FR2934087A3 - Systeme et procede de refroidissement d'une batterie de vehicule electrique, batterie et station de refroidissement d'une batterie - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système de refroidissement d'une batterie de véhicule électrique (10), comprenant au moins un circuit de refroidissement de la batterie équipé d'au moins une entrée et une sortie pour l'entrée et la sortie d'un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que l'entrée au moins du circuit de refroidissement est pourvue de moyens de raccordement aptes à permettre alternativement la connexion étanche /déconnexion dudit circuit à une source (20) de fluide de refroidissement. L'invention concerne également une batterie équipée d'un tel système, ainsi qu'un procédé de refroidissement d'une batterie mettant en oeuvre un tel système. Enfin, l'invention concerne une station de refroidissement (40) pour le refroidissement d'une batterie au moyen du système de refroidissement de l'invention.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE REFROIDISSEMENT D'UNE BATTERIE DE VEHICULE ELECTRIQUE, BATTERIE ET STATION DE REFROIDISSEMENT D'UNE BATTERIE L'invention concerne un système de refroidissement d'un bac de batterie de véhicule électrique, une batterie, ainsi que le procédé de refroidissement d'une batterie mettant en oeuvre un tel système et une station de refroidissement. Les véhicules à moteur électrique sont alimentés en énergie électrique par une batterie dont la durée de vie est primordiale compte tenu de son prix initial. Ces batteries électrochimiques, très sensibles aux variations de température, sont généralement conçues pour fonctionner de manière optimale dans une gamme de température de 20 à 40°C, voire de 20 à 30°C.
Une température supérieure à 40°C permet d'améliorer les performances d'une batterie au lithium mais augmente sa vitesse de dégradation, une température de 40°C étant déjà élevée pour assurer une longue durée de vie. Une température supérieure à 40°C pour une batterie de type NiMH (ou NiCd) affecte la capacité de charge de la batterie et accélère sa montée en température. En raison de leur taille et poids relativement importants (typiquement 15 à 20 kWh pour une batterie de 150 à 200 kg assurant une autonomie de 100 à 150 km), ces batteries montent lentement en température mais sont difficiles à refroidir.
La génération de chaleur étant proportionnelle au carré du courant électrique et la puissance étant proportionnelle au courant, la génération de chaleur est proportionnelle au carré de la puissance. Une charge très rapide de la batterie (en une quinzaine de minutes) peut donc provoquer une génération de chaleur très importante dans la batterie. Dans le cas d'un système de charge rapide de la batterie, le conducteur peut utiliser le véhicule plusieurs fois dans la même journée en chargeant rapidement la batterie après sa décharge complète suite à l'utilisation du véhicule. Dans ce cas, la température de la batterie va augmenter de plus en plus jusqu'à atteindre la température autorisée maximale, la batterie n'ayant pas le temps de refroidir entre deux cycles de charge rapide de la batterie.
Il est alors nécessaire de refroidir la batterie afin de préserver sa durée de vie. Le document US 5 834 132 propose un système de régulation de la température d'une batterie de véhicule automobile. Ce système prévoit un circuit de refroidissement circulant entre les cellules de la batterie, ce circuit étant alimenté en fluide de refroidissement par un réservoir. Une pompe est nécessaire pour assurer la circulation du fluide de refroidissement. Le fluide est refroidi par l'air extérieur au moyen d'un radiateur et d'un ventilateur associé.
Toutefois, afin d'assurer un refroidissement efficace, les dimensions du radiateur et la capacité du ventilateur doivent être importantes, les différences de température entre l'air extérieur et le fluide et entre la batterie et le fluide étant relativement faibles. Il en résulte un encombrement et un poids relativement important d'un tel système, qui de plus est complexe et coûteux en raison du circuit de refroidissement, de la pompe, du radiateur et du ventilateur de tailles importantes, des valves nécessaires. En outre, un tel système n'est pas suffisamment efficace pour refroidir la batterie en cas de charges rapides successives en raison de la génération de chaleur très importante en un temps très court. L'invention vise à pallier tout ou partie de ces inconvénients en proposant un système de refroidissement d'une batterie de véhicule électrique qui soit simple à mettre en oeuvre, peu encombrant et peu coûteux et qui permet de maintenir la batterie à une température adaptée en cas de charge rapide de celle-ci. A cet effet, un premier objet de l'invention concerne un système de refroidissement d'une batterie de véhicule électrique, comprenant au moins un circuit de refroidissement de la batterie équipé d'au moins une entrée et une sortie pour l'entrée et la sortie d'un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que l'entrée au moins du circuit de refroidissement est pourvue de moyens de raccordement aptes à permettre alternativement la connexion étanche / déconnexion dudit circuit à une source de fluide de refroidissement. Un tel système de refroidissement présente l'avantage d'être utilisable uniquement lorsqu'il est nécessaire de refroidir la batterie, notamment, au cours d'une période de charge de cette dernière, et plus particulièrement au cours d'une période de charge rapide.
