FR2967825A1 - Dispositif et procede de controle thermique d'une batterie de traction d'un vehicule - Google Patents

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Abstract

L'invention a trait à un dispositif de thermorégulation d'une batterie de traction d'un véhicule du type hybride ou électrique et de son chargeur. Le dispositif comprend un conduit d'admission d'air habitacle 1004 vers une batterie 1002, un pulseur d'air batterie 1008 travaillant par aspiration et un conduit d'air intermédiaire 1006 reliant le pulseur d'air batterie 1008 à la batterie 1002. Le conduit d'air intermédiaire 1006 et/ou le conduit d'admission d'air 1004 comprennent un volet ou un obturateur 1014 d'admission d'air de refroidissement d'un chargeur 1010. Ce dernier est équipé d'un pulseur spécifique 1012 dont la sortie est disposée d'un point de vue aéraulique à proximité du volet ou de l'obturateur 1014. En fonctionnement, le dispositif permet de refroidir ou de réchauffer la batterie 1002 au moyen de l'air aspiré dans l'habitacle ou dans la zone d'implantation du chargeur 1010 lorsque les températures de l'un ou l'autre de ces environnements le permettent. Le dispositif permet également d'assister le refroidissement du chargeur en ouvrant le clapet d'admission 1014.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONTRÔLE THERMIQUE D'UNE BATTERIE DE TRACTION D'UN VEHICULE L'invention a trait à un dispositif de contrôle thermique d'une batterie de traction d'un véhicule, notamment d'un véhicule hybride ou électrique. Plus particulièrement l'invention a trait à un dispositif de contrôle thermique ou thermorégulation d'une batterie de traction et de son chargeur. L'invention a trait également à un procédé correspondant. La pression économique (prix des carburants) et environnementale (réglementation des émissions polluantes et des gaz à effet de serre) guide la tendance actuelle vers le développement de véhicules à chaînes de traction hybride électrique (mettant en oeuvre deux types de motorisation : moteur thermique à combustion interne et moteur électrique), dites : soit série : le moteur thermique n'est à aucun moment utilisé directement pour la mise en mouvement du véhicule et ne sert qu'à entraîner une génératrice qui produit de l'énergie électrique pour faire, via le moteur électrique, se mouvoir le véhicule et/ou recharger la batterie, - soit parallèle : les moteurs électrique et thermique peuvent, chacun individuellement ou les deux ensemble, propulser le véhicule ; le moteur thermique pouvant additionnellement recharger la batterie.
De tels véhicules hybrides et les véhicules électriques comprennent une batterie haute tension de traction, nécessaire pour fournir de l'énergie électrique pour faire se mouvoir le véhicule en dehors du groupe motopropulseur thermique, qui s'échauffe en fonctionnement selon les conditions d'utilisation (appels de courant, ...) et qui a ses propres besoins de thermo-management. En effet, de par les niveaux de températures optimales et maximales requis par la batterie, celle-ci a son propre circuit de thermo-management. Les pleines performances de la batterie ne sont accessibles qu'au-delà d'une température batterie d'au moins (par exemple) 20 à 25°C. D'autre part, la batterie ne peut supporter, pour sa durée de vie et sa sûreté de fonctionnement, une température au-delà de 40°C à 50°C. Le critère dimensionnant pour la durée de vie de la batterie est sa température moyenne, non seulement en phase d'utilisation du véhicule mais aussi en phase de stockage hors utilisation (parking, garage, stationnement, ...), qui peut représenter jusqu'à 900/0 de l'occurrence. Une telle batterie haute tension de traction est refroidie, le plus souvent par de l'air frais, par exemple prélevé dans l'habitacle : l'air chaud, réchauffé au contact de la batterie, est alors évacué à l'extérieur du véhicule ou recyclé à l'intérieur du pack batterie pour si nécessaire en accélérer la montée en température. Le document de brevet EP 2 075 873 Al divulgue un dispositif de contrôle de la température d'une batterie de véhicule hybride où l'air de l'habitacle est utilisé pour refroidir la batterie de traction. En fonction de certains paramètres de fonctionnement, l'air de refroidissement de la batterie peut également être réintroduit dans l'habitacle. D'autres modes de thermo-management existent, via une boucle de réfrigération (une dérivation de celle du véhicule climatisé ou une boucle spécifique) utilisée directement ou indirectement, soit avec un circuit d'eau soit via l'air habitacle. Le présent mémoire se focalise sur un refroidissement par air de la batterie, que cet air soit ou non préalablement sur-refroidi par une dérivation du circuit de réfrigération de l'habitacle du véhicule (ou par un circuit dédié). Dans le cas de véhicules hybrides ou électriques rechargeables, un chargeur est utilisé pour recharger la batterie de façon externe au véhicule, dans le cas d'un véhicule hybride sans que le moteur thermique ne fonctionne. Le chargeur a également ses propres besoins de refroidissement, ses composants constitutifs (transformateurs, convertisseurs, transistors, ....) dissipant de la chaleur par les pertes dans le processus de conversion de puissance. Les calories ainsi générées sont généralement évacuées en refroidissant le chargeur par air, par convection : - soit naturelle, avec dans ce cas une performance de refroidissement très limitée qui impose de ne pas placer le chargeur dans une zone confinée ou (coffre, ...) pouvant souffrir de l'environnement thermique générée par le chargeur ou pouvant générer un risque de brûlures pour les usagers ; - soit forcée, qui nécessite alors d'adapter au chargeur son propre circuit d'air de refroidissement, requérant alors un pulseur dédié, séparé ou intégré au chargeur, et des conduits d'air, encombrants, nécessitant selon l'implantation du chargeur de percer la structure du véhicule pour y faire passer ces conduits et impactant le dimensionnement du pulseur et du radiateur à air du chargeur. Le document de brevet US 2007/0178346 Al divulgue un dispositif de refroidissement d'une batterie de traction d'un véhicule hybride ainsi que de son électronique de puissance. Chacune de la batterie et de l'électronique de puissance est pourvue d'un ventilateur spécifique dont la gestion est assurée par une unité de contrôle. Dés qu'une de la batterie et de l'électronique de puissance atteint une température critique, le ventilateur correspondant est mis en route de manière à générer par surpression un débit d'air circulant à proximité de la batterie ou de l'électronique de puissance. Les ventilateurs sont générateurs de bruit et donc de nuisance sonore pour les passagers du véhicule. De plus chacun des deux ventilateurs doit être dimensionné pour assurer un refroidissement satisfaisant indépendamment de l'autre. L'invention a pour objectif de proposer une solution de refroidissement palliant au moins un des problèmes sus mentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer une thermorégulation d'une batterie et de son chargeur qui soit optimisée de manière à être économique et générant peu de nuisances sonores. L'invention a pour objet un dispositif de contrôle thermique d'équipement d'un véhicule automobile, l'équipement électrique comprenant une batterie de traction avec plusieurs éléments et un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le dispositif comprenant: une première conduite d'air reliant d'un point de vue aéraulique la batterie à l'habitacle du véhicule; une deuxième conduite d'air reliant d'un point de vue aéraulique la batterie avec l'extérieur du véhicule; un premier ventilateur apte à générer un débit d'air au travers des première et deuxième conduites ; un deuxième ventilateur apte à générer un débit d'air au travers de l'appareil électrique; remarquable en ce que le premier ventilateur est disposé au niveau de la deuxième conduite de manière à générer un débit d'air par aspiration. La circulation d'air avec la batterie s'opère soit directement au travers de celle-ci soit indirectement au travers d'un échangeur thermique.
Grâce à ces mesures, il est permis de diminuer le niveau sonore du dispositif de thermorégulation, plus particulièrement le niveau sonore du premier ventilateur qui est en principe le plus bruyant et celui qui est susceptible de fonctionner durant le roulage du véhicule (contrairement au deuxième ventilateur qui ne fonctionne essentiellement que lorsque le véhicule est en charge). Le premier ventilateur est disposé à distance de la batterie, préférentiellement à proximité de la sortie de la deuxième conduite vers l'extérieur. Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend des moyens de guidage de l'air au niveau de la batterie assurant une répartition homogène sur ses différents éléments. Selon un autre mode avantageux de l'invention, les moyens de guidage sont configurés de manière à ce que la circulation d'air au contact des éléments de la batterie décrive au moins un changement de direction d'au moins 90°. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la première et/ou la seconde conduite d'air comprend un dispositif d'admission du débit d'air en provenance de l'appareil électrique. Ce dispositif est préférentiellement du type à clapet. Il est piloté et permet de manière sélective l'admission du débit d'air de l'appareil électrique dans la conduite. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission est disposé dans la première conduite d'air de manière à au moins partiellement obstruer ladite conduite en amont de l'admission lorsque cette dernière est ouverte.
En pratique, un tel dispositif d'admission comprend un ou plusieurs éléments mobiles tels un clapet, obstruant au moins partiellement et directement en amont la conduite, et ouvrant une entrée d'admission du débit d'air de l'appareil électrique. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la sortie du débit d'air de l'appareil électrique est disposée à proximité de l'admission de manière à permettre un échappement libre dudit débit air lorsque l'admission est fermée. Cette proximité est telle qu'elle permet à une majeure partie du débit d'air d'être admise dans la conduite lors du fonctionnement du premier ventilateur et de l'activation du dispositif d'admission. Cet agencement est particulièrement avantageux car il permet d'admettre dans la conduite l'air (de refroidissement) de l'appareil électrique lorsque le deuxième ventilateur est actif, ou l'air ambiant de l'appareil électrique lorsque le deuxième ventilateur est inactif. Bien entendu, il est possible d'admettre un mélange des deux types d'air en fonction du niveau de charge du deuxième ventilateur. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'appareil électrique est disposé au droit de l'admission de manière à ce que l'échappement libre de son débit d'air soit dans l'environnement de l'appareil électrique. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le deuxième ventilateur est disposé d'un point de vue aéraulique entre l'appareil électrique et le dispositif d'admission. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend un dispositif de contrôle des premiers et deuxièmes ventilateurs et du dispositif d'admission de l'air de refroidissement de l'appareil électrique. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour mettre en service le premier ventilateur, lorsque la température de la batterie est supérieure une valeur maximum et la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie; ou lorsque la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure et la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour maintenir fermé le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique lorsque le premier ventilateur est arrêté. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour actionner le deuxième ventilateur lorsque la température de l'appareil électrique est supérieure à une valeur maximale et configuré pour actionner en ouverture le dispositif à ouverture d'admission lorsque la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à une valeur maximale. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique est disposé au niveau de la deuxième conduite, ladite admission étant disposée d'un point de vue aéraulique entre la batterie et le premier ventilateur. Dans cette première architecture, le refroidissement (ou le réchauffage) de l'appareil électrique peut être renforcé, voire assisté, par le premier ventilateur avec peu d'impact sur le contrôle en température de la batterie car l'air provenant de l'appareil électrique ne traverse pas la batterie. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique est disposé au niveau de la première conduite.
Dans cette deuxième architecture, le refroidissement (ou le réchauffage) de l'appareil électrique a un impact sur le contrôle en température de la batterie car l'air provenant de l'appareil électrique traverse la batterie. Cette architecture assure par contre un contrôle thermique de la batterie plus performant, car il permet d'exploiter l'air ambiant de l'appareil électrique ainsi que son air ambiant en vue de refroidir (ou réchauffer) la batterie. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend un dispositif de contrôle des premiers et deuxièmes ventilateurs et du dispositif d'admission, configuré pour mettre en service le premier ventilateur et ouvrir l'admission de l'air de refroidissement de l'appareil lorsque la température de la batterie est supérieure à une valeur maximum, et la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est inférieure à la température de la batterie; ou lorsque la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure, et la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à la température de la batterie. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique est disposé au niveau de la première conduite et de la deuxième conduite, de manière pouvoir admettre ledit débit d'air de l'appareil électrique sélectivement vers la première conduite ou la deuxième conduite. Grâce à l'admission de l'air de l'appareil électrique (c'est-à-dire l'air ambiant et/ou l'air traversant l'appareil électrique) sélectivement vers la première ou la deuxième conduite, cette troisième architecture allie les avantages des première et deuxième architectures. Il est à noter que le dispositif d'admission peut bien sûr prendre des positions intermédiaires dosant l'admission de l'air de l'appareil électrique vers les deux conduites. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, les première et deuxième conduites sont disposées côte à côte au moins aux endroits d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique, et en ce que le dispositif d'admission est en liaison avec les première et deuxième conduites et comporte une entrée du débit d'air de l'appareil électrique. L'invention a pour objet également un véhicule équipé d'un dispositif tel que décrit ci- avant. L'invention a pour objet également un procédé de contrôle thermique d'une batterie de traction et d'un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le procédé comprenant l'utilisation d'un dispositif tel que décrit ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : La figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention. La figure 1(a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride. La figure 1(b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie. La figure 1(c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée. La figure 1(d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, thermorégulation de la batterie. La figure 1(e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci nécessitant simultanément d'être thermo régulée. La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention.
