure of constant or substantially constant section.
  • Each microfiber 3 has a section whose main dimension is between 0.1 mm and 1.5 mm.
  • main dimension is meant a longest dimension of the section of the microfiber 3 concerned.
  • the main dimension is referred to as the "main dimension”.
  • the term "main dimension” means a diagonal of this section.
  • each microfiber 3 has a main dimension less than 1 mm.
  • microfibers 3 are made of polymer material.
  • the use of such a material gives each microfiber 3 mechanical strength and chemical resistance sufficient to withstand the stresses to which they are subjected, in particular the stresses associated with temperature variations and the circulation of heat transfer fluid.
  • such a material makes it possible to give the microfibers characteristics of suppleness and flexibility, so that they can be deformed without their integrity being impacted.
  • this deformation capacity makes it possible to put the microfibers in rotation so as to wind them, for example around the conductive core 20 of the electric charging cable 2.
  • this deformation capacity makes it possible to arrange the micro fibers 3 in which the heat transfer fluid circulates as close as possible to the conductive core 20 of the electric charging cable 2, so as to allow the capture and dissipation of the greatest number possible calories.
  • the cooling element 1 also comprises a return conduit 6 for the heat transfer fluid hydraulically connected by a first end 12 to the outlet header box 5 and by a second end 12' to a cooling circuit configured to treat thermally the heat transfer fluid which circulates in the micro fibers 3.
  • This return duct 6 extends along a straight line of main extension D parallel to the axis of elongation X of the conductive core 20 of the electric charging cable 2.
  • the return duct 6 can be made of a thermally insulating material, so that the calories captured by the heat transfer fluid circulating in this return duct 6 do not dissipate again in the immediate environment of the charging cable. electrical 2.
  • the inlet manifold 4 has a first lug 7 in which an orifice 8 is made and a second lug 9 in which a recess 10 is made.
  • the orifice 8 of the first lug 7 is adapted to allow the hydraulic connection of the inlet manifold 4 to the cooling circuit configured to heat-treat the heat transfer fluid which circulates in the microfibers 3 and the recess 10 made in the second lug 9 is adapted to be crossed by the return duct 6 of heat transfer fluid.
  • the hydraulic connection between the return conduit 6 and the cooling circuit is made upstream of the inlet manifold 4.
  • the hydraulic connection between the return conduit 6 and the cooling circuit is made, according to this configuration, downstream of the inlet manifold 4, with respect to a direction of circulation of the heat transfer fluid in this return conduit 6.
  • the recess 10 of the second lug 9 of the inlet manifold 4 is adapted to be hydraulically connected to the return conduit 6 of the heat transfer fluid on the one hand and to the circuit cooling on the other hand.
  • the heat transfer fluid charged with the calories captured during its passage through the micro fibers 3 passes through the inlet manifold 4 before joining the cooling circuit.
  • the inlet header box 4 and the outlet header box 5 are structurally identical, that is to say that the outlet header box 5 also comprises a first lug 7' in which an orifice 8' is formed and a second lug 9' in which a recess 10' is made.
  • the orifice 8' made in the first lug 7' of the outlet manifold 5 is hydraulically connected to the return pipe 6, while the recess 10' made in the second lug 7' of this outlet manifold 5 is kept closed, for example by obstruction using a plug.
  • such a structural identity makes it possible to achieve significant economies of scale during the production of these manifolds.
  • outlet manifold 5 could simply be without its second ear without departing from the context of the present invention.
  • Each microfiber 3 of the cooling element 1 extends along a main direction of extension parallel to the axis of elongation X of the conductive core 20. As shown, each of these microfibers 3 is wound, along a helical winding coaxial with the axis of elongation X of the conductive core 20. In other words, the main direction of extension of the winding of micro fibers 3 is parallel to the axis of elongation X of the conductive core 20.
  • the winding of the micro fibers 3 has a regular winding pitch. The winding pitch corresponds to a distance measured between two successive micro fibers 3.
  • the microfibers 3 can be wound so as to be in contact two by two along the main direction of extension of the microfibers 3.
  • Such winding of the microfibers 3 advantageously makes it possible to arrange a maximum number of microfibers fibers 3 around the conductive core 20 and thus increase the available exchange surface.
  • the contact surface obtained by the contact of the micro fibers 3 with each other, makes it possible to create a maximum heat exchange surface between the heat transfer fluid which circulates in the micro fibers 3 and the conductive core 20.
  • the thermal regulation of the core conductor 20 throughout the process of charging the electrical energy storage device with electricity is optimized and leads to the cooling of the electrical charging cable 2.
  • Such an arrangement makes it possible to significantly reduce the sectional dimensions of the current-conducting elements of the cable electrical load 2 and thus reduce their size and weight.
  • a spacing makes it possible to avoid, or at the very least to limit, a transfer of heat between the heat transfer fluid which circulates in two successive turns of micro fibers. In other words, this distance improves the efficiency of the heat transfer operated between the heat transfer fluid and the conductive core 20.
  • micro fibers 3 provision is made for the winding of micro fibers 3 to form a uniform layer of micro fibers, i.e. a layer of constant thickness over the entire main direction of extension of the micro fibers 3.
  • FIG. 2 is an enlargement of a portion of the charging cable 2, produced at the level of the inlet manifold 4.
  • the micro fibers 3 are arranged and connected to this inlet manifold 4 according to a circular profile. More precisely, the first ends of each micro fiber 3 are connected to the inlet manifold 4 by forming a circular profile.
  • the microfibers 3 are also arranged and connected to the outlet manifold according to a circular profile.
  • the second ends of each microfiber are connected to the outlet header box by forming a circular profile.
  • Each circular arrangement of the ends of the microfibers is made in such a way that a non-zero distance di is provided between two successive microfibers. Preferably, such a distance di is between 0.5 and 3 mm.
  • the circular profile of the first ends of the microfibers 3 and the circular profile of the second ends of the microfibers 3 are identical to each other.
  • the return duct 6 is arranged at a distance d2 that is not zero from each microfiber 3 and, preferably, substantially constant so as to extend parallel to the main direction of extension of the structure formed by the plurality the plurality of micro fibers 3.
  • a distance d2 is between 0.5 and 3 cm.
  • FIGS. 3 to 8 illustrate the electrical charging cable 2 of an electrical energy storage device of a motor vehicle according to three distinct embodiments of the invention. These figures represent more particularly the charging cable 2 seen in cross section.
  • the latter comprises a common structure consisting of the plurality of electrically conductive elements, not shown, assembled together to form the conductive core 20 , at least one cooling element 1 as previously described, and at least one outer sheath 11 housing at least the conductive core 20 and at least part of the cooling element 1, in this case at least the micro fibers 3 of this cooling element 1.
  • Each electrically conductive element consists of a conductive metal, for example copper or copper alloy, which has a high electrical conductivity.
  • the outer sheath 11 makes it possible to protect, at least, the micro fibers 3 mechanically, that is to say that this sheath 11 prevents these micro fibers 3 from deteriorating, thus improving the life of the element.
  • this outer sheath 11 may comprise at least one thermally insulating material, so as to avoid heat loss into the environment and make it possible to maintain an optimum temperature difference between the heat transfer fluid which circulates in the microfibers 3 received in this outer sheath 11 and conductive core 20.
  • the electrically conductive elements can be arranged together in any known manner.
  • the conductive core 20 can be formed of electrically conductive elements arranged individually or in bundles, in one or more layers, so as to constitute any type of geometric arrangement forming at least one conductive strand.
  • FIG. 3 illustrates, according to a cross section taken along the plane AA illustrated in FIG. 1, a first variant of the first embodiment of the invention according to which the cooling element 1, consisting, at least, of the plurality of micro fibers 3 and the return duct 6, is interposed between the conductive core 20 and the outer sheath 11 of the cable 2.
  • the plurality of micro fibers 3 is wound around the conductive core 20, at the outside of it.
  • This first embodiment has the advantage of making it possible to obtain the lowest possible electrical charging cable 2 temperature at the periphery of the latter and therefore to greatly limit the risk of burns or excessive heat sensation for the user. which manipulates said electric charging cable 2.
  • the axis of elongation X of the conductive core 20 passes through a center of the circular shape in which the microfibers 3 are arranged on the inlet manifold 4 and by a center of the circular shape in which the micro fibers 3 are arranged on the outlet manifold.
  • the inlet manifold 4 and/or the outlet manifold are arranged, preferably threaded, around the conductive core 20 of the electric charging cable 2.
  • the return duct 6 is arranged outside the outer sheath 11 .
  • this outer sheath receives, according to this variant of the first embodiment, only the conductive core 20 and the micro fibers 3.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and according to a cross section produced by the same plane AA illustrated in FIG. 1, a second embodiment variant of the first embodiment.
  • the second variant of the first embodiment differs from the first variant which has just been described in that the return conduit 6 is included in the outer sheath 11.
  • this outer sheath 11 here receives both the conductive core 20, the micro fibers 3 and the return conduit 6.
