FR2956620A1 - Vehicule automobile comportant un circuit de refroidissement d'un module d'alimentation electrique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un véhicule (1), notamment un véhicule automobile , comportant au moins une machine électrique de traction et un module d'alimentation (10) électrique couplé à la machine électrique tous deux implantés à l'arrière du véhicule (1), et un circuit de refroidissement du module d'alimentation ledit circuit de refroidissement comportant au moins un conduit d'admission d'air alimentant le module d'alimentation en air frais et au moins un conduit d'extraction d'air évacuant l'air chauffé par le module d'alimentation à l'extérieur du véhicule (1), caractérisé en ce que le conduit d'extraction d'air se terminant par au moins un dispositif d'extraction d'air (4) débouchant tangentiellement à l'extérieur du véhicule sur un flanc (7) du véhicule (1) dans une zone de dépression maximale (Z) du véhicule (1).

Description

VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN CIRCUIT DE REFROIDIS- SEMENT D'UN MODULE D'ALIMENTATION ELECTRIQUE

La présente invention concerne un véhicule automobile, notamment de type hybride thermique/électrique ou tout électrique, plug-in ou pas. Un tel véhicule comporte au moins une machine électrique de traction alimentée par un module d'alimentation électrique et un circuit de refroidissement de l'air chaud produit par le module d'alimentation. Le circuit de refroidissement comporte des conduits d'admission et d'extraction d'air bran- chés sur le module d'alimentation, un pulseur d'air accélérant la circulation d'air dans le circuit de refroidissement et un conduit d'extraction de l'air chaud vers l'arrière du véhicule. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'extraction d'air visant à améliorer la performance du circuit de refroidisse- ment tout en diminuant sa consommation et en limitant son émissivité acoustique. Elle s'applique notamment à une architecture de refroidissement avec admission d'air dans l'habitacle du véhicule, et extraction d'air à l'extérieur du véhicule.

Il est nécessaire d'évacuer l'air chaud produit par le module d'alimentation, comportant une ou plusieurs batteries, afin d'assurer son bon fonctionnement. Si cet air chaud n'est pas évacué efficacement, le module d'alimentation et ses différents composants risquent de s'endommager, au risque à termes d'entraîner un dysfonctionnement de ces derniers.

De plus, cet air chaud, s'il n'est pas évacué, risque de perturber le confort thermique des passagers. D'autre part, il est important de pouvoir évacuer tous les dégagements gazeux s'échappant des batteries à l'extérieur du véhicule comme par exemple l'hydrogène pour des batteries au Nimh (Nickel-hydrure métallique).

Il est connu d'extraire l'air chaud vers l'arrière du véhicule, dans une doublure d'aile ou derrière le pare-choc. Une telle solution est notamment décrite dans le document US200810196957 dans lequel un circuit de refroidissement est disposé derrière les sièges arrière du véhicule et s'étend vers l'arrière du véhicule. Le conduit d'évacuation débouche soit sur le côté du coffre entre le coffre et l'aile arrière du véhicule, soit directement dans le cof- fre du véhicule.

2 Il est également connu de la demande de brevet déposée par la demanderesse, sous le numéro 0955940, une solution d'extraction vers l'extérieur du véhicule sous le plancher du véhicule. En référence aux figures 1 et 2, on a représenté une partie arrière de la structure d'un véhicule 1 selon l'état de l'art ; ce véhicule 1 comportant un moteur électrique, non représenté, alimenté par un module d'alimentation 10. De manière connue, la structure du véhicule 1 comporte au moins un plancher 9, délimitant la partie inférieure de l'habitacle du véhicule 1, qui porte des éléments destinés à l'aménagement de l'intérieur du véhicule 1. Sur la figure 1, seule la partie arrière 2 du plancher 9 est représentée. Le module d'alimentation 10 est fixé sur le plancher 9, au niveau du coffre 6 du véhicule 1, derrière les sièges arrière du véhicule qui ne sont pas représentés.

