FR2953166A1

FR2953166A1 - Vehicule automobile comportant un moteur electrique alimente par une batterie et des moyens de refroidissement de la batterie.

Info

Publication number: FR2953166A1
Application number: FR0958571A
Authority: FR
Inventors: Thierry Fillion; Gilles Mulato; Bruno Berthelot; Philippe Dubois
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-03
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: WO2011067490A1; FR2953166B1; EP2507863A1

Abstract

L'invention concerne un véhicule automobile comportant une batterie d'alimentation (1) d'un moteur électrique et des moyens de refroidissement de ladite batterie qui comportent un échangeur (3). Selon l'invention, ledit échangeur (3) comporte au moins un module fonctionnant selon l'effet Peltier et lesdits moyens de refroidissement comportent : - un premier circuit (5) qui permet de refroidir directement la batterie ; et - un second circuit (7) qui permet de faire traverser de l'air provenant de l'extérieur du véhicule à travers ledit échangeur (3) pour refroidir le fluide du premier circuit sortant de ladite batterie.

Description

Véhicule automobile comportant un moteur électrique alimenté par une batterie et des moyens de refroidissement de la batterie La présente invention se rapporte à un véhicule automobile qui comporte un moteur électrique alimenté par une batterie et des moyens de 5 refroidissement de cette batterie. Les véhicules électriques sont mus par un moteur électrique alimenté par une batterie de grande taille, qui est en général disposée entre les quatre roues du véhicule. Cette batterie chauffe pendant le fonctionnement du moteur et doit donc être refroidie. io II est connu d'utiliser le climatiseur du véhicule pour refroidir la batterie. Un circuit de refroidissement de la batterie prélève de l'air extérieur, au niveau de l'avant du véhicule, le refroidit à travers l'échangeur du système de climatisation et l'envoie au contact de la batterie pour la refroidir. L'air qui s'est réchauffé au contact de la batterie est expulsé à l'arrière du véhicule. 15 Le principal inconvénient de ce type de refroidissement est qu'il nécessite d'équiper le véhicule électrique d'un système de climatisation qui est coûteux et lourd ce qui pénalise l'autonomie du véhicule. Un but de la présente invention est de proposer un véhicule automobile apte à être mis en mouvement par un moteur électrique alimenté par une 20 batterie et qui comporte des moyens de refroidissement de la batterie qui soient moins coûteux et moins lourds. Ce but est atteint au moyen d'un véhicule automobile comportant une batterie d'alimentation d'un moteur électrique et des moyens de refroidissement de ladite batterie qui comportent un échangeur. 25 Selon l'invention, ledit échangeur comporte au moins un module fonctionnant selon l'effet Peltier et lesdits moyens de refroidissement comportent un premier circuit qui traverse ledit échangeur et qui permet de faire circuler un premier fluide dans ladite batterie de manière à la refroidir directement, la température dudit premier fluide en sortie dudit échangeur étant 30 inférieure à la température dudit fluide à l'entrée dudit échangeur et un second circuit qui permet de faire traverser de l'air provenant de l'extérieur dudit véhicule à travers ledit échangeur, la température de l'air en entrée dudit échangeur étant inférieure à la température de l'air en sortie dudit échangeur.

Les moyens de refroidissement comportent donc un circuit fermé et un circuit ouvert. Les modules à effet Peltier sont connus et sont utilisés, par exemple, pour des réfrigérateurs de petite taille. Les modules à effet Peltier comportent une pluralité de cellules à effet Peltier qui sont assemblées.

