FR3080579A1 - MOTOR VEHICLE BATTERY RECHARGING STATION WITH COOLING FRESH AIRFLOW - Google Patents
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Abstract
Station de recharge d'une batterie de traction (24) d'un véhicule hybride ou électrique, comportant des câbles d'alimentation électrique (8) équipés de connexions électriques (10) de branchement sur le véhicule, cette station (6) comportant un dispositif de soufflage d'un flux d'air frais (14) projeté en direction du véhicule.Charging station for a traction battery (24) of a hybrid or electric vehicle, comprising power supply cables (8) equipped with electrical connections (10) for connection to the vehicle, this station (6) comprising a device for blowing a fresh air flow (14) projected towards the vehicle.
Description
La présente invention concerne une station de recharge d’une batterie de traction d’un véhicule hybride ou électrique, ainsi qu’un procédé de recharge de la batterie de ce type de véhicule à partir de cette station.The present invention relates to a charging station for a traction battery of a hybrid or electric vehicle, as well as to a method for recharging the battery of this type of vehicle from this station.
Les véhicules automobiles hybrides utilisant un moteur thermique et une motorisation électrique, ou les véhicules électriques, comportent pour la traction du véhicule un système de stockage d’énergie électrique, appelé par la suite batterie, comprenant des modules électrochimiques de stockage d’énergie. La motorisation électrique délivre un couple moteur de traction du véhicule en prélevant l’énergie dans la batterie, et un couple de freinage du véhicule en récupérant une énergie cinétique, qui recharge la batterie.Hybrid motor vehicles using a heat engine and an electric motor, or electric vehicles, comprise for the traction of the vehicle an electrical energy storage system, hereinafter called battery, comprising electrochemical energy storage modules. The electric motor delivers a traction motor torque from the vehicle by taking energy from the battery, and a braking torque from the vehicle by recovering kinetic energy, which recharges the battery.
Certains types de batteries de traction, en particulier les batteries au lithium-ion, doivent travailler dans une plage de température réduite afin de conserver leur capacité de charge et d’éviter un endommagement. En particulier leur température maximum admissible est de l’ordre de 40°C. De plus un échauffement important de cellules entraîne des risques de dégagement de gaz inflammables, et d’incendie ou d’explosion.Certain types of traction batteries, particularly lithium-ion batteries, must work in a reduced temperature range in order to maintain their charge capacity and avoid damage. In particular, their maximum allowable temperature is around 40 ° C. In addition, significant heating of the cells involves the risk of the release of flammable gases, and of fire or explosion.
Ces véhicules comportent généralement un système de régulation thermique de la batterie de traction, pouvant comprendre un circuit de circulation d’un fluide caloporteur activé par une pompe, pour prélever des calories sur la batterie et les délivrer à un échangeur thermique disposant d’un ventilateur activant un flux d’air extérieur de refroidissement.These vehicles generally include a thermal regulation system of the traction battery, which may include a circulation circuit of a heat-transfer fluid activated by a pump, to take calories from the battery and deliver them to a heat exchanger having a fan. activating a flow of outside cooling air.
Dans le cas de batteries de traction rechargeables sur un réseau extérieur de distribution d’électricité, le véhicule est garé devant une station de recharge pour déployer un câble venant de cette station, et le brancher sur le véhicule afin de délivrer sur la batterie une énergie électrique.In the case of rechargeable traction batteries on an external electricity distribution network, the vehicle is parked in front of a charging station to deploy a cable coming from this station, and connect it to the vehicle in order to deliver energy to the battery. electric.
Toutefois lors d’une charge rapide de la batterie à partir d’une station délivrant une puissance électrique élevée, qui peut être de l’ordre d’une centaine de kW, la puissance calorifique dégagée par la batterie en charge dépendant de l’intensité du courant de charge, est importante. Il est nécessaire de disposer d’une capacité de refroidissement suffisante de la batterie pour accepter cette puissance électrique.However, during a rapid charge of the battery from a station delivering a high electrical power, which can be of the order of a hundred kW, the calorific power released by the battery in charge depending on the intensity load current is important. Sufficient battery cooling capacity is required to accept this electrical power.