La figure 2(a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride. La figure 2(b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride sollicitant la batterie davantage que dans le cas de la figure 2(a) et/ou alors que la température de l'air en provenance de l'habitacle ne permet pas d'assurer seul le refroidissement de la batterie. La figure 2(c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie. La figure 2(d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, thermorégulation de la batterie.
La figure 2(e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée. La figure 2(f) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 25 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, avec réchauffage de celle-ci. La figure 3 est une représentation schématique d'un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention.
La figure 3(a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride. La figure 3(b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride sollicitant la batterie d'avantage que dans le cas de la figure 3(a) et/ou alors que la température de l'air en provenance de l'habitacle ne permet pas d'assurer seul le refroidissement de la batterie. La figure 3(c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 10 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie. La figure 3(d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, 15 thermorégulation de la batterie. La figure 3(e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée. 20 La figure 3(f) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie avec simultanément thermorégulation de la batterie. La figure 3(g) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 25 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, avec réchauffage de celle-ci. La figure 4 est une illustration graphique des différentes configurations que peuvent prendre le dispositif conforme à l'invention en fonction de la température de la batterie et de la température de l'habitacle.
La figure 5 est une illustration graphique des différentes configurations que peuvent prendre le dispositif conforme à l'invention, en phase de recharge de la batterie par le chargeur sur le réseau électrique extérieur, en fonction de la température de la batterie et de la température du chargeur.
La présente invention propose de s'affranchir de la contrainte d'un circuit d'air dédié pour le refroidissement du chargeur (en plus de celui dédié à la thermorégulation de la batterie, ce qui, vu du véhicule, nécessite deux circuits d'air séparés avec autant de conduits, d'impacts sur la structure du véhicule et autant de protections thermiques, mécaniques et/ou acoustiques), en proposant plusieurs architectures et procédés permettant de mutualiser le système de thermorégulation de la batterie pour assurer le refroidissement du chargeur et le thermo-management de la batterie en phase de recharge de celle-ci sur le réseau électrique public ou domestique (la nécessité éventuelle de refroidir la batterie se justifiant par les réactions chimiques exothermes s'y déroulant alors et celle de la réchauffer, par le risque de l'endommager par des recharges répétées alors que sa température est trop faible), sans pour autant impacter le thermo-management de la batterie en phase d'utilisation en modes ZEV (« Zero Emission Vehicle ») ou hybride du véhicule lorsqu'un refroidissement du chargeur n'est pas nécessaire. Première architecture : refroidissement du chargeur en aval de la batterie Une première architecture de mise de l'invention est illustrée de manière schématique aux figures 1 et 1(a) à 1(f). Il s'agit d'une association en pseudoparallèle de la batterie et de son chargeur : l'air traversant ces deux composants n'est pas de la même provenance, l'air traversant le chargeur ne traverse pas la batterie et vice-versa. Une association strictement en série de la batterie et de son chargeur (même dans ce sens de circulation de l'air) est écartée par addition des pertes de charge aérauliques ainsi générées par la batterie, le chargeur et les conduits d'admission, intermédiaire (entre la batterie et le chargeur) et de refoulement d'air. Cette architecture se compose des éléments suivants : - Le conduit d'admission d'air habitacle 4, qui s'interface entre : Un convoyeur de prise d'air dans l'habitacle, préférentiellement implanté en position verticale, équipé le cas échéant d'une grille (pour éviter l'intrusion d'objets dans le circuit d'air) et/ou d'un by-pass de l'entrée d'air (afin d'assurer un débit minimum en cas d'obstruction complète) et/ou d'un filtre (pour se prémunir de l'intrusion dans le circuit d'air de fumées de cigarette, vapeurs de carburant, poussières, sable, insectes, liquides, ...: l'utilisation de l'air habitacle permet en principe de s'en affranchir puisque préalablement filtré avant son entrée dans l'habitacle, mais les impuretés peuvent venir de l'utilisation du véhicule, par exemple si l'utilisateur fume ou roule les vitres ouvertes ou après une journée en bord de mer, etc.) et qui se trouve, selon les cas, sous les sièges arrières (rang 2 ou 3) ou dans le dormant de siège ou au niveau de la plage arrière, en compromis optimisé entre la température de l'air habitacle admise dans le système, le risque d'obstruction et l'audibilité des bruits d'aspiration d'air. - Et l'embout d'entrée d'air dans la batterie, le tout s'assemblant par emmanchement ou par clips ou par vis, avec éventuellement joints d'étanchéité. Ce conduit pourra également incorporer si nécessaire une zone de décantation et un trou d'évacuation d'eau, à concevoir en optimisant sa performance et ses impacts sur l'acoustique et l'écoulement. - La batterie 2, qui est préférentiellement implantée sous caisse mais qui peut indifféremment l'être aussi dans le coffre ou sous le coffre entre le plancher de coffre et le plancher de structure ou dans l'habitacle (console centrale ou sous les sièges rang 2 ou 3). La présente description considère sa veine d'air interne : conduits calibrés laissant passer l'air de refroidissement à proximité des constituants à refroidir. En variante, cette veine d'air est un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories par conduction. - Le pulseur d'air ou ventilateur batterie 8, implanté en position aspirante (pour limiter l'impact de l'aspiration d'air sur le confort acoustique dans l'habitacle en orientant le maximum de bruits à l'échappement du circuit) et de type à commande et régime de rotation continûment variables (c'est également le cas pour le pulseur d'air chargeur décrit plus loin) : leurs vitesses de rotation varient en fonction de la température des organes à thermo-manager (batterie 2, chargeur 10) et de la température des fluides caloporteurs (air habitacle, air ambiant chargeur), consignes corrigées par des contraintes acoustiques ou de thermique habitacle. Cela permet d'adapter à la demande réelle la consommation de puissance électrique pour mettre en mouvement ces actionneurs, et ce d'autant plus si en phase de recharge de la batterie, c'est le chargeur qui fournit l'ensemble de la puissance électrique nécessaire pour à la fois recharger la batterie et réaliser l'ensemble des autres opérations (ici, en l'occurrence, mettre ces actionneurs en mouvement) et que donc la puissance électrique consommée par les pulseurs ne sera donc pas consacrée à recharger la batterie. Il s'agit donc bien d'optimiser ce bilan énergétique afin de favoriser la recharge de la batterie quand c'est elle qui est priorisée. De plus, cette optimisation du pilotage des pulseurs permet également de réduire les nuisances sonores émises. - Le conduit d'air intermédiaire 6, qui s'interface entre l'embout de sortie d'air de la batterie 2 et son pulseur d'air 8. - Le volet 14, qui permet, lorsque qu'il est ouvert, d'aspirer dans le conduit d'air intermédiaire 6, par le pulseur d'air batterie 8, l'air chaud du chargeur 10 refoulé par son pulseur 12. Ce volet pourra reposer sur différents concepts : - mise en rotation selon différents axes possibles ou translation d'une ou plusieurs parties mobiles, - avec soit deux positions extrémales (tout ouvert et tout fermé), soit plusieurs positions intermédiaires (pour gérer plus finement le thermo- management) - avec de plus soit une fonction de retour automatique (type ressort de rappel) pour ramener ce volet dans sa position de repos (le volet n'a alors qu'une position de repos : fermé ou ouvert, et l'autre position est obtenue en commandant le volet contre le ressort de rappel, donc dans ce cas avec une consommation électrique non nulle), soit le volet a au moins deux positions de repos et les transitions d'état (dont le retour à la position de repos) s'effectuent par une nouvelle commande (par exemple : inversion de signal) - Le conduit de refoulement d'air à l'extérieur 16 s'interface avec le pulseur d'air batterie 8 et véhicule à l'extérieur l'air refoulé par ce pulseur. L'extraction de cet air sera préférentiellement implantée dans une zone en dépression à l'extérieur du véhicule, par exemple derrière un passage de roue arrière avec éventuellement un divergent en sortie pour diminuer les vitesses d'air. - Le chargeur 10, qui peut être implanté sous caisse, ou dans le coffre, ou sous le coffre entre le plancher de charge et le plancher de structure. Soit les éléments ci- après sont intégrés au chargeur en un même ensemble, soit ils sont séparés sans que cela n'impacte le fonctionnement du système. Un radiateur chargeur est fixé sur au moins un côté du chargeur ou préférentiellement intégré à son carter afin d'améliorer les échanges thermiques. Il est composé d'ailettes de conduction thermique permettant de dissiper à l'air ambiant aspiré par le pulseur d'air chargeur 12 dans la zone d'implantation du chargeur (air extérieur ou sous caisse ou coffre ou habitacle ou ...), les calories émises par les constituants du chargeur dans le processus de conversion de puissance. - Le pulseur d'air chargeur 12, lorsqu'il est en rotation (cf. pulseur air batterie : préférentiellement de type à commande et régime de rotation continûment variables), aspire l'air ambiant dans la zone d'implantation du chargeur (air extérieur ou sous caisse ou coffre ou habitacle ou ...), lui fait traverser le radiateur chargeur afin de dissiper à l'air les calories émises par le chargeur, et le refoule en partie supérieure du chargeur dans la zone d'implantation du chargeur (sous caisse, coffre, sous le coffre entre le plancher de coffre et le plancher de structure, - Le convergent 20 est positionné entre le radiateur chargeur et le pulseur d'air chargeur 12 et a pour fonction de réaliser l'interface d'admission d'air vers le radiateur, la canalisation du flux d'air du radiateur jusqu'au pulseur, et l'expulsion de l'air dans la zone d'implantation du chargeur.
En variante non préférentielle, un conduit supplémentaire pourra être installé entre le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 et le pulseur d'air chargeur 12, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur dans le conduit intermédiaire. La figure 1(a) ci-après présente le fonctionnement du système de la 1 ère architecture en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride. Dans cette situation de vie, si aucun refroidissement n'est mis en oeuvre, une température de la batterie excédant un certain seuil (par exemple 28 à 35°C) est critique vis-à-vis de sa fiabilité et sa durabilité. Un refroidissement de la batterie est donc nécessaire. Ce n'est pas le cas du chargeur, puisque celui-ci est inactif, le véhicule étant en roulage donc non en phase de recharge de la batterie sur le secteur électrique domestique ou public. Par conséquent: - Le pulseur d'air 8 de la batterie 2 est actif, aspire de l'air frais issu de l'habitacle à travers le convoyeur de prise d'air et le fait circuler, via le conduit d'admission d'air 4, dans la batterie 2, en sortie de laquelle l'air réchauffé par la batterie pénètre dans le pulseur d'air 8 de la batterie et est expulsé à l'extérieur ; - Le refroidissement du chargeur 10 est inactif : le pulseur d'air 12 du chargeur ne fonctionne pas et le volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 est fermé afin de ne pas dégrader la thermorégulation de la batterie 2 ni le fonctionnement du pulseur 8.