Selon un mode de réalisation particulier le module à effet Peltier comporte deux conduits externes prenant en sandwich un conduit interne et deux couches de cellules à effet Peltier qui sont disposées entre ledit conduit interne et chacun des conduits externes et ledit conduit interne fait partie dudit premier circuit et lesdits conduits externes font partie dudit second circuit qui se io dédouble au niveau dudit échangeur. Un tel échangeur permet un bon échange thermique au niveau des cellules à effet Peltier et une bonne répartition des flux. Selon un mode de réalisation, ledit échangeur comporte deux modules à effet Peltier disposés en V et ledit premier circuit est conformé pour que ledit 15 premier fluide provenant de ladite batterie arrive entre les branches du V et se sépare en deux flux qui traversent chacun une desdites branches. Un tel échangeur permet un gain de place appréciable. Avantageusement, la pointe du V formé par lesdits modules à effet Peltier est orientée vers ladite batterie ce qui permet une bonne efficacité avec un 20 encombrement minimum. Pour des raisons d'efficacité thermique, avantageusement, l'air circule dans ledit second circuit à contre-courant dudit premier fluide. La batterie peut être disposée entre les roues dudit véhicule et ledit échangeur peut alors être disposé à l'arrière de ladite batterie, par exemple, 25 sous le coffre arrière du véhicule. La disposition dudit second circuit n'est pas limitée selon l'invention. Par exemple, le second circuit peut présenter une entrée disposée au niveau d'un premier passage de roue et une sortie disposée au niveau d'un second passage de roue opposé audit premier passage. Tous les moyens de 3o refroidissement sont alors concentrés à l'arrière du véhicule. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 représente une vue schématique en coupe du dessous du véhicule selon l'invention, selon un plan parallèle à la face inférieure de la 5 batterie ; - la Figure 2 représente un schéma des moyens de refroidissement ; - la Figure 3 représente une vue en coupe selon un plan parallèle à la face inférieure de la batterie de l'échangeur, au niveau de la boucle chaude ; - la Figure 4 représente une vue en coupe selon l'axe IV-IV de l'échangeur io des moyens de refroidissement ; - la Figure 5 représente une vue en coupe de l'échangeur, selon un plan parallèle à la face inférieure de la batterie, au niveau de la boucle froide ; et - la Figure 6 représente une vue de dessous de l'arrière du véhicule et des moyens de refroidissement. 15 Comme représenté sur la Figure 1, le véhicule de l'invention comporte une batterie 1 disposée sous l'habitacle, entre les roues 4. Le bord arrière 11 de la batterie 1 est situé en avant des roues arrière 4. La batterie 1 présente des canaux longitudinaux 14 et des canaux transversaux 15 qui forment un réseau de refroidissement dans lequel peut circuler de l'air pour refroidir la batterie 1. A 20 l'arrière du véhicule, entre les roues arrière 4 se situe un système de refroidissement de la batterie 1. Ce système de refroidissement comporte un échangeur 3 qui comporte au moins un module à effet Peltier qui sera plus amplement décrit ultérieurement, un premier circuit dit « boucle froide » 5 et un second circuit dit « boucle chaude » 7. 25 La boucle froide 5 relie les deux canaux longitudinaux 14 situés sur les côtés opposés de la batterie 1 et traverse l'échangeur 3. La boucle froide 5 présente une entrée 51 et une sortie 52, situées au niveau du bord arrière 11 de la batterie 1. La boucle froide 5 comporte des premiers moyens de mise en circulation 53 de l'air qu'elle contient. Ces premiers moyens de mise en 30 circulation 53 peuvent être un ventilateur. Ils sont disposés à la sortie de l'échangeur 3. Ainsi, l'air chaud qui provient du réseau de refroidissement interne de la batterie 1, formé par les canaux 14 et 15, emprunte un canal longitudinal latéral 14 dit « de sortie », entre dans la boucle froide 5 par l'entrée 51, traverse l'échangeur 3 dans lequel il se refroidit et est envoyé, à travers la sortie 52, par les moyens de mise en circulation 53 dans le canal longitudinal 14 dit « d'entrée » qui est le canal longitudinal 14 le plus éloigné selon la largeur du véhicule, du canal 14 de sortie précité. La boucle froide 5 et le réseau de canaux de la batterie 1 forment un circuit fermé. Dans l'exemple ici présenté, le fluide caloporteur est de l'air mais tout autre fluide peut être utilisé car il circule dans un circuit fermé. Comme représenté sur la Figure 1, la boucle chaude 7 présente une entrée 71 située au niveau d'un passage de roue arrière et une sortie 72 io disposée au niveau du passage de roue arrière opposé. La boucle chaude 7 traverse l'échangeur 3 et comporte des seconds moyens de mise en mouvement 73 qui sont situés en amont de l'échangeur 3. L'air extérieur au véhicule est aspiré dans l'entrée 71 par les seconds moyens de mise en circulation 73, traverse l'échangeur 3 où il se réchauffe, et ressort au niveau de 15 la sortie 72, à l'extérieur du véhicule. La Figure 2 représente de manière schématique la boucle froide 5, la boucle chaude 7 et l'échangeur 3 ainsi que le sens de circulation de l'air dans chacun des circuits. L'échangeur 3 comporte deux modules à effet Peltier 310. Ces deux modules sont disposés en V, la pointe du V orientée vers la batterie 20 1, la longueur de chaque module s'étendant selon la longueur d'une branche du V. On va d'abord décrire la boucle froide en référence à la Figure 2. Le flux chaud sortant de la batterie 1 par l'entrée 51 est aspiré par le ventilateur 53 qui est disposé au niveau des extrémités écartées des branches 25 du V. Dans l'échangeur 3, le flux chaud provenant de la batterie 1 se divise en deux flux qui traversent chacun un module à effet Peltier 310. Les deux flux se rassemblent ensuite, au-delà de la pointe du V, en un seul et même flux refroidi qui est envoyé dans la batterie 1 par la sortie 52. La boucle chaude va maintenant être décrite en référence à la Figure 2. 30 L'air extérieur au véhicule est aspiré à travers l'entrée 71 par le ventilateur 73 qui est disposé à proximité des branches écartées du V formé par les deux modules à effet Peltier 310. Les conduites de la boucle chaude 7 sont disposées de manière à ce que le flux d'air extérieur arrive au niveau de la pointe du V formé par les modules à effet Peltier, se divise en deux flux qui passent chacun à travers un module 310. Les deux flux se regroupent ensuite en un seul et même flux au-delà des branches écartées du V. Le flux ressort par la sortie 72 à l'extérieur du véhicule. Les flux de la boucle froide 5 et de la boucle chaude 7 circulent donc à contre courant.