Le système selon l'invention présente également l'avantage de pouvoir être utilisé avec diverses sources de fluide de refroidissement, telles que le réseau public d'eau potable ou un système de climatisation externe.
L'alimentation d'un tel système par une source de fluide externe au véhicule permet de limiter de manière considérable l'encombrement du système de refroidissement, cet encombrement se résumant à l'encombrement du ou des circuits de refroidissement. Dans une variante, la sortie du circuit de refroidissement peut également être équipée de moyens de raccordement aptes à être connectés/déconnectés à un circuit de récupération ou d'évacuation du fluide fourni par la source de fluide. Dans le cas où la source de fluide est l'eau courante, il est par exemple avantageux de récupérer l'eau sortant du circuit de refroidissement et de la réutiliser éventuellement pour d'autres usages. Un deuxième objet de l'invention concerne une batterie de véhicule électrique formée d'un bac contenant une pluralité de modules, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de refroidissement selon l'invention, ledit au moins un circuit de refroidissement s'étendant entre les, et/ou autour des modules. Un troisième objet de l'invention concerne un procédé de refroidissement d'une batterie de véhicule électrique, la batterie étant équipée d'un système de refroidissement selon l'invention, dans lequel le système de refroidissement est alimenté en fluide de refroidissement au moyen d'une source de fluide externe au véhicule. L'externalisation de la source de fluide présente l'avantage de libérer de la place dans le véhicule, et de simplifier ainsi la conception et la réalisation d'un véhicule électrique. Avantageusement, la source de fluide externe est un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement peut être liquide ou gazeux, peut par exemple être de l'air comprimé, de l'azote liquide ou encore de l'eau comme précité. Selon sa nature, un tel circuit d'alimentation peut être équipé d'un réservoir de fluide, d'une pompe, et, le cas échéant, de moyens de refroidissement, tels qu'un échangeur de chaleur, un radiateur, un ventilateur, ou tout autre moyen approprié.
Avantageusement, dans un premier mode de réalisation, la source de fluide est le réseau public d'eau potable, le fluide de refroidissement étant l'eau courante. Aucune pompe, réservoir, ou moyen de refroidissement n'est alors nécessaire. Le système selon l'invention utilise l'eau courante du réseau public dont la température, relativement stable, varie généralement de 10°C à 20°C selon les saisons. Une telle température est suffisante pour refroidir la batterie pendant une charge rapide de 10 à 15 minutes, la pression et le débit fournis par le réseau public étant également suffisants.
Dans un autre mode de réalisation, la source de fluide est un système de climatisation. Ce système peut alors comporter une pompe, un réservoir, et un moyen de refroidissement. Il peut s'agir du système de climatisation d'un bâtiment, ou d'un système de climatisation externe au véhicule, indépendant, spécialement prévu pour le système de refroidissement de l'invention. Le fluide de refroidissement est généralement de l'air, dont la température est, par exemple, de 0 à 5°C environ, ou tout autre fluide adéquat. Un quatrième objet de l'invention concerne une station de refroidissement d'une batterie montée sur un véhicule électrique, la batterie étant équipée d'un système de refroidissement selon l'invention, caractérisée en ce qu'elle comprend une source de fluide de refroidissement pourvue de moyens de raccordement aptes à coopérer avec les moyens de raccordement dudit système de refroidissement. La source de fluide de refroidissement peut également être le réseau public d'eau courante, la station possédant alors une arrivée d'eau courante, ou être un système de climatisation faisant partie de la station. Avantageusement, la station de refroidissement comprend en outre une source d'énergie électrique pour le chargement de la batterie au moyen d'une connexion électrique. La station peut alors comprendre un moyen de commande, apte à contrôler la circulation de fluide dans le système de refroidissement en fonction de l'état de charge et de la température de la batterie. Un tel moyen de commande peut être relié au système de gestion de la batterie du véhicule ainsi qu'à la source de fluide afin de contrôler la circulation du fluide (par exemple, en contrôlant le débit) en fonction de l'état de la batterie (température, niveau de charge, ...).
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une station de refroidissement selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement la connexion d'un bac de batterie à une station de refroidissement ; - la figure 3 représente schématiquement les modules d'une batterie équipée d'un système de refroidissement selon l'invention.
