FR2975535A3 - Dispositif de regulation de la temperature de batteries de traction dans lequel les batteries sont enfermees de maniere etanche dans un carter avec un gaz caloporteur - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (42) de régulation de la température de batteries (16) d'accumulateurs électriques de traction d'un véhicule (10) automobile qui comporte : - un carter (18) qui enferme au moins une batterie (16) d'accumulateurs électriques ; - au moins un ventilateur (44) de régulation qui est destiné à faire circuler un gaz (G) caloporteur dans le carter pour réguler la température de la batterie ; - des moyens (46, 48) de régulation de la température du gaz (G) caloporteur ; caractérisé en ce que la batterie (16) est enfermée de manière étanche à l'intérieur du carter 18 avec un gaz (G) caloporteur qui circule en boucle fermée à l'intérieur du carter (18), le ventilateur (44) de régulation étant agencé à l'intérieur du carter (18).

Description

i "Dispositif de régulation de la température de batteries de traction dans lequel les batteries sont enfermées de manière étanche dans un carter avec un gaz caloporteur" L'invention concerne un dispositif de régulation de la température d'une batterie électrique de traction pour un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de régulation de la température de batteries d'accumulateurs électriques de traction d'un véhicule automobile qui comporte : io - un carter qui enferme au moins une batterie d'accumulateurs électriques ; - au moins un ventilateur de régulation qui est destiné à faire circuler un gaz caloporteur dans le carter pour réguler la température de la batterie ; 15 - des moyens de régulation de la température du gaz caloporteur. Les véhicules mus totalement ou partiellement par un moteur électrique de traction embarquent une source de courant électrique. Cette source est par exemple constituée par au moins 20 une batterie d'accumulateurs électriques. Une telle batterie d'accumulateurs électriques qui est destinée à alimenter un moteur électrique de traction du véhicule automobile sera par la suite désigné par les termes "batterie de traction". 25 Une batterie de traction présente une grande capacité de stockage d'énergie électrique. Pour préserver la capacité de stockage et éviter que la batterie ne se décharge trop vite, il est nécessaire de la maintenir sa température dans un intervalle déterminé, par exemple entre 10°C et 30°C. 30 Ainsi, lorsque le véhicule est exposé au froid, la batterie devrait être chauffée pour éviter qu'elle ne se décharge trop vite. De même, lorsque la batterie est en cours de chargement, sa température augmente en fonction de la puissance électrique 2 d'alimentation. Si la température de la batterie dépasse une température critique, sa capacité de stockage est susceptible d'être détériorée. Par ailleurs, une batterie d'accumulateurs comporte des composants qui sont sensibles à la corrosion. Il est préférables de protéger ces composants en évitant de les exposer à de l'humidité ou à des particules polluantes provenant de l'air extérieur. L'invention propose un dispositif de régulation de la io température du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la batterie est enfermée de manière étanche à l'intérieur du carter avec un gaz caloporteur qui circule en boucle fermée à l'intérieur du carter, le ventilateur de régulation étant agencé à l'intérieur du carter. 15 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les moyens de régulation comportent des moyens de refroidissement qui sont commandés en fonction d'une mesure ou d'une estimation de la température de la batterie ; - les moyens de refroidissement comportent un échangeur 20 de chaleur de régulation qui est agencé de manière à refroidir le gaz caloporteur, et un circuit de refroidissement qui alimente l'échangeur de chaleur de régulation en fluide de refroidissement ; - l'échangeur de chaleur est agencé à l'intérieur du carter 25 sur le passage du gaz caloporteur ; - l'échangeur de chaleur de régulation