FR2994340A1 - Dispositif de refroidissement de la temperature d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride. - Google Patents

Dispositif de refroidissement de la temperature d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de refroidissement (1) d'une batterie (2) d'un véhicule électrique ou hybride logée dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de projection d'air (3) disposé en regard d'au moins un orifice (11) dans une paroi de ladite enceinte, et au moins un capteur de température (4) disposé à l'intérieur de l'enceinte, le moyen de projection d'air (3) étant actionné lorsque la température dans l'enceinte dépasse une température donnée, de manière à introduire dans l'enceinte à travers l'orifice de l'air frais capté à l'extérieur de l'enceinte, cet air frais circulant au contact de la batterie avant d'être évacué naturellement hors de l'enceinte à travers au moins une ouverture dans une paroi de l'enceinte.

Description

Dispositif de refroidissement de la température d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des batteries de véhicule électrique ou hybride. Les véhicules électriques ou hybrides utilisent, pour leurs déplacements, des batteries dont la température augmente en raison de leur utilisation ou de leur exposition au soleil suivant leur emplacement sur le véhicule, ce qui impacte leur fonctionnement ultérieur et leur durée de vie.
Actuellement, ils utilisent des batteries Lithium- ion qui ne doivent pas être exposées de manière prolongée à une température supérieure à environ 40°C, température au-delà de laquelle les phénomènes de vieillissement pour ces batteries augmentent de manière exponentielle avec la température, ce qui détériore les batteries et diminuent leur durée de vie. En particulier, une batterie Lithium-ion soumise à une température supérieure à 40°C pendant la phase d'arrêt du véhicule a une durée de vie qui se réduit dans le temps. L'emplacement de la batterie sur le véhicule pour sa protection thermique a donc un fort impact sur sa durée de vie et conditionne la solution technique à envisager pour le réaliser.
Dans les véhicules pour lesquels la batterie est placée à l'extérieur de la zone d'habitacle du véhicule au niveau de la caisse, la batterie est protégée du rayonnement thermique induit par l'exposition du véhicule au soleil par la zone d'habitacle et la caisse qui constituent une protection thermique. De plus, elle est refroidie naturellement par la circulation sous la caisse, de l'air externe qui 5 l'environne. En revanche, dans les véhicules électriques pour lesquels la batterie est située dans le coffre, ce qui correspond à la zone d'habitacle du véhicule, la température ambiante autour de la batterie peut fortement 10 augmenter en cas de stationnement prolongé du véhicule en plein soleil. En effet, les éléments de l'habitacle tels que la tablette arrière, ne réalisent que très faiblement une protection thermique. 15 Certaines batteries dites à refroidissement actif intégré disposent d'un système de régulation de leur température interne pour pallier à ce problème, celui-ci pouvant être assuré par différents dispositifs de gestion thermique directement installés à l'intérieur de la 20 batterie, utilisant des caloducs ou l'effet Pelletier. Dans le cas de certains véhicules électriques pour lesquels la batterie se situe dans le coffre, des dispositifs de régulation thermique de la batterie, externes à celle-ci, ont été rajoutés. 25 Mais ces dispositifs présentent un coût et nécessitent de prévoir un volume additionnel dans le coffre du véhicule, pour leur intégration sur le véhicule. Ces dispositifs sont très consommateurs en énergie 30 durant leur fonctionnement, ce qui ne permet pas de les utiliser lorsque le véhicule est à l'arrêt.