Le module d'alimentation 10 peut inclure tout dispositif destiné à stoker et fournir de l'énergie et/ou de la puissance à la machine électrique. Ce dispositif peut par exemple comprendre des éléments unitaires, tels que des batteries au plomb, des cellules Li-ion, Nimh se présentant sous forme prismatique, cylindrique, de sachet souple ... et reliés entre eux par des circuits électriques. Le module d'alimentation 10 est contenu dans un réceptacle fermé par un couvercle, destiné à recevoir et à protéger le module d'alimentation, et formant un boîtier rigide et hermétique. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, le module d'alimentation 10 est une batterie et pour simplifier la description, on utilisera le terme « batterie » pour dési- gner à la fois la batterie et le boîtier renfermant la batterie. Le circuit de refroidissement comporte de son entrée vers sa sortie : un conduit d'admission d'air 14, fournissant l'air frais provenant de l'habitacle, à la batterie 10, un conduit de sortie 15 récupérant l'air réchauffé par la batterie et comportant deux tronçons 151 et 152 reliés entre eux par un soufflet 153, un pulseur 16 destiné à accélérer l'évacuation de l'air chaud vers l'extérieur du véhicule 1, et un conduit d'extraction 17 coudé à sa sortie permettant d'évacuer l'air chaud sous le plancher 9 du véhicule 1. Le pulseur 16 comporte une turbine qui est agencée dans un plan sensiblement vertical et l'air arrive à l'entrée du pulseur sensiblement dans l'axe de la turbine. La sortie du pulseur 16 débouche au niveau d'un orifice 3 réalisé dans le plancher 9 du véhicule entre le passage de roue 5 et le bord du plancher 9 du coffre.

Dans cette implantation, le pulseur 16 est disposé au voisinage immédiat de l'arrière du passage de roue 5, et dans l'exemple décrit, entre la peau extérieure de la carrosserie et le panneau arrière intérieur 51 du pas-sage de roue 5.

On peut également prévoir un clapet 19 à la sortie du conduit d'ex-traction pour éviter les remontées de poussière ou autre corps solide à l'intérieur du conduit 17. D'un point de vue sécuritaire, les solutions avec extraction tout ou partie dans l'habitacle sont à écarter au vu des risques d'émanation d'hydro- gène que pourraient générer les batteries Nimh largement utilisées aujour- d'hui. Les solutions mettant en oeuvre un dispositif d'extraction à l'extérieur du véhicule ont d'une part recours à un clapet, et ne garantissent pas, d'autre part, un fonctionnement optimum lorsque les vitres sont ouvertes, voire même très légèrement ouvertes. En effet, dans un tel cas : - la consommation en courant du pulseur devient importante ; - le débit d'air devient difficile à garantir dans le circuit de refroidissement, ce qui nuit au refroidissement et risque de dégrader les performances de la chaîne de traction hybride (phénomène désigné par le terme anglo- saxon "derating") ; - un clapet devient nécessaire pour garantir l'absence de remontée de poussière "à contre sens" dans le circuit de refroidissement. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en pro- posant une solution qui optimise l'extraction de l'air chaud à l'extérieur du véhicule même lorsque les vitres sont ouvertes, voire même très légèrement ouvertes. A cet effet, la présente invention propose un véhicule, notamment un véhicule automobile, comportant au moins une machine électrique de trac- tion et un module d'alimentation électrique couplé à la machine électrique, tous deux implantés à l'arrière du véhicule, et un circuit de refroidissement du module d'alimentation, ledit circuit de refroidissement comportant au moins un conduit d'admission d'air alimentant le module d'alimentation en air frais et au moins un conduit d'extraction d'air évacuant l'air chauffé par le module d'alimentation à l'extérieur du véhicule, caractérisé en ce que le conduit d'extraction d'air se termine par au moins un dispositif d'extraction d'air débouchant tangentiellement à l'extérieur du véhicule sur un flanc du véhicule dans une zone de dépression maximale du véhicule.

Selon une caractéristique, le circuit de refroidissement comporte en outre, au moins un pulseur d'air soufflant, respectivement aspirant, suivant qu'il est disposé en amont ou aval du module d'alimentation pour accélérer la circulation d'air dans le circuit de refroidissement. Selon une autre caractéristique, le dispositif d'extraction est une prise d'air de type NACA orientée tangentiellement par rapport au flanc du véhicule et s'étendant selon une direction parallèle au flux d'air généré par le véhicule lors de son déplacement ; la pointe de la prise d'air affleurant le flanc du véhicule et l'air chaud provenant du conduit d'extraction étant évacué à l'extérieur du véhicule par l'ouverture rectangulaire de la prise d'ex-traction NACA en direction de la pointe de la prise d'air. Selon une autre caractéristique, la zone de dépression maximale se situe dans une zone du véhicule correspondant aux ailes arrière du véhicule.

La présente invention a notamment pour avantage de toujours garantir une pression d'air à l'extraction toujours inférieure à la pression d'air à l'admission, ce qui permet de limiter les consommations de courant du pulseur et d'optimiser le refroidissement, donc la performance et la durée de vie des batteries.