est agencé en amont du ventilateur de régulation par rapport au sens d'écoulement du gaz caloporteur ; - le fluide de refroidissement est un fluide frigorigène, 30 l'échangeur de chaleur de régulation formant un évaporateur ; - le circuit de refroidissement comporte un compresseur pour faire circuler le fluide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur de régulation ; et un condenseur qui est agencé à 3 l'extérieur du carter de manière à refroidir le fluide de refroidissement ; - le gaz caloporteur est formé par de l'air ; - les moyens de régulation comportent des moyens de 5 chauffage qui sont commandés en fonction d'une mesure ou d'une estimation de la température de la batterie ; - les moyens de chauffage comportent une résistance électrique qui est agencée à l'intérieur du carter sur le passage du gaz caloporteur. io L'invention concerne aussi un véhicule mu par un moteur électrique de traction comportant au moins une batterie de traction dont la température est régulée par un dispositif de régulation selon l'invention, le véhicule comportant des moyens de climatisation d'un habitacle, caractérisé en ce que les moyens 15 de climatisation comportent un deuxième échangeur de chaleur de climatisation qui est raccordé au circuit de refroidissement en parallèle au premier échangeur de chaleur de régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui 20 va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté qui représente un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique de traction embarquant des batteries de traction ; 25 - la figure 2 est une vue schématique qui représente les batteries de traction du véhicule de la figure 1 qui sont équipées d'un dispositif de régulation de la température réalisé selon les enseignements de l'invention. Dans la suite de la description, des éléments présentant 30 des fonctions identiques, similaires ou analogues seront désignés par un même numéro de référence. Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif une orientation longitudinale qui est dirigée d'arrière en 4 avant, une orientation verticale qui est dirigée de bas en haut et une orientation transversale qui est dirigée de gauche à droite. En outre, les termes "amont" et "aval" seront utilisés en rapport avec le sens d'écoulement des fluides.
On a représenté à la figure 1 un véhicule 10 automobile qui est équipé d'un moteur 12 électrique de traction qui est agencé dans un compartiment 14 moteur à l'avant du véhicule 10. Le moteur 12 est alimenté en courant électrique par plusieurs batteries 16 d'accumulateurs électriques qui seront io appelées par la suite "batteries 16 de traction". Les batteries 16 de traction sont agencées sous le plancher du véhicule 10. Le véhicule 10 comporte à titre non limitatif deux batteries 16 de traction. Comme représenté plus en détail à la figure 2, les batteries 15 16 de traction sont agencées à l'intérieur d'un carter 18 formé de deux demi-coques (non représentées) inférieure et supérieure qui sont jointes par un plan de joint horizontal. Les batteries 16 de traction sont enfermées de manière étanche à l'air à l'intérieur du carter 18. 20 Les batteries 16 de traction comportent, outre les accumulateurs, un système électronique de commande 19 qui est aussi agencée à l'intérieur du carter 18. Le véhicule 10 automobile comporte en outre un dispositif 20 de climatisation d'un habitacle 22. De manière connue, ce 25 dispositif 20 de climatisation comporte un conduit 24 d'arrivée d'air frais qui fait communiquer l'intérieur de l'habitacle 22 avec l'extérieur du véhicule 10. Un premier ventilateur 26 est interposé dans le conduit 24 d'arrivée d'air frais de manière à aspirer de l'air frais depuis l'extérieur du véhicule 10 pour le faire entrer 30 dans l'habitacle 22. Comme illustré à la figure 2, le dispositif 20 de climatisation comporte un évaporateur 28 de climatisation qui est interposé dans le conduit 24 d'arrivée d'air frais. L'évaporateur 28 de climatisation est alimenté en fluide de refroidissement par un circuit 30 de