En dehors de toute limitation acoustique évoquée plus haut et tenant compte de la commande du pulseur du groupe de climatisation, du mode de fonctionnement de la chaîne de traction, du régime de rotation du moteur thermique et de la vitesse du véhicule, le pilotage du pulseur d'air 8 de la batterie 2 intègre la température batterie et l'écart de température entre la batterie et l'air extrait de l'habitacle. En mode dégradé, la ventilation peut être maximale et alors non plus limitée par le confort acoustique. La configuration décrite ci-dessus présente le système de thermorégulation de la batterie dans sa phase de refroidissement de celle-ci. La fig.1(a) et la description associée restent identiques dans la phase de réchauffage de la batterie, à ceci près qu'alors l'air habitacle est plus chaud que la batterie. En effet, le fonctionnement de la batterie est optimal pour une température de la batterie comprise entre 20°C et 40°C. Pour une température de la batterie plus froide, deux problématiques se superposent : les pertes résistives augmentent car la résistance interne des cellules de la batterie augmentent à mesure que leur température est faible et les puissances électriques disponibles sont d'autant plus faibles que la température de la batterie est faible. Dans cette situation de vie, une batterie à une température par exemple à 0°C ou -10°C présente des performances réduites par rapport à son niveau nominal à 20 ou 25°C. La limitation des performances de la batterie en fonction de sa température à froid se manifeste notamment par des limitations survenant sur le courant en charge et en décharge pour une température de la batterie en-deçà de 20°C. Ces limitations impactent non seulement les performances en motricité du véhicule, mais aussi le courant disponible pour les autres fonctions (chauffage électrique de l'habitacle notamment). Un réchauffage de la batterie est alors pertinent, afin d'accéder plus rapidement à des performances batterie supérieures. Par conséquent, le pulseur d'air 8 de la batterie 2 est ici aussi actif et aspire de l'air habitacle (s'il est plus chaud que la batterie) qu'il fait circuler dans la batterie 2 (la réchauffant par ce biais), en sortie de laquelle l'air est expulsé à l'extérieur par ce pulseur. Le refroidissement du chargeur 10 est quant à lui ici aussi inactif. Dans cette situation de vie également, le pilotage du pulseur d'air 8 de la batterie intègre la température batterie initiale, l'évolution de la température batterie et l'écart de température entre la batterie et l'air extrait de l'habitacle, ainsi que les limitations acoustiques évoquées précédemment. Cette fonction permet ainsi d'exploiter, en complément de l'auto-échauffement de la batterie en utilisation (non négligeable pour autant, d'autant plus que la résistance interne de la batterie augmentant à mesure que sa température diminue, les pertes résistives sont plus élevées à froid), l'énergie consacrée au réchauffage de l'air habitacle en utilisant la puissance thermique résiduelle encore disponible pour réchauffer la batterie. Par ailleurs, la fig. 1(a) et les descriptions qui viennent d'en être faites pour réchauffer ou refroidir la batterie, sont également valables dans le cas d'une pré- ou d'une post-ventilation hors utilisation, que ce soit : - pour augmenter la température batterie (si la température habitacle est suffisante), par exemple avant une utilisation en roulage, et contribuer à l'amener au plus près de 20°C pour accéder à des performances supérieures ; - pour au contraire la refroidir (si la température habitacle le permet) après un roulage sollicitant, pour maintenir la batterie sous 40°C ; en tirant au maximum profit de la thermique habitacle et des calories ou frigories résiduelles encore disponibles après l'utilisation du véhicule pour continuer à thermoréguler la batterie.
La figure 1(b) ci-après présente le fonctionnement du système de la 1 ère architecture en phase de refroidissement autonome du chargeur lorsque celui-ci est branché sur le secteur électrique domestique ou public et recharge la batterie, sans que celle-ci ait pendant ce temps besoin d'être réchauffée ou refroidie. Dans cette situation de vie, la batterie n'ayant pas besoin d'être thermo régulée, le pulseur d'air de la batterie 8 est maintenu inactif. Par défaut, le volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 est maintenu fermé, en l'absence de besoin exprimé par le chargeur 10. De son côté, dès que la température du chargeur atteint une valeur critique vis-à-vis de sa fiabilité ou vis-à-vis de la disponibilité d'une recharge à pleine puissance, ou dès le raccordement du chargeur au réseau électrique, le pulseur d'air du chargeur 12 est mis en rotation. Ce pulseur 12, pour refroidir le chargeur 10, aspire de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur et refoule en partie supérieure, dans la même zone, l'air chaud ayant préalablement prélevé des calories à la traversée de l'échangeur du chargeur.
Le système de thermorégulation de la batterie et de son chargeur conserve cette configuration jusqu'à ce que la température du chargeur devienne excessive et que la température d'air en entrée chargeur ne parvienne plus à le refroidir. Dans ce cas, la figure 1(c) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de recharge de la batterie 2 quand le refroidissement du chargeur 10 nécessite d'être assisté par le pulseur 8 de la batterie 2 via le pilotage du volet 14 du conduit intermédiaire 6. Lorsque la température du chargeur 10 devient excessive et que la température d'air en entrée chargeur ne parvient plus à le refroidir, alors le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 entre la batterie 2 et son pulseur 8 (dans le sens du flux d'air) permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par le pulseur batterie 8 l'air en sortie du pulseur 12 du chargeur 10 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur 10. Il faut donc dans ce cas activer le pulseur de la batterie 8 afin que celui-ci aspire l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et refoule cet air à l'extérieur. La mise en action du pulseur batterie 8 génère également une circulation parasite dans la batterie 2 de l'air prélevé dans l'habitacle, circulation parasite car inutile si pendant ce temps la batterie 2 ne nécessite pas d'être refroidie ou réchauffée. Par défaut et en référence, cette circulation dans la batterie 2 est maintenue, d'autant qu'elle s'effectue alors avec un débit limité par rapport à la situation de vie présentée en fig. 1(a) à cause de la perte de charge aéraulique générée par l'ouverture du volet 14 et à cause de la concurrence à l'aspiration d'air habitacle dans la batterie que constitue l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, le volet laissant ouvertes ces deux voies. En variante, l'intégration du volet à l'intérieur du conduit intermédiaire 6, permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, de fermer l'aspiration d'air habitacle dans la batterie 2, afin dans ce cas d'inhiber toute circulation parasite dans la batterie d'air prélevé dans l'habitacle. Soit le chargeur 10 pilote directement le pulseur chargeur 12 et/ou le volet 14 (en TOR - tout ou rien - mais de façon préférentiellement proportionnelle) selon sa température, soit le chargeur 10 est considéré esclave de la batterie 2 et alors c'est l'unité de gestion de la batterie (BMU pour « battery management unit ») qui gère le refroidissement du chargeur 10 (volet et/ou pulseur chargeur) en plus de la thermorégulation de la batterie, grâce à l'information température chargeur. Il s'agira donc, dans tous les cas, d'actionner, dès l'ouverture du volet 14, le pulseur de la batterie 8 (qui n'est alors pas actif puisque la batterie n'a alors de son côté pas besoin d'être thermorégulée) à une vitesse déterminée (compromis entre le besoin fonctionnel d'évacuer l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et les bruits alors générés par la mise en action des pulseurs batterie et chargeur ensemble) et de stopper le pulseur de la batterie 8 dès que son besoin disparaît (par exemple, via la refermeture du volet 14 et/ou via l'information de la température interne du chargeur). La figure 1(d) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de refroidissement autonome du chargeur lorsque celui-ci est branché sur le secteur électrique domestique ou public et recharge la batterie, pendant que celle-ci requiert pendant ce temps d'être refroidie ou réchauffée par l'air habitacle. La thermorégulation de la batterie et le refroidissement du chargeur sont alors totalement indépendants. Le fonctionnement du refroidissement du chargeur est identique à celui présenté dans le cadre de la fig. 1(b): en particulier, le volet dans le conduit intermédiaire est fermé car la température chargeur ne le requiert alors pas. Le fonctionnement de la thermorégulation de la batterie en phase de recharge (refroidissement ou réchauffage) est quant à lui identique à celui déjà présenté dans le cadre de la fig. 1(a). La batterie peut en effet requérir le besoin d'être thermorégulée pendant ou à l'issue de la phase de recharge : - refroidissement au titre des réactions chimiques exothermiques s'y déroulant alors, afin de maintenir sa température moyenne sous un seuil de par exemple 40°C vis-à-vis de sa fiabilité et sa durée de vie et aussi pour optimiser la durée de la recharge, la batterie réduisant la puissance de recharge ou l'interdisant pour se protéger si sa température devient trop élevée ; - réchauffage au titre que pour certaines technologies de batterie, si la recharge de la batterie débute alors que sa température est inférieure à une certaine valeur (par exemple 20°C), sa durée de vie peut être fortement impactée et sa capacité réduite ; - post-ventilation après la recharge si la température batterie était trop élevée à la fin de la recharge, afin de garantir la disponibilité de la batterie pour un roulage tout électrique immédiatement à la suite de la recharge ; - préchauffage après la recharge si la température batterie était trop faible à la fin de la recharge, afin de garantir la disponibilité de la batterie à son niveau de performances maximal pour un roulage tout électrique immédiatement à la suite de la recharge, le préchauffage pouvant s'effectuer grâce aux calories dissipées par le chargeur à l'air dans la zone d'implantation du chargeur lors de la recharge de la batterie, air pouvant être aspiré dans la batterie pour la réchauffer, ce que ne permet pas cette première architecture mais qu'autorisent les deuxième et troisième architectures présentées plus loin. Le système de thermorégulation de la batterie et de son chargeur conserve cette configuration jusqu'à ce que la température chargeur devienne excessive et que la température air en entrée chargeur ne parvienne plus à le refroidir. Dans ce cas, la figure 1(e) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de recharge de la batterie quand le refroidissement du chargeur nécessite alors d'être assisté par le pulseur de la batterie via le pilotage du volet du conduit intermédiaire. Ainsi, le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par le pulseur batterie 8 l'air en sortie du pulseur 12 du chargeur 10 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur 10, par l'aspiration créée par la rotation du pulseur de la batterie 8, qui aspire à la fois l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et l'air extrait à la batterie, et refoule le mélange à l'extérieur. Une ventilation de la batterie 2 lors de sa recharge pourrait, sans précaution particulière, être influencée par le refroidissement du chargeur 10 à l'ouverture du volet 14, et vice-versa. Par conséquent, le pilotage du système de thermorégulation et plus particulièrement le réglage de l'ouverture du volet 14 et la rotation du pulseur batterie 8 seront mis en oeuvre de sorte à ne pas dégrader la thermorégulation de la batterie 2 tout en assurant le refroidissement du chargeur 10, et vice-versa. En particulier, la rotation du pulseur batterie 8 sera associée au besoin maximal de thermorégulation entre celui requis par la batterie 2 et celui requis par le chargeur 10. Dans le cas de la variante décrite dans le cadre de la fig. 1(c) selon laquelle l'intégration du volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, de fermer l'aspiration d'air habitacle dans la batterie, afin d'inhiber, dans le cadre de la fig. 1(c), toute circulation parasite (car alors non nécessaire) dans la batterie de l'air prélevé dans l'habitacle, cette même variante autorise ici, dans le cadre de la fig. 1(e), une circulation simultanée vers le pulseur batterie 8 de l'air extrait à la batterie en provenance de l'habitacle et de l'air extrait du chargeur par son pulseur. Il s'agit donc bien d'une variante non préférentielle, de par la complexité résultante de la réalisation d'une telle fonction. Deuxième architecture: refroidissement du chargeur en amont de la batterie Une deuxième architecture, représentée en figure 2 ci-après, détaille une autre association en pseudo-parallèle de la batterie 102 et de son chargeur 110, se distinguant de la première architecture par le fait que dans certaines situations de vie décrites plus loin, le chargeur 110 se trouve en amont de la batterie 102 selon la circulation d'air mue par les pulseurs 108 et 112 et que donc l'air traversant le chargeur 110 peut dans certains cas traverser également la batterie 102, avec les avantages et les contraintes détaillés plus loin. La deuxième architecture se distingue de la première par les éléments suivants : - Le conduit d'air intermédiaire 106 réalise une simple interface entre le convoyeur de sortie d'air de la batterie 102 et le pulseur d'air 108 de la batterie sans désormais intégrer le volet. - Le volet 114 est ici hébergé par le conduit d'admission d'air habitacle 104. - Selon le lieu d'implantation du chargeur 110, le lieu d'aspiration de son air de refroidissement et le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie 102, un filtre 118, représenté dans la fig. 2 et positionné entre le chargeur 110 et la batterie 102 dans le sens de circulation de l'air, s'avère dans le cadre de cette architecture bien plus justifié que pour la première architecture, puisque sinon à chaque ouverture du volet 114 un air potentiellement souillé (poussières, eau plus ou moins polluée, sels de déneigement, boue, insectes, pollen, ...) traverserait la batterie 102, avec des conséquences drastiques sur la fiabilité et la durabilité de la batterie. Bien que cette variante génère (selon le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie), par la requête de ce filtre 118, une source de surcoût, de maintenance périodique (colmatage du filtre) et de pertes de charge aérauliques supplémentaires, elle présente également des avantages par rapport à la première architecture en vue de thermoréguler la batterie, que la description des figures ci-après va détailler.
De même que pour la première architecture, une variante non préférentielle et non illustrée présente un conduit supplémentaire installé entre le volet pratiqué dans le conduit d'admission et le pulseur d'air chargeur, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur dans le conduit d'admission.