  • FIGS 5, 6 and 7 illustrate, respectively, a first variant, a second variant and a third variant of a second embodiment of the invention. These figures more particularly illustrate the charging cable 2 seen in cross section and devoid of its manifolds.
  • the conductive core 20 is interposed between at least a part of the cooling element 1 and the outer sheath 11.
  • the microfibers 3 are, initially, positioned inside the conductive core 20, that is to say in the center of the conductive core 20, before being able to be connected by their first and second ends to the inlet and outlet manifolds respectively, for example so as to form the circular profile mentioned above.
  • This second embodiment, according to which the cooling element 1 is inside the conductive core 20, has the advantage of allowing better cooling of said conductive core.
  • the return duct 6 is arranged at the center of the conductive core 20.
  • both the microfibers 3 and the return duct 6 are arranged in the center of the conductive core 20.
  • the return conduit 6 is arranged between the conductive core 20 and the outer sheath 11.
  • the return duct 6 is arranged outside the outer sheath 11. According to this third variant of the second embodiment, only the conductive core 20 and the micro fibers 3 are thus received and protected by the outer sheath 11.
  • FIG. 8 illustrates a third embodiment of the invention according to which the charging cable 2 is formed by a joint winding of the electrically conductive elements forming the conductive core 20 and the micro fibers 3 which participate in forming the cooling element 1.
  • the outer sheath 11 receives both the conductive core 20, the microfibers 3 and the return conduit 6. It is understood that the return conduit 6 could be arranged at the outside of this outer sheath 11 without departing from the context of the present invention.
  • the electrical charging cable 2, as just described, is intended to equip an electrical energy distribution device 30 configured to allow the charging of at least one electrical energy storage device, for example of a vehicle 33 with an electric or hybrid motor.
  • an electrical energy distribution device 30 is for example very schematically illustrated in FIG. 9.
  • FIG. 9 more particularly illustrates an example of implementation of the invention in which the electrical energy distribution device 30 is used to recharge the electrical energy storage device of a motor vehicle, but it is understood that this is only an example of implementation and that the electrical energy distribution device according to the invention could be used for other purposes without departing from the context of the present invention.
  • the distribution device 30 comprises at least the electrical charging cable 2 as described previously and an electrical supply member 31 electrically connected to the electrical charging cable 2. More particularly, the electrical supply member 31 is electrically connected to the conductive core 20 of the electric charging cable 2.
  • the electrical power distribution device 30 comprises the cooling circuit 32 intended to cool the heat transfer fluid circulating in the plurality of micro fibers of the cooling element of the electrical charging cable 2.
  • the cooling circuit 32 comprises at least one heat exchanger adapted to allow the heat transfer fluid which joins it to discharge the calories captured in the immediate environment of the conductive core of the electric charging cable 2, c that is to say to cool this heat transfer fluid.
  • This heat exchanger can for example be configured to carry out an exchange between the heat transfer fluid which circulates in the micro fibers and an air flow, or between the heat transfer fluid and a heat transfer fluid without departing from the context of the invention.
  • the term “heat transfer fluid” is understood to mean a fluid capable of transporting calories and of exchanging them with its environment, with or without changing state.
  • the cooling circuit 32 may comprise at least one compression member adapted to increase the pressure of the heat transfer fluid passing through it, at least the heat exchanger mentioned above and at least one expansion device configured to lower the pressure of the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid joins the micro fibers via the inlet manifold, captures the calories emitted by the conductive core of the charging cable 2, and then joins the outlet manifold through the return duct. This heat transfer fluid can then pass through this outlet header box, or not, before joining the compression unit in which it is compressed.
  • the heat transfer fluid at high pressure and heated by its passage through the micro fibers of the cooling element of the charging cable 2 then joins the heat exchanger in which it transfers calories to another fluid whatever it may be. Once discharged of its calories, the heat transfer fluid passes through the expansion device within which its pressure is reduced in order to allow it to return to the inlet manifold, then to begin a new thermodynamic cycle by rejoining the micro fibers of the cooling element of the charging cable 2.
  • Figure 7 illustrates, in the form of a block diagram, a method of positioning the cooling element to form the electrical charging cable as described above.
  • the method comprises at least: a first step 40 of placing the cooling element around the conductive core, so that each micro fiber extends along a main extension line parallel to the axis of elongation of the conductive core.
  • this first step of positioning the cooling element can be done by threading the cooling element, that is to say the plurality of micro fibers and inlet and outlet manifolds to which the micro fibers are hydraulically connected around the conductive core; a second step 41 of rotation of the cooling element around the conductive core so that the micro fibers are wound around the conductive core 2; a third step 42 of blocking the cooling element so as to maintain the micro fibers in the winding position; a fourth step 43 of placing the protective insulating outer sheath at least around the winding of micro fibers.
  • the step of rotating the cooling element allows, on the one hand, the helical winding coaxial with the elongation axis of the conductive core and on the other hand, bringing the micro fibers together until they come into contact with each other in order to create a maximum available heat exchange surface.
  • the step of rotating the cooling element can be shortened so that the microfibers are close together to form the helical winding, but without them being in contact with each other.
  • the step for installing the cooling element may consist in placing said cooling element inside the conductive core, so that each microfiber extends along a main extension line parallel to the axis of elongation of the conductive core.
  • the microfibers are, firstly, positioned relative to the conductive core then, secondly, connected to the input and output manifolds.
  • the method for placing the cooling element around the electric charging cable may also comprise steps for manufacturing manifolds comprising at least: a step for placing a plurality of micro fibers intended to forming, in part, the cooling element in a first mold so that a non-zero distance separates each microfiber; a step of forming a first part of the inlet header box and a first part of the outlet header box using the first mold in which the micro fibers intended to form the cooling and forming element of a second part of the inlet manifold and of a second part of the outlet manifold are arranged in a second mold, separate or not, from the first mould; a step of cutting out the first part of the inlet header box and the first part of the outlet header box so as to open the microfibers around which these first parts of the inlet and outlet header boxes are molded; a step of assembling the second part of the inlet header box with the first part of this inlet header box and the second part of the outlet header box with the first part of this outlet header box.
  • the first and second parts of the inlet and outlet collector box respectively can be assembled to one another by crimping or by gluing or even by any other fastening means attached with a sealing device between said two first and second parts of each of the inlet and outlet header boxes respectively.
  • the micro fibers are, initially, positioned with respect to the conductive core then, in a second step, connected to the input and output manifolds.
  • the invention makes it possible to achieve the objectives it has set itself and in particular to propose a cooling element for an electrical charging cable of an electrical energy storage device, said cooling element cooling having the objective of improving the performance and reliability of the electric charging cable, while securing its handling, by improving the thermal regulation of said electric charging cable by capturing and dissipating the calories emitted by the latter.
  • a cooling element having a very large heat exchange surface
  • the invention makes it possible to significantly lower the temperature of the electric charging cable throughout the process of refueling with electricity. The risk of damage to the charging cable and other connection elements is therefore greatly reduced and the efficiency of the high-power ultra-fast charging technology is improved.
  • Efficient cooling of the electrical charging cable also allows significantly reduce the cross-sectional dimensions of the current-conducting elements which compose it and therefore reduce the size and the weight of said electric charging cable.
  • the invention cannot be limited to the embodiments specifically given in this document by way of non-limiting examples, and extends in particular to all equivalent means and to any technically effective combination of these means.
  • the characteristics, the variants and the different embodiments of the invention can be associated with each other, according to various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
  • the cooling element for an electrical charging cable of an energy storage device electrical comprises a plurality of microfibers adapted to be traversed by a heat transfer fluid and hydraulically connected to at least two manifolds inlet and outlet of said heat transfer fluid. Consequently, other configurations of the cooling element, of the electric charging cable and of the electric power distribution device according to the invention can be produced, in particular by variations in the arrangement, the dimensioning and the number of elements that compose them, in particular microfibers, collector boxes, the return duct as well as electrically conductive elements and the outer sheath.

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Abstract

L'invention a pour objet un élément de refroidissement (1) pour un câble (2) de charge électrique d'un dispositif de stockage d'énergie électrique, comprenant une pluralité de microfibres (3) adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur, et au moins deux boîtes collectrices (4, 5), au moins une microfibre (3) étant hydrauliquement connectée à au moins une boîte collectrice d'entrée (4) configurée pour répartir le fluide caloporteur dans les microfibres (3) et à au moins une boîte collectrice de sortie (5) configurée pour collecter le fluide caloporteur qui quitte les microfibres (3), la boîte collectrice d'entrée (4) et/ou la boîte collectrice de sortie (5) étant configurée pour être enfilée autour d'au moins une partie du câble (2) de charge électrique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : ELEMENT DE REFROIDISSEMENT POUR CABLE DE CHARGE ELECTRIQUE D’UN DISPOSITIF DE STOCKAGE D’ENERGIE ELECTRIQUE ET PROCEDE DE MISE EN PLACE CORRESPONDANT.