Pour cela un type de station de recharge connu, présenté notamment par le document FR-A3-2934087, dispose d’un circuit de fluide de refroidissement équipé de connecteurs rapides de branchement sur le véhicule, afin de délivrer à la batterie de traction du véhicule un liquide réfrigérant pour évacuer ses calories dégagées pendant une charge rapide.For this, a known type of charging station, presented in particular by document FR-A3-2934087, has a cooling fluid circuit equipped with quick connectors for connection to the vehicle, in order to deliver to the traction battery of the vehicle. a coolant to evacuate the calories released during a rapid charge.
On peut obtenir suivant le débit et la température du fluide fourni par la station de recharge, une capacité de refroidissement importante de la batterie. Toutefois ce procédé nécessite l’installation d’un circuit sur le véhicule pouvant recevoir le liquide réfrigérant, comprenant des prises pour les connecteurs rapides, ce qui ajoute un encombrement dans le véhicule, augmente sa masse et ajoute des coûts sur tous les véhicules.Depending on the flow rate and the temperature of the fluid supplied by the charging station, a significant cooling capacity of the battery. However, this process requires the installation of a circuit on the vehicle capable of receiving the coolant, comprising sockets for quick connectors, which adds bulk to the vehicle, increases its mass and adds costs to all vehicles.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.The object of the present invention is in particular to avoid these problems of the prior art.
Elle propose à cet effet une station de recharge d’une batterie de traction d’un véhicule hybride ou électrique, comportant des câbles d’alimentation électrique équipés de connexions électriques de branchement sur le véhicule, remarquable en ce qu’elle comporte un dispositif de soufflage d’un flux d’air frais projeté en direction du véhicule.To this end, it offers a recharging station for a traction battery of a hybrid or electric vehicle, comprising electric power cables fitted with electrical connections for connection to the vehicle, remarkable in that it includes a device for blowing of a stream of fresh air projected towards the vehicle.
Un avantage de cette station de recharge est que de manière simple et efficace, le dispositif de soufflage d’air frais permet de projeter un débit important d’air sur la face avant du véhicule comportant un échangeur thermique de régulation de température de la batterie de traction, ce qui permet d’évacuer des calories générées par cette batterie lors de sa recharge rapide.An advantage of this charging station is that in a simple and effective manner, the fresh air blowing device makes it possible to project a large flow of air on the front face of the vehicle comprising a heat exchanger for regulating the temperature of the battery of traction, which allows the calories generated by this battery to be evacuated during rapid recharging.
On réalise de cette manière un investissement uniquement sur la station de recharge pour l’équiper du dispositif de soufflage d’air frais sans modifier les véhicules comportant déjà un échangeur thermique avec l’air extérieur, ce qui évite de multiplier les coûts sur chaque véhicule. L’investissement sur la station de recharge est amorti sur l’ensemble des véhicules qui viendront s’y recharger.In this way, an investment is made only in the charging station to equip it with the fresh air blowing device without modifying the vehicles already having a heat exchanger with the outside air, which avoids multiplying the costs on each vehicle. . The investment in the charging station is amortized over all of the vehicles that will be recharged there.
La station de recharge selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.The charging station according to the invention may further include one or more of the following characteristics, which can be combined with one another.
Avantageusement, la station de recharge comporte un pulseur d'air motorisé comprenant un ventilateur, assurant le soufflage du flux d’air frais.Advantageously, the charging station comprises a motorized air blower comprising a fan, ensuring the blowing of the flow of fresh air.
Avantageusement, la station de recharge comporte un système frigorifique thermodynamique comprenant un évaporateur assurant un refroidissement de l'air frais.Advantageously, the charging station includes a thermodynamic refrigeration system comprising an evaporator ensuring cooling of the fresh air.
