FR2778271A1 - Dispositif de rechauffage a air pour une batterie de vehicule electrique ou hybride - Google Patents
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Abstract
Dispositif de contrôle thermique d'une batterie d'accumulateurs destiné notamment un ensemble de traction pour véhicule électrique, la batterie étant disposée dans une double enceinte (1), dont l'espace interstitiel contient un liquide caloporteur en contact thermique avec une source froide par des tubulures, l'enceinte étant placée dans un bac calorifugé (2), caractérisé en ce que le chauffage de la batterie est assuré par une circulation d'air chaud entre la paroi interne du bac et la paroi extérieure de l'enceinte.
Description
-1-
DISPOS1TIF DE RECHAUFFAGE A AIR POUR UNE BATTERIE
DE VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE
La présente invention concerne le domaine du véhicule électrique et hybride et plus particulièrement la gestion thermique de la batterie. Il est admis que les véhicules électriques ou hybrides sont équipés d'une batterie composée d'éléments d'accumulateurs montés en série/parallèle dont la fonction principale est de fournir à la chaîne de traction l'énergie et la
puissance nécessaire.
o Les performances des batteries dépendent cependant fortement de leur température: - En charge, cela se traduit le plus souvent par une perte de rendement ou par une interdiction de la charge si la température est trop élevée ou trop
basse.
- En décharge et en pause, une température de batterie trop élevée ou trop basse se traduit par une autodécharge importante voire une dégradation de
la durée de vie et de l'autonomie.
Aussi est-il nécessaire de prévoir un système de gestion thermique de la batterie qui puisse permettre de refroidir la batterie quand elle est trop chaude et de la réchauffer quand elle est trop froide. Ce système peut même interdire l'utilisation de la batterie si sa température interne dépasse
des seuils haut et bas du domaine de fonctionnement autorisé.
A cet effet, il est connu de l'état de la technique propose de chauffer et de refroidir une batterie à l'aide d'un liquide caloporteur qui circule dans
double enveloppe entourant de la batterie.
Le principal inconvénient d'une telle solution réside dans le fait que la gestion thermique de la batterie n'est assurée, compte tenu de la puissance nécessaire, que lorsque cette dernière est en phase de recharge ou en cours de roulage. Ainsi, un véhicule qui est resté longtemps stocké sur un parking extérieur avec une température ambiante très froide reste indisponible pendant un temps qui dépend de la différence de température à rattraper, de la puissance dissipée par le dispositif de chauffage du liquide caloporteur et surtout de la vitesse des échanges thermiques au
niveau de l'enveloppe entre le fluide caloporteur et la batterie.
Expérimentalement, ce sont ces vitesses d'échange qui constituent l'étape lente du processus. Typiquement, le temps d'indisponibilité du véhicule se compte en heures, ce qui limite fortement l'utilisation d'un véhicule
électrique lors d'hivers froids.
-2- I1 semble donc préférable de ne pas laisser la batterie se refroidir plutôt
que de devoir la réchauffer.
Le bilan énergétique d'une batterie de traction utilisée pour des véhicules électriques ou hybride, présentant par exemple une masse de 300 kg, une capacité calorifique de 1 J/g. C d'une capacité en pleine charge est de 20
kWh, permet d'envisager une telle solution.
1o En effet, une telle batterie va mettre environ 48 heures pour atteindre une température ambiante froide, par exemple, pour passer de 20 C à une
température extérieure de - 10 C.
Compte tenu de la masse et de la capacité calorifique, cette évolution correspond à une puissance calorifique moyenne de 50W échangée entre la
batterie et le milieu extérieur.
Il suffit donc de compenser ces pertes en continu pour que la batterie
conserve sa température ou du moins reste dans un domaine utilisable.
Il serait possible d'utiliser le circuit caloporteur existant pour réaliser ce maintien en température. Toutefois, un tel processus aurait deux inconvénients: - Le premier est lié à la consommation de la pompe qui est typiquement de l'ordre de 100W, ainsi pour diffuser 50W thermique, le système doit
prélever 100W à la batterie par l'intermédiaire du réseau 12V.
- Le deuxième est lié à la durée de vie des pompes utilisées pour le refroidissement des batteries. Issues de la technique automobile, cellesci ont des durées de vie limitées par rapport à la demande d'un véhicule électrique et maintenir une batterie chaude demande des dizaines d'heures
de fonctionnement supplémentaires.
Pour ces deux raisons, nous pensons obtenir le maintien en température de
la batterie en utilisant un système à air chaud.
Selon l'invention, le dispositif de contrôle thermique d'une batterie d'accumulateurs destiné notamment un ensemble de traction pour véhicule électrique, la batterie étant disposée dans une double enceinte, dont l'espace interstitiel contient un liquide caloporteur en contact thermique avec une source froide par des tubulures, l'enceinte étant placée dans un bac calorifugé, est caractérisé en ce que le chauffage de la batterie est -3- assuré par une circulation d'air chaud entre la paroi interne de la caisse et
la paroi extérieure de l'enceinte.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'air chaud est maintenu confiné entre la paroi interne de la caisse et la paroi extérieure de l'enceinte. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'air est chauffé par des
moyens de chauffage disposés à l'intérieur solidaire de la caisse.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de chauffage
sont commandés par un système de gestion thermique de la batterie.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la circulation de l'air chaud
est assurée par un ventilateur.
On comprendra mieux les buts, aspects et caractéristiques de la présente
invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation
de l'invention présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe illustrant un schéma de principe d'un dispositif de réchauffage à air selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de détail du dispositif de la figure 1.