Il est connu du document EP 2 246 930 un dispositif de refroidissement de la batterie d'un véhicule électrique ou hybride. Ce dispositif de refroidissement décrit plusieurs 5 cellules de batterie montées en série. Un premier canal de refroidissement est relié à une première extrémité des cellules de batterie et permet d'introduire de l'air extérieur entre les cellules de batterie. 10 Un deuxième canal de refroidissement est couplé à une deuxième extrémité des cellules de batterie pour faire sortir l'air dont la température a augmenté du fait du passage de l'air entre les cellules de la batterie. Une telle solution technique ne fonctionne pas à 15 l'arrêt du véhicule. L'ensemble des solutions techniques actuelles ne permettent donc pas d'éviter l'élévation de température de la batterie qui dégrade les performances de cette dernière et diminue sa durée de vie, lorsque le véhicule 20 électrique est à l'arrêt et qu'il est exposé à un fort ensoleillement. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif selon l'invention de refroidissement de la température d'une batterie d'un 25 véhicule électrique ou hybride, ainsi que de son environnement proche, qui soit exempt de l'un au moins des inconvénients précédemment évoqués. A cette fin, le dispositif de refroidissement d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride logée dans 30 une enceinte, est remarquable en ce qu'il comprend au moins un moyen de projection d'air disposé en regard d'au moins un orifice d'une paroi de ladite enceinte, et au moins un capteur de température disposé à l'intérieur de l'enceinte, le moyen de projection d'air étant actionné lorsque la température dans l'enceinte dépasse une température donnée, de manière à introduire dans l'enceinte à travers l'orifice de l'air frais capté à l'extérieur de l'enceinte, cet air frais circulant au contact de la batterie avant d'être évacué naturellement hors de l'enceinte à travers au moins une ouverture dans une paroi de l'enceinte.
Le moyen de projection de jet d'air est un actionneur fluidique. Avantageusement, l'actionneur fluidique est à jet synthétique et présente un corps creux formant une cavité dans laquelle se déplace une paroi oscillante, cette cavité débouchant vers l'extérieur à partir d'un canal orienté de façon à communiquer avec l'orifice d'alimentation en air frais de l'enceinte, le déplacement de la paroi oscillante permettant une aspiration et un soufflage, par le canal, d'un jet d'air frais envoyé dans l'enceinte par l'orifice d'alimentation. Dans un premier mode de réalisation, l'enceinte est une boîte de protection thermique qui présente au moins une ouverture supérieure et au moins un orifice d'alimentation de la boîte en air frais extérieur à la boîte, l'actionneur fluidique étant fixé sur une paroi de la boîte par rapport à l'orifice d'alimentation de façon à envoyer un jet d'air frais sur la batterie par l'orifice d'alimentation pour réaliser une évacuation, par l'ouverture supérieure, de l'air chaud situé dans l'enceinte autour de la batterie afin de la refroidir. Dans un deuxième mode de réalisation, l'enceinte est le coffre du véhicule.
L'actionneur fluidique peut être fixé sur une paroi inférieure ou une paroi latérale de l'enceinte. Avantageusement, plusieurs actionneurs fluidiques sont fixés sur la paroi inférieure et/ ou sur la paroi 5 latérale de l'enceinte. Avantageusement, le moyen d'alimentation du ou des actionneurs fluidiques est une batterie de démarrage du véhicule. La batterie du véhicule électrique ou hybride est 10 une batterie lithium-ion. La présente invention concerne également un véhicule électrique ou hybride comportant un dispositif de refroidissement de la température d'une batterie d'un véhicule électrique tel que défini ci-avant. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 20 -la figure 1 représente un graphique illustrant la vitesse de dégradation via un facteur d'accélération pour un exemple de batterie lithium-ion donnée en fonction de sa température selon la loi d'Arrhenius ; -la figure 2 représente schématiquement une vue en 25 perspective du dispositif de refroidissement de la batterie selon l'invention; -la figure 3 représente schématiquement un moyen de projection de jet d'air selon l'invention pour refroidir la batterie. 