De même que la figure 1(a), la figure 2(a) ci-après présente le fonctionnement du système de la deuxième variante en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride La description faite précédemment dans le cadre de la figure 1(a) s'applique également à la figure 2(a) ci-dessus. En particulier, l'intégration de l'extraction d'air de la zone d'implantation du chargeur, à l'intérieur du conduit d'admission d'air 104 de la batterie 102, permet, comme l'indique la figure 2(b) ci-après, en agissant dans un premier temps sur le volet 114 puis dans un deuxième temps sur le pulseur chargeur 112 alors que celui-ci est toujours hors fonctionnement (situation de vie roulage électrique ou hybride), de suppléer un refroidissement de la batterie 102 selon la figure 2(a) ci-dessus pouvant s'avérer insuffisant par la seule aspiration d'air habitacle (alors trop chaud pour refroidir seul la batterie) en admettant, par l'ouverture commandée du volet 114, de l'air plus frais en entrée de la batterie. La comparaison des figures 2(b) et 1(a) met en évidence l'un des intérêts de cette deuxième architecture, que ne permet pas de réaliser la première architecture détaillée plus haut.
Comme le montre cette figure 2(b), si lors d'une sollicitation du véhicule hybride en roulage électrique ou hybride telle que la seule aspiration par le pulseur batterie 108 de l'air habitacle ne suffit plus à refroidir la batterie 102 (par exemples lors d'un usage de la batterie très sollicitant même si la température habitacle est à 20 ou 25°C ou d'une sollicitation moyenne de la batterie alors que l'habitacle est à plus de 30°C en conditions extérieures sollicitantes : T°extérieure > 30°C avec ensoleillement maximal et limitation acoustique du débit pulseur batterie ou encore en phase de pré- ou post-ventilation de la batterie) et alors que le chargeur 110 est inactif (aucune calorie n'en est donc émise et son pulseur 112, par défaut inopérant, peut alors être mis à profit pour aider à thermoréguler la batterie 102), l'ouverture du volet 114 du conduit d'admission 104 permet, par l'aspiration opérée par le pulseur batterie 108 : - soit de refroidir partiellement l'air admis dans la batterie (on aspire alors toujours de l'air chaud en provenance de l'habitacle et l'ouverture du volet permet de mélanger cet air chaud avec un air plus frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur, donc entre dans la batterie un air plus ou moins tiède selon la proportion d'air frais) ; soit, par la condamnation simultanée de l'admission d'air chaud en provenance de l'habitacle (flèche barrée), de faire entrer dans la batterie de l'air frais provenant exclusivement de la zone d'implantation du chargeur.
Comme explicité précédemment, selon le lieu d'implantation du chargeur et le lieu d'aspiration de son air de refroidissement, un filtrage de cet air peut s'avérer indispensable avant que celui-ci n'entre dans le système de thermorégulation (pour la fiabilité et la durée de vie, en premier lieu de la batterie, mais aussi de son pulseur), ce qui génère, dans la configuration décrite par la figure 2(b), de la perte de charge aéraulique, réduisant d'autant le débit d'air aspiré par le pulseur batterie en provenance de la zone d'implantation du chargeur. Cet inconvénient peut être au moins partiellement résolu, en plus de l'ouverture du volet, par la mise en action du pulseur 112 du chargeur 110 (celui-ci étant toujours inactif puisqu'en dehors de toute phase de recharge) afin d'aider l'aspiration par le pulseur batterie 108 d'air frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur 110, par le refoulement par le pulseur 112 du chargeur 110 dans le conduit d'admission 104 de la batterie 102 de cet air de la zone d'implantation du chargeur 110. Comme explicité plus haut, le degré d'ouverture du volet 114 et le pilotage en débit d'air des pulseurs batterie 108 et chargeur 112 sont ajustés (commandes préférentiellement proportionnelles) afin d'assurer le refroidissement de la batterie sans dégrader le confort thermique et acoustique dans l'habitacle et sont assistés, si nécessaire, d'une action adéquate sur le groupe de climatisation de l'habitacle (pulseur et/ou volets d'entrée d'air extérieur dans l'habitacle) en fonction notamment de la température extérieure, de la température habitacle et du besoin de confort thermique éventuellement exprimé par l'utilisateur du véhicule, en plus de la température batterie. Les figures 2(c) et 2(d) ci-après, qui explicitent les configurations nominales prises par le système en phase de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur, que la batterie ait ou non besoin d'être alors thermorégulée, sont analogues aux figures 1(c) et 1(d) associées à la première architecture, et les descriptions pouvant être faites du fonctionnement du système de thermorégulation dans ces situations de vie sont alors identiques.
Le pulseur 112 du chargeur 110 aspire, pour le refroidir, de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur 110, qu'il refoule, chaud, en partie supérieure, dans la même zone. Le système conserve cette configuration jusqu'à ce que, à l'identique de la configuration prise par le système de thermorégulation de la variante 1 explicitée par la figure 1(c), la température chargeur devient excessive et que la température air en entrée chargeur 110 ne parvient plus à le refroidir et qu'il devient nécessaire de l'assister par le pulseur 108 de la batterie 102 via le pilotage du volet 114 implanté ici dans le conduit d'admission 104. Dans ce cas, comme le montre la figure 2(d) ci-dessous, le volet 114 pratiqué dans le conduit d'admission 104 permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par la mise en action du pulseur batterie 108 jusqu'alors inactif, l'air en sortie du pulseur 112 du chargeur 110 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur. Le pulseur de la batterie 108 aspire l'air dans la cavité autour du chargeur et le refoule à l'extérieur.
Cependant, comme pour la première architecture présentée en figure 1(c), l'activation du pulseur batterie génère dans la batterie une circulation parasite inutile d'air prélevé dans l'habitacle. L'architecture 2 présente l'inconvénient, par rapport à la variante 1, de générer un débit d'air dans la batterie non seulement supérieur à ce qu'il peut être dans l'architecture 1 et de surcroît chaud car au moins en partie en provenance du chargeur, et de requérir une commande du pulseur d'air batterie (voire aussi du pulseur chargeur) supérieure car ici la batterie et le chargeur sont placés en série, le deuxième en amont de la première (cf. figure 2(e)) dont il s'agit de vaincre les pertes de charge aérauliques engendrées par cette association. Ceci n'est pour autant pas préjudiciable à la deuxième architecture et comme en figure 1(c), cette circulation est, par défaut et en référence, maintenue. Ainsi l'air chaud en provenance de la zone chargeur se mélange plus ou moins (selon l'ouverture du volet 114 et les flux d'air générés par les pulseurs batterie 108 et chargeur 112) à l'air en provenance de l'habitacle, ce qui permet d'admettre dans la batterie un air encore suffisamment frais pour en assurer le cas échéant le refroidissement. On voit également (cf. figure 2(e)) qu'il est alors facilement possible d'assurer, quand nécessaire, le réchauffage de la batterie 102 grâce aux calories prélevées au chargeur 110 lors de son refroidissement en phase de recharge, sans nécessairement recourir aux artifices et/ou stratégies mises en oeuvre dans la cadre de l'architecture 1. En variante, l'intégration du volet 114 dans le conduit d'admission 104 en air de la batterie 102 permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 110, de fermer l'aspiration d'air habitacle, afin dans ce cas d'inhiber toute circulation dans la batterie d'air prélevé dans l'habitacle. Cette variante offre au système un levier supplémentaire pour assurer, quand nécessaire et possible, le réchauffage (cf. figure 2(e)) de la batterie 102 grâce aux calories prélevées au chargeur 110 lors de son refroidissement en phase de recharge. Cependant, l'air en entrée de la batterie peut n'être plus aussi frais que ce qu'il est lorsqu'il est directement prélevé dans l'habitacle. Cela constitue la principale contrainte de cette variante non préférentielle de la deuxième architecture, par rapport aux première et troisième architectures. De même que dans le cadre de la première architecture, le pulseur chargeur 112 et/ou le volet 114 sont pilotés (en TOR mais préférentiellement en façon proportionnelle) soit par le chargeur 110 selon sa température, soit préférentiellement par le BMU grâce à l'information température chargeur. Dans tous les cas, le pulseur de la batterie 108 (jusqu'alors inactif puisque la batterie n'a alors de son côté pas besoin d'être thermo régulée) est actionné dès l'ouverture du volet 114 à une vitesse déterminée (compromis entre le besoin fonctionnel d'évacuer l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et les bruits alors générés par la mise en action des pulseurs batterie et chargeur ensemble) et stoppé dès que le besoin disparaît (par exemple, via la refermeture du volet 114 et/ou via l'information de la température interne du chargeur). La deuxième architecture de thermorégulation de la batterie dispose, par sa configuration présentée en figure 2(f) ci-après, d'un levier supplémentaire afin d'assurer, grâce aux calories prélevées au chargeur lors de son refroidissement en phase de recharge, le réchauffage de la batterie quand c'est nécessaire (par exemple en pré-ventilation avant l'utilisation du véhicule) et possible (si la recharge s'est achevée peu de temps avant et que l'air ambiant dans la zone d'implantation du chargeur est encore chaud, en tout cas suffisamment plus que la température batterie). Ce levier éclaire en particulier les stratégies d'adaptation du profil de recharge évoquées en relation avec la première architecture. Troisième architecture: refroidissement du chargeur en amont de la batterie Une troisième architecture, détaillée en figure 3 ci-après, présente une association alternative de la batterie 1002 et de son chargeur 1010, se distinguant des architectures 1 et 2 par la mise en oeuvre d'un obturateur supplémentaire 1014 entre les conduits d'admission 1004 et intermédiaire 1006 qui permet de placer judicieusement le chargeur 1010 en amont ou en aval de la batterie 1002 selon la situation de vie vécue, avec les avantages et les libertés de thermorégulation de l'ensemble du système que l'on va détailler plus loin.
Une circulation en C de l'air dans la batterie avec entrée et sortie du même côté du pack batterie, comme illustrée en figure 3, est ici préférable vis-à-vis de l'implantation de l'architecture 3 qui va être décrite ci-après. Néanmoins, cette architecture ne s'y limite pas et est applicable à tous les types de circulation. De même, la position du chargeur en figure 3 a été modifiée par rapport aux figures précédentes pour simplifier la représentation des flux d'air et la compréhension mais n'est bien-sûr pas plus contrainte par l'architecture 3 que les précédentes. La description ci-dessous de l'architecture 3 se distingue des précédentes par les éléments suivants : - entre les conduits d'air admission 1004 et intermédiaire 1006 est ménagé un conduit de distribution de l'air qui peut ainsi suivre plusieurs trajets possibles : o de l'habitacle au pulseur batterie 1008 en traversant la batterie 1002 ; o du chargeur 1010 au pulseur batterie 1008 sans traverser la batterie 1002; o du chargeur 1010 au pulseur batterie 1008 en traversant la batterie 1002 ; - ce conduit de distribution est managé par un obturateur 1014 qui réalise ces trajets en mettant alternativement en communication le conduit d'admission d'air habitacle 1004 ou le conduit d'admission de l'air refoulé par le chargeur 1022, avec la batterie 1002 et/ou le conduit intermédiaire 1006. Cet obturateur 1014 peut ainsi prendre trois positions et par convention, dans le présent mémoire, il est considéré : o « fermé » lorsqu'il obstrue le passage de l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur 1010 dans le circuit de thermorégulation de la batterie (exemple : figure 3(a» : l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur ne peut alors qu'y rester, quelque soit le pilotage des pulseurs d'air chargeur et batterie ; o « ouvert vers le pulseur » lorsque l'obturateur bouche la traversée de la batterie et n'autorise l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur qu'à emprunter le conduit intermédiaire 1006 directement à l'aspiration du pulseur batterie 1008 (exemple : figure 3(e)) ; o « ouvert vers la batterie » lorsque l'obturateur autorise la traversée de la batterie à l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur (exemple : figure 3(b)) ; - selon le lieu d'implantation du chargeur, le lieu d'aspiration de son air de refroidissement et le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie (voir plus haut la distinction faite entre une circulation directement au contact de ses constituants et une circulation dans un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories avec les éléments constitutifs de la batterie), un filtre 1018, représenté à la figure 3 et positionné dans le conduit de distribution entre le chargeur 1010 et la batterie 1002 dans le sens de circulation de l'air, s'avère ici encore justifié afin de s'affranchir que l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur et potentiellement souillé (poussières, eau plus ou moins polluée, sels de déneigement, boue, insectes, pollen, ...) ne traverse la batterie, avec les conséquences évoquées sur sa fiabilité et sa durabilité. Bien que cette troisième architecture génère elle aussi et selon le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie, une source de surcoût, de maintenance périodique (colmatage) et un supplément de pertes de charge aérauliques (mais pas dans toutes les situations de vie, contrairement à la variante 2) par ce filtre, elle présente également des avantages par rapport aux première et deuxième architectures en vue de thermo réguler la batterie, que la description des figures ci-après va détailler. De même que pour les première et deuxième architectures, une variante non préférentielle présente un conduit supplémentaire installé entre le conduit d'admission de l'air refoulé par le chargeur 1022 et le pulseur d'air chargeur 1012, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie 1008 de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur 1012 dans le conduit de distribution.