Elle a également pour avantage d'assurer une circulation "naturelle" de l'air à l'intérieur du circuit de refroidissement en dynamique : quand le véhicule roule, le delta de pression assure une circulation de l'air, même si le pulseur de refroidissement batterie ne fonctionne pas. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre par une vue en perspective, la partie ar- rière d'un véhicule automobile sur laquelle sont installés un module d'alimentation électrique et un circuit de refroissement selon l'état de l'art ; - la figure 2, déjà décrite, illustre une vue arrière du véhicule de la figure 1, laissant apparaître le dispositif d'extraction du circuit de refroidissement selon l'état de l'art quand le pare-choc arrière n'est pas monté ; - la figure 3 illustre, en vue de face, un mode de réalisation d'un dispositif d'extraction d'air du circuit de refroidissement selon l'invention ; - la figure 4 illustre une vue de détail en perspective du mode de réalisa- tion du dispositif d'extraction de la figure 3 ; - les figures 5 et 6 illustrent respectivement partiellement le circuit de refroidissement et son dispositif d'extraction d'air selon l'invention, vu du côté extérieur du véhicule et du côté intérieur du véhicule ; et - la figure 7 illustre un exemple d'implantation sur le véhicule, du dispositif d'extraction du circuit de refroidissement selon l'invention. Sur les figures, les mêmes éléments ou similaires, portent la même référence numérique. La figure 3 illustre partiellement un mode de réalisation d'un circuit de refroidissement et son dispositif d'extraction d'air chaud 4 selon l'invention.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'extraction d'air chaud 4, se présente globalement sous la forme d'une prise d'air désignée habituellement par les termes "prise NACA". Ce type de prise d'air, développé à l'origine par le "National Advisory Comittee for Aeronotics" NACA (ancêtre de la NASA), permet la captation de l'air à l'intérieur d'un conduit dont la géométrie est adaptée pour refroidir l'air entrant avec un minimum de perturbation du flux d'air entrant. Ce type de prise d'air est habituellement implanté sur les fuselages des avions pour refroidir les réacteurs ainsi que sur les capots moteur de certains véhicules automobiles typés "sport" pour refroidir leur moteur.

Une telle prise "NACA" 4 est illustrée en détail en référence à la figure 4. Elle comporte une grande ouverture 41 présentant une section générale rectangulaire, de petits côtés 42, 43 et de grands côtés 44, 45. Elle présente un plan de symétrie P passant par le centre des grands côtés 44, 45 en étant parallèle aux petits côtés 42, 43 de l'ouverture 41.

Cette section 41 se réduit progressivement suivant deux dimensions, dans une même direction du plan de symétrie P : - les bords latéraux 410, 420 des petits côtés 42, 43 de l'ouverture 41 convergent progressivement l'un vers l'autre suivant une courbure douce définissant des rampes pour le flux d'air s'écoulant dans la prise d'air 4 ; - de même, la hauteur h de l'ouverture 41 suivant sa petite dimension 41, 42, se réduit progressivement dans la même direction pour venir affleurer la face extérieure soit du fuselage s'agissant d'un avion, soit du capot moteur s'agissant d'un véhicule automobile. La surface 46 délimitée par un des grands côtés 44 de l'ouverture 41 et par les bords latéraux 410, 420 définit également une rampe à courbure douce pour le flux d'air s'écoulant sur cette surface 46. La partie d'affleurement 47 correspond sur la figure 4 à la partie en forme de pointe de la surface 46.

La présente invention exploite la géométrie d'une prise NACA mais dans une implantation différente des applications habituelles d'une prise NACA telles que celles évoquées ci-dessus, et notamment dans une implantation d'un circuit de refroidissement d'une batterie d'un véhicule et en parti- culier d'un véhicule à traction électrique comportant une machine électrique de traction et son module d'alimentation électrique tous deux disposés à l'arrière du véhicule. Cette implantation se rapproche de celle de l'état de l'art, tel que présenté dans le préambule de la présente description en référence aux figures 1 et 2.

Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, le circuit de refroidissement, partiellement représenté, comporte un conduit d'extraction 18, de préférence souple, qui est branché hermétiquement à la sortie d'un pulseur non représenté sur cette figure, du même type que celui 16 de l'état de l'art mais de puissance plus faible comme on le verra ultérieurement.