La présente invention se rapporte au domaine de la charge électrique des dispositifs de stockage d’énergie électrique de véhicules automobiles électriques ou hybrides thermiques- électriques. Plus particulièrement, l’invention concerne des câbles de charge électrique de tels dispositifs de stockage d’énergie électrique qui sont susceptibles de s’échauffer lors de l’opération de recharge du véhicule.
Dans le domaine automobile, les contraintes environnementales actuelles poussent les constructeurs automobiles à développer le marché des véhicules électriques et hybrides, qui sont moins polluants que les véhicules à moteurs thermiques classiques.
Ces véhicules électriques et hybrides sont propulsés grâce à un moteur électrique alimenté par de l’énergie électrique stockée dans des batteries agencées dans le véhicule. Le ravitaillement en électricité des batteries est opéré en reliant le véhicule électrique à une station de charge par l’intermédiaire d’un câble de charge électrique. Afin de diminuer le temps nécessaire pour recharger ces batteries, de nouveaux appareillages ont été mis en place pour permettre une charge ultrarapide (également appelée « Fast Charge » ou « ultra fast charge » en anglais) de ces batteries, c’est-à-dire une charge complète, ou quasi-complète, en quelques dizaines de minutes. Grâce à cette technologie de charge haute puissance et d’intensités de courant élevées, la recharge en électricité d’un véhicule électrique devient comparable au ravitaillement d’un moteur thermique.
Lors de ces phases de charge rapide, les câbles de charge sont soumis à de fortes contraintes, en particulier à des échauffements importants. Ces élévations de température risquent d’endommager les câbles de charge électrique ainsi que les éléments de connexion, tels que les fiches d’adaptateur, ou bien encore de mettre en danger l’utilisateur qui est amené à saisir et à manipuler les câbles de charge.
Dans le but d’abaisser la température des câbles de charge, une solution connue consiste à augmenter la section des éléments conducteurs de courant du câble de charge électrique. Cette solution présente au moins les inconvénients de réduire la flexibilité et la maniabilité du câble, notamment en augmentant son encombrement et son poids. Une autre solution consiste à associer aux câbles de charge électrique des systèmes de refroidissement. On connait des câbles de charge électrique équipés de conduites de circulation de fluide de refroidissement qui suivent les éléments conducteurs de courant des câbles ou qui sont contenus à l’intérieur de ceux-ci en vue de les refroidir en dissipant la chaleur générée. Ces systèmes de refroidissement ne sont pas suffisamment efficaces par rapport aux quantités de chaleur émises lors d’une charge ultrarapide.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à améliorer la performance et la fiabilité des câbles de charge de véhicules électriques ou hybrides ainsi qu’à améliorer la sécurité des utilisateurs qui les manipulent. A cet effet, l’invention propose des solutions pour augmenter l’absorption et la dissipation de la chaleur générée dans les câbles de charge électrique lors des opérations de ravitaillement en électricité de dispositifs de stockage d’énergie électrique, en particulier dans le cas de charges ultrarapides.
L’invention propose un élément de refroidissement de câble de charge électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique, de type batteries électriques, apte à assurer une régulation thermique optimale du câble de charge électrique tout au long du processus de ravitaillement en électricité. Ledit élément de refroidissement présente l’avantage d’avoir une surface d’échange thermique très importante qui permet de réduire significativement les dimensions de section des éléments conducteurs de courant du câble de charge électrique et ainsi de réduire leur encombrement et leur poids.
L’invention a pour premier objet un élément de refroidissement pour un câble de charge électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique, comprenant une pluralité de microfibres adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur, et au moins deux boîtes collectrices, au moins une microfibre étant hydrauliquement connectée à au moins une boîte collectrice d’entrée configurée pour répartir le fluide caloporteur dans les micro fibres et à au moins une boîte collectrice de sortie configurée pour collecter le fluide caloporteur qui quitte les micro fibres, la boîte collectrice d’entrée et/ou la boîte collectrice de sortie étant configurée pour être enfilée autour d’au moins une partie du câble de charge électrique.
Par la suite, on entend par l’expression « fluide caloporteur » un fluide configuré pour transporter des calories et opérer des échanges de calories avec son environnement, c’est-à- dire céder ou capter des calories, cet échange de chaleur résultant ou non en un changement d’état du fluide caloporteur. En l’espèce, le fluide caloporteur qui circule dans les micro fibres est configuré pour capter des calories émises par le câble de charge électrique en fonctionnement, c’est-à-dire lors des opérations de chargement électrique des batteries électriques, de manière à abaisser la température dudit câble de charge. Le fluide peut être un fluide réfrigérant, par exemple de type 1234yf ou C02, un mélange d’eau glycolée, ou tout autre fluide adaptée pour cette utilisation.
Par l’expression « hydrauliquement connectée », on comprend que chaque micro fibre de l’élément de refroidissement est en communication fluidique avec la boite collectrice d’entrée et également avec la boite collectrice de sortie.
Selon une série de caractéristiques de l’élément de refroidissement selon l’invention pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que : les microfibres sont des structures creuses de section constante, ou sensiblement constante ; une section de chaque microfibre présente une dimension principale comprise entre 0,1 mm et 1,5 mm, avantageusement entre 0.4 et 1 mm, encore plus avantageusement entre 0.5 et 0.7 mm
Par l’expression « dimension principale », on entend une dimension la plus longue de la section de la micro fibre concernée. A titre d’exemple, lorsque la micro fibre présente une section circulaire, on qualifie de « dimension principale » son diamètre. De même, lorsque la microfibre présente une section sensiblement rectangulaire, on entend par « dimension principale » une diagonale de cette section.
Selon une autre série de caractéristiques de l’élément de refroidissement selon l’invention pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que les microfibres sont constituées d’au moins un matériau polymère.
Avantageusement, l’utilisation du matériau polymère confère aux micro fibres une résistance mécanique et une résistance chimique suffisante pour supporter les contraintes auxquelles elles sont soumises. chaque microfibre comporte au moins une première extrémité hydrauliquement connectée à la boîte collectrice d’entrée et au moins une seconde extrémité hydrauliquement connectée à la boîte collectrice de sortie ; les premières extrémités des microfibres sont connectées sur la boîte collectrice d’entrée en formant un profil circulaire ; les deuxièmes extrémités des micro fibres sont connectées sur la boîte collectrice de sortie en formant un profil circulaire ; une distance non nulle est ménagée entre deux micro fibres successives au niveau d’au moins l’une des boîtes collectrices. Par exemple, cette distance non nulle ménagée entre chaque microfibre est comprise entre 0.5 et 3 mm. l’élément de refroidissement comporte au moins un conduit de retour de fluide caloporteur qui s’étend entre une première extrémité hydrauliquement connectée à la boîte collectrice de sortie et une deuxième extrémité hydrauliquement connectée à un circuit de refroidissement configuré pour traiter thermiquement le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres ; le conduit de retour de fluide caloporteur est agencé à une distance non nulle de chaque micro fibre. Par exemple, cette distance non nulle est comprise entre 0,5 et 3 cm. le conduit de retour comprend au moins un matériau thermiquement isolant. Par exemple, ce matériau thermiquement isolant peut-être un caoutchouc, de l’EPDM, polyuréthane et tout autre matériaux jugés adéquat pour cette utilisation. la boîte collectrice d’entrée présente au moins une première oreille dans laquelle est ménagé un orifice, ledit orifice étant adapté pour permettre la connexion hydraulique de la boîte collectrice d’entrée à un circuit de refroidissement configuré pour traiter thermiquement le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres ; la boîte collectrice d’entrée comprend au moins une deuxième oreille dans laquelle est ménagé un évidement adapté pour être traversé par le conduit de retour de fluide caloporteur. Autrement dit, on comprend que la connexion hydraulique entre le conduit de retour et le circuit de refroidissement est réalisée en aval de la boîte collectrice d’entrée, la dénomination « aval » étant définie par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur dans le conduit de retour. Alternativement, la boîte collectrice d’entrée comprend au moins une deuxième oreille dans laquelle est ménagé un évidement adapté pour être hydrauliquement connecté au conduit de retour du fluide caloporteur d’une part et au circuit de refroidissement d’autre part. Autrement dit, on comprend que, selon cet alternative, le conduit de retour du fluide caloporteur est hydrauliquement connecté à l’évidement ménagé dans la deuxième oreille, c’est-à- dire qu’il débouche dans cet évidement, et que cet évidement est quant à lui hydrauliquement connecté au circuit de refroidissement, et étanche au reste de la boite collectrice d’entrée ;
La seconde oreille de la boite d’entrée est adaptée d’une part pour être connectée à un circuit de refroidissement externe, et d’autre part adaptée pour être traversé par le conduit de retour et/ou branchée audit conduit de retour et possède un canal faisant office de connexion fluidique entre le conduit de retour et le circuit de refroidissement, ledit canal traversant la second oreille étant étanche au fluide avec le reste de la boite collectrice d’entrée ; en d’autres termes, la boite collectrice d’entrée est séparée en un premier compartiment fluidique destiné à conduire le fluide de la première oreille aux microfibres, et un deuxième compartiment destiné à conduire le fluide du conduit de retour à la sortie et donc au circuit de refroidissement ; la boite collectrice de sortie agit comme une boite de retournement dans le sens ou elle récupère le fluide provenant des micro fibres et le renvoi vers la boite d’entrée par l’intermédiaire de la deuxième oreille, puis par le conduit de retournement, branché sur la deuxième oreille de la boite de sortie ; la boîte collectrice d’entrée et la boîte collectrice de sortie sont structurellement identiques. Avantageusement, une telle identité de structure permet de réaliser des économies d’échelle lors de la production de ces boîtes collectrice d’entrée et de sortie. Par exemple, la boîte collectrice d’entrée et la boîte collectrice de sortie comprennent toutes deux la première oreille et la deuxième oreille dans lesquelles sont ménagés, respectivement, l’orifice et l’évidement. Selon cet exemple, l’orifice ménagé dans la première oreille de la boîte collectrice d’entrée est fluidiquement connectée au circuit de refroidissement, l’évidement ménagé dans la deuxième oreille de la boîte collectrice d’entrée est fluidiquement connecté au conduit retour ou traversé par ce conduit retour, l’orifice ménagé dans la première oreille de boîte collectrice de sortie est quant à lui fluidiquement connecté aux micro fibres et l’évidement ménagé dans la deuxième oreille de la boîte collectrice de sortie est fermé, par exemple grâce à un bouchon.