De même que les figures 1(a) et 2(a), la figure 3(a) ci-après présente le fonctionnement du système de l'architecture 3 en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride. La description faite précédemment dans le cadre des figures 1(a) et 2(a) s'applique également à la figure 3(a) ci-dessous. Ici, le refroidissement du chargeur 1010 n'étant pas nécessaire (chargeur inactif car véhicule en roulage donc non en phase de recharge de la batterie), le pulseur d'air 1012 du chargeur 1010 ne fonctionne pas et l'obturateur 1014 est fermé. Ainsi la mise en action du pulseur d'air 1008 de la batterie 1002 pour la thermo réguler aspire l'air issu de l'habitacle, lui fait traverser le conduit d'admission d'air batterie 1004, puis la batterie 1002, puis le conduit intermédiaire 1006, puis enfin le pulseur batterie 1008 qui le refoule à l'extérieur. En particulier, le filtre 1018 étant judicieusement positionné dans le conduit de distribution entre le chargeur 1010 et la batterie 1002, la position fermée de l'obturateur, dans la configuration décrite figure 3(a), permet à l'air de thermorégulation (ici issu de l'habitacle) de ne pas traverser ce filtre 1018 (sans utilité puisque l'air habitacle est déjà filtré à la traversée du groupe de climatisation) et donc de ne pas rencontrer de pertes de charge aéraulique supplémentaires que le pulseur d'air batterie 1008 aurait eu à vaincre. Comme pour les figures 1(a) et 2(a), la configuration décrite ci-dessus présente le système de thermorégulation de la batterie dans sa phase de refroidissement de celle-ci et la figure 3(a) et sa description restent identiques dans la phase de réchauffage de la batterie, à ceci près qu'alors l'air habitacle est plus chaud que la batterie. A l'image de la figure 2(b) dans le cadre de l'architecture 2, la position « ouvert vers la batterie » de l'obturateur 1014 permet (cf. figure 3(b)), en agissant dans un premier temps sur l'obturateur 1014 puis dans un deuxième temps sur le pulseur chargeur 1012 alors que le chargeur 1010 est inactif (situation de vie roulage électrique ou hybride), de suppléer un refroidissement de la batterie 1002 selon la figure 3(a) s'avérant insuffisant par la seule aspiration d'air habitacle (alors trop chaud pour refroidir seul la batterie) en admettant, par la position prise par l'obturateur 1014, de l'air plus frais en entrée de la batterie 1002. La description faite précédemment dans le cadre de la figure 2(b) s'applique également à la figure 3(b) ci-dessous, lorsque la seule aspiration par le pulseur batterie de l'air habitacle ne suffit plus à refroidir la batterie.
Ainsi, alors que le chargeur est inactif 1010 (pulseur 1012 inopérant et émission d'aucune calorie), la position prise alors par l'obturateur 1014 permet, par l'aspiration opérée par le pulseur batterie 1008, de refroidir l'air admis dans la batterie 1002 (on aspire alors toujours de l'air chaud en provenance de l'habitacle et la position prise par l'obturateur 1014 permet de mélanger cet air chaud avec un air plus frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur 1010, donc un air plus ou moins tiède, selon la proportion d'air frais, entre dans la batterie). L'éventuelle filtration (indispensable selon les lieux d'implantation du chargeur et d'aspiration de son air de refroidissement) peut être au moins partiellement contrée par la mise en action du pulseur 1012 du chargeur 1010 (celui-ci étant toujours inactif puisqu'en dehors de toute phase de recharge) afin d'aider l'aspiration par le pulseur batterie 1008 de l'air frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur, par le refoulement par le pulseur 1012 du chargeur 1010 dans le conduit d'admission 1004 de la batterie 1002 de cet air provenant de la zone d'implantation du chargeur. Le pilotage en débit d'air des pulseurs batterie 1008 et chargeur 1012 est ajusté (commandes préférentiellement proportionnelles) afin d'assurer le refroidissement de la batterie 1002 sans dégrader le confort thermique et acoustique dans l'habitacle et est assisté, si nécessaire, d'une action adéquate sur le pulseur et sur les volets de climatisation en fonction notamment de la température extérieure, de la température habitacle et du besoin de confort thermique éventuellement exprimé par l'utilisateur du véhicule, en plus de la température batterie. Les figures 3(c) et 3(d) ci-après, qui explicitent les configurations nominales prises par le système en phase de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur, que la batterie ait ou non besoin d'être alors thermo régulée, sont analogues aux figures 2(c),2(d) et 1(b),1(d) associées respectivement aux architectures 1 et 2, et les descriptions pouvant être faites du fonctionnement du système de thermorégulation dans ces situations de vie sont alors identiques. Le pulseur 1012 du chargeur 1010 aspire, pour le refroidir, de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur, qu'il refoule, chaud, en partie supérieure, dans la même zone. Le système conserve cette configuration jusqu'à ce que, à l'identique de la configuration prise par le système de thermorégulation des variantes 1 et 2 explicitées en figure 1(c) et 2(e), la température air en entrée chargeur ne parvient plus à le refroidir et qu'il devient nécessaire de l'assister par le pulseur de la batterie 1008 via le pilotage de l'obturateur 1014. Dans ce cas, comme le montre la figure 3(e), l'obturateur 1014 en position « ouvert vers le pulseur » permet d'aspirer par le pulseur batterie 1008 l'air en sortie du pulseur 1012 du chargeur 1010 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur. Le pulseur 1008 de la batterie aspire l'air dans la cavité autour du chargeur 1010 et le refoule à l'extérieur. Là encore, l'activation du pulseur batterie 1008 génère dans la batterie 1002 une circulation parasite car inutile d'air prélevé dans l'habitacle. La description de cette configuration est analogue à celle faite dans le cadre de la figure 1(c) et l'architecture 3 ne présente pas les contraintes posées par l'architecture 2 et explicitées à l'occasion de sa description. Le système conserve la même configuration lorsque, en phase de recharge, le refroidissement du chargeur est nécessaire alors que le refroidissement de la batterie l'est également (cf. figure 3(f)). On voit également (cf. figure 3(g)) qu'il est là encore alors facilement possible d'assurer, quand nécessaire (pendant ou après une recharge), le réchauffage de la batterie 1002 par les calories prélevées lors de son refroidissement au chargeur 1010 en phase de recharge, sans nécessairement recourir aux artifices et/ou stratégies mises en oeuvre dans la cadre de l'architecture 1. Il suffit alors d'amener l'obturateur 1014 dans sa position « ouvert vers batterie ». Cette opportunité offre au système un levier supplémentaire pour assurer, quand nécessaire et possible, le réchauffage de la batterie grâce aux calories prélevées au chargeur lors de son refroidissement en phase de recharge. Stratégies de pilotage du système de thermorégulation L'état du véhicule hybride peut prendre, de façon disjointe, l'une des trois situations de vie ci-dessous: - roulage électrique ou hybride ; - recharge de la batterie sur le secteur domestique ou public; - stationnement (véhicule non fonctionnant). Les figures 4 et 5 ci-après présentent, pour les trois architectures explicitées plus haut, les différentes configurations possibles prises par le système de thermorégulation lors de l'utilisation du véhicule dans les trois situations de vie ci-avant, selon la température de la batterie, la température de l'air habitacle et la température du chargeur, ainsi que le pilotage associé des pulseurs d'air de la batterie et du chargeur, du volet ou de l'obturateur, et du réchauffeur dans le cas où le système en comporte un en entrée du circuit de thermorégulation de la batterie en amont de celle-ci. Les valeurs numériques des températures évoquées ci-après sont des exemples pour mieux appréhender le fonctionnement du système de thermorégulation. Le domaine A est défini par une température batterie 60°C quelle que soit la température habitacle. Dans ce domaine, la température batterie est trop élevée. Dans ce cas, le réchauffeur, si présent, est toujours désactivé et le BMU : soit ne prévoit pas d'utilisation de la batterie (qui est donc rendue indisponible) et considère son refroidissement inutile : les pulseurs de la batterie et du chargeur sont désactivés et le volet ou l'obturateur sont fermés ; - soit laisse possible l'utilisation de la batterie : son refroidissement doit alors être forcé à son maximum par précaution et sécurité. Priorité est donnée au refroidissement de la batterie par l'air habitacle : le pulseur de la batterie est activé à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, le pulseur du chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés.
Si la température habitacle est trop élevée : - dans le cas de l'architecture 1, il n'y a pas d'autre levier possible, hormis celui, commun aux trois architectures et donc également envisageable pour les architectures 2 et 3, de faire aspirer dans l'habitacle l'air extérieur par l'action du système de thermorégulation sur le groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, mais encore faut-il que T°ext < T°batterie et qu'il n'y ait pas de conflit entre le refroidissement de la batterie et le confort thermique habitacle ; d'autre part ce processus peut prendre un certain temps, compte-tenu notamment du volume de l'habitacle et des inerties thermiques : le pulseur de la batterie est maintenu à sa vitesse maximale, le pulseur du chargeur étant désactivé et le volet fermé. - dans le cas de l'architecture 2, si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (T°<T°batterie et T°<T°habitacle), alors le refroidissement de la batterie peut être au moins partiellement assuré par ce biais : le pulseur à air de la batterie est maintenu tournant à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, le volet est ouvert et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur ; - de même dans le cas de l'architecture 3 : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet, le pulseur à air de la batterie est maintenu tournant à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur. Le domaine B défini par une température habitacle -30°C est considéré comme étant peu probable, en particulier si le moteur thermique est démarré pour assurer la traction du véhicule et le chauffage de l'habitacle. Le domaine C est défini par 20°C T°batterie 28°C : la batterie est alors dans sa plage de température optimale de fonctionnement et il n'est pas nécessaire de la refroidir ou de la réchauffer. Dans ce cas, le BMU désactive les pulseurs de la batterie et du chargeur, ferme le volet ou l'obturateur et n'active pas le réchauffeur. Le domaine D est défini par 28°C T°batterie 32°C et T°habitacle T°batterie : la batterie nécessite alors un léger refroidissement afin de maintenir par la suite sa température inférieure à une plage de 40 à 50°C si elle venait à s'échauffer, pour préserver sa durée de vie et ses capacités de stockage et de déstockage d'énergie électrique. L'air habitacle, par sa température inférieure à celle de la batterie, peut être le vecteur de ce refroidissement. Dans ce cas, le pulseur batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine D, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine D. La limitation acoustique du pulseur batterie est active. Le pulseur chargeur et le réchauffeur (si présent) sont désactivés et le volet ou l'obturateur sont fermés.