Le conduit d'extraction 18 est orienté de manière à acheminer l'air chaud jusqu'au dispositif d'extraction d'air 4. L'extrémité libre 181 du conduit d'extraction 18 est conformée pour passer progressivement d'une section de départ globalement circulaire (le conduit d'extraction est de forme générale cylindrique à section droite circu- faire ou globalement circulaire) à une section globalement rectangulaire. Autrement dit, l'extrémité 181 du conduit d'extraction 18 est conformée pour s'adapter progressivement à l'ouverture rectangulaire 41 de la prise d'air 4. L'ouverture 41 de la prise d'air 4 débouche à l'extérieur du véhicule 1 sur un, ou sur les deux flancs 7 du véhicule 1 ; la partie en pointe 47 de la prise d'air 4 affleurant le flanc 7 du véhicule 1. Par flancs du véhicule 1, on entend les faces latérales extérieures du véhicule 1 qui correspondent aux ailes du véhicule 1. Dans cette implantation, l'air chaud arrivant du conduit d'extraction 18 est évacué par l'ouverture 41 de la prise d'air 4 à l'extérieur du véhicule 1. Cette évacuation est faite selon la même direction que celle du flux d'air généré par le déplacement du véhicule. Le sens du flux d'air généré par ce déplacement est représenté par une flèche large sur la figure 3.

Pour optimiser l'extraction de l'air à l'extérieur du véhicule, en limitant au maximum les pertes de charge dans le circuit de refroidissement et pour assurer une bonne circulation de l'air, il est important d'avoir un circuit de refroidissement le plus court et le plus direct possible, de limiter les zones à faible rayon de courbure pour les conduites et, surtout, d'avoir un raccorde-ment qui soit tangentiel à l'extraction pour ne pas perturber l'écoulement du flux d'air. Ces contraintes sont importantes pour optimiser l'efficacité de l'extrac- tion d'air d'une part et, d'autre part, pour ne pas créer de perte de charge lorsque le pulseur tourne, véhicule à l'arrêt. Les figures 5 et 6 illustre, respectivement suivant des vues schématiques en perspective, le cheminement de l'air chaud circulant dans le conduit d'extraction 18, symbolisé par une flèche en trait gras, mis en confrontation avec le flux d'air généré par la déplacement du véhicule, symbolisé par la flèche large de la figure 3. Le flux d'air, produit par le déplacement du véhicule 1, vient en quel-que sorte "lécher" le flanc 7 du véhicule 1 et, en passant sur la surface 46 du dispositif d'extraction, il créée une aspiration (dépression) qui accélère l'ex- traction de l'air chaud à l'extérieur du véhicule 1. La figure 5 est vue de l'extérieur du véhicule 1 et la figure 6, une vue de l'intérieur du véhicule 1. Ces figures permettent de mettre en évidence le raccordement tangentiel de l'extrémité 181 du conduit d'extraction 18 par rapport à la prise d'air 4 et donc par rapport au flanc 7 du véhicule 1. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité 181 du conduit d'extraction 18 est coudée pour son raccordement tangentiel avec la prise d'air 4. Son rayon de courbure sera à adapter en fonction de l'implantation précise de la batterie 10 et de la disposition du pulseur à l'arrière du véhicule 1.

La figure 7 illustre un exemple d'implantation d'une prise d'air 4 de type NACA dans une zone Z de forte dépression sur le véhicule 1. Cette zone Z est délimitée symboliquement par une ligne fermée en trait interrompu. Des mesures de la répartition du champ de pression sur un véhicule de type Peugeot 3008, par exemple, montrent que les zones d'extraction à privilégier sont situées au niveau des ailes arrière du véhicule et globale-ment entre la vitre de custode arrière et le pare choc arrière. L'implantation de la prise d'air 4 dans la zone de forte dépression Z permet d'assurer une circulation naturelle de l'air par aspiration dans le cir- cuit de refroidissement lorsque le véhicule 1 roule et ce, même quand le pulseur n'est pas en fonctionnement (extraction passive) Il est donc fortement avantageux de disposer la prise d'air 4 dans une zone de forte dépression Z du véhicule 1 et de dimensionner au mieux la prise d'air 4 pour optimiser la dépression supplémentaire créée localement dans cette zone Z. La prise d'air 4 peut venir de matière avec l'aile arrière 5 du véhicule 1 par découpage et déformation locale, par emboutissage de la tôle, ou bien être une pièce rapportée s'adaptant aux contraintes décrites ci-dessus. Pour optimiser encore plus les niveaux de dépression et de débit d'extraction d'air, on peut utiliser deux prises d'air de type NACA par flanc 7 ; chaque paire de prises d'air étant par exemple reliée à un conduit d'extraction dont l'extrémité est dédoublée.

Un dimensionnement de ces prises (avec deux paires de prises) est donné ci-après à titre d'exemple non limitatif : la prise d'air de type NACA a une longueur de 125 mm, une largeur de 80 mm et une hauteur/profondeur de 15 mm. Ce dimensionnement permet de garantir une surface totale d'ex-traction de 4800 mm2 contre une surface de 3200 mm2 en sortie du pulseur.