L’invention a pour autre objet un câble de charge électrique d'un dispositif de stockage d’énergie électrique d’un véhicule automobile comportant une pluralité d'éléments électriquement conducteurs assemblés entre eux pour former une âme conductrice, au moins un élément de refroidissement tel que précédemment décrit et au moins une gaine externe logeant au moins l’âme conductrice et au moins une partie de l’élément de refroidissement. Par l’expression « âme conductrice », on entend une portion du câble qui conduit l’énergie électrique. Avantageusement, la gaine externe permet de protéger les microfibres des agressions extérieures, assurant ainsi leur intégrité et allongeant ainsi la durée de vie du câble de charge électrique équipé de ces microfibres.
En outre, on comprend que le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres est configuré pour capter des calories émises par l’âme conductrice.
Selon une série de caractéristiques du câble de charge électrique selon l’invention pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que : chaque micro fibre de l’élément de refroidissement s’étend selon une direction principale parallèle à un axe d’allongement de l’âme conductrice ; chaque micro fibre de l’élément de refroidissement est enroulée selon un enroulement hélicoïdal coaxial à l’axe d’allongement de l’âme conductrice. Avantageusement, l’enroulement de micro fibres présente un pas d’enroulement régulier. On entend par « pas d’enroulement » une distance mesurée entre deux tours successifs d’une même microfibre ; les microfibres peuvent être enroulées de sorte à être en contact deux à deux le long de la direction d’extension principale des micro fibres. Avantageusement, l’enroulement de microfibres forme une couche de microfibres uniforme. On entend ici par « couche uniforme » le fait que la couche de microfibres formée présente une épaisseur constante sur toute la direction d’extension principale. Avantageusement, une telle configuration permet d’agencer un nombre maximal de micro fibres autour de l’âme conductrice, augmentant ainsi la surface d’échange disponible. Alternativement, on pourra prévoir qu’une distance non nulle soit ménagée entre deux microfibres successives. Avantageusement, un tel espacement permet d’éviter, ou à tout le moins de limiter, un transfert de chaleur entre le fluide caloporteur qui circule dans deux tours successifs de micro fibres. Autrement dit, cette distance, améliore l’efficacité du transfert de chaleur opéré entre le fluide caloporteur et l’âme conductrice.
Selon un premier mode de réalisation du câble de charge électrique, on prévoit qu’au moins une partie de l’élément de refroidissement est interposée entre l’âme conductrice et la gaine externe du câble de charge électrique. Autrement dit, selon ce premier mode de réalisation, l’élément de refroidissement est agencé à l’extérieur de l’âme conductrice. Par exemple, les micro fibres qui participent à former l’élément de refroidissement peuvent être enroulées autour de l’âme conductrice. Ce premier mode de réalisation a pour avantage d’obtenir une température de câble la plus faible possible en périphérie dudit câble. Cet agencement permet de limiter fortement les risques brûlures ou de sensation de chaleur excessive pour l’usager qui manipule ledit câble.
Selon un deuxième mode de réalisation du câble de charge électrique, on prévoit que l’âme conductrice est interposée entre, au moins une partie de l’élément de refroidissement et la gaine externe. Autrement dit, on comprend que l’élément de refroidissement est agencé, au moins en partie, à l’intérieur de l’âme conductrice, c’est-à-dire qu’au moins les microfibres qui participent à former cet élément de refroidissement sont entourées par les éléments électriquement conducteur constitutifs de l’âme conductrice. Ce deuxième mode de réalisation a pour avantage d’obtenir un meilleur refroidissement de l’âme conductrice.
Selon un troisième mode de réalisation du câble de charge électrique, on prévoit que le câble est formé par un enroulement conjoint des éléments électriquement conducteurs et des micro fibres formant l’élément de refroidissement.
Selon une autre série de caractéristiques du câble de charge électrique selon l’invention pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que : la gaine externe comprend au moins un matériau thermiquement isolant. Par exemple, la gaine externe est en matériau un caoutchouc, de l’EPDM, polyuréthane et tout autre matériaux jugés adéquat pour cette utilisation. Avantageusement, une telle gaine évite des déperditions de chaleur dans l’environnement. Autrement dit, la gaine externe en matériau thermiquement isolant permet de maintenir un écart de température optimum entre le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres et l’âme conductrice ; l’axe d’allongement de l’âme conductrice passe par un centre de la forme circulaire selon laquelle sont agencées les micro fibres sur la boîte collectrice d’entrée et par un centre de la forme circulaire selon laquelle sont agencées les microfibres sur la boite collectrice de sortie ; la boîte collectrice d’entrée et/ou la boîte collectrice de sortie sont agencées, au moins partiellement, autour de l’âme conductrice du câble de charge électrique ; le conduit de retour de fluide caloporteur s’étend selon une droite d’extension principale parallèle à l’axe d’allongement de l’âme conductrice du câble de charge électrique.
L’invention a pour autre objet un dispositif de distribution d’énergie électrique configuré pour permettre la recharge d’au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique, comprenant au moins un câble de charge électrique tel que précédemment décrit.
Selon une caractéristique du dispositif de distribution d’énergie électrique selon l’invention, on prévoit qu’il comprend au moins un organe d’alimentation électrique, au moins l’âme conductrice du câble de charge électrique étant électriquement connectée à cet organe d’alimentation électrique.
Selon une autre caractéristique du dispositif de distribution d’énergie électrique selon l’invention, on prévoit qu’il comprend un circuit de refroidissement destiné à refroidir le fluide caloporteur circulant dans les micro fibres du réseau de micro fibres de l’élément de refroidissement du câble de charge électrique, le circuit de refroidissement comprenant l’élément de refroidissement du câble de charge électrique et au moins un échangeur de chaleur configuré pour décharger le fluide caloporteur de ses calories. Par exemple, le circuit de refroidissement comporte au moins un organe de compression adapté pour augmenter la pression du fluide caloporteur qui le traverse, F au moins un échangeur de chaleur et au moins un organe de détente configuré pour diminuer une pression du fluide caloporteur qui quitte F au moins un échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur comprimé et un fluide caloporteur .
L’invention a pour autre objet un procédé de mise en place de l’élément de refroidissement sur un câble de charge électrique tel que précédemment décrits, ledit procédé comportant au moins : une première étape de mise en place de l’élément de refroidissement autour de l’âme conductrice, de sorte que chaque microfibre s’étende selon un axe d’extension principal parallèle à l’axe d’allongement de l’âme conductrice ; une deuxième étape de rotation de l’élément de refroidissement autour de l’âme conductrice de sorte que les micro fibres soient enroulées autour de l’âme conductrice ; une troisième étape de blocage de l’élément de refroidissement de manière à maintenir les micro fibres en position d’enroulement ; une quatrième étape de mise en place d’une gaine externe autour d’au moins une partie de l’élément de refroidissement. Selon une caractéristique du procédé, l’étape de mise en place de l’élément de refroidissement se fait par enfilage dudit élément de refroidissement autour de l’âme conductrice.