La figure 1 représente un véhicule électrique 10 et une station de refroidissement 40 de la batterie dudit véhicule. La batterie 12 est équipée d'un système de refroidissement selon l'invention. Ce système de refroidissement rapide comprend au moins un circuit de refroidissement 30 de la batterie 12 destiné à être alimenté en fluide de refroidissement par une source de fluide de refroidissement 20. Selon l'invention, le circuit de refroidissement 30 au nombre d'un au moins comprend une entrée 32 pourvue de moyens de raccordement aptes à permettre alternativement la connexion étanche/déconnexion du circuit à la source de fluide 20. A cet effet, la source de fluide 20 est elle-même pourvue de moyens de raccordement 22 aptes à coopérer avec les moyens de raccordement de l'entrée 32, afin de permettre alternativement sa connexion étanche à ladite entrée et sa déconnexion. Sur les figures 2 et 3, le système de refroidissement de l'exemple représenté comprend un unique circuit de refroidissement 30 qui s'étend entre les modules 14 constituants la batterie 12 et enfermés dans un bac de batterie (non représenté sur la figure 3). Dans une variante non représentée, ce circuit 30 peut s'étendre également autour des modules ou uniquement autour des modules, toujours à l'intérieur du bac de batterie. Le circuit de refroidissement 30 représenté comprend une entrée 32 et une sortie 34 permettant son raccordement à la source 20 de fluide de refroidissement. La source de fluide 20 comprend des moyens de raccordement 22 qui comprennent deux tuyaux souples 23, 24 aptes à être raccordés de
manière étanche à l'entrée 32 et à la sortie 34 respectivement, par l'intermédiaire d'un raccord 25. Ces tuyaux 23, 24 sont connectés à la source de fluide, par exemple l'eau courante du réseau de distribution public. Le tuyau 23 alimente le circuit de refroidissement 30 en eau courante, le tuyau 24 évacue l'eau sortant du circuit vers un système de récupération ou d'évacuation. De préférence, l'entrée 32 et le raccord 25 sont conçus pour pouvoir être facilement connectés/déconnectés, par exemple par un système de clipage, vissage ou analogue.
Dans l'exemple, la source de fluide 20 équipée de ses moyens de raccordement 22 fait partie d'une station de refroidissement 40 qui comprend également une source d'énergie électrique 42 pour le chargement de la batterie au moyen d'une connexion électrique 44. Une telle station de refroidissement 40 peut également comprendre un moyen de commande (non représenté), apte à contrôler la circulation de fluide dans le circuit de circulation en fonction de l'état de charge de la batterie. Ce moyen de commande peut faire partie de la station de charge rapide et présenter un branchement au système de gestion de charge du véhicule, par exemple par l'intermédiaire de la connexion électrique, par exemple par l'intermédiaire d'une communication CAN.
L'utilisation d'un système de refroidissement selon l'invention permet de diminuer considérablement l'augmentation de température d'une batterie en cours de charge, notamment en cours de charge rapide, pour un encombrement réduit du véhicule.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement d'une batterie (12) de véhicule électrique (10), comprenant au moins un circuit de refroidissement (30) de la batterie équipé d'au moins une entrée (32) et une sortie (34) pour l'entrée et la sortie d'un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que l'entrée (32) au moins du circuit de refroidissement est pourvue de moyens de raccordement aptes à permettre alternativement la connexion étanche /déconnexion dudit circuit à une source (20) de fluide de refroidissement.
  2. 2. Batterie (12) de véhicule électrique formée d'un bac contenant une pluralité de modules (14), caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de refroidissement selon la revendication 1, ledit au moins un circuit de refroidissement (30) s'étendant entre les, et/ou autour des, modules (14).
  3. 3. Procédé de refroidissement d'une batterie (12) de véhicule électrique (10), la batterie (12) étant équipée d'un système de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel le système de refroidissement est alimenté en fluide de refroidissement au moyen d'une source de fluide externe au véhicule.
  4. 4. Procédé de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel la source de fluide externe est le réseau public d'eau courante.
  5. 5. Procédé de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel la source de fluide externe est un système de climatisation.
  6. 6. Procédé de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel le fluide de refroidissement est de l'air comprimé, de l'azote liquide ou de l'eau.
  7. 7. Station de refroidissement (40) d'une batterie (12) montée sur un véhicule électrique (10), la batterie (12) étant équipée d'un système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une source (20) de fluide de refroidissement pourvue de moyens de raccordement aptes à coopérer avec les moyens de raccordement dudit système de refroidissement.
  8. 8. Station de refroidissement (40) selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une source d'énergie électrique (42) pour le chargement de la batterie (12) au moyen d'une connexion électrique.
  9. 9. Station de refroidissement (40) selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de commande, apte à contrôler la circulation de fluide dans le système de refroidissement en fonction de l'état de charge de la batterie.5
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