La Figure 3 représente une vue en coupe longitudinale selon un plan parallèle à la batterie 1 de la boucle chaude 7. L'entrée 71 est munie d'un filtre à air 710 tandis que la sortie 72 est munie d'un volet d'obturation 720 qui empêche l'entrée d'eau. La conduite d'aspiration 75, qui comprend l'entrée 71, s'évase en forme de cône puis se divise en deux conduites 76, à proximité de la io pointe du V formé par les modules 310. Chacune des conduites 76 est ouverte au niveau de la face latérale du module 310 (c'est-à-dire selon la longueur du module 310) et comporte une paroi de fermeture située au niveau de l'extrémité longitudinale du module 310, du côté des extrémités écartées des modules 310. En d'autres termes, chacune des conduites 76 est profilée pour guider le flux la 15 traversant à travers le module 310 et pour répartir ce flux selon la longueur du module 310 (la longueur du module 310 correspond à la longueur d'une branche du V). Les conduites 76 se rétrécissent à proximité des extrémités écartées des branches du V. Les deux flux se rejoignent ensuite entre les branches du V, entre les deux modules 310, dans une cavité 78, de section 20 longitudinale sensiblement triangulaire, qui comporte une portion rétrécie reliée au ventilateur 73. Dans cette cavité 78, les flux sont créés par le ventilateur 73. La Figure 4 représente une vue en coupe de l'échangeur 3 selon l'axe IV-IV. Chaque module 310 comporte deux couches de cellules à effet Peltier 311. Chacune de ces couches 311 forme un échangeur. L'échangeur 3 comporte en 25 fait quatre conduites 76, agencées deux par deux selon deux plans parallèles entre eux et parallèles à la face inférieure de la batterie 1 telle que représentée sur la Figure 1. La Figure 3 représente une coupe selon un plan parallèle à la batterie 1 de la portion supérieure de la bouche chaude 7 au niveau de l'échangeur 3. Chaque conduite 76 est ouverte au niveau d'un module 310 et 30 agencée de façon à ce que le flux d'air qui la traverse vienne au contact d'une couche de cellules à effet Peltier 311. Ainsi, au niveau de la portion supérieure, le flux d'air entrant dans l'échangeur 3 à travers la conduite 76 passe sur la couche de cellule 311. Au niveau de la portion inférieure, le flux passe sous une couche de cellules 311. Le flux de la boucle froide 5 circule dans l'espace situé entre les deux couches de cellules 311, dans chacun des modules 310. Ainsi, le ventilateur 73 aspire l'air provenant de quatre conduites 76 disposées selon deux groupes de deux conduites superposées selon la hauteur du véhicule (la hauteur du coffre de ce dernier). Les deux groupes de conduites 76 superposées sont disposées selon un V. Dans la boucle chaude 7 l'air circule dans deux plans horizontaux, parallèles à la face inférieure de la batterie représentée sur la Figure 1. Le ventilateur 73 est disposé de manière à obtenir deux flux en nappe horizontale. io La Figure 5 représente une vue en coupe de la boucle froide 5, selon un plan parallèle à la batterie telle que représentée sur la Figure 1. Le flux d'air sortant de la batterie 1 entre dans la conduite 54 à travers l'entrée 51, traverse le ventilateur 53 et entre dans une portion élargie en forme de cône 55 qui s'évase entre les branches du V des modules 310. Le flux se divise en deux 15 flux qui traversent chacun un module 310 en se répartissant le long de la longueur du module 310. Chacun des flux est canalisé en sortie du module 310 par une conduite 56, sensiblement de même forme que la conduite 76 précitée en référence à la Figure 4. Les deux conduites 56 se rejoignent en un cône 57 qui se rétrécit en direction de la sortie 52.