Le procédé de mise en place d’un câble de charge électrique peut, en outre, comprendre des étapes de fabrication des boites collectrices, lesdites étapes de fabrication comportant au moins : une étape de mise en place d’une pluralité de micro fibres qui participe à former un élément de refroidissement dans un premier moule de manière à ce qu’une distance non nulle sépare chaque microfibre ; une étape de formation d’une première partie de la boîte collectrice d’entrée et d’une première partie de la boîte collectrice de sortie grâce au premier moule dans lequel sont agencées les micro fibres destinées à former, au moins en partie, l’élément de refroidissement et de formation d’une deuxième partie de la boîte collectrice d’entrée et d’une deuxième partie de la boîte collectrice de sortie dans un deuxième moule distinct, ou non, du premier moule ; une étape de découpe de la première partie de la boîte collectrice d’entrée et de la première partie de la boîte collectrice de sortie de sorte à ouvrir les microfibres autour desquelles sont moulées ces premières parties des boîtes collectrices d’entrée et de sortie ; une étape d’assemblage de la deuxième partie de la boîte collectrice d’entrée avec la première partie de cette boîte collectrice d’entrée et de la deuxième partie de la boîte collectrice de sortie avec la première partie de cette boîte collectrice de sortie.
Selon un mode de réalisation de l’étape d’assemblage, la première partie de la boîte collectrice d’entrée peut être sertie sur la deuxième partie de la boîte collectrice d’entrée et la première partie de la boîte collectrice de sortie peut, quant à elle, être sertie sur la deuxième partie de la boîte collectrice de sortie.
Selon un autre mode de réalisation, les première et deuxième parties de la boites collectrice d’entrée, ainsi que les première et deuxièmes parties de la boite collectrice de sortie, peuvent être assemblées l’une à l’autre par de la colle ou par tout autre moyen de fixation rapporté avec un dispositif d’étanchéité entre lesdites deux première et deuxièmes parties de chacune des boites collectrices.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation de l’invention, donnés ci-après à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs et s’appuyant sur les figures annexées, dans lesquelles on a illustré un élément de refroidissement pour câble de charge électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique selon l’invention et parmi lesquelles :
[Fig 1] est une vue latérale en perspective d’un premier mode de réalisation d’un câble de charge électrique selon l’invention;
[Fig 2] est une vue de détail d’une extrémité du câble de charge électrique selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 3] est une vue en coupe transversale du câble de charge électrique selon une première variante du premier mode de réalisation de l’invention, le câble de charge électrique comportant un élément de refroidissement selon l’invention ;
[Fig 4] est une vue schématique, en coupe transversale, du câble de charge électrique selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l’invention ;
[Fig. 5] est une vue schématique, en coupe transversale, du câble de charge électrique comportant l’élément de refroidissement selon une première variante d’un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig. 6] est une vue schématique, en coupe transversale, du câble de charge électrique comportant l’élément de refroidissement selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 7] est une vue schématique, en coupe transversale, du câble de charge électrique comportant l’élément de refroidissement selon une troisième variante du deuxième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig. 8] est une vue schématique, en coupe transversale du câble de charge électrique comportant l’élément de refroidissement selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig. 9] est une vue schématique d’un dispositif de distribution d’énergie électrique comprenant au moins un câble de charge électrique selon l’invention ;
[Fig. 10] illustre, sous forme synoptique, un procédé de fabrication du câble de charge électrique selon l’invention.
Si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent, bien entendu, servir à mieux définir l'invention le cas échéant. De même, il est rappelé que, pour l'ensemble des figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références. On comprendra également que les modes de réalisation de l’invention illustrés par les figures sont donnés à titre d’exemples non limitatifs. Sur les figures, les dénominations longitudinale, transversale, latérale, gauche, droite, dessus, dessous, se réfèrent à l'orientation, dans un trièdre L, V, T d’un câble de charge électrique 2 selon l’invention. Dans ce repère, un axe longitudinal L représente une direction longitudinale, un axe transversal T représente une direction transversale, et un axe vertical V représente une direction verticale de l’objet considéré. Dans ce repère, une coupe trasnversale correspond à une coupe réalisée selon un plan transversal et vertical, c’est-à-dire un plan dans lequel s’inscrivent l’axe transversal T et l’axe vertical V du trièdre. Dans la description qui suit les termes « câble de charge électrique » et « câble de charge » seront utilisés sans distinction.
La description qui suit se rapporte à un élément de refroidissement selon l’invention utilisé pour assurer la régulation thermique d’un câble de charge électrique destiné au chargement électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique de véhicule ou hybrides thermiques-électriques, mais il doit être compris qu’il ne s’agit que d’un exemple particulier d’application de la présente invention qui ne limite pas celle-ci. On pourra ainsi prévoir d’utiliser l’élément de refroidissement selon l’invention pour la régulation thermique de n’importe quel câble de charge électrique connu.
La figure 1 illustre un câble de charge électrique 2 selon un premier mode de réalisation de l’invention d’un dispositif de stockage d’énergie électrique, de type batterie, apte notamment à équiper un véhicule automobile à motorisation électrique ou hybride, non représenté, et destiné à fournir une énergie électrique à un moteur électrique équipant ledit véhicule automobile en vue de son déplacement. Un tel câble de charge électrique 2 comprend une pluralité d'éléments électriquement conducteurs, non représentés ici, assemblés entre eux pour former une âme conductrice 20. Cette âme conductrice 20 s’étend selon un axe d’allongement principal X parallèle à l’axe longitudinal L du trière illustré, et forme la portion du câble de charge électrique 2 qui conduit l’énergie électrique. Le câble électrique 2 comprend en outre une gaine externe illustrée sur les figures 3 à 8 qui sera plus amplement décrite en référence à ces figures.
Au cours des opérations de ravitaillement des batteries en électricité, en particulier en charge ultrarapide, le câble de charge électrique 2, et plus particulièrement l’âme conductrice 20 de ce câble de charge électrique 2, tend à s’échauffer fortement. Pour évacuer la chaleur générée dans le câble de charge électrique, il est nécessaire de doter la structure du câble de charge d’un système de refroidissement efficace. Aussi, un élément de refroidissement 1 selon l’invention équipe le câble de charge électrique 2, cet élément de refroidissement ayant pour fonction de réguler la température dudit câble de charge 2, notamment par absorption et dissipation de la chaleur générée dans l’âme conductrice 20 de ce câble de charge 2.
Selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention, l’élément de refroidissement 1 comprend une pluralité de microfibres 3 adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur configuré pour capter des calories émises par le câble de charge électrique 2 en fonctionnement, c’est-à-dire au cours des opérations de chargement électrique des batteries électriques, en vue d’abaisser la température dudit câble de charge électrique 2. L’élément de refroidissement 1 comprend également une boite collectrice d’entrée 4 à laquelle chaque microfibre 3 est reliée hydrauliquement par une première extrémité et une boite collectrice de sortie 5 à laquelle chaque microfibre 3 est reliée hydrauliquement par une seconde extrémité. La boite collectrice d’entrée 4 est configurée pour répartir le fluide caloporteur dans chaque microfibre 3 tandis que la boite collectrice de sortie 5 configurée pour collecter le fluide caloporteur en sortie de chaque micro fibre 3. Les boites collectrices d’entrée 4 et de sortie 5 sont configurées pour être enfilées autour d’au moins une partie du câble de charge électrique 2. Selon l’exemple illustré sur la figure 1, les boîtes collectrices 4, 5 sont plus particulièrement enfilées autour de l’âme conductrice 20 du câble de charge 2.
Par la suite, sauf indication contraire, les dénominations « amont » et « aval » seront définies par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur dans chaque micro fibre 3, ledit fluide caloporteur étant introduit, en entrée de chaque micro fibre, par l’intermédiaire de la boite collectrice d’entrée 4 puis collecté, en sortie de chaque microfibre, par la boite collectrice de sortie 5.
Selon l’invention, chaque microfibre 3 est une structure creuse de section constante, ou sensiblement constante. Chaque microfibre 3 présente une section dont la dimension principale est comprise entre 0,1 mm et 1,5 mm. Par « dimension principale », on entend une dimension la plus longue de la section de la micro fibre 3 concernée. A titre d’exemple, lorsque la microfibre présente une structure de tube creux de section circulaire, on qualifie de « dimension principale » le diamètre de la section. De même, lorsque la microfibre présente une section sensiblement rectangulaire, on entend par « dimension principale » une diagonale de cette section. Avantageusement, chaque microfibre 3 présente une dimension principale inférieure à 1 mm.
Ces microfibres 3 sont réalisées en matériau polymère. Avantageusement, l’utilisation d’un tel matériau confère à chaque micro fibre 3 une résistance mécanique et une résistance chimique suffisante pour supporter les contraintes auxquelles elles sont soumises, en particulier les contraintes liées aux variations de température et à la circulation de fluide caloporteur. En outre, un tel matériau permet de conférer aux microfibres des caractéristiques de souplesse et de flexibilité, de sorte qu’elles peuvent être déformées sans que leur intégrité ne soit impactée. Avantageusement, cette capacité de déformation permet de mettre les microfibres en rotation de manière à les enrouler, par exemple autour de l’âme conductrice 20 du câble de charge électrique 2. Autrement dit, et tel que cela sera plus amplement détaillé dans la suite de la description, cette capacité de déformation permet d’agencer les micro fibres 3 dans lesquelles circule le fluide caloporteur au plus près de l’âme conductrice 20 du câble de charge électrique 2, de sorte à permettre la captation et la dissipation du plus grand nombre de calories possible.