Le dispositif d'extraction d'air selon l'invention n'est pas limité à l'exemple précis d'une prise d'air de type NACA, bien que plus performant en termes de surface d'extraction et donc de débit d'air. Il peut par exemple prendre la forme d'ouïes fonctionnelles comme celles utilisées notamment sur les véhicules Peugeot Coupé 407.

Les gains apportés par la présente invention sont nombreux et les principaux sont cités ci-après : - meilleure maîtrise de la température moyenne de la batterie ; - optimisation de longévité et performance de la batterie garantie ; - régimes pulseur réduits ; - gain conséquent de l'ordre d'lgCO2 en consommation ; - gain acoustique grâce à des régimes pulseur plus faibles d'une part, et d'autre part grâce à des débits et des vitesses d'air à l'admission véhicule à l'arrêt en moyenne plus faible (besoin en refroidissement moins important à l'arrêt car batterie moins chaudes en moyenne) ; - absence de clapet d'extraction d'air, car l'air ne peut physiquement circuler que dans un sens (pression à l'extraction identique ou inférieure à la pression d'admission) ; - prise en compte d'un conducteur/passager fumeur, qui roule toujours fenêtre entre-ouverte et pour lequel le refroidissement de la batterie est pro- blématique car la pression statique à l'admission est faible fenêtre ou-verte, mais devient comparable, voire supérieure à la pression d'extraction ; - pulseur plus petit (gain en coût, masse et implantation).

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précis décrit ci-dessus. Ainsi, on peut prévoir d'implanter un pulseur avec deux sorties. Les deux sorties sont couplées respectivement à deux conduits d'extraction avec leurs dispositifs d'extraction respectifs simple ou double. Les deux conduits acheminent l'air chaud respectivement sur les deux flancs du véhicule On peut également prévoir deux pulseurs implantés respectivement de part et d'autre du module d'alimentation. Dans cette configuration, les deux pulseurs ont chacun leur conduit d'extraction et leur dispositif d'extrac- tion simple ou double qui acheminent l'air chaud respectivement sur les deux flancs du véhicule. En fonction de l'architecture retenue, le pulseur pourra être disposé soit entre l'admission d'air et la batterie c'est-à-dire, en amont du circuit de refroidissement : dans ce cas le pulseur sera un pulseur soufflant, soit entre la batterie et le dispositif d'extraction c'est-à-dire en aval du circuit de refroidissement : dans ce cas le pulseur sera un pulseur aspirant. On peut également se passer de pulseur dédié pour l'évacuation de l'air à l'extérieur du véhicule dans la mesure où la circulation "naturelle" de l'air à l'intérieur du circuit de refroidissement est suffisante pour répondre aux contraintes mentionnées ci-dessus.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1. Véhicule (1), notamment véhicule automobile, comportant au moins une machine électrique de traction et un module d'alimentation (10) électri- que couplé à la machine électrique tous deux implantés à l'arrière du véhicule (1) , et un circuit de refroidissement du module d'alimentation (10), ledit circuit de refroidissement comportant au moins un conduit d'admission d'air (14) alimentant le module d'alimentation (10) en air frais et au moins un conduit d'extraction d'air (18) évacuant l'air chauffé par le mo- dule d'alimentation (10) à l'extérieur du véhicule (1), caractérisé en ce que le conduit d'extraction d'air (18) se termine par au moins un dispositif d'extraction d'air (4) débouchant tangentiellement à l'extérieur du véhicule sur un flanc (7) du véhicule (1) dans une zone de dépression maxi-male (Z) du véhicule (1).
2. 2. Véhicule (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comporte en outre, au moins un pulseur d'air soufflant, respectivement aspirant, suivant qu'il est disposé en amont ou aval du module d'alimentation pour accélérer la circulation d'air dans le circuit de refroidissement.
3. 3. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction (4) est une prise d'air de type NACA orientée tangentiellement par rapport au flanc (7) du véhicule (1) et s'étendant selon une direction parallèle au flux d'air généré par le véhicule (1) lors de son déplacement ; la pointe (47) de la prise d'air (4) affleurant le flanc (7) du véhicule (1) et l'air chaud provenant du conduit d'extraction (18) étant évacué à l'extérieur du véhicule (1) par l'ouverture rectangulaire (41) de la prise d'extraction NACA en direction de la pointe (47) de la prise d'air (4).
4. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de dépression maximale (Z) se situe dans une zone du véhicule (1) correspondant aux ailes arrière (7) du véhicule (1).35