30 Comme illustré sur la figure 1, les courbes A et B représentent l'évolution de la vitesse de dégradation de la batterie lithium-ion en fonction de sa température pendant la phase de cyclage (ou de fonctionnement) de la batterie, et pendant la phase de stockage (ou d'arrêt) de la batterie. Il est constaté, pour les températures supérieures à 30°C, un facteur d'accélération du vieillissement de la batterie avec la température suivant une loi sensiblement exponentielle sur la courbe A, et suivant une loi sensiblement polynomiale sur la courbe B. Il est également constaté une limitation de la 10 puissance de la batterie pour des températures supérieures à une température seuil d'environ 48°C sur les deux courbes A et B. Le dispositif de refroidissement 1 selon l'invention de la température d'une batterie 2 permet de 15 pallier à ce problème de dégradation de la batterie 2, en évacuant l'air chaud environnant l'extérieur immédiat de la batterie 2 afin d'éviter une éventuelle surchauffe. Par la suite de la description, la batterie 2 désigne un « pack batterie » ou une suite de modules 20 composée d'unités élémentaires appelées modules, agencées en nombre selon les besoins en capacité, et en géométrie en fonction des contraintes d'architecture. Chaque module comporte plusieurs cellules dans lesquelles ont lieu les réactions électrochimiques réversibles qui permettent de 25 produire du courant lorsque la batterie 2 est en phase de fonctionnement ou de stocker de l'énergie lorsque la batterie 2 est en phase d'arrêt. Le dispositif de refroidissement est particulièrement adapté aux batteries lithium-ion, mais 30 pourrait être utilisé pour d'autres batteries. Le dispositif de refroidissement 1 selon l'invention comporte un ou plusieurs moyens de projection de jet d'air 3 sur la batterie 2 logée dans une enceinte pour évacuer l'air chaud environnant la batterie 2 lors de l'arrêt et/ou du déplacement du véhicule, un ou plusieurs capteurs 4 de la température de la batterie 2 reliés aux moyens de projection de jet d'air 3 et situés dans l'enceinte. Le ou les moyens de projection de jet d'air 3 sont des actionneurs fluidiques qui permettent de déplacer l'air chaud environnant la batterie 2 dans l'enceinte et qui sont actionnés lorsque la température mesurée au niveau ou à proximité de la batterie 2 dépasse une température donnée. Par exemple, il peut être choisi qu'au-delà d'une température mesurée supérieure à la température de 30°C, 15 le ou les actionneurs fluidiques sont déclenchés. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 3, le ou les actionneurs fluidiques sont à jet synthétique 3'. Chaque actionneur fluidique à jet synthétique 3' 20 présente un corps creux 5 formant une cavité 6 dans laquelle se déplace une paroi oscillante 7, cette cavité 6 débouchant vers l'extérieur à partir d'un canal 8. Le déplacement de la paroi oscillante 7 permet une aspiration, puis un soufflage, par le canal 8, d'un jet 25 d'air envoyé dans l'enceinte logeant la batterie 2. Comme décrit sur la figure 3, le ou les actionneurs fluidiques 3 sont reliés à un moyen d'alimentation 3a. Le ou les actionneurs fluidiques à jet synthétique 3' nécessitent un moyen d'alimentation 3a peu 30 consommateur en énergie, ce qui rend ces actionneurs avantageux car ils sont utilisables également à l'arrêt du véhicule.
Par exemple, à titre illustratif uniquement, le moyen d'alimentation 3a peut être une batterie de démarrage du véhicule, telle que la batterie servitude 12V.
D'autres actionneurs fluidiques que les actionneurs fluidiques à jet synthétique 3' sont utilisables, pour refroidir la batterie 2 pendant le déplacement ou l'arrêt du véhicule. Par exemple, des actionneurs fluidiques à flux d'air pulsés peuvent également être utilisés.
Dans une forme de réalisation non représentée, l'enceinte peut être le coffre du véhicule. Dans ce cas, le ou les actionneurs fluidiques 3 peuvent être situés à proximité d'une arrivée d'air frais, par exemple, de façon uniquement illustrative, provenant de l'espace laissé entre la caisse et les roues. L'expression 'air frais' désigne de l'air qui n'est pas en contact direct avec la paroi extérieure 2a de la batterie 2 et qui provient de l'extérieur de l'enceinte.