20 La Figure 6 représente une vue du dessous du coffre du véhicule selon l'invention. Les flèches noires représentent les flux de la boucle froide 5 tandis que les flèches blanches représentent les flux de la portion supérieure de la boucle chaude 7. Le ventilateur 73 est disposé dans un plan horizontal de manière à produire une nappe horizontale qui traverse les deux modules 310 25 en répartissant l'air le long des modules 310. Les deux nappes de la boucle chaude 7 sont disposées dans deux plans horizontaux superposés et se regroupent en sortie de l'échangeur 3 dans la conduite de sortie horizontale 77 qui débouche au niveau de la sortie 72. Quant à la boucle froide 5, l'air circule dans la boucle froide 5 entre les 30 deux nappes de la boucle chaude 7, dans l'échangeur 3. Le ventilateur 53 est disposé selon un plan vertical, au centre des branches formées par les deux modules 310. A titre d'exemple, il faut 24 cellules à effet Peltier pour assurer un refroidissement optimum du flux circulant dans la boucle froide 5. L'agencement

Claims

REVENDICATIONS1. Véhicule automobile comportant une batterie d'alimentation (1) d'un moteur électrique et des moyens de refroidissement de ladite batterie qui comportent un échangeur (3), caractérisé en ce que ledit échangeur (3) comporte au moins un module fonctionnant selon l'effet Peltier (310) et en ce que lesdits moyens de refroidissement comportent : - un premier circuit (5) qui traverse ledit échangeur (3) et qui permet de faire circuler un premier fluide dans ladite batterie (1) de manière à la refroidir io directement, la température dudit premier fluide en sortie dudit échangeur (3) étant inférieure à la température dudit fluide à l'entrée dudit échangeur (3) ; - un second circuit (7) qui permet de faire traverser de l'air provenant de l'extérieur du véhicule à travers ledit échangeur (3), la température de l'air en entrée dudit échangeur (3) étant inférieure à la température de l'air en sortie is dudit échangeur (3).
2. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module à effet Peltier comporte deux conduits externes (76) prenant en sandwich un conduit interne et deux couches de cellules à effet Peltier (311) qui sont disposées entre ledit conduit interne et chacun desdits conduits externes 20 (76) et en ce que ledit conduit interne fait partie dudit premier circuit (5) et lesdits conduits externes (76) font partie dudit second circuit (7) qui se dédouble au niveau dudit échangeur (3).
3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit échangeur (3) comporte deux modules à effet Peltier 25 (310) disposés en V et en ce que ledit premier circuit (5) est conformé pour que ledit premier fluide provenant de ladite batterie (1) arrive entre les branches dudit V et se sépare en deux flux qui traversent chacun une desdites branches.
4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pointe du V formé par lesdits modules à effet Peltier (310) est orientée vers ladite batterie 30 (1).
5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air circule dans ledit second circuit (7) à contre-courant dudit premier fluide dans ledit premier circuit (5).
6. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie (1) est disposée entre les roues (4) dudit véhicule et en ce que ledit échangeur (3) est disposé à l'arrière de ladite batterie (1).
7. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit second circuit (7) présente une entrée (71) disposée au niveau d'un premier passage de roue et une sortie (72) disposée au niveau d'un second passage de roue opposé audit premier passage. 15