Avantageusement, la station de recharge comporte une veine assurant le guidage du flux d’air frais projeté vers le véhicule.Advantageously, the charging station includes a vein ensuring the guidance of the flow of fresh air projected towards the vehicle.
Dans ce cas, la veine peut comporter des parties mobiles.In this case, the vein may include moving parts.
Selon un mode de réalisation, les parties mobiles de la veine comportent des volets latéraux pivotants ou coulissants.According to one embodiment, the movable parts of the vein comprise pivoting or sliding side flaps.
Selon un autre mode de réalisation, les parties mobiles de la veine comportent une gaine souple présentant un contour fermé.According to another embodiment, the movable parts of the vein comprise a flexible sheath having a closed contour.
Avantageusement, la station de recharge comporte une commande d’activation du flux d’air frais.Advantageously, the charging station includes an activation command for the fresh air flow.
Dans ce cas, la commande d’activation du flux d’air frais peut être liée à la température ambiante, ou à la température de la batterie du véhicule.In this case, the activation command for the fresh air flow can be linked to the ambient temperature, or to the temperature of the vehicle battery.
L’invention a aussi pour objet un procédé d’utilisation d’une station de recharge comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’il comporte le positionnement d’un véhicule face à une veine assurant le guidage du flux d’air frais de cette station de recharge, puis la charge de la batterie.The invention also relates to a method of using a charging station comprising any of the preceding characteristics, remarkable in that it comprises the positioning of a vehicle facing a vein ensuring the guidance of the flow of fresh air from this charging station, then charge the battery.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear more clearly on reading the description below given by way of example and without limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est un schéma en vue de dessus d’une station de recharge selon l’invention recevant un véhicule en cours de charge ; et- Figure 1 is a diagram from above of a charging station according to the invention receiving a vehicle being charged; and
- la figure 2 est un schéma présentant le fonctionnement du refroidissement de la batterie du véhicule sur cette station de recharge.- Figure 2 is a diagram showing the operation of the vehicle battery cooling on this charging station.
Les figures 1 et 2 présentent un véhicule 2 comportant son extrémité avant indiqué par la flèche AV, qui est tournée vers une station de recharge 6 afin d’effectuer une charge de sa batterie de traction 24 à partir d’un câble électrique 8 branché sur le véhicule à l’aide d’une prise électrique 10.Figures 1 and 2 show a vehicle 2 having its front end indicated by the arrow AV, which is turned towards a charging station 6 in order to charge its traction battery 24 from an electric cable 8 connected to the vehicle using an electrical outlet 10.
La batterie de traction 24 comporte un circuit de circulation de fluide caloporteur 26, comprenant une pompe 28 qui fait circuler ce fluide dans la batterie pour prélever des calories, puis dans un échangeur thermique 30 disposant d’un ventilateur 32 afin de dissiper ces calories dans le milieu ambiant.The traction battery 24 comprises a circuit for circulation of heat-transfer fluid 26, comprising a pump 28 which circulates this fluid in the battery to take calories, then in a heat exchanger 30 having a fan 32 in order to dissipate these calories in the environment.
Le circuit de fluide caloporteur 26 refroidit si nécessaire la batterie de traction 24 lors du roulage du véhicule, qui dégage une énergie calorifique dépendant globalement du carré de l’intensité du courant la traversant.The heat transfer fluid circuit 26 cools, if necessary, the traction battery 24 during the running of the vehicle, which releases a calorific energy generally dependent on the square of the intensity of the current passing through it.
Lors d’une charge lente de la batterie de traction 24, par exemple pendant une nuit complète, l’intensité du courant de charge est faible et la puissance calorifique dissipée est peu importante. La dissipation naturelle d’énergie calorifique dégagée par la batterie 24 peut être suffisante pour obtenir sa régulation de température.During a slow charge of the traction battery 24, for example overnight, the intensity of the charging current is low and the calorific power dissipated is insignificant. The natural dissipation of heat energy released by the battery 24 may be sufficient to obtain its temperature regulation.
