Système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride, procédé et véhicules associés. Battery cooling system of an electric or hybrid motor vehicle, process and associated vehicles.
s L'invention concerne principalement un système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention concerne également un procédé de refroidissement des batteries du dit véhicule. L'invention concerne en outre un véhicule automobile électrique et un io véhicule hybride comportant au moins un tel système de refroidissement des batteries. Les véhicules électriques ainsi que les véhicules hybrides comportent des batteries nécessaires à leur propulsion. Ces batteries doivent être refroidies, notamment lorsque la température ls extérieure est importante, mais également pendant les phases de roulage du véhicule et ce, pour toute température extérieure. Actuellement, le refroidissement des batteries s'effectue au moyen du système de climatisation, par exemple par dérivation du liquide frigorigène vers les batteries. 20 Mais cette solution est insatisfaisante en raison de la forte consommation de dioxyde de carbone engendrée. Dans ce contexte, la présente invention vise un système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride palliant les inconvénients précités. 25 A cet effet, le système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système transporteur de chaleur apte à transférer l'énergie calorifique dégagée par les batteries vers l'évaporateur d'une pompe à chaleur régulant la température de l'habitacle du dit véhicule. 30 Le système de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - le système transporteur de chaleur est un caloduc. 2 - le caloduc est un caloduc gravitaire situé plus bas que l'évaporateur de la pompe à chaleur. - le caloduc gravitaire s'étend depuis les batteries jusqu'à la face avant d'entrée d'air de l'évaporateur de la pompe à chaleur. s - le système de l'invention comporte en outre un système de refroidissement direct des batteries qui est activé en fonctionnement à partir d'une température seuil extérieure qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C, de sorte qu'au delà de cette température seuil, les batteries sont refroidies par le système de refroidissement direct et qu'en deçà de cette température seuil, les batteries sont io refroidies par le caloduc gravitaire. - la pompe à chaleur comporte un système réversible d'évaporateur et de condenseur. L'invention concerne en outre un procédé de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride qui est essentiellement caractérisé ls en ce qu'il comporte au moins une étape de transfert de l'énergie calorifique des batteries du dit véhicule vers l'évaporateur d'une pompe à chaleur régulant la température de l'habitacle du véhicule au moyen d'au moins un système transporteur de chaleur. Avantageusement, les batteries sont refroidies par un système de 20 refroidissement direct à partir d'une température seuil extérieure qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C, et les batteries sont refroidies par le système transporteur de chaleur en deçà de la dite température seuil extérieure. Enfin, l'invention concerne un véhicule automobile électrique ou hybride muni d'au moins un système de refroidissement des batteries tel que 25 précédemment décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique du système de l'invention, et 30 - la figure 2 est une représentation schématique en élévation d'un circuit d'une pompe à chaleur apte à contrôler la température dans l'habitable d'un véhicule automobile. The invention relates primarily to a battery cooling system of an electric or hybrid motor vehicle. The invention also relates to a method of cooling the batteries of said vehicle. The invention further relates to an electric motor vehicle and a hybrid vehicle comprising at least one such battery cooling system. Electric vehicles as well as hybrid vehicles have batteries necessary for their propulsion. These batteries must be cooled, especially when the external temperature is important, but also during the driving phases of the vehicle and this, for any outside temperature. Currently, the cooling of the batteries is done by means of the air conditioning system, for example by bypassing the refrigerant to the batteries. But this solution is unsatisfactory because of the high consumption of carbon dioxide generated. In this context, the present invention aims a cooling system of the batteries of an electric or hybrid motor vehicle overcomes the aforementioned drawbacks. For this purpose, the battery cooling system of an electric or hybrid motor vehicle of the invention is essentially characterized in that it comprises at least one heat transfer system capable of transferring the heat energy released by the batteries. to the evaporator of a heat pump regulating the temperature of the passenger compartment of said vehicle. The system of the invention may also include the following optional features considered in isolation or in any possible technical combination: the heat transfer system is a heat pipe. 2 - the heat pipe is a gravity heat pipe located lower than the evaporator of the heat pump. the gravity heat pipe extends from the batteries to the front face of the air intake of the evaporator of the heat pump. s - the system of the invention further comprises a direct cooling system of the batteries which is activated in operation from an external threshold temperature which is greater than 0 ° C and less than 5 ° C, so that Beyond this threshold temperature, the batteries are cooled by the direct cooling system and below this threshold temperature, the batteries are cooled by the gravity heat pipe. the heat pump comprises a reversible evaporator and condenser system. The invention furthermore relates to a method of cooling the batteries of an electric or hybrid motor vehicle which is essentially characterized in that it comprises at least one step of transferring the heat energy of the batteries of said vehicle to the vehicle. evaporator of a heat pump regulating the temperature of the passenger compartment of the vehicle by means of at least one heat transport system. Advantageously, the batteries are cooled by a direct cooling system from an outside threshold temperature which is greater than 0 ° C and less than 5 ° C, and the batteries are cooled by the heat transfer system below the temperature. said external threshold temperature. Finally, the invention relates to an electric or hybrid motor vehicle equipped with at least one battery cooling system as previously described. Other features and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation of the system of FIG. and Figure 2 is a diagrammatic representation in elevation of a circuit of a heat pump adapted to control the temperature in the habitable space of a motor vehicle.