refroidissement qui est destiné à refroidir l'air frais s'écoulant dans le conduit 24 d'arrivée d'air frais. Le circuit 30 de refroidissement comporte une conduite 32 de circulation dans 5 laquelle circule un fluide de refroidissement. Un compresseur 34 est interposé dans la conduite 32 de circulation pour faire circuler le fluide de refroidissement dans un sens déterminé. Le fluide de refroidissement est ici un fluide frigorigène qui est destiné à refroidir l'air frais en passant d'une phase liquide à io une phase gazeuse à l'intérieur de l'évaporateur 28 de climatisation. L'évaporateur 28 de climatisation est interposé dans une conduite 33 de climatisation qui est raccordée par ses deux extrémités à la conduite 32 de circulation. L'extrémité amont de la 15 conduite 33 de climatisation est raccordée à la conduite 32 de circulation en aval du compresseur 34, tandis que l'extrémité aval est raccordée à la conduite 32 de circulation en amont du compresseur 34. Ainsi, le fluide de refroidissement circule en boucle fermée. 20 De manière connue, l'évaporateur 28 de climatisation est conçu comme un échangeur de chaleur dans lequel l'air frais et le fluide de refroidissement ne se mélangent pas. L'air frais est susceptible d'échanger de la chaleur avec le fluide de refroidissement à travers des parois (non représentées) de 25 l'évaporateur 28 de climatisation. Dans l'exemple représenté aux figures, lors de l'échange de chaleur, le fluide de refroidissement passe d'une phase liquide à une phase gazeuse en absorbant la chaleur de l'air frais. L'air frais alimentant l'habitacle 22 est ainsi refroidi. 30 Le circuit 30 de refroidissement comporte en outre un condenseur 36 qui est interposé dans la conduite 32 de circulation en aval du compresseur 34. Le condenseur 36 est destiné à être refroidi pour permettre au fluide de refroidissement 6 de repasser de sa phase gazeuse vers sa phase liquide. Ainsi, le condenseur 36 est un échangeur de chaleur entre une source froide et le fluide de refroidissement. De manière non limitative, le condenseur 36 est agencé à l'avant du compartiment 14 moteur, face à un orifice d'aération (non représenté) de manière que le fluide de refroidissement soit refroidi par un courant d'air extérieur lors du déplacement du véhicule 10. Le courant d'air extérieur peut aussi être forcé par un deuxième ventilateur 38 lorsque le véhicule 10 ne roule pas assez io vite. Un détendeur 40 est interposé dans la conduite 33 de climatisation en amont de l'évaporateur 28 de climatisation. Ce détendeur 40 est destiné à faire baisser la pression du fluide de refroidissement en phase liquide afin de faciliter son évaporation 15 lors du passage dans l'évaporateur 28 de climatisation. Le véhicule 10 embarque aussi un dispositif 42 de régulation de la température des batteries 16 de traction. Le dispositif 42 de régulation comporte un troisième ventilateur 44 de régulation qui est agencé à l'intérieur du carter 20 18. Le carter 18 contient un gaz "G" caloporteur, tel que de l'air, dans lequel baignent les batteries 16 de traction. Le ventilateur 44 de régulation est destiné à faire circuler le gaz "G" caloporteur dans le carter 18 pour réguler la température des batteries 16 de traction par échange de chaleur. 25 La circulation du gaz "G" caloporteur est guidée, comme indiqué par les flèches "G", entre les batteries 16 de traction le long d'un circuit en boucle fermée au moyen de cloisons 45. Selon le nombre et la disposition des batteries 16 de traction, le flux de gaz "G" caloporteur peut être divisé en plusieurs branches avant 30 de revenir au ventilateur 44 de régulation. Le gaz "G" caloporteur est enfermé de manière étanche dans le carter 18. Le ventilateur 44 de régulation fait donc circuler le gaz "G" caloporteur en boucle fermée à l'intérieur du carter 18. 7 Pour maintenir le gaz "G" caloporteur à une température optimale de fonctionnement des batteries 16 de traction, le dispositif 42 de régulation comporte aussi des moyens de régulation de la température du gaz "G" caloporteur.