Dans le mode de réalisation préféré, illustré sur la figure 2, le dispositif selon l'invention comporte, comme enceinte, une boîte 9 qui permet une protection thermique de la batterie 2 en ajoutant une barrière thermique supplémentaire faisant écran par rapport au rayonnement du soleil. La boîte 9 peut être située sous la caisse du véhicule, dans le coffre du véhicule ou dans la zone d'habitacle du véhicule. La boîte 9 présente, sur la figure 2, une forme 30 parallélépipédique mais peut présenter toute autre forme géométrique facilitant l'évacuation de l'air chaud autour de la batterie 2. Elle peut avantageusement comporter un matériau isolant thermiquement. Elle présente, dans une paroi supérieure 10, une ou plusieurs ouvertures supérieures 10a d'évacuation de 5 l'air chaud environnant la batterie 2. Elle loge la batterie 2 et un ou plusieurs capteurs 4 de température. Les actionneurs fluidiques 3 sont positionnés par rapport à la boîte 9 avec leur sortie de projection de 10 jet d'air en vis-à-vis de la batterie 2, de façon à envoyer de l'air frais sur la batterie 2, afin de déplacer et d'évacuer l'air chaud environnant l'extérieur de la batterie 2, ce qui est illustré par la flèche f. La boîte 9 comporte un ou plusieurs orifices 15 d'alimentation 11 en air frais. Le ou les actionneurs fluidiques 3 sont positionnés et orientés par rapport à la batterie 2 de façon à utiliser l'air frais à proximité du ou des orifices d'alimentation 11 pour projeter de l'air frais dans la 20 boîte 9 sur la batterie 2 et évacuer l'air chaud environnant l'extérieur de la batterie 2 par la ou les ouvertures supérieures 10a. Les orifices d'alimentation 11 et les ouvertures supérieures 10a présentent des dimensions choisies pour 25 réaliser la circulation et l'évacuation d'air chaud souhaitées dans la boîte 9. Dans le mode de réalisation préféré illustré sur la figure 2, le ou les actionneurs fluidiques 3 sont situés fixés sur une paroi inférieure 12 et/ou sur une ou 30 plusieurs parois latérales 13 de la boîte 9 à l'extérieur de celle-ci, de façon à communiquer avec le ou les orifices d'alimentation 11 de la boîte 9 et à envoyer un jet d'air frais par le ou les orifices d'alimentation 11 vers la batterie 2. Les moyens de fixation de ces actionneurs fluidiques n'ont pas été représentés sur la figure 3 mais tout moyen 5 de fixation est utilisable. Dans ce cas, il peut être prévu un espace entre le canal 8 de sortie de l'air frais soufflé par le ou les actionneurs fluidiques 3 fixés sur la boîte 9, et l'orifice d'alimentation 11 de l'enceinte. 10 Il peut également être prévu une arrivée d'air frais directement dans la cavité 6 du ou des actionneurs fluidiques 3. Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le ou les actionneurs fluidiques 3 sont logés à proximité 15 (par exemple à une distance d'un cm) de la paroi inférieure 12 et/ou des parois latérales 13 de la boîte 9. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le ou les actionneurs fluidiques 3 sont logés dans la paroi inférieure 12 et/ou les parois latérales 13. 20 Dans un autre mode de réalisation non représenté, on pourrait disposer un ou plusieurs actionneurs fluidiques 3 au dessus de la ou des premières ouvertures supérieures 10a pour réaliser une circulation d'air, en envoyant de l'air frais sur le dessus d'un bord de la batterie pour 25 réaliser l'évacuation de l'air chaud situé à proximité de la batterie 2 au niveau d'un bord opposé par des secondes ouvertures supérieures 10a. Les actionneurs fluidiques 3 peuvent être disposés en série suivant une ligne pour réaliser une lame d'air 30 frais sensiblement plane permettant d'évacuer l'air chaud tout autour de la batterie 2, sans laisser une accumulation possible d'air chaud au niveau d'une zone de la batterie 2 et qui résulterait d'une mauvaise circulation de l'air chaud autour de la batterie 2. En variante, ils pourraient également être disposés de façon circulaire.