En référence à la figure 1, le système de l'invention 1 comporte un caloduc gravitaire 2 qui s'étend depuis les batteries 3 d'un véhicule automobile électrique ou hybride jusqu'à la face avant 4 de l'évaporateur 5 d'une pompe à chaleur 6. Un caloduc permet, de façon connue, de transporter la chaleur d'un point s chaud à un point froid grâce au principe du transfert thermique par transition de phase d'un fluide. Un caloduc se présente sous la forme d'une enceinte hermétique renfermant un liquide en équilibre avec sa phase vapeur. L'enceinte hermétique peut être constituée d'un tube extrudé étanche en io cuivre ou en aluminium contenant un fluide tel que de l'ammoniac ou de l'eau. L'utilisation d'un caloduc est avantageuse puisque ce dernier est facile d'utilisation et de montage, qu'il présente une bonne fiabilité dans le temps et ne nécessite pas d'entretien. La première extrémité 7 du caloduc gravitaire 2 représenté sur la figure 1 est ls soumise à la chaleur dégagée par les batteries 3. Le liquide du caloduc 2 chauffe et se vaporise, puis se diffuse dans le caloduc 2 jusqu'à son extrémité opposée 8 en contact avec l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 formant source froide, où il se condense en cédant de l'énergie sous forme de chaleur. Le liquide condensé retourne vers l'extrémité 7 du caloduc gravitaire 2 20 proche de la source chaude constituée par les batteries 3 sous le double effet de la capillarité et de la gravité. On choisit un caloduc de type gravitaire pour favoriser les performances de conductibilité du caloduc. Ainsi, il est nécessaire que la source chaude, soit les batteries 3, soit située 25 plus bas que la source froide constituée par la face avant 4 de l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6. Selon l'invention, l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 est choisi comme source froide en raison des risques de givrages de la face avant 4 de l'évaporateur 5 lorsque la température extérieure est égale ou inférieure à o°C, ce 30 qui peut conduire à l'arrêt de la pompe à chaleur 1. Le transfert de l'énergie calorifique depuis les batteries 3 jusqu'à l'évaporateur 5 permet ainsi d'une part de refroidir les batteries 3, mais également d'éviter les risques de givrages de la face avant 14 de l'évaporateur 5. With reference to FIG. 1, the system of the invention 1 comprises a gravity heat pipe 2 which extends from the batteries 3 of an electric or hybrid motor vehicle to the front face 4 of the evaporator 5 of a heat pump 6. A heat pipe allows, in a known manner, to transport the heat from a hot point to a cold point thanks to the principle of thermal transfer by phase transition of a fluid. A heat pipe is in the form of a hermetic enclosure containing a liquid in equilibrium with its vapor phase. The sealed enclosure may be a sealed copper or aluminum extruded tube containing a fluid such as ammonia or water. The use of a heat pipe is advantageous since it is easy to use and assembly, it has good reliability over time and does not require maintenance. The first end 7 of the gravity heat pipe 2 shown in FIG. 1 is subjected to the heat released by the batteries 3. The liquid of the heat pipe 2 heats up and vaporizes, then diffuses in the heat pipe 2 to its opposite end 8 in contact with the evaporator 5 of the heat pump 6 forming a cold source, where it condenses by yielding energy in the form of heat. The condensed liquid returns to the end 7 of the gravity heat pipe 20 near the hot source formed by the batteries 3 under the double effect of capillarity and gravity. We choose a gravity type heat pipe to promote the conductivity performance of the heat pipe. Thus, it is necessary for the hot source, ie the batteries 3, to be situated lower than the cold source constituted by the front face 4 of the evaporator 5 of the heat pump 6. According to the invention, the evaporator 5 of the heat pump 6 is chosen as the cold source because of the risk of frosting of the front face 4 of the evaporator 5 when the outside temperature is equal to or lower than 0 ° C., which can lead to the shutdown. the heat pump 1. The transfer of heat energy from the batteries 3 to the evaporator 5 allows on the one hand to cool the batteries 3, but also to avoid the risk of frosting of the front panel 14 of the evaporator 5.