Les moyens de régulation comportent des premiers moyens 46 de refroidissement et des deuxièmes moyens 48 de chauffage. Les moyens 46 de refroidissement comportent un échangeur de chaleur 50 qui est agencé à l'intérieur du carter 18. L'échangeur de chaleur 50 est agencé sur le passage du gaz "G" io caloporteur, avantageusement en amont du ventilateur 44 de régulation. L'échangeur de chaleur 50 est destiné à former un deuxième évaporateur qui est alimenté en fluide de refroidisse-ment par le circuit 30 de refroidissement par l'intermédiaire d'une 15 conduite 52 de régulation. L'échangeur de chaleur 50 est ainsi interposé dans la conduite 52 de régulation. Un deuxième détendeur 54 de régulation est aussi interposé dans la conduite 52 de régulation, en amont du deuxième évaporateur 52. Le deuxième détendeur 54 de régulation est agencé à l'intérieur du 20 carter 18 de manière à refroidir le gaz "G" caloporteur à son entrée dans le ventilateur 44 de régulation. La conduite 52 de régulation est raccordée au circuit 30 de refroidissement en parallèle par rapport à la conduite 33 de climatisation. Une extrémité amont de cette conduite 52 de 25 régulation est ainsi raccordée à la conduite 32 de circulation en aval du condenseur 36. Une extrémité aval de ladite conduite 52 de régulation est raccordée à la conduite 32 de circulation en amont du compresseur 34. Le deuxième détendeur 54 est avantageusement agencé à 30 l'intérieur du carter 18 de manière que le montage du dispositif 42 de régulation dans le véhicule 10 soit simplifié. En effet, un tel agencement permet d'obtenir un dispositif 42 de régulation qui est particulièrement compact. Seuls les deux raccordements de la 8 conduite 50 de régulation sont effectués lors de l'installation du carter 18 contenant l'ensemble de batteries 16 de traction. Le carter 18 comporte aussi des moyens (non représentés) pour collecter de l'eau qui est susceptible d'être produite par condensation lors du refroidissement du gaz caloporteur. Ceci permet d'éviter à cette eau d'entrer en contact avec les parties actives des batteries 16, c'est-à-dire les bornes et les éléments électroniques. Les deuxièmes moyens 48 de chauffage sont formés par io des moyens électriques de chauffage. De tels moyens comportent par exemple une résistance électrique 48 qui est alimentée en électricité pour produire de la chaleur. Les moyens de chauffage peuvent en outre comporter des matériaux à forte inertie thermique, telle que des blocs de céramique (non représentés) 15 pour permettre une distribution homogène de la chaleur au gaz "G" caloporteur. Une sonde thermique 56 est agencée à l'intérieur du carter 18 pour capter une mesure représentative de la température des batteries 16 de traction. La sonde thermique 56 est raccordée à 20 une unité de commande électronique 58 qui est susceptible de commander les moyens 46 de refroidissement et les moyens 48 de chauffage pour maintenir les batteries 16 de traction à une température de consigne. Avantageusement, la conduite 33 de climatisation et la 25 conduite 52 de régulation comportent respectivement une vanne 60 et une vanne 62 de commande du débit de fluide de refroidissement circulant dans ladite conduite. Ainsi, il est possible de refroidir de manière indépendante l'air frais pour l'habitacle 22 et le gaz "G" caloporteur pour les batteries 16. Les 30 vannes 60, 62 sont commandées par l'unité électronique de commande 58. Lors du refroidissement des batteries 16, le ventilateur 44 de régulation fait circuler le gaz "G" caloporteur à l'intérieur du 9 carter 18. L'échangeur de chaleur 52 de régulation est alimenté en fluide de refroidissement. Le gaz "G" caloporteur est refroidi par l'échangeur de chaleur 52 de régulation avant d'être propulsé par le ventilateur 44 entre les batteries 16. Le gaz caloporteur froid absorbe par la chaleur émise par les batteries 16 par contact avec les parois des batteries 16. Puis, le gaz "G" caloporteur chaud revient à son point de départ dans l'échangeur de chaleur 52 de manière à transmettre la chaleur émise par les batteries au fluide de refroidissement. La chaleur des batteries est finalement io dissipée par le condenseur 36. Lors du chauffage des batteries 16, le gaz "G" caloporteur est réchauffé par la résistance électrique 48 qui est alimentée en électricité par l'unité électronique de commande 58. Selon une variante non représentée de l'invention, la 15 température des batteries de traction est estimée en fonction de la puissance électrique absorbée ou émise par les batteries de traction. Selon une autre variante non représentée de l'invention, l'évaporateur du carter est alimenté par un circuit individuel de 20 refroidissement qui est indépendant du dispositif