Le domaine E est défini par 28°C T°batterie 32°C et T°habitacle T°batterie : la batterie nécessite comme dans le domaine D un léger refroidissement mais l'air habitacle, par sa température supérieure à celle de la batterie, ne peut pas l'assurer. Dans ce cas : - Pour l'architecture 1, il n'y a pas d'autre levier possible, hormis celui, commun aux trois architectures et donc également envisageable pour les architectures 2 et 3, de faire aspirer dans l'habitacle l'air extérieur par l'action du système de thermorégulation sur le groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, mais encore faut-il que T°ext < T°batterie et qu'il n'y ait pas de conflit entre le refroidissement de la batterie et le confort thermique habitacle ; d'autre part ce processus peut prendre un certain temps, compte-tenu notamment du volume de l'habitacle et des inerties thermiques : le pulseur du chargeur étant alors désactivé et le volet fermé, le pilotage du pulseur de la batterie est analogue à ce qu'il est dans le domaine D. - Dans le cas de l'architecture 2, si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (T°<T°batterie), alors le refroidissement de la batterie peut être de plus assuré par ce biais : le pulseur de la batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine E, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine E, le volet est ouvert et, afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur, le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine E, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine E. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active. - De même dans le cas de l'architecture 3 : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet, le pulseur à air de la batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon l'évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine E, l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon l'évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine E. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active. Le domaine F est défini par 32°C T°batterie 60°C et T°habitacle T°batterie : un refroidissement maximal de la batterie est nécessaire, que ce soit pendant ou après (par post-ventilation) l'usage du véhicule et l'air de l'habitacle, par sa température inférieure à celle de la batterie, peut alors en être le vecteur. Le BMU actionne le pulseur batterie à sa consigne maximale autorisée par la limitation acoustique et la vitesse de rotation du pulseur pourra progressivement augmenter ou diminuer dans cette limite à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue. Au-delà d'une température batterie de par exemple 40°C, la limitation acoustique sera désactivée afin de favoriser le refroidissement de la batterie. Le réchauffeur et le pulseur chargeur sont toujours maintenus désactivés à l'intérieur du domaine F et le volet ou l'obturateur fermés. En alternative, si à l'intérieur du domaine F la température de l'habitacle n'est inférieure à celle de la batterie que de quelques degrés (au plus 3°C) et si la température de l'air dans la zone d'implantation du chargeur est inférieure à la température de l'habitacle, alors, dans le cas des architectures 2 et 3 uniquement, l'air prélevé dans la zone d'implantation du chargeur permet, respectivement par l'ouverture adéquate du volet ou de l'obturateur, d'assister le refroidissement de la batterie en amenant en entrée de la batterie de l'air plus frais que ce qu'il est par la seule aspiration d'air depuis l'habitacle. Le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon l'évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine F. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active. Le domaine G est défini par 32°C T°batterie T°habitacle, ce qui est le cas par exemple pour un véhicule stationné en plein soleil l'été. Un refroidissement par post-ventilation de la batterie peut s'avérer nécessaire afin d'anticiper une sollicitation prochaine par exemple avec un roulage tout électrique, ou afin de limiter l'impact de cette température élevée sur la température moyenne de la batterie, qui détermine en grande partie sa durée de vie. L'air habitacle ne peut alors pas refroidir la batterie: en référence le BMU requiert du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, l'ouverture des volets d'entrée d'air dans cet habitacle et la mise en rotation du pulseur d'air du groupe de climatisation, afin d'y faire entrer de l'air venant de l'extérieur qui se trouve alors à une température inférieure. L'air habitacle ainsi renouvelé sert alors à refroidir la batterie si aspiré par son pulseur, en utilisant des vitesses intermédiaires de rotation du pulseur pour optimiser le bilan énergétique et réduire les nuisances acoustiques. En variante si le groupe de climatisation de l'habitacle dispose d'un système de climatisation qui refroidit l'air, il peut être utilisé pour activer la réfrigération de cet habitacle et l'amener rapidement dans une plage de température de 20 à 25°C, pour réaliser un refroidissement important de la batterie. Cependant cette variante n'est pas privilégiée à cause de l'importante consommation énergétique, qui réduit fortement l'autonomie et la disponibilité du roulage en mode tout électrique. Cependant, cette opération peut ne pas être optimale pour le confort thermique habitacle, si par exemple des positions différentes des volets d'entrée d'air dans l'habitacle sont requises (ex : recirculation). Dans ce cas : - Pour l'architecture 1, il n'y a pas d'autre levier possible et il peut y avoir conflit de position des volets d'entrée d'air entre les requêtes formulées par le BMU et la fonction confort thermique habitacle. - Les architectures 2 et 3 disposent d'un levier supplémentaire avant d'arriver à cette situation de conflit : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (ce qui peut être le cas si par exemple l'air refroidissant le chargeur est l'air extérieur prélevé sous caisse), alors le refroidissement de la batterie peut être assuré par ce biais : o le pulseur de la batterie est activé préférentiellement (afin d'optimiser le bilan énergétique de l'opération et de limiter les nuisances acoustiques associées, surtout s'il s'agit d'un véhicule stationné : un bruit émanant du véhicule peut s'avérer incompréhensible et non nécessaire puisque la batterie n'est plus sollicitée) à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine G, ou en variante croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine G, 30 o le volet est ouvert (dans le cas de l'architecture 2) ou l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » (dans le cas de l'architecture 3) ; et o le pulseur du chargeur est si nécessaire activé, préférentiellement à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine G (pour les raisons acoustiques et énergétiques évoquées ci-avant), ou croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine G. Concernant la post-ventilation, la température batterie moyenne (à maintenir entre 20 et 40°C) a une influence majeure sur sa durée de vie, avec la part prépondérante qu'y occupe la température batterie en phase de stationnement ou de stockage par rapport à la température en utilisation. L'objectif d'un post-refroidissement est multiple : o baisser la température batterie pour en limiter le vieillissement qui s'accélère exponentiellement avec la température ; o assurer la fonctionnalité de la batterie au redémarrage après la coupure . Avec pour objectifs en température batterie après arrêt : o un seuil d'entrée en derating (pour lequel débute la réduction par le BMU des performances de la batterie, par ex : 50 °C) ; o un seuil d'ouverture des contacteurs (par ex : 60°C) pour lequel la batterie n'est plus disponible ; o et un critère de 40°C sur la température batterie au redémarrage (à la fin de la post-ventilation).
La fonction de post-ventilation est active dès que la température batterie atteint et dépasse un certain seuil au moment du key-off (par ex : 32°C par analogie avec la définition ci-avant des domaines F et G). Le domaine H est défini par T°batterie 20°C T°habitacle : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température de l'air habitacle, qui lui est supérieure, permet de réchauffer cette batterie. Ainsi le BMU peut chauffer la batterie par l'air habitacle, en activant le pulseur d'air de la batterie, ce chauffage étant d'autant plus important que l'écart de température entre la batterie et l'air habitacle est élevé. Le pulseur chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés. En variante le BMU peut privilégier l'auto-échauffement de la batterie en désactivant le pulseur d'air de la batterie, afin notamment de réduire sa consommation électrique : dans ce cas, le pulseur d'air de la batterie est inactif, tout comme le pulseur du chargeur, et le volet ou l'obturateur sont fermés. Selon une autre variante, si le réchauffeur est présent, le BMU peut réchauffer la batterie grâce aux calories dissipées dans le circuit de thermorégulation par ce réchauffeur en amont de la batterie. Le pulseur d'air de la batterie est alors activé à une vitesse intermédiaire de manière à véhiculer les calories dissipées par le réchauffeur vers la batterie et de sorte à optimiser le bilan énergétique de cet échange de calories, tout en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur batterie. Ici encore, le pulseur chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés. Dans toutes ces variantes, les limitations acoustiques sur la vitesse de rotation du pulseur sont actives, à des fins non seulement acoustiques mais aussi énergétiques. Les architectures 2 et 3 offrent une opportunité supplémentaire : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (ce qui peut être le cas si par exemple une recharge de la batterie vient de s'achever peu de temps avant et que l'air dans la zone d'implantation du chargeur est encore chaud à cause des calories évacuées pour le refroidir ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle), alors le réchauffage de la batterie peut être assuré par ce biais et alors : o le pulseur de la batterie est activé préférentiellement (afin d'optimiser le bilan énergétique de l'opération et de limiter les nuisances acoustiques associées, surtout s'il s'agit d'un véhicule stationné : un bruit émanant du véhicule peut s'avérer incompréhensible et non nécessaire puisque la batterie n'est pas sollicitée) à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine H et tant que la température de la zone d'implantation du chargeur est supérieure à celle de la batterie ou à celle de l'habitacle, o le volet est ouvert (dans le cas de l'architecture 2) ou l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » (dans le cas de l'architecture 3) ; o et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé, préférentiellement à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine H (pour les raisons acoustiques et énergétiques évoquées ci-avant). Le domaine 1 est défini par T°batterie T°habitacle 20°C : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température habitacle, bien que supérieure à celle de la batterie, est toutefois insuffisante pour amener par ce seul biais la batterie dans sa plage optimale de température de fonctionnement. Le BMU peut activer le réchauffeur, s'il est présent, ainsi que le pulseur d'air de la batterie afin d'amener la température batterie jusqu'à 25°C, à une vitesse intermédiaire de sorte à optimiser le bilan énergétique (en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur) et les nuisances acoustiques. Le pulseur d'air du chargeur reste désactivé et le volet ou l'obturateur fermés. Au delà de 25°C, le BMU désactive le réchauffeur et le pulseur d'air de la batterie : on se trouve alors dans le domaine C. En l'absence de réchauffeur, le réchauffage de la batterie est possible soit par son auto-échauffement (le pulseur d'air de la batterie étant désactivé), soit par un réchauffage (même insuffisant) assuré par l'air habitacle, en activant le pulseur d'air de la batterie à des vitesses intermédiaires pour optimiser le bilan énergétique et réduire les nuisances acoustiques. Tout comme dans le domaine H, les architectures 2 et 3 offrent de plus l'opportunité de pouvoir réchauffer la batterie par aspiration d'air dans la zone d'implantation du chargeur si sa température le permet (par exemple juste après une recharge de la batterie grâce aux calories évacuées pour refroidir le chargeur ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle). Dans ce cas, le pilotage des pulseurs batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, est préférentiellement identique à celui effectué dans le domaine H dans ces configurations.
Le domaine J est défini par T°habitacle T°batterie 20°C : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température de l'air habitacle ne permet pas de la réchauffer. Si le réchauffeur est présent, Le BMU peut l'activer ainsi que le pulseur d'air de la batterie afin d'amener la température batterie jusqu'à 25°C, à une vitesse intermédiaire de sorte à optimiser le bilan énergétique (en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur) et les nuisances acoustiques. Le pulseur d'air du chargeur reste désactivé et le volet ou l'obturateur fermés. Au delà de 25°C, le BMU désactive le réchauffeur et le pulseur d'air de la batterie : on se trouve alors dans le domaine C. En l'absence de réchauffeur, le réchauffage de la batterie reste possible par son auto-échauffement (le pulseur d'air de la batterie étant désactivé). Tout comme dans les domaines H et I, les architectures 2 et 3 offrent de plus l'opportunité de pouvoir réchauffer la batterie par aspiration d'air dans la zone d'implantation du chargeur si sa température le permet (par exemple juste après une recharge de la batterie grâce aux calories évacuées pour refroidir le chargeur ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle). Dans ce cas, le pilotage des pulseurs batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, est préférentiellement identique à ceux effectués dans les domaines H et 1 dans ces configurations. Dans chacun des domaines A à J, la commande des pulseurs d'air batterie et chargeur anticipe les évolutions de température de la batterie et de l'air habitacle, comportant une hystérésis due notamment aux inerties thermiques, afin de réaliser une régulation stable de la température de la batterie sans pic de consommation électrique lié à la mise en rotation du pulseur d'air batterie (et dans certains cas du pulseur chargeur), sans nuisance acoustique associée à un fonctionnement variable de ces pulseurs, qui semblerait aléatoire. La figure 5 ci-après présente en fonction de la température batterie et de la température chargeur, les différentes configurations possibles prises par le système de thermorégulation lors de la recharge de la batterie sur le réseau électrique extérieur. On déduira de ces configurations le pilotage associé des pulseurs d'air batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, et du réchauffeur si le système en est équipé. Les valeurs numériques des température évoquées ci-après sont des exemples pour mieux appréhender le fonctionnement du système de thermorégulation.