Conformément à la figure 1, le dispositif comprend un liquide caloporteur circule dans une double enveloppe qui entoure les éléments de la batterie, celle-ci est le siège d'échanges thermiques entre la batterie et le liquide caloporteur selon une certaine cinétique liée à la surface, à la qualité et à l'épaisseur des matériaux employés. Cet ensemble est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément. Il est symbolisé par le sous-ensemble
noté (1).
Ce sous-ensemble (1) est contenu dans un bac (2) dont il est solidaire. Ce
bac (2) a pour fonction d'isoler électriquement et de protéger la batterie.
Le bac est solidaire de la structure du véhicule.
L'isolation du bac à batterie (2) est renforcée par une couche d'un matériau adéquat de façon à limiter au maximum les échanges thermiques
avec l'extérieur.
-4- Outre la double paroi du sous-ensemble (1), le circuit de refroidissement comprend au moins une pompe (3) commandée par le système de gestion de la batterie (7). Le circuit de refroidissement est composé également d'un sous-ensemble (5) qui comprend toutes les fonctions nécessaires aux échanges thermiques entre le fluide caloporteur et l'air extérieur. Ce sous- ensemble (5) qui comprend, entre autre, un radiateur et un groupe
motoventilateur, est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément.
L'alimentation des organes électriques se fait par le réseau électrique de
bord. Celui-ci est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément.
Un réchauffeur à air (6) est installé dans un endroit du bac qui permet de faire circuler l'air chaud dans l'ensemble du volume entre les parois
internes du bac (2) et les parois externes du sous-ensemble (1).
Nous comprendrons mieux le fonctionnement du réchauffeur (6) en étudiant la figure 2, le réchauffeur (6 se compose principalement des
éléments suivants.
Un ventilateur axial (61) de faible puissance (quelques Watt) assure, grâce à un carénage approprié, la circulation de l'air réchauffé dans l'ensemble
du volume libre du bac à batterie (2).
En règle générale, un système de gestion thermique pour véhicule électrique ou hybride est piloté par un calculateur électronique: le système de gestion de la batterie (7). Celui-ci calcule l'état de charge de la batterie, surveille la tension totale et éventuellement les tensions individuelles des éléments ainsi que la température de l'air ambiant et - celles en un ou plusieurs points de la batterie. -En fonction des phases de roulage, de pause et de charge, le système de gestion de la batterie (7) assure le refroidissement ou le chauffage de la batterie en agissant comme
dans l'exemple suivant.
Ce ventilateur est commandé par le système de gestion de la batterie (7).
Une résistance chauffante électrique (62) est positionnée de façon à assurer le réchauffage de l'air circulant. Le fonctionnement de cette résistance chauffante se fait au travers d'un relais (63) commandé par le système de
gestion de la batterie (7).
En fonction de ces données et des phases de fonctionnement, le système de
gestion (7) peut, à titre d'exemple, gérer de la manière indiquée ci-
dessous, une batterie dont le domaine de fonctionnement est défini par: 5 - -5 C < autorisation de fonctionnement < +50 C +15 C < fonctionnementoptimum < +25 C Si That = température de la batterie.
Si Tbac = température de l'air dans le bac à batteries.
1-Si Tbat > 50 C le système de gestion de la batterie (7) interdit le roulage et la charge et refroidit la batterie en faisant circuler le liquide
0o caloporteur dans l'échangeur (5). Le système (6) est stoppé.
2-Si +25 C<Tbat<+50 C: le système de gestion de la batterie (7) autorise le roulage et la charge et refroidit la batterie en faisant circuler le
liquide caloporteur dans l'échangeur (5). Le système (6) est stoppé.
3-Si +15 C<Tbat<+25 C: le système de gestion de la batterie (7) autorise le roulage et la charge mais n'agit pas sur la thermique batteries
en stoppant la pompe (3). Le système (6) est stoppé.
4-Si -5 C<Tbat<+15 C: le système de gestion de la batterie (7) autorise le roulage et la charge. Le système (6) est actif, il régule à Tbac
= + 15 C, pour maintenir la batterie dans sa zone de fonctionnement.
5-Si Tbat<-5 C: le système de gestion de la batterie (7) interdit le roulage et la charge. Le système (6) est actif, il régule à Tbac = +15 C, pour faire revenir la température de la batterie dans sa zone de fonctionnement. Remarquons que le cas N 5 est exceptionnel puisque normalement le dispositif ne permet pas à Tbat de descendre au dessous du seuil de fonctionnement. La mise en marche du système (6) ne dépend pas de la phase de fonctionnement du véhicule (roulage, charge ou parking), mais uniquement de la température de That, Tbac et de la capacité de la batterie. En effet, si le système de gestion de la batterie (7) constate que l'énergie résiduelle de la batterie est trop faible, il stoppe le système (6)
pour conserver une réserve minimum.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation
décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées
suivant son esprit.
-6 -
Claims (4)
1) Dispositif de contrôle thermique d'une batterie d'accumulateurs destiné notamment un ensemble de traction pour véhicule électrique, la batterie étant disposée dans une double enceinte (1), dont l'espace interstitiel contient un liquide caloporteur en contact thermique avec une source froide par des tubulures, l'enceinte étant placée dans un bac calorifugé (2), caractérisé en ce que le chauffage de la batterie est assuré par une circulation d'air chaud entre la paroi interne du bac et la paroi extérieure
de l'enceinte.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air chaud est maintenu confiné entre la paroi interne du bac (2) et la paroi extérieure de
l'enceinte (1).
3) Dispositif selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'air est chauffé par des moyens de chauffage (6) disposés à l'intérieur du bac et
solidaires de ce dernier.
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont commandés par un système de gestion thermique (7) de la batterie.
) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la circulation de l'air chaud est assurée par un
ventilateur (61).
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