Tel qu’illustré, l’élément de refroidissement 1 comporte également un conduit de retour 6 du fluide caloporteur connecté hydrauliquement par une première extrémité 12 à la boîte collectrice de sortie 5 et par une deuxième extrémité 12’ à un circuit de refroidissement configuré pour traiter thermiquement le fluide caloporteur qui circule dans les micro fibres 3. Ce conduit de retour 6 s’étend selon une droite d’extension principale D parallèle à l’axe d’allongement X de l’âme conductrice 20 du câble de charge électrique 2. Avantageusement, le conduit de retour 6 peut être réalisé en un matériau thermiquement isolant, de manière à ce que les calories captées par le fluide caloporteur circulant dans ce conduit de retour 6 ne se dissipent pas à nouveau dans l’environnement immédiat du câble de charge électrique 2.
La boite collectrice d’entrée 4 présente une première oreille 7 dans laquelle est ménagé un orifice 8 et une deuxième oreille 9 dans laquelle est ménagé un évidement 10. Selon un premier agencement, l’orifice 8 de la première oreille 7 est adapté pour permettre la connexion hydraulique de la boîte collectrice d’entrée 4 au circuit de refroidissement configuré pour traiter thermiquement le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres 3 et l’évidement 10 ménagé dans la deuxième oreille 9 est adapté pour être traversé par le conduit de retour 6 de fluide caloporteur. Selon ce premier agencement, la connexion hydraulique entre le conduit de retour 6 et le circuit de refroidissement est réalisée en amont de la boite collectrice d’entrée 4. Autrement dit, la connexion hydraulique entre le conduit de retour 6 et le circuit de refroidissement est réalisée, selon cette configuration, en aval de la boîte collectrice d’entrée 4, par rapport à un sens de circulation du fluide caloporteur dans ce conduit de retour 6. Selon un second agencement de l’élément de refroidissement 1, l’évidement 10 de la deuxième oreille 9 de la boîte collectrice d’entrée 4 est adapté pour être hydrauliquement connecté au conduit de retour 6 du fluide caloporteur d’une part et au circuit de refroidissement d’autre part. Autrement dit, selon ce second agencement, le fluide caloporteur chargé des calories captées lors de son passage à travers les micro fibres 3, transite par la boîte collectrice d’entrée 4 avant de rejoindre le circuit de refroidissement.
Avantageusement, la boîte collectrice d’entrée 4 et la boîte collectrice de sortie 5 sont structurellement identiques, c’est-à-dire que la boîte collectrice de sortie 5 comprend également une première oreille 7’ dans laquelle est ménagé un orifice 8’ et une deuxième oreille 9’ dans laquelle est ménagé un évidement 10’. Selon l’un quelconque des agencements évoqués ci-dessus, l’orifice 8’ ménagé dans la première oreille 7’ de la boîte collectrice de sortie 5 est hydrauliquement connecté au conduit de retour 6, tandis que l’évidement 10’ ménagé dans la deuxième oreille 7’ de cette boîte collectrice de sortie 5 est maintenu fermé, par exemple par obstruction à l’aide d’un bouchon. Avantageusement, une telle identité structurelle permet de réaliser d’importantes économies d’échelle lors de la production de ces boîtes collectrices.
Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation et que la boîte collectrice de sortie 5 pourrait être simplement dépourvue de sa deuxième oreille sans sortir du contexte de la présente invention.
Chaque microfibre 3 de l’élément de refroidissement 1 s’étend selon une direction d’extension principale parallèle à l’axe d’allongement X de l’âme conductrice 20. Tel que représenté, chacune de ces microfibres 3 est enroulée, selon un enroulement hélicoïdal coaxial à l’axe d’allongement X de l’âme conductrice 20. Autrement dit, la direction d’extension principale de l’enroulement de micro fibres 3 est parallèle à l’axe d’allongement X de l’âme conductrice 20. Avantageusement, l’enroulement des micro fibres 3 présente un pas d’enroulement régulier. Le pas d’enroulement correspond à une distance mesurée entre deux micro fibres 3 successives.
Par exemple, les microfibres 3 peuvent être enroulées de sorte à être en contact deux à deux le long de la direction d’extension principale des micro fibres 3. Un tel enroulement des micro fibres 3, permet d’agencer avantageusement un nombre maximal de micro fibres 3 autour de l’âme conductrice 20 et d’augmenter ainsi la surface d’échange disponible. La surface de contact, obtenue par le contact des micro fibres 3 entre elles, permet de créer une surface d’échange de chaleur maximale entre le fluide caloporteur qui circule dans les micro fibres 3 et l’âme conductrice 20. De ce fait, la régulation thermique de l’âme conductrice 20 tout au long du processus de chargement en électricité du dispositif de stockage d’énergie électrique est optimisée et conduit au refroidissement du câble de charge électrique 2. Un tel agencement permet de réduire significativement les dimensions de section des éléments conducteurs de courant du câble de charge électrique 2 et ainsi de réduire leur encombrement et leur poids.
Alternativement, on peut prévoir qu’une distance non nulle soit ménagée entre deux microfibres 3 successives. Avantageusement, un tel espacement permet d’éviter, ou à tout le moins de limiter, un transfert de chaleur entre le fluide caloporteur qui circule dans deux tours successifs de micro fibres. Autrement dit, cette distance, améliore l’efficacité du transfert de chaleur opéré entre le fluide caloporteur et l’âme conductrice 20.
En outre, il est prévu que l’enroulement de micro fibres 3 forme une couche uniforme de microfibres, c’est-à-dire une couche d’épaisseur constante sur toute la direction principale d’extension des micro fibres 3.
La figure 2 est un agrandissement d’une portion du câble de charge 2, réalisé au niveau de la boîte collectrice d’entrée 4. Tel qu’illustré, les micro fibres 3 sont agencées et connectées à cette boite collectrices d’entrée 4 selon un profil circulaire. Plus précisément, les premières extrémités de chaque micro fibre 3 sont connectées sur la boite collectrice d’entrée 4 en formant un profil circulaire. Avantageusement, les microfibres 3 sont également agencées et connectées à la boîte collectrice de sortie selon un profil circulaire. De même, les secondes extrémités de chaque microfibre sont connectées sur la boite collectrice de sortie en formant un profil circulaire. Chaque arrangement circulaire des extrémités des microfibres est réalisé de manière à ce qu’une distance di non nulle soit ménagée entre deux micro fibres successives. De préférence, une telle distance di est comprise entre 0.5 et 3 mm. Avantageusement, le profil circulaire des premières extrémités des microfibres 3 et le profil circulaire des secondes extrémités des microfibres 3 soient identiques entre eux.
En outre, le conduit de retour 6 est agencé à une distance d2 non nulle de chaque microfibre 3 et, de préférence, sensiblement constante de manière à s’étendre parallèlement à la direction d’extension principale de la structure formée par la pluralité la pluralité de micro fibres 3. De préférence, une telle distance d2 est comprise entre 0.5 et 3 cm.
Les figures 3 à 8 illustrent le câble de charge électrique 2 d'un dispositif de stockage d’énergie électrique d’un véhicule automobile selon trois modes de réalisation distincts de l’invention. Ces figures représentent plus particulièrement la câble de charge 2 vu selon une coupe transversale.
Tel que précédemment évoqué, et quel que soit le mode de réalisation du câble de charge électrique 2, celui-ci comporte une structure commune constituée de la pluralité d'éléments électriquement conducteurs, non représentés, assemblés entre eux pour former l’âme conductrice 20, au moins un élément de refroidissement 1 tel que précédemment décrit, et au moins une gaine 11 externe logeant au moins l’âme conductrice 20 et au moins une partie de l’élément de refroidissement 1, en l’espèce au moins les micro fibres 3 de cet élément de refroidissement 1. Chaque élément électriquement conducteur est constitué d’un métal conducteur, par exemple en cuivre ou alliage de cuivre, qui présente une conductivité électrique élevée. Avantageusement, la gaine 11 externe permet de protéger, au moins, les micro fibres 3 mécaniquement, c’est-à-dire que cette gaine 11 évite que ces micro fibres 3 ne se détériorent, améliorant ainsi la durée de vie de l’élément de refroidissement 1, et donc également du câble de charge 2 qu’il équipe. Par exemple, cette gaine 11 externe peut comprendre au moins un matériau thermiquement isolant, de manière à éviter des déperditions de chaleur dans l’environnement et permettre de maintenir un écart de température optimum entre le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres 3 reçues dans cette gaine 11 externe et l’âme conductrice 20.