Si nécessaire le circuit de fluide caloporteur 26 est activé pour améliorer ce refroidissement en utilisant l’échangeur thermique 30, et le ventilateur 32 pour un débit d’air plus important dans cet échangeur.If necessary, the heat transfer fluid circuit 26 is activated to improve this cooling by using the heat exchanger 30, and the fan 32 for a greater air flow in this exchanger.
Le circuit de circulation de fluide 26 peut comporter de plus des équipements comme un réchauffeur électrique, afin de conditionner la batterie 24 pour lui assurer une température minimum lui donnant des conditions de fonctionnement favorable.The fluid circulation circuit 26 may further include equipment such as an electric heater, in order to condition the battery 24 to provide it with a minimum temperature giving it favorable operating conditions.
Lors d’une charge rapide de la batterie de traction, par exemple pour lui apporter en dix ou vingt minutes une part de charge conséquente pendant la journée, la station de recharge 6 délivre une puissance électrique importante, qui peut atteindre ou dépasser 100kW.When charging the traction battery quickly, for example to give it a substantial share of charge in ten or twenty minutes during the day, the charging station 6 delivers significant electrical power, which can reach or exceed 100kW.
Dans ce cas l’intensité du courant traversant la batterie 24 est élevée, cette batterie dégage une puissance calorifique importante qu’il faut dissiper pour effectuer sa régulation de température.In this case, the intensity of the current passing through the battery 24 is high, this battery releases a significant calorific power which it is necessary to dissipate to effect its temperature regulation.
Par temps suffisamment froid l’air ambiant peut suffire avec l’échangeur thermique 30 et le ventilateur 32 pour refroidir la batterie 24, grâce à la différence de température entre l’air extérieur et la température de régulation de cette batterie.In sufficiently cold weather, the ambient air may be sufficient with the heat exchanger 30 and the fan 32 to cool the battery 24, thanks to the temperature difference between the outside air and the regulation temperature of this battery.
Par exemple pour une régulation de la température de la batterie 24 à 40°C et une température extérieure inférieure à 20°C, on obtient un écart de température supérieure à 20°C permettant d’évacuer une certaine puissance calorifique.For example, for regulating the temperature of the battery 24 to 40 ° C and an outside temperature below 20 ° C, a temperature difference greater than 20 ° C is obtained allowing a certain calorific power to be removed.
On notera que l’échange thermique dépend globalement du carré de l’écart de température entre la source froide et la source chaude. Pour une température de batterie 24 de 40°C, une température extérieure de 30°C donne un échange thermique quatre fois moindre comparé à une température extérieure de 20°C. L’air ambiant à une température élevée ne permet plus de dissiper la puissance calorifique générée par la batterie 24 pendant sa charge rapide.Note that the heat exchange generally depends on the square of the temperature difference between the cold source and the hot source. For a battery temperature 24 of 40 ° C, an outdoor temperature of 30 ° C gives a heat exchange four times less compared to an outdoor temperature of 20 ° C. The ambient air at a high temperature no longer allows the heat power generated by the battery 24 to be dissipated during its rapid charge.
Il faut alors limiter la puissance de charge rapide de la batterie 24 pour éviter son échauffement, ou arrêter cette charge rapide si ses capteurs de température indiquent une température trop élevée et un risque d’incident.It is then necessary to limit the rapid charge power of the battery 24 to prevent it from overheating, or stop this rapid charge if its temperature sensors indicate a too high temperature and a risk of incident.
La station de recharge 6 comporte un système frigorifique thermodynamique, comprenant un évaporateur 20 générant du froid, disposé devant un pulseur d’air motorisé 22 comprenant un ventilateur, qui projette un air froid dans une veine 12 tournée vers l’avant du véhicule 4.The charging station 6 comprises a thermodynamic refrigeration system, comprising an evaporator 20 generating cold, disposed in front of a motorized air blower 22 comprising a fan, which projects cold air into a vein 12 facing the front of the vehicle 4.