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur 6 est décrit en référence à la figure 2. Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules électriques et hybrides, comportent une pompe à chaleur permettant d'assurer la régulation de s la température de l'habitacle. Un fluide frigorigène 10 est introduit dans l'évaporateur 5 et circule au sein de cet évaporateur 5 dans des tubes d'écoulement 11. L'évaporateur 5 est soumis à un flux d'air 12 qui est relativement plus chaud que le fluide frigorigène 10, ce qui provoque de façon concomitante l'évaporation io du fluide frigorigène 10 qui passe en phase gazeuse en devenant un gaz frigorigène 13, et le refroidissement du flux d'air chaud 12 en un flux d'air froid 14a qui est renvoyé dans l'habitable du véhicule. En sortie de l'évaporateur 5, le gaz frigorigène 13 passe dans un détendeur 14 puis circule dans les canalisations jusqu'à un compresseur 15 dans lequel il est is comprimé. Le gaz frigorigène haute pression 16 en sortie de compresseur 15 est introduit dans un condenseur 17 et circule au sein de ce condenseur 17 dans des tubes d'écoulement 18. Le condenseur 17 est soumis à un flux d'air refroidi 19 par exemple sous 20 l'effet de la vitesse du véhicule ou par des motos ventilateurs lorsque le véhicule est à l'arrêt, ce qui provoque de façon concomitante la transformation du gaz frigorigène haute pression 16 en fluide frigorigène 10 et le réchauffement du flux d'air refroidi 19 en un flux d'air chaud 20. Le fluide frigorigène 10 circule alors jusqu'au détenteur 14 à l'entrée de 25 l'évaporateur 5 pour recommencer une boucle de circulation. Dans le cas d'une boucle de réfrigération réversible en pompe à chaleur, l'échangeur thermique doit, selon le sens de circulation du fluide frigorigène, pouvoir remplir la fonction soit de condenseur pour un mode de fonctionnement de type réfrigération, soit d'évaporateur pour un mode de fonctionnement de type 30 chauffage. On dira que cet échangeur thermique est réversible. La pompe à chaleur bascule généralement en mode réfrigération à partir d'une température extérieure de 5 °C. 2977528 s Un tel échangeur thermique réversible est notamment avantageux en terme d'encombrement, de rendement global du système et donc de consommation d'énergie et d'autonomie de la batterie. Le système de l'invention s'applique ainsi à une pompe à chaleur 6 de type s réversible. En référence à la figure 1, le système de l'invention comporte en outre un système de refroidissement direct 22 des batteries constitué par un échangeur de chaleur impliquant la circulation d'un fluide frigorigène. Lorsque le système de refroidissement direct 22 est activé en Io fonctionnement, les batteries 3 sont refroidies par ce système de refroidissement direct 22 de façon à former une source froide relativement à la face avant 4 de l'évaporateur 5, rendant ainsi le caloduc gravitaire 2 inactif. Lorsque la pompe à chaleur 6 est en mode réfrigération, soit à partir de 5°C, le système de refroidissement direct 22 doit être actif de façon à éviter tout ls transfert de chaleur par le caloduc 2 depuis les batteries 3 vers l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 ce qui serait, dans ce mode réfrigération, pénalisant pour la pompe à chaleur 6. En revanche, pour une température extérieure T inférieure ou égale à 0°C, la face avant 4 de l'évaporateur 5 présente des risques de givrage. Le caloduc 20 gravitaire 2 doit alors assurer le transfert de chaleur des batteries 3 vers l'évaporateur 5. Ainsi, selon l'invention, le système de refroidissement direct 22 est activé en fonctionnement à partir d'une température seuil extérieure T1 qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C. 25 Par conséquent, au delà de la température seuil T1, les batteries sont refroidies par le système de refroidissement direct 22 et la face avant 4 de la pompe à chaleur 6 ne présente pas de risques de givrage. En deçà de la température seuil T1, le système de refroidissement direct 22 est désactivé, de sorte que les batteries 3 forment source chaude entraînant 30 l'activation du caloduc gravitaire 2 qui transfert la chaleur des batteries 3 vers l'évaporateur 5. Ce transfert de chaleur sera ainsi effectif pour une température extérieure de 0°C à partir de laquelle la face avant 4 de l'évaporateur 5 présente des risques de givrage. 