A l’intérieur de l’âme conductrice 20, les éléments électriquement conducteurs peuvent être agencés entre eux de toute manière connue. En d’autres termes, l’âme conductrice 20 peut être formée d’éléments électriquement conducteurs agencés individuellement ou en faisceaux, en une ou plusieurs couches, de façon à constituer tout type d’arrangement géométrique formant au moins un toron conducteur.
La figure 3 illustre, selon une coupe transversale réalisée selon le plan AA illustré sur la figure 1, une première variante du premier mode de réalisation de l’invention selon lequel l’élément de refroidissement 1, constitué, au moins, de la pluralité de micro fibres 3 et du conduit de retour 6, est interposé entre l’âme conductrice 20 et la gaine 11 externe du câble 2. Dans cette configuration, la pluralité de micro fibres 3 est enroulée autour de l’âme conductrice 20, à l’extérieur de celle-ci. Ce premier mode de réalisation présente l’avantage de permettre d’obtenir une température de câble de charge électrique 2 la plus faible possible en périphérie de celui-ci et donc de limiter fortement les risques brûlures ou de sensation de chaleur excessive pour l’utilisateur qui manipule ledit câble de charge électrique 2.
En outre, selon ce premier mode de réalisation, l’axe d’allongement X de l’âme conductrice 20 passe par un centre de la forme circulaire selon laquelle sont agencées les microfibres 3 sur la boîte collectrice d’entrée 4 et par un centre de la forme circulaire selon laquelle sont agencées les micro fibres 3 sur la boite collectrice de sortie. De plus, comme illustré en figure 1, la boîte collectrice d’entrée 4 et/ou la boîte collectrice de sortie sont agencées, de préférence enfilées, autour de l’âme conductrice 20 du câble de charge électrique 2.
Selon cette première variante du premier mode de réalisation, le conduit de retour 6 est agencé en dehors de la gaine 11 externe. En d’autres termes, cette gaine externe ne reçoit, selon cette variante du premier mode de réalisation, que l’âme conductrice 20 et les micro fibres 3.
La figure 4 illustre, schématiquement et selon une coupe transversale réalisée par le même plan AA illustré sur la figure 1, une deuxième variante de réalisation du premier mode de réalisation. Afin de faciliter la lecture des figures, aucune des boîtes collectrices n’est illustrée sur cette figure 4. La deuxième variante du premier mode de réalisation diffère de la première variante qui vient d’être décrite en ce que le conduit retour 6 est inclus dans la gaine 11 externe. Autrement dit, cette gaine 11 externe reçoit ici à la fois l’âme conductrice 20, les micro fibres 3 et le conduit retour 6.
Les figures 5, 6 et 7 illustrent, respectivement, une première variante, une deuxième variante et une troisième variante d’un deuxième mode de réalisation de l’invention. Ces figures illustrent plus particulièrement le câble de charge 2 vu en coupe transversale et dépourvu de ses boîtes collectrices.
Selon l’une quelconque des variantes du deuxième mode de réalisation illustrées, l’âme conductrice 20 est interposée entre au moins une partie de l’élément de refroidissement 1 et la gaine 11 externe. On comprend que dans ce mode de réalisation, les microfibres 3 sont, dans un premier temps, positionnées à l’intérieur de l’âme conductrice 20, c’est-à-dire au centre de l’âme conductrice 20, avant de pouvoir être raccordées, par leurs premières et secondes extrémités sur les boites collectrices respectivement d’entrée et de sortie, par exemple de manière à former le profil circulaire précédemment évoqué. Ce deuxième mode de réalisation, selon lequel l’élément de refroidissement 1 est à l’intérieur de l’âme conductrice 20, présente l’avantage de permettre un meilleur refroidissement de ladite âme conductrice.
Selon la première variante de ce deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5, le conduit retour 6 est agencé au centre de l’âme conductrice 20. Autrement dit, selon cette première variante, à la fois les microfibres 3 et le conduit de retour 6 sont agencés au centre de l’âme conductrice 20. Selon la deuxième variante du deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6 le conduit retour 6 est agencé entre l’âme conductrice 20 et la gaine 11 externe.
Selon la troisième variante du deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 7, le conduit de retour 6 est agencé à l’extérieur de la gaine 11 externe. Selon cette troisième variante du deuxième mode de réalisation, seules l’âme conductrice 20 et les micro fibres 3 sont ainsi reçues et protégées par la gaine 11 externe.
La figure 8 illustre un troisième mode de réalisation de l’invention selon lequel le câble de charge 2 est formé par un enroulement conjoint des éléments électriquement conducteurs formant l’âme conductrice 20 et des micro fibres 3 qui participe à former l’élément de refroidissement 1. Selon l’exemple illustré sur la figure 8, la gaine 11 externe reçoit à la fois l’âme conductrice 20, les microfibres 3 et le conduit de retour 6. Il est entendu que le conduit de retour 6 pourrait être agencé à l’extérieur de cette gaine 11 externe sans sortir du contexte de la présente invention.
Le câble de charge électrique 2, tel qu’il vient d’être décrit, est destiné à équiper un dispositif de distribution d’énergie électrique 30 configuré pour permettre la recharge d’au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique, par exemple d’un véhicule 33 à moteur électrique ou hybride. Un tel dispositif de distribution d’énergie électrique 30 est par exemple très schématiquement illustré sur la figure 9. La figure 9 illustre plus particulièrement un exemple de mise en œuvre de l’invention dans lequel le dispositif de distribution d’énergie électrique 30 est utilisé pour recharger le dispositif de stockage d’énergie électrique d’un véhicule automobile mais il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de mise en œuvre et que le dispositif de distribution d’énergie électrique selon l’invention pourrait être utilisé à d’autres fins sans sortir du contexte de la présente invention.
Dans la suite de la description les termes « dispositif de distribution d’énergie électrique » et « dispositif de distribution seront utilisés sans distinction.
Le dispositif de distribution 30 comprend au moins le câble de charge électrique 2 tel que décrit précédemment et un organe d’alimentation électrique 31 électriquement connecté au câble de charge électrique 2. Plus particulièrement, l’organe d’alimentation électrique 31 est électriquement connecté à l’âme conductrice 20 du câble de charge électrique 2.
En outre, le dispositif de distribution d’énergie électrique 30 comprend le circuit de refroidissement 32 destiné à refroidir le fluide caloporteur circulant dans la pluralité de micro fibres de l’élément de refroidissement du câble de charge électrique 2. Selon l’invention, le circuit de refroidissement 32 comprend au moins un échangeur de chaleur adapté pour permettre au fluide caloporteur qui le rejoint de se décharger des calories captées dans l’environnement immédiat de l’âme conductrice du câble de charge électrique 2, c’est-à-dire pour refroidir ce fluide caloporteur. Cet échangeur de chaleur peut par exemple être configuré pour opérer un échange entre le fluide caloporteur qui circule dans les micro fibres et un flux d’air, ou entre le fluide caloporteur et un fluide caloporteur sans sortir du contexte de l’invention. On entend ici par « fluide caloporteur », un fluide capable de transporter des calories et de les échanger avec son environnement, en changeant ou non d’état.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, le circuit de refroidissement 32 peut comprendre au moins un organe de compression adapté pour augmenter la pression du fluide caloporteur qui le traverse, au moins l’échangeur de chaleur évoqué à ci-dessus et au moins un organe de détente configuré pour abaisser la pression du fluide caloporteur. Selon cet exemple de mise en œuvre de l’invention, le fluide caloporteur rejoint les micro fibres par la boîte collectrice d’entrée, capte des calories émises par l’âme conductrice du câble de charge 2, et rejoint ensuite la boîte collectrice de sortie grâce au conduit de retour. Ce fluide caloporteur peut alors transiter par cette boîte collectrice de sortie, ou non, avant de rejoindre l’organe de compression dans lequel il est comprimé. Le fluide caloporteur à haute pression et réchauffé par son passage à travers les micro fibres de l’élément de refroidissement du câble de charge 2 rejoint alors l’échangeur de chaleur dans lequel il cède des calories à un autre fluide quel qu’il soit. Une fois déchargé de ses calories, le fluide caloporteur passe à travers l’organe de détente au sein duquel sa pression est diminuée afin de lui permettre de retourner dans le boîte collectrice d’entrée, puis de commencer un nouveau cycle thermodynamique en rejoignant à nouveau les micro fibres de l’élément de refroidissement du câble de charge 2.
La figure 7 illustre, sous forme d’un synoptique, un procédé de mise en place de l’élément de refroidissement pour former le câble de charge électrique tel que décrit ci-dessus.