Le domaine K défini par T°batterie 50°C quelle que soit la température chargeur : la recharge de la batterie est interdite par le BMU, pour des raisons de sécurité et de durée de vie de la batterie. Il est alors nécessaire préalablement à une recharge de la batterie, de la refroidir selon des stratégies décrites plus haut pour les domaines A, F ou G, afin d'amener sa température dans une plage autorisant la recharge par le chargeur. Le domaine L est défini par T°batterie 20°C quelle que soit la température chargeur : la recharge de la batterie est interdite par le BMU, pour des raisons de durée de vie de la batterie. Il est nécessaire préalablement à une recharge de la batterie, de la réchauffer selon les stratégies décrites plus haut pour les domaines H, 1 ou J, afin d'amener sa température dans une plage autorisant la recharge par le chargeur. Le domaine M comporte, pour 20°C T°batterie 50°C, deux parties où la température chargeur Tc1 (par ex : -20°C) ou Tc4 (par ex : 100°C) : soit la puissance électrique alors délivrée par le chargeur est nulle, soit ce chargeur ne peut alors pas être mis en service pour éviter de l'endommager. La recharge de la batterie n'est alors pas possible même si sa température l'autorise. Il est alors nécessaire, préalablement à une recharge de la batterie, de respectivement réchauffer ou refroidir le chargeur afin de lui permettre de délivrer une puissance pour recharger la batterie. Les stratégies mises en oeuvre pour respectivement réchauffer ou refroidir le chargeur sont identiques à celles employées dans les domaines N et O qui sont décrites ci-dessous. Le domaine N est défini, pour 20°C T°batterie 50°C, par Tc1 T°chargeur Tc2 (avec par exemple Tc2 = -10°C), telles qu'au-dessus de Tc2, le chargeur peut délivrer sa puissance électrique maximale, qu'en-dessous de Tc1 il ne peut pas délivrer de puissance, et qu'entre ces deux valeurs la puissance délivrée est modulée de manière proportionnelle. Dans ce domaine, pour augmenter la puissance délivrée par le chargeur, une première solution consiste à laisser le chargeur se réchauffer par auto-échauffement : son pulseur est alors désactivé, le pulseur d'air batterie également et le volet ou l'obturateur est fermé. Une autre solution consiste, selon le lieu d'implantation du chargeur et le lieu d'aspiration de son air de thermorégulation, à réchauffer le chargeur grâce, selon le cas, à la température de l'air dans la zone d'implantation du chargeur ou à la température de l'air au lieu d'aspiration pour sa thermorégulation, si toutefois ces températures sont supérieures à celle du chargeur. Dans ce cas, le pulseur d'air chargeur est activé et : - soit le volet ou l'obturateur est fermé et le pulseur d'air batterie est désactivé, - soit pour suppléer l'aspiration d'air par le pulseur chargeur, le volet est ouvert ou l'obturateur est ouvert en position « ouvert vers le pulseur batterie » et le pulseur batterie est activé. Le domaine O est défini, pour 20°C T°batterie 50°C, par Tc3 T°chargeur Tc4 (avec par exemple Tc3 = 80°C), telles qu'en-dessous de Tc3 le chargeur peut délivrer sa puissance électrique maximale, qu'au-dessus de Tc4 le chargeur ne peut pas délivrer de puissance, et qu'entre ces deux valeurs la puissance délivrée est modulée de manière proportionnelle. Dans ce domaine, pour augmenter la puissance qui peut être délivrée par le chargeur 4, une solution consiste : - soit à différer la recharge de la batterie par le chargeur, en laissant se refroidir naturellement le chargeur jusqu'à ce qu'il revienne dans une plage de température autorisant la recharge de la batterie avec la puissance maximale, par exemple inférieure à 60°C, pendant une certaine durée où il s'échauffe à cause de la recharge de la batterie avant d'atteindre la température de 80°C où on change de domaine, - soit à réduire la puissance de charge afin de ralentir la montée en température du chargeur, puis d'inverser l'évolution de cette température tout en maintenant pendant ce temps une recharge à puissance réduite. Dans ces deux cas, le pulseur à air du chargeur est activé afin de maximiser son refroidissement et : - soit le volet ou l'obturateur est fermé et le pulseur d'air batterie est désactivé, - soit pour suppléer l'aspiration d'air par le pulseur chargeur, le volet est ouvert ou l'obturateur est ouvert en position « ouvert vers le pulseur batterie » et le pulseur batterie est activé.
Les pulseurs seront préférentiellement activés à leurs consignes maximales sauf si des limitations acoustiques justifient la réduction des vitesses de rotation des pulseurs. Le domaine P restant est défini, pour 20°C T°batterie 50°C, par Tc2 T°chargeur Tc3. La recharge de la batterie avec la puissance maximale est alors permise par les situations thermiques de la batterie et du chargeur. Le chargeur est alors dans sa plage optimale de fonctionnement. Toutefois si la température chargeur diminue et se rapproche de Tc2, il est judicieux d'anticiper son réchauffage comme décrit pour le domaine N, à partir de par exemple -5°C. De même, si la température chargeur augmente et se rapproche de Tc3, il est judicieux d'anticiper son refroidissement comme décrit pour le domaine O, au-delà de par exemple 60°C. La capacité de thermorégulation peut alors être majoritairement dédiée pour la batterie, selon l'évolution de sa propre température liée à la puissance calorifique produite lors de sa recharge, et la température habitacle, suivant ce qui a été présenté précédemment par le diagramme de la figure 4. Dans le domaine P on peut également anticiper une utilisation de la batterie qui viendrait peu après la recharge, par exemple lors d'un roulage tout électrique, en profitant de cette recharge pour la refroidir, ce qui est facilité par le fait que cette batterie produit moins de calories en phase de recharge, qu'en phase d'utilisation, ou pour la réchauffer, grâce aux calories émises par le chargeur pendant le processus de recharge. Dans la description qui a été faite des trois architectures de circulation d'air de refroidissement d'une batterie de traction et de son chargeur, la circulation de l'air de l'habitacle se passe directement au contact des différents constituants de la batterie (cellules, électronique, ...) à l'intérieur du pack batterie. En variante, l'air en provenance de l'habitacle peut circuler dans un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories avec les éléments constitutifs de la batterie non plus par convection directe mais par conduction à travers cet échangeur. Bien que les échanges thermiques y soient sensiblement moins efficaces, cette variante, néanmoins moins préférentielle, permet de se passer dans certains cas d'un filtre, source de surcoût, de maintenance et de pertes de charge aérauliques supplémentaires.
La circulation préférentielle de l'air en interne de la batterie est en « C » du haut vers le bas ou de bas en haut avec entrée et sortie du même petit côté du pack batterie. En variante, tous les types de circulation sont admis (« Z », « I », « trombone » avec entrée et sortie sur un même côté ou sur des côtés opposés ou adjacents, qu'il s'agisse des grands ou des petits côtés ; deux entrées et sorties séparant la batterie en deux demi-packs thermo-managés séparément ou ensemble par un même circuit d'air, ...), avec les conséquences associées en particulier sur l'écoulement d'air à l'intérieur du pack (pertes de charge, vitesses et débits d'air) et sur la durabilité de la batterie, sur l'implantation des conduits d'air et du dispositif décrit dans les différentes architectures qui ont été présentées. Les cellules de la batterie présentent généralement une interface de type soupape ou opercule de sécurité qui pointe vers un circuit dédié de dégazage assurant l'évacuation des gaz, des vapeurs et de liquide (électrolyte) en cas d'emballement. Le circuit de dégazage de la batterie est ici préférentiellement séparé de son circuit de thermorégulation. En variante, ces deux circuits peuvent être confondus, le circuit de thermorégulation assurant également le dégazage de la batterie. Dans ce cas, entre autres précautions, la technologie des pulseurs est choisie de sorte à ne pas produire d'étincelles ou d'émissions électromagnétiques (propres à enflammer certains produits de dégradation des cellules de la batterie), le débouché du circuit de dégazage de la batterie est éloigné de toute source chaude (par exemple : échappement du moteur thermique), le circuit de thermorégulation de la batterie est conçu de sorte à ne pas autoriser le ruissellement dans l'habitacle de l'électrolyte et des autres produits de dégradation des cellules de la batterie, les différents composants du système (dont les conduits) ne produisent pas de décharge électrostatique et leurs matériaux sont ininflammables ou ignifugés. La batterie et l'arrangement de ses composants internes à thermo-manager sera de forme globalement symétrique et parallélépipédique afin d'homogénéiser les débits, les vitesses et les pertes de charge d'air à l'intérieur. En variante, toutes les formes de pack batterie sont bien-sûr admises, mais avec les conséquences associées sur la répartition du flux d'air. Les conduits d'air sont représentés en section rectangulaire et dont la largeur est négligeable devant la longueur : il s'agit d'une simplification. En effet, le recours à une section circulaire sera dès que possible privilégié dans le dessin des conduits (afin de limiter les pertes de charge) avec des coudes suffisamment rayonnés et sur des parcours les plus courts possibles, présentant de faibles angles de déviation et des évolutions douces de section le long des parcours. De plus, tout ou partie de ces conduits sera le cas échéant isolé acoustiquement et d'une porosité adéquate, en compromis optimisé entre pertes de charge et bruit de souffle ; en particulier, il n'y a préférentiellement pas de conduit poreux entre la batterie et son pulseur (tout ou partie du conduit d'air intermédiaire des vues ci-après) afin de ne pas altérer le fonctionnement du pulseur batterie et la thermorégulation de la batterie. L'extérieur des conduits sera également traité contre le rayonnement. Dans les trois architectures représentées dans les vues ci-avant ne figurent pas les faisceaux électriques internes au système, ni les capteurs de température (air amont et/ou aval batterie et/ou chargeur, air habitacle en amont du module de thermorégulation, interne et/ou surface batterie et/ou chargeur), ni les capteurs de tension et de courant. Mais ils sont bien présents et les informations qui sont issues des capteurs sont, grâce à une partie des faisceaux, acquises par le BMU (non représenté) afin de piloter, grâce à l'autre partie des faisceaux, les actionneurs (pulseurs air batterie et chargeur, volets, obturateur, voire en variante un réchauffeur) selon les cartographies évoquées plus haut. Le pilotage de ces actionneurs prendra aussi en compte : - la commande du pulseur et des volets d'entrée d'air extérieur dans l'habitacle, du groupe de climatisation (conventionnellement situé au tableau de bord), - le mode de fonctionnement de la chaîne de traction (tout électrique, hybride, chargeur branché sur le secteur électrique domestique ou public ...), - le régime de rotation du moteur thermique, - la vitesse du véhicule, - les températures évoquées ci-dessus, dont la température air habitacle au niveau des passagers aux places avant et arrière du véhicule, - le courant fourni par/à la batterie, la tension à ses bornes, son état de charge (SOC pour « State of Charge ») et la profondeur de décharge (DoD pour « Depth of Discharge »), - la puissance électrique (par exemple à partir du courant et de la tension) fournie par le chargeur, - la tension d'alimentation des actionneurs (pulseurs, volet, obturateur), des capteurs et des calculateurs, afin de corriger leurs commandes en fonction des variations de cette tension et de les y rendre insensibles, y compris lors des démarrages et redémarrages (en mode hybride ou en stop & start) du moteur thermique, - la précision des capteurs de température, qui sera d'autant plus grande que les coefficients d'échange convectif sont faibles. Typiquement, une précision de ±0,5°C à ±1 °C sera recherchée, afin de ne pas générer de nuisance acoustique due aux dispersions des débits d'air résultants.
Pour les quatre premiers paramètres, à des fins notamment de confort thermique et acoustique. En particulier, afin de privilégier la thermorégulation et plus spécialement le refroidissement de la batterie au détriment du confort acoustique ou en mode dégradé (température de la batterie ou DoD trop élevées ou erreurs de communication ou sur l'état des capteurs de température et de tension), la limitation acoustique du pilotage de son pulseur peut être inhibée, soit totalement à partir d'un seuil de température de la batterie, soit progressivement entre deux seuils de température batterie. D'autre part, les commandes des pulseurs d'air peuvent être filtrées à des fins d'acoustique : limitation de la pente de variation de consigne (en montée et en descente en régime), temporisations, bandes de fréquence interdites pour éviter certaines plages de régimes de rotation pouvant être sources de résonance, hystérésis pour éviter des déclenchements intempestifs. Dans tous les cas, selon la nature et l'implantation des capteurs de température, si les pulseurs d'air sont restés inactifs depuis un temps trop long, l'information associée peut ne pas être représentative : l'activation brève (caractérisée par un intervalle et une durée d'activation, un seuil d'inactivité et un débit) d'un ou des pulseurs d'air permet de rafraîchir l'information.
Le système de thermorégulation présenté dans les trois déclinaisons d'architecture qui ont été décrites ci-avant, assure en particulier le thermo-management de la batterie dans d'autres situations de vie que les seules phases de recharge sur prise domestique ou publique et d'utilisation par le client en usage ZEV ou hybride, avec notamment : - La pré-ventilation hors utilisation ou avant la recharge afin d'amener la batterie à sa température optimale avant le début respectivement de l'utilisation ou de la recharge, ceci en fonction de la température initiale de la batterie, de l'évolution de sa température et de la température de l'air habitacle en amont du module de thermorégulation. Cette fonction est particulièrement pertinente en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle, si une telle phase existe et est en cours ou vient d'avoir lieu, où de l'énergie électrique est consacrée sur volonté du client au réchauffage (CTP sur l'eau et/ou sur l'air, ...) ou à la réfrigération (compresseur électrique, ...) de l'air habitacle : il s'agit alors, si nécessaire, de consacrer la puissance thermique résiduelle encore disponible à également préconditionner (préchauffer ou pré-refroidir) la batterie. - Selon la même optique que précédemment : la post-ventilation juste après la recharge ou une utilisation du véhicule, afin d'abaisser la température batterie ou contenir une élévation de celle-ci lors d'une relaxation de l'énergie thermique emmagasinée dans la batterie si sa ventilation est interrompue, et dans tous les cas garantir une T°batterie < 40°C au redémarrage et en tirant profit de l'énergie résiduelle contenue dans l'air habitacle à l'arrêt ou pendant le stationnement du véhicule si celui-ci a été conditionné par le circuit de réfrigération. Cette stratégie est motivée par l'influence qu'a sa température moyenne (en utilisation, où la batterie est thermo régulée de façon active, mais aussi hors utilisation, par exemple en phase de stationnement du véhicule, qui peut représenter jusqu'à 80 à 900/0 de la durée de vie totale du véhicule et où cette thermorégulation est moins énergétiquement facile à mettre en oeuvre) sur le vieillissement et la durée de vie de la batterie. Cette stratégie sera mise en oeuvre pendant une durée plus ou moins longue à convenir au moment de l'arrêt du véhicule. - En utilisation, l'anticipation des fortes sollicitations (ex : passage en ZEV), qu'il est important de pouvoir détecter (par exemple à travers la demande de courant ou de puissance électrique) afin d'anticiper le refroidissement de la batterie et de maintenir sa température inférieure à par exemple 40 à 50°C.