6 Selon une variante préférée, on choisit 3°C comme la température seuil extérieure T1 au-delà de laquelle le refroidissement des batteries 3 est assuré par le système de refroidissement direct 22 et en deçà de laquelle le refroidissement des batteries est assurée par le fonctionnement du caloduc gravitaire 2. s Par conséquent, ce système simple, peu couteux, et non polluant, permet de refroidir les batteries d'un véhicule automobile électrique tout en évitant le givrage de la face avant 4 de l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 lorsque la température extérieure est basse. Le rendement de la pompe à chaleur est ainsi amélioré. Io The operation of a heat pump 6 is described with reference to FIG. 2. The motor vehicles, and in particular the electric and hybrid vehicles, comprise a heat pump making it possible to regulate the temperature of the passenger compartment. . A refrigerant 10 is introduced into the evaporator 5 and circulates within this evaporator 5 in flow tubes 11. The evaporator 5 is subjected to a flow of air 12 which is relatively hotter than the refrigerant 10 , which concomitantly causes the evaporation of the refrigerant 10 which passes into the gaseous phase by becoming a refrigerant gas 13, and the cooling of the hot air flow 12 into a cold air flow 14a which is returned to the refrigerant. 'livable vehicle. At the outlet of the evaporator 5, the refrigerant gas 13 passes into an expander 14 and then flows in the pipes to a compressor 15 in which it is compressed. The high-pressure refrigerant gas 16 at the compressor outlet 15 is introduced into a condenser 17 and flows within this condenser 17 in flow tubes 18. The condenser 17 is subjected to a cooled air flow 19, for example 20 the effect of the speed of the vehicle or by motorcycles fans when the vehicle is stationary, which causes concomitantly the conversion of the high-pressure refrigerant gas 16 to refrigerant 10 and the heating of the cooled airflow 19 in a flow of hot air 20. The refrigerant 10 then flows to the holder 14 at the inlet of the evaporator 5 to restart a circulation loop. In the case of a reversible heat pump refrigeration loop, the heat exchanger must, depending on the direction of circulation of the refrigerant, be able to perform the function of either a condenser for a cooling type of operation or an evaporator for a heating mode of operation. We will say that this heat exchanger is reversible. The heat pump usually switches to refrigeration mode from an outdoor temperature of 5 ° C. Such a reversible heat exchanger is particularly advantageous in terms of size, overall efficiency of the system and therefore energy consumption and battery life. The system of the invention thus applies to a heat pump 6 of the reversible type s. Referring to Figure 1, the system of the invention further comprises a direct cooling system 22 of the batteries consisting of a heat exchanger involving the circulation of a refrigerant. When the direct cooling system 22 is activated in operation, the batteries 3 are cooled by this direct cooling system 22 so as to form a cold source relative to the front face 4 of the evaporator 5, thus making the gravitational heat pipe 2 inactive. When the heat pump 6 is in cooling mode, ie from 5 ° C, the direct cooling system 22 must be active so as to avoid any heat transfer by the heat pipe 2 from the batteries 3 to the evaporator 5 of the heat pump 6 which would be, in this cooling mode, penalizing for the heat pump 6. On the other hand, for an outside temperature T less than or equal to 0 ° C, the front face 4 of the evaporator 5 has icing hazards. The gravity heat pipe 2 must then ensure the heat transfer from the batteries 3 to the evaporator 5. Thus, according to the invention, the direct cooling system 22 is activated in operation from an external threshold temperature T1 which is greater at 0 ° C and below 5 ° C. Therefore, beyond the threshold temperature T1, the batteries are cooled by the direct cooling system 22 and the front face 4 of the heat pump 6 does not pose any risk of icing. Below the threshold temperature T1, the direct cooling system 22 is deactivated, so that the batteries 3 form a hot source driving the activation of the gravity heat pipe 2 which transfers the heat from the batteries 3 to the evaporator 5. This transfer heat will thus be effective for an outside temperature of 0 ° C from which the front face 4 of the evaporator 5 presents risks of icing. According to a preferred variant, 3 ° C. is chosen as the external threshold temperature T1 above which the cooling of the batteries 3 is ensured by the direct cooling system 22 and below which the cooling of the batteries is ensured by the operation Therefore, this simple, inexpensive and non-polluting system makes it possible to cool the batteries of an electric motor vehicle while avoiding the icing of the front face 4 of the evaporator 5 of the electric pump. heat 6 when the outside temperature is low. The efficiency of the heat pump is thus improved. io