Le procédé comprend au moins : une première étape 40 de mise en place de l’élément de refroidissement autour de l’âme conductrice, de sorte que chaque micro fibre s’étende selon une droite d’extension principale parallèle à l’axe d’allongement de l’âme conductrice. Par exemple cette première étape de mise en place de l’élément de refroidissement peut se faire par enfilage de l’élément de refroidissement, c’est-à-dire de la pluralité de micro fibres et des boîtes collectrices d’entrée et de sortie auxquelles sont hydrauliquement connectées les micro fibres autour de l’âme conductrice ; une deuxième étape 41 de rotation de l’élément de refroidissement autour de l’âme conductrice de sorte que les micro fibres soient enroulées autour de l’âme conductrice 2 ; une troisième étape 42 de blocage de l’élément de refroidissement de manière à maintenir les micro fibres en position d’enroulement ; une quatrième étape 43 de mise en place de la gaine externe isolante protectrice au moins autour de l’enroulement de micro fibres.
On comprend que, quel que soit le mode de réalisation de l’élément de refroidissement et du câble de charge électrique, l’étape de rotation de l’élément de refroidissement permet, d’une part, l’enroulement hélicoïdal coaxial à l’axe d’allongement de l’âme conductrice et d’autre part, le rapprochement des micro fibres entre elles jusqu’à les mettre au contact les unes des autres dans le but de créer une surface d’échange thermique disponible maximale. Alternativement, l’étape de rotation de l’élément de refroidissement peut être raccourcie de sorte que les micro fibres soient rapprochées les unes des autres pour former l’enroulement hélicoïdal, mais sans que celles-ci soient au contact les unes des autres.
Selon un autre mode de réalisation du procédé de mise en place du câble de charge électrique, l’étape de mise en place de l’élément de refroidissement peut consister à disposer ledit élément de refroidissement à l’intérieur de l’âme conductrice, de sorte que chaque microfibre s’étende selon une droite d’extension principale parallèle à l’axe d’allongement de l’âme conductrice. Selon autre mode de réalisation, les microfibres sont, dans un premier temps, positionnées par rapport à l’âme conductrice puis, dans un second temps, connectées aux boites collectrices d’entrée et de sortie.
Le procédé de mise en place de l’élément de refroidissement autour du câble de charge électrique peut, en outre, comprendre des étapes de fabrication des boites collectrices comportant au moins : une étape de mise en place d’une pluralité de micro fibres destinées à former, en partie, l’élément de refroidissement dans un premier moule de manière à ce qu’une distance non nulle sépare chaque microfibre ; une étape de formation d’une première partie de la boîte collectrice d’entrée et d’une première partie de la boîte collectrice de sortie grâce au premier moule dans lequel sont agencées les micro fibres destinées à former l’élément de refroidissement et de formation d’une deuxième partie de la boîte collectrice d’entrée et d’une deuxième partie de la boîte collectrice de sortie dans un deuxième moule distinct, ou non, du premier moule ; une étape de découpe de la première partie de la boîte collectrice d’entrée et de la première partie de la boîte collectrice de sortie de sorte à ouvrir les microfibres autour desquelles sont moulées ces premières parties des boîtes collectrices d’entrée et de sortie ; une étape d’assemblage de la deuxième partie de la boîte collectrice d’entrée avec la première partie de cette boîte collectrice d’entrée et de la deuxième partie de la boîte collectrice de sortie avec la première partie de cette boîte collectrice de sortie.
Selon un exemple de réalisation de l’étape d’assemblage, les première et deuxième parties de de la boîte collectrice respectivement d’entrée et de sortie peuvent être assemblées l’une à l’autre par sertissage ou par collage ou encore par tout autre moyen de fixation rapporté avec un dispositif d’étanchéité entre lesdites deux première et deuxièmes parties de chacune des boites collectrices respectivement d’entrée et de sortie.
En outre, dans le deuxième mode de réalisation de l’invention selon lequel l’élément de refroidissement est agencé à l’intérieur de l’âme conductrice, les micro fibres sont, dans un premier temps, positionnées par rapport à l’âme conductrice puis, dans un second temps, connectées aux boites collectrices d’entrée et de sortie.
La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixée et notamment de proposer un élément de refroidissement pour câble de charge électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique, ledit élément de refroidissement ayant pour objectif d’améliorer la performance et la fiabilité du câble de charge électrique, tout en sécurisant sa manipulation, en améliorant la régulation thermique dudit câble de charge électrique par captation et dissipation des calories émises par celui-ci. En proposant un élément de refroidissement ayant une surface d’échange thermique très importante, l’invention permet d’abaisser significativement la température du câble de charge électrique tout au long du processus de ravitaillement en électricité. Les risques d’endommagement du câble de charge et des autres éléments de connexion sont donc fortement limités et l’efficacité de la technologie de charge ultrarapide haute puissance est améliorée. Le refroidissement efficace du câble de charge électrique permet également de réduire significativement les dimensions de section des éléments conducteurs de courant qui le composent et donc de réduire l’encombrement et le poids dudit câble de charge électrique. L’invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement donnés dans ce document à titre d’exemples non limitatifs, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. Ainsi, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, dès lors que, conformément à l’invention, l’élément de refroidissement pour un câble de charge électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique comporte une pluralité de microfibres adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur et connectées hydrauliquement à au moins deux boîtes collectrices d’entrée et de sortie dudit fluide caloporteur. Par conséquent, d’autres configurations de l’élément de refroidissement, du câble de charge électrique et du dispositif de distribution d’énergie électrique selon l’invention peuvent être réalisées, notamment par variations de l’agencement, du dimensionnement et du nombre des éléments qui les composent, en particulier des microfibres, des boites collectrices, du conduit de retour ainsi que des éléments électriquement conducteurs et de la gaine extérieure.

Claims

REVENDICATIONS Elément de refroidissement (1) pour un câble de charge électrique (2) d’un dispositif de stockage d’énergie électrique, comprenant une pluralité de micro fibres (3) adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur, et au moins deux boîtes collectrices (4, 5), au moins une micro fibre (3) étant hydrauliquement connectée à au moins une boîte collectrice d’entrée (4) configurée pour répartir le fluide caloporteur dans les micro fibres (3) et à au moins une boîte collectrice de sortie (5) configurée pour collecter le fluide caloporteur qui quitte les microfibres (3), la boîte collectrice d’entrée (4) et/ou la boîte collectrice de sortie (5) étant configurée(s) pour être enfilée(s) autour d’au moins une partie du câble de charge électrique (2). Elément de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque microfibre (3) comporte au moins une première extrémité hydrauliquement connectée à la boîte collectrice d’entrée (4) et au moins une seconde extrémité hydrauliquement connectée à la boîte collectrice de sortie (5). Elément de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel les premières extrémités des micro fibres (3) sont connectées sur la boîte collectrice d’entrée (4) en formant un profil circulaire. Elément de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel les deuxièmes extrémités des micro fibres (3) sont connectées sur la boîte collectrice de sortie (5) en formant un profil circulaire. Elément de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un conduit de retour (6) de fluide caloporteur qui s’étend entre une première extrémité (12) hydrauliquement connectée à la boîte collectrice de sortie (5) et une deuxième extrémité (12’) hydrauliquement connectée à un circuit de refroidissement (32) configuré pour traiter thermiquement le fluide caloporteur qui circule dans les micro fibres (3). Elément de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel la boîte collectrice d’entrée (4) présente au moins une première oreille (7) dans laquelle est ménagé un orifice (8), ledit orifice (8) étant adapté pour être hydrauliquement connecté au circuit de refroidissement (32) et aux microfibres (3). Elément de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel la boîte collectrice d’entrée (4) comprend au moins une deuxième oreille (9) dans laquelle est ménagé un évidement (10), F évidemment étant adapté pour être traversé par le conduit de retour (6) de fluide réfrigérant ou adapté pour être hydrauliquement connecté au conduit de retour (6) du fluide caloporteur d’une part et au circuit de refroidissement (32) d’autre part. Câble de charge électrique (2) d'un dispositif de stockage d’énergie électrique d’un véhicule (33) comportant une pluralité d'éléments électriquement conducteurs assemblés entre eux pour former une âme conductrice (20), au moins un élément de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins une gaine (11) externe logeant au moins l’âme conductrice (20) et au moins une partie de l’élément de refroidissement (1). Dispositif de distribution d’énergie électrique (30) configuré pour permettre la recharge d’au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique, comprenant au moins un câble de charge électrique (2) selon la revendication précédente. Procédé de mise en place d’un élément de refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 sur un câble de charge électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte au moins : une première étape (40) de mise en place de l’élément de refroidissement (1) autour de l’âme conductrice (20), de sorte que chaque micro fibre (3) s’étende selon une direction d’extension principale parallèle à l’axe d’allongement (X) de l’âme conductrice (20) ; une deuxième étape (41) de rotation de l’élément de refroidissement (1) autour de l’âme conductrice (20) de sorte que les microfibres (3) soient enroulées autour de l’âme conductrice (20) ; une troisième étape (42) de blocage de l’élément de refroidissement (1) de manière à maintenir les micro fibres (3) en position d’enroulement ; une quatrième étape (43) de mise en place d’une gaine (11) externe autour d’au moins une partie de l’élément de refroidissement (1).
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