Cette fonction sera toutefois assujettie aux mêmes contraintes qu'en usage conventionnel (par exemple : contraintes acoustiques liées à la vitesse du pulseur d'air). D'autre part, les trois architectures représentées dans les vues ci-avant permettent aussi de réchauffer la batterie (thermorégulation de celle-ci et non juste refroidissement) par l'élévation de la température habitacle, par exemple en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle véhicule en recharge ou en stationnement ou pendant la phase de convergence thermique de l'habitacle alors que le véhicule est en utilisation. De plus, les calories dissipées dans le circuit de thermorégulation de la batterie peuvent également contribuer à réchauffer l'habitacle en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle véhicule en recharge ou en stationnement ou pendant la phase de convergence thermique véhicule en utilisation, plutôt que le système ne rejette ces calories à l'extérieur du véhicule. Enfin, certaines configurations prises par certaines architectures présentées dans les vues ci-avant permettent, le cas échéant, de réchauffer la batterie également grâce aux calories dissipées par le chargeur en plus de l'air provenant de l'habitacle. En variante non préférentielle, un réchauffeur, par exemple de type électrique, peut être inséré, pour chaque variante et sans sortir du cadre de l'invention, en série avec la batterie et en amont de celle-ci ou directement au contact de ses cellules, afin de préchauffer la batterie si nécessaire (si son auto-échauffement ou si son réchauffage par l'air habitacle s'avèrent insuffisants ou trop lents, par ex en cas de commercialisation dans des pays de grand froid : Russie, Suède, Norvège, Finlande, ...) avant la recharge ou l'utilisation de la batterie proprement dites, jusqu'à ce que la batterie atteigne une T° de 20 à 25°C par ex, pour les raisons qui seront explicitées plus bas.
Enfin, dans tous les cas de ventilation (avant, pendant ou après la recharge de la batterie tout comme en cas de pré- ou post-ventilation de la batterie, respectivement avant et après utilisation), le système de thermorégulation pourra si nécessaire requérir l'ouverture (et le cas échéant, la refermeture) des volets d'entrée d'air du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule (selon la température air extérieur, température air habitacle entrée batterie et la température batterie) afin le cas échéant d'assurer une circulation de l'air dans la batterie sans mettre en dépression ou surpression l'habitacle et/ou le coffre (selon l'implantation du chargeur dans le véhicule) et/ou afin de renouveler l'air habitacle (qui est lui systématiquement filtré avant son entrée dans l'habitacle) sans envoyer dans la batterie de l'air habitacle potentiellement plus chaud que l'air extérieur et la batterie au cas où T°habitacle > T°extérieur (notamment en cas de stationnement prolongé du véhicule l'été en plein soleil par fort ensoleillement), dans ce dernier cas surtout s'il s'avère exclu d'aspirer l'air extérieur (dans cette phase de vie, via un volet sur l'admission d'air entre l'habitacle et l'extérieur) directement dans la batterie, notamment pour les raisons suivantes : - sensibilité, pour un refroidissement direct d'air (par contact entre l'air extérieur et les cellules de la batterie, les contacteurs, etc., par opposition à une architecture avec cooling plate), aux poussières ou autres particules. La présence d'un filtre est alors indispensable mais génère une perte de charge aéraulique et un coût supplémentaires et la nécessité d'une maintenance périodique pour se prémunir de son colmatage; - sensibilité à la présence d'humidité ou d'eau; - sensibilités ci-avant également valables pour les pulseurs d'air batterie et chargeur; - influence d'une admission d'air sous caisse, même fermée, sur l'aérodynamique du véhicule; - nécessité d'un volet pour gérer le lieu d'admission d'air extérieur / habitacle.
Ainsi, par exemple, en phase de post-ventilation de la batterie, les volets d'entrée d'air du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule doivent pouvoir être ouverts quand nécessaire. En l'absence de ce besoin de ventilation de la batterie, alors les volets sont maintenus dans la position requise par la fonction thermique habitacle (et peuvent par exemple être fermés - en position de recirculation partielle ou totale d'air en interne habitacle - pour maintenir plus longtemps dans l'habitacle l'ambiance thermique telle qu'elle était lors de l'arrêt). Dans ce cas de recirculation, les pulseurs d'air climatisation et batterie doivent pouvoir assurer si nécessaire la thermorégulation de la batterie et le refroidissement du chargeur sans pour autant dégrader le confort thermique habitacle, qu'il soit en phase de convergence ou de maintien. Inversement, le système de thermorégulation de la batterie ne doit de son côté pas propager de chaleur au coffre ni à l'habitacle. Un nécessaire préconditionnement (impact important sur la durée de vie batterie) justifie la mise en oeuvre possible de plusieurs stratégies : - post ventilation de l'habitacle et de la batterie suite à la coupure contact ; - ventilation habitacle et batterie en stationnement ; - post réfrigération de l'habitacle associée à une ventilation de la batterie suite à coupure contact ; - ventilation habitacle associée à une ventilation batterie avant recharge ; - réfrigération de l'habitacle associée à une ventilation de la batterie avant recharge.
Il peut alors être pertinent de par exemple ventiler d'abord l'habitacle, pendant une durée déterminée, en ouvrant le volet de recirculation vers l'air extérieur et en fonction de la distribution, pour ramener dans un premier temps l'habitacle à une température proche de la température extérieure. Dans un deuxième temps, le pulseur batterie sera actionné (à une consigne et pendant une durée déterminée, notamment selon l'inertie thermique de la batterie) en plus du fonctionnement du pulseur du groupe de climatisation, pour faire baisser la température habitacle. Il s'agira ensuite de post-ventiler la batterie tant que l'air habitacle est à une température inférieure à la batterie et pour une température batterie supérieure à une valeur nécessitant ce post-refroidissement, en utilisant d'abord le pulseur batterie pour aspirer l'air habitacle. A mesure que la température habitacle augmente, l'habitacle est ensuite ventilé pour en limiter l'augmentation de température. L'apport de ces stratégies sera à évaluer en fonction des situations de vie dimensionnantes. Enfin, des synergies peuvent être dégagées entre la recharge de la batterie et quand nécessaire son réchauffage ou son refroidissement. Ainsi, le profil de puissance de la recharge peut être adapté (en répartition temporelle et/ou en amplitude) en fonction de principaux paramètres comme la température batterie, température chargeur, température extérieure, température habitacle. Par exemple, la recharge de la batterie pourra être effectuée à une puissance de charge réduite si la température de la batterie est trop élevée, afin de limiter son échauffement. Autre exemple, lors d'une recharge de la batterie par ambiance froide (par exemple sous - 10°C ; typiquement à -20°C ; d'autant plus à mesure que la température batterie initiale et la T°ambiante sont faibles), le profil de la recharge est modulé afin que la batterie soit la plus proche (dans la mesure du possible) de sa plage optimale de fonctionnement lors du début d'utilisation du véhicule par le client. Ainsi, si le client a programmé l'horaire de son départ, il peut par exemple être judicieux de terminer la recharge le plus près possible de cet horaire, compte-tenu de l'inertie thermique de la batterie, afin que ce processus de recharge contribue à réchauffer la batterie pour la rendre davantage disponible que ce qu'elle aurait pu l'être avec une recharge effectuée juste au moment du branchement du chargeur sur le secteur, la batterie s'étant entretemps refroidie par convection naturelle avec l'ambiante. Le BMU gère la compatibilité de cette stratégie avec la maximisation des heures creuses, selon l'horaire de départ programmée par le client. Ainsi, dans cet exemple, il peut être possible de charger la batterie en au moins deux phases : une première phase maximisant la recharge pendant les heures creuses jusqu'à un seuil de SOC déterminé et une deuxième phase pouvant potentiellement se dérouler hors heures creuses et selon un profil de puissance en fonction du temps différent de la première phase afin d'accélérer la montée en température de la batterie tout en achevant sa recharge.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle thermique d'équipement d'un véhicule automobile, l'équipement électrique comprenant une batterie de traction (2 ; 102 ; 1002) avec plusieurs éléments et un appareil électrique (10 ; 110 ; 1010), tel qu'un chargeur de la batterie, le dispositif comprenant : une première conduite d'air (4 ; 104 ; 1004) reliant d'un point de vue aéraulique la batterie à l'habitacle du véhicule ; une deuxième conduite d'air (6 ; 106 ; 1006) reliant d'un point de vue aéraulique la batterie avec l'extérieur du véhicule ; un premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) apte à générer un débit d'air au travers des première et deuxième conduites ; un deuxième ventilateur (12 ; 112 ; 1012) apte à générer un débit d'air au travers de l'appareil électrique ; caractérisé en ce que le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) est disposé au niveau de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006) de manière à générer un débit d'air par aspiration.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage de l'air au niveau de la batterie assurant une répartition homogène sur ses différents éléments.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de guidage sont configurés de manière à ce que la circulation d'air au contact des éléments de la batterie décrive au moins un changement de direction d'au moins 90 °. 50 5
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde conduite d'air (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) comprend un dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) de l'air de refroidissement de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010).
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) est disposé dans la première conduite d'air (4 ; 104 ; 1004) de manière à au moins partiellement obstruer ladite conduite en amont de l'admission (14 ; 114 ; 1014) lorsque cette dernière est ouverte. 10 15
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la sortie du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) est disposée à proximité de l'admission (14 ; 114 ; 1014) de manière à permettre un échappement libre dudit débit air lorsque l'admission est fermée.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) est disposé au droit de l'admission (14 ; 114 ; 1014) de manière à ce que l'échappement libre de son débit d'air soit dans l'environnement de l'appareil électrique. 20 25
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le deuxième ventilateur (12 ; 112 ; 1012) est disposé d'un point de vue aéraulique entre l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) et le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014).
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle des premier et deuxième ventilateurs et du dispositif d'admission de l'air de refroidissement de l'appareil électrique.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour - mettre en service le premier ventilateur (8 ; 108 ;1008), lorsque - la température de la batterie est supérieure une valeur maximum ; et - la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie ; ou lorsque - la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure ; et - la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie.
  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour maintenir fermé le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique lorsque le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) est arrêté.
  12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour actionner le deuxième ventilateur (12 ; 112 ; 1012) lorsque la température de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) est supérieure à une valeur maximale et configuré pour actionner en ouverture le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) lorsque la température ambiante de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) est supérieure à une valeur maximale.
  13. 13. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique est disposé au niveau de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006),ladite admission étant disposée d'un point de vue aéraulique entre la batterie (2 ; 102 ; 1002) et le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008).
  14. 14. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) est disposé au niveau de la première conduite (4 ; 104 ; 1004).
  15. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle des premier et deuxième ventilateurs et du dispositif d'admission, configuré pour - mettre en service le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) ; et - ouvrir l'admission (14 ; 114 ; 1014) de l'air de refroidissement de l'appareil ; lorsque - la température de la batterie est supérieure à une valeur maximum ; et - la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est inférieure à la température de la batterie ; ou lorsque - la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure ; et - la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à la température de la batterie.
  16. 16. Dispositif selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil25électrique (10 ; 110 ; 1010) est disposé au niveau de la première conduite (4 ; 104 ; 10004) et de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006), de manière à pouvoir admettre ledit débit d'air de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010) sélectivement vers la première conduite ou la deuxième conduite.
  17. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les première et deuxième conduites (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) sont disposées côte à côte au moins aux endroits d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 110 ; 1010), et en ce que le dispositif d'admission (14 ; 114 ; 1014) est en liaison avec les première et deuxième conduites (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) et comporte une entrée du débit d'air de l'appareil électrique.
  18. 18. Véhicule équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 17.
  19. 19. Procédé de contrôle thermique d'une batterie de traction et d'un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le procédé comprenant l'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 17.
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