FR3098290A1 - Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz. - Google Patents

Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz. Download PDF

Info

Publication number
FR3098290A1
FR3098290A1 FR1907244A FR1907244A FR3098290A1 FR 3098290 A1 FR3098290 A1 FR 3098290A1 FR 1907244 A FR1907244 A FR 1907244A FR 1907244 A FR1907244 A FR 1907244A FR 3098290 A1 FR3098290 A1 FR 3098290A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
configuration
gas
battery
vehicle
closed circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR1907244A
Other languages
English (en)
Inventor
Marco SIMONETTI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PSA Automobiles SA filed Critical PSA Automobiles SA
Priority to FR1907244A priority Critical patent/FR3098290A1/fr
Publication of FR3098290A1 publication Critical patent/FR3098290A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/06—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction by using means for draining heat exchange media from heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/18—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for removing contaminants, e.g. for degassing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

[Système comprenant un circuit fermé (1), ce circuit (1) comprenant un liquide caloporteur et une plaque d’échange thermique (2) comprenant un évidement (3) traversé par ce liquide caloporteur, le système comprenant un dispositif de substitution réversible (6, 7, 8, 9, 10) du liquide caloporteur contenu dans la plaque d’échange thermique (2) par un gaz Figure 1

Description

SYSTEME COMPRENANT UN CIRCUIT FERME DE LIQUIDE ET UN DISPOSITIF DE SUBSTITUTION DU LIQUIDE PAR UN GAZ.
L’invention porte sur un système comprenant un circuit caloporteur d’une batterie d’un véhicule et sur un procédé de contrôle du véhicule.
L’invention vise notamment mais pas limitativement, des applications dans le domaine des batteries des véhicules automobiles, et en particulier les batteries de puissance motrice des véhicules à propulsion électrique ou hybride.
Les véhicules automobiles à propulsion électrique ou hybride, comportent une ou des batteries de traction (ou propulsion) reliées à un réseau de puissance pour alimenter les moteurs électriques de traction (ou de propulsion).
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement. On désigne donc dans tout le texte de ce document par batterie, aussi bien les batteries que les blocs batteries.
Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.
La capacité et la puissance de ces batteries sont en constante augmentation, notamment grâce à la technologie lithium-ion « Li-ion ». Cependant, ce type de batteries pose des problèmes liés à la température de fonctionnement.
En effet, les batteries au lithium-ion ont des performances limitées avec des températures négatives, et les températures élevées les dégradent rapidement.
En outre, la tendance du marché et la règlementation automobile pussent les constructeurs à concevoir des véhicules électriques de large capacité, jusqu’à 120 kWh, et donc de large autonomie jusqu’à 500 km. Afin de réduire les temps de charge / recharge de telles batteries, la recharge à très haute puissance, dite « HPC » pour l’acronyme en anglais « High Power Charging » est donc nécessaire. Dans ce cas une puissance jusqu’à 350 kW sera disponible à une borne de recharge, le temps de recharge étant alors de l’ordre de 20 à 30 minutes.
Afin que la charge dite « HPC » soit possible, certaines conditions thermiques doivent être respectées, notamment les cellules de la batterie doivent avoir une température cible au début de la charge qui soit supérieure à un seuil de température fonctionnel admissible, car à basse température le courant de charge maximal admissible est très bas, voire nul, rendant la recharge impossible.
Pour améliorer leur fonctionnement à froid, on peut modifier les matériaux des électrodes, ou l'électrolyte, mais ces solutions peuvent dégrader certaines performances des batteries, notamment à chaud, ce qui réduit leur durée de vie. On peut aussi prévoir un nombre plus important de cellules en parallèle. Ces différentes solutions augmentent notablement les coûts des batteries.
Une autre solution consiste à réguler la température de ces batteries par un dispositif de refroidissement et/ou réchauffement parcouru par un fluide caloporteur, par exemple de l’air, mais plus généralement de l’eau glycolée car la capacité calorifique de l’eau et bien plus élevée que celle de l’air, ce système comprenant des refroidisseurs. Ces refroidisseurs, généralement en forme de plaque en contact directement ou indirectement avec les cellules, sont reliés hydrauliquement entre eux en série et/ou en parallèle, ou encore indépendants les uns des autres.
On connait le document de brevet FR-2975230-A1 divulguant pack batterie pour véhicule automobile électrique ou hybride, comportant un boîtier délimitant au moins un premier compartiment recevant au moins une batterie et au moins un échangeur thermique entre la batterie et un liquide caloporteur, le pack batterie comportant un second compartiment recevant au moins une pompe de mise mouvement du liquide caloporteur dans un dispositif de régulation thermique, et au moins un circuit de transport calorifique.
Malheureusement cette configuration ne peut résoudre le cas de vie du véhicule lorsqu’il est en stationnement prolongé, sans recharge, le dispositif de régulation thermique n’étant alors plus fonctionnel. En particulier, un stationnement dans des conditions de température ambiante froide, par exemple une température ambiante inférieure à 0°C, refroidira par conduction thermique la batterie, la chaleur se propageant par conduction à travers le liquide caloporteur, même si la batterie est thermiquement isolée par ailleurs. Il subsiste alors un risque de ne plus pouvoir démarrer une recharge de la batterie, ou de solliciter la batterie au démarrage du véhicule alors qu’elle est trop froide.
Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient, notamment en optimisant le circuit caloporteur de la batterie.
A cet effet, l’invention a pour objet un système comprenant un circuit fermé, ce circuit comprenant un liquide caloporteur et une plaque d’échange thermique comprenant un évidement traversé par ce liquide caloporteur, ce système étant tel que qu’il comprend un dispositif de substitution réversible du liquide caloporteur contenu dans la plaque d’échange thermique par un gaz.