Avantageusement la veine 12 comporte des volets l’entourant partant de l’évaporateur 20, qui se rapprochent de l’avant du véhicule 4 afin de diriger au mieux le flux d’air frais 14 vers l’échangeur thermique 30 de ce véhicule, afin d’optimiser l’utilisation de ce flux d’air froid. En particulier les volets peuvent être mobiles, par exemple montés sur des pivots ou des coulisses, afin de permettre à un opérateur de les ajuster sur l’avant du véhicule 4.Advantageously, the vein 12 comprises flaps surrounding it starting from the evaporator 20, which approach the front of the vehicle 4 in order to best direct the flow of fresh air 14 towards the heat exchanger 30 of this vehicle, in order optimize the use of this cold air flow. In particular, the flaps can be mobile, for example mounted on pivots or slides, in order to allow an operator to adjust them on the front of the vehicle 4.
En variante la veine d’air froid 12 peut comporter une gaine souple présentant un contour fermé, qui est ajustée sur la face avant du véhicule 4, devant son échangeur thermique 30.As a variant, the cold air stream 12 may include a flexible sheath having a closed contour, which is adjusted on the front face of the vehicle 4, in front of its heat exchanger 30.
On obtient un refroidissement de l’échangeur thermique 30 par un air suffisamment froid, par exemple à une température inférieure à 10°C, donnant dans toutes les conditions extérieures un écart de température suffisant par rapport à la batterie 24 pour obtenir une puissance de refroidissement élevée permettant la charge rapide de cette batterie.Cooling of the heat exchanger 30 is obtained with sufficiently cold air, for example at a temperature below 10 ° C., giving in all external conditions a sufficient temperature difference with respect to the battery 24 to obtain cooling power. high allowing rapid charging of this battery.
Avantageusement la station de recharge comporte une commande d’activation du flux d’air frais 14 et du fonctionnement du système frigorifique, qui peut être manuelle ou automatique.Advantageously, the recharging station includes a command for activating the fresh air flow 14 and for operating the refrigeration system, which can be manual or automatic.
En particulier la commande d’activation du flux d’air frais 14 peut être liée à la température ambiante, ou à la température de la batterie du véhicule 24, de manière à ajuster le flux d’air frais suivant les besoins de refroidissement de cette batterie pour éviter une consommation d’énergie inutile.In particular, the command for activating the fresh air flow 14 can be linked to the ambient temperature, or to the temperature of the vehicle battery 24, so as to adjust the fresh air flow according to the cooling needs of this battery to avoid unnecessary energy consumption.
On notera qu’il suffit d’équiper les stations de recharge 6 d’un système frigorifique, sans modifier les véhicules, ce qui permet de limiter les investissements aux seules stations. Les véhicules restants inchangés, le coût de cette solution n’est pas multiplié par le nombre de véhicules. L’investissement sur les stations de recharge 6 est amorti sur le nombre de véhicules utilisant ces stations.Note that it suffices to equip the charging stations 6 with a refrigeration system, without modifying the vehicles, which allows investments to be limited to the stations only. Since the vehicles remain unchanged, the cost of this solution is not multiplied by the number of vehicles. The investment in charging stations 6 is amortized over the number of vehicles using these stations.
La masse des véhicules n’est pas modifiée ce qui permet de conserver toutes les performances de ces véhicules, en particulier leur autonomie.The mass of the vehicles is not modified, which makes it possible to maintain all the performance of these vehicles, in particular their range.
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| FR1853615A Withdrawn FR3080579A1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | MOTOR VEHICLE BATTERY RECHARGING STATION WITH COOLING FRESH AIRFLOW |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111137387A (en) * | 2020-02-11 | 2020-05-12 | 东阳坪洲电动车科技有限公司 | Emergency protection circuit device for charging of battery car |
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2018
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Legal Events
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Year of fee payment: 2 |
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