de climatisation du véhicule. Un tel circuit de refroidissement comporte alors un compresseur et un condenseur associés. Selon encore une autre variante non représentée de l'invention, le refroidissement du gaz "G" caloporteur est réalisé 25 par tout autre type de pompe à chaleur. En variante, les moyens de chauffage peuvent être réalisés par un fluide de chauffage circulant dans un échangeur de chaleur qui est agencé à l'intérieur du carter de manière similaire à l'échangeur de chaleur des moyens de refroidissement décrits 30 précédemment. Le dispositif 42 de régulation réalisé selon les enseignements de l'invention permet de maintenir les batteries 16 et du système électronique de commande 19 à une température 2975535 io optimale de fonctionnement sans risque de corrosion des éléments sensibles de la batterie 16. Etant donné que le gaz "G" caloporteur circule en boucle fermée, il est en effet aisé de maîtriser la qualité du gaz "G", par exemple son humidité et sa 5 pureté. En outre, le fait d'enfermer les batteries 16 à l'intérieur d'un carter étanche permet d'éviter que des fluides corrosifs contenus dans les accumulateurs ne fuient lors d'un accident du véhicule. io Le dispositif 42 de régulation est en outre très compact car il n'est pas nécessaire de prévoir un espace libre pour acheminer de l'air frais à l'intérieur du carter 18.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (42) de régulation de la température de batteries (16) d'accumulateurs électriques de traction d'un véhicule (10) automobile qui comporte : - un carter (18) qui enferme au moins une batterie (16) d'accumulateurs électriques ; - au moins un ventilateur (44) de régulation qui est destiné à faire circuler un gaz (G) caloporteur dans le carter pour réguler la température de la batterie ; io - des moyens (46, 48) de régulation de la température du gaz (G) caloporteur ; caractérisé en ce que la batterie (16) est enfermée de manière étanche à l'intérieur du carter (18) avec un gaz (G) caloporteur qui circule en boucle fermée à l'intérieur du carter 15 (18), le ventilateur (44) de régulation étant agencé à l'intérieur du carter (18).
  2. 2. Dispositif (42) de régulation de la température selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent des moyens (46) de refroidissement qui 20 sont commandés en fonction d'une mesure ou d'une estimation de la température de la batterie (16).
  3. 3. Dispositif (42) selon la revendication précédente, les moyens (46) de refroidissement comportent un échangeur de chaleur (52) de régulation qui est agencé de manière à refroidir le 25 gaz (G) caloporteur, et un circuit (28) de refroidissement qui alimente l'échangeur de chaleur (52) de régulation en fluide de refroidissement.
  4. 4. Dispositif (42) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (52) est agencé à 30 l'intérieur du carter sur le passage du gaz (G) caloporteur.
  5. 5. Dispositif (42) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (52) de régulationest agencé en amont du ventilateur (44) de régulation par rapport au sens d'écoulement du gaz (G) caloporteur.
  6. 6. Dispositif (42) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un fluide frigorigène, l'échangeur de chaleur (52) de régulation formant un évaporateur.
  7. 7. Dispositif (42) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit (28) de refroidissement comporte : - un compresseur (32) pour faire circuler le fluide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur (52) de régulation ; - un condenseur (36) qui est agencé à l'extérieur du carter (18) de manière à refroidir le fluide de refroidissement. 10. Dispositif (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz (G) 15 caloporteur est formé par de l'air. 11. Dispositif (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent des moyens (48) de chauffage qui sont commandés en fonction d'une mesure ou d'une estimation de la 20 température de la batterie (16). 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comportent une résistance électrique (48) qui est agencée à l'intérieur du carter (18) sur le passage du gaz (G) caloporteur. 25 11. Véhicule (10) mu par un moteur électrique de traction comportant au moins une batterie (16) de traction dont la température est régulée par un dispositif (42) de régulation selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, le véhicule comportant des moyens (20) de climatisation d'un habitacle (22), 30 caractérisé en ce que les moyens (20) de climatisation comportent un deuxième échangeur de chaleur (34) de climatisation qui est raccordé au circuit (28) de refroidissement en parallèle au premier échangeur de chaleur (52) de régulation.
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