Toutes les dispositions et les agencements du ou des actionneurs fluidiques 3 par rapport à l'enceinte sont possibles, dans la mesure où le ou les actionneurs fluidiques 3 projettent de l'air sur la batterie 2 pour faire circuler et évacuer l'air chaud situé autour de l'extérieur de la batterie 2, la batterie 2 pouvant être logée dans une boite 9 dans le mode de réalisation préféré de l'invention. Les actionneurs fluidiques 3 peuvent être associés à d'autres dispositifs permettant le refroidissement de la batterie 2, par exemple des dispositifs intégrés à la batterie 2 pour refroidir le coeur ou l'intérieur de la batterie 2. Le dispositif de refroidissement de l'invention est peu consommateur en énergie, ce qui permet de 20 l'utiliser aussi bien en phase d'arrêt du véhicule qu'en phase de fonctionnement du véhicule. Il est peu volumique, ce qui est intéressant car l'espace pour l'intégration des systèmes électriques est assez limité.
25 Il est enfin facile à mettre en oeuvre et sans surcoût excessif.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement (1) d'une batterie (2) d'un véhicule électrique ou hybride logée dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de projection d'air (3) disposé en regard d'au moins un orifice (11) d'une paroi de ladite enceinte, et au moins un capteur de température (4) disposé à l'intérieur de l'enceinte, le moyen de projection d'air (3) étant actionné lorsque la température dans l'enceinte dépasse une température donnée, de manière à introduire dans l'enceinte à travers l'orifice de l'air frais capté à l'extérieur de l'enceinte, cet air frais circulant au contact de la batterie avant d'être évacué naturellement hors de l'enceinte à travers au moins une ouverture dans une paroi de l'enceinte.
  2. 2. Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de projection d'air (3) est un actionneur fluidique.
  3. 3. Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enceinte est une boîte de protection thermique (9) qui présente au moins une ouverture supérieure (10a), et au moins un orifice (11) d'alimentation de la boîte (9) en air frais extérieur à la boîte (9), l'actionneur fluidique (3) étant fixé sur une paroi (12, 13) de la boîte (9) par rapport à l'orifice d'alimentation (11) de façon à envoyer un jet d'air frais sur la batterie (2) par l'orifice d'alimentation (11) et pour réaliser une évacuation, par l'ouverture supérieure (10a), de l'airchaud situé dans la boîte (9) autour de la batterie (2) afin de la refroidir.
  4. 4. Dispositif de refroidissement (1) selon la 5 revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'actionneur fluidique est à jet synthétique (3') et présente un corps creux (5) formant une cavité (6) dans laquelle se déplace une paroi oscillante (7), cette cavité (6) débouchant vers l'extérieur à partir d'un canal (8) orienté de façon 10 à communiquer avec l'orifice (11) d'alimentation en air frais de l'enceinte, le déplacement de la paroi oscillante (7) permettant une aspiration et un soufflage, par le canal (8), d'un jet d'air frais envoyé dans l'enceinte par l'orifice d'alimentation (11). 15
  5. 5. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que l'enceinte est le coffre du véhicule. 20
  6. 6. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'actionneur fluidique (3, 3') est fixé sur une paroi inférieure (12) de l'enceinte. 25
  7. 7. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'actionneur fluidique (3, 3') est fixé sur une paroi latérale (13) de l'enceinte. 30
  8. 8. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que plusieurs actionneurs fluidiques (3, 3') sont fixés sur la paroiinférieure (12) et sur la paroi latérale (13) de l'enceinte.
  9. 9. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des 5 revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation (3a) du ou des actionneurs fluidiques (3, 3') est une batterie de démarrage du véhicule.
  10. 10. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une 10 des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la batterie (2) est une batterie lithium-ion.
  11. 11. Véhicule électrique ou hybride comportant un dispositif de refroidissement (1) de la température d'une 15 batterie (2) d'un véhicule électrique, et défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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