On comprendra par circuit fermé, dans tout le texte de ce document, un circuit (ici hydraulique) formant une boucle de circulation du liquide fermée sur elle-même.
La plaque d’échange thermique, une fois remplie de gaz (par exemple de l’air), devient alors une plaque d’isolation thermique. Lorsque cette plaque est située par exemple contre une batterie, cette batterie est alors thermiquement isolée d’une température ambiante froide, et donc peut garder une température interne supérieure à un seuil de température fonctionnel admissible pour une sollicitation en charge ou décharge. Lorsque la plaque d’échange thermique est remplie d’air, cette invention permet alors une désactivation du système sur une longue période, la désactivation du système étant par exemple une mise hors tension de pompes avec arrêt de circulation du liquide et de l’air.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé comprend, en série avec la plaque d’échange thermique, un échangeur de chaleur et une pompe à liquide caloporteur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de substitution comprend une branche de dérivation du liquide caloporteur, cette branche comprenant :
- un premier système de vanne formant une première extrémité de cette branche, et fluidiquement raccordée à un premier endroit du circuit fermé,
- un second système de vanne formant une seconde extrémité de cette branche, et fluidiquement raccordée à un deuxième endroit du circuit fermé,
- un réservoir de gaz et une pompe à gaz réversible, et fluidiquement connectés en série entre la première et la deuxième extrémité,
le premier endroit étant distinct du deuxième endroit, l’un étant en amont et l’autre en aval de la plaque d’échange thermique selon un sens de circulation du liquide dans la plaque.
Ainsi, le premier et deuxième endroits du circuit fermé sont en dehors de la plaque d’échange thermique. Cette disposition permet de remplir entièrement la plaque d’échange thermique par le gaz.
Selon un mode particulier de réalisation selon l’invention, le premier système de vanne est une vanne trois voies.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier système de vanne est agencé de sorte à comprendre une première et une deuxième configuration, le second système de vanne est agencé de sorte à comprendre une troisième et une quatrième configuration, de sorte que :
- lorsque le premier système de vanne est dans la première configuration, et que le second système de vanne est dans la troisième configuration, la branche de dérivation est fluidiquement isolée du circuit fermé,
- lorsque le premier système de vanne est dans la deuxième configuration, et que le second système de vanne est dans la quatrième configuration, la branche de dérivation est fluidiquement en série avec la plaque d’échange thermique.
L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant un système tel que précédemment décrit, ce véhicule comprenant une batterie, cette batterie comprenant un module de batterie, ce véhicule étant tel que la plaque d’échange thermique est en conduction thermique avec le module de batterie.
Avantageusement, le premier endroit est une bouche d’entrée du liquide de la plaque d’échange thermique.
Cette disposition permet de limiter la taille du réservoir de gaz au minimum nécessaire.
Selon un mode de réalisation, le réservoir de gaz est à l’extérieur de la batterie.
En effet, l’espace disponible dans la batterie, par exemple à l’intérieur d’un carter d’un bloc batteries, et généralement très réduit et ne permet pas de loger un tel réservoir. Cependant, lorsque cela est techniquement possible, il est avantageux que ce réservoir soit à l’intérieur de la batterie car une fois rempli de liquide, la batterie bénéficie de l’inertie thermique de ce réservoir, ralentissant la progression d’une chute de température de la batterie.
L’invention porte également sur un procédé de contrôle d’un véhicule tel que précédemment décrit, de sorte que l’on synchronise la première configuration avec la troisième configuration, ou on synchronise la deuxième configuration avec la quatrième configuration.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce procédé comprend une étape initiale de surveillance comprenant au moins la mesure d’une température ambiante extérieure au véhicule, et si cette température est en dessous d’un seuil de température prédéterminé le procédé comprend successivement :
- une première étape de mise en configuration des systèmes de vanne dans la deuxième et quatrième configuration,
- une deuxième étape de commande de la pompe à gaz dans un premier sens poussant le gaz du réservoir à gaz dans le circuit fermé,
- une troisième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz conditionnée par une première temporisation ou une détection d’un niveau du liquide caloporteur atteint dans le réservoir à gaz,
- une quatrième étape de détection d’un démarrage du véhicule ou d’une recharge de la batterie, et si cette détection est vraie :
- une cinquième étape de commande de la pompe à gaz dans un deuxième sens inverse au premier,
- une sixième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz conditionnée par une deuxième temporisation ou une détection d’absence de liquide caloporteur dans le réservoir à gaz,
- une septième étape de mise en configuration des systèmes de vanne dans la première et troisième configuration.
Ce procédé permet ainsi que la pompe à gaz soit toujours traversée par du gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape initiale de surveillance comprend en outre une détermination d’une prédiction d’un temps d’immobilisation du véhicule, la première étape étant alors exécutée si ce temps est supérieur à une limite maximale, et si la température est en dessous du seuil de température prédéterminé.
En effet, même si la température ambiante est très froide, l’inertie thermique de la batterie fait que lorsque le temps d’immobilisation est très court la température de batterie reste au-dessus du seuil de température fonctionnel admissible jusqu’à un prochain démarrage du véhicule, il n’est donc pas nécessaire de vidanger la plaque d’échange thermique de son liquide. A l’inverse, pour cette même température, au-delà d’un temps d’immobilisation limite et malgré l’effet d’inertie thermique de la batterie, la température de la batterie est susceptible de descendre sous le seuil de température fonctionnel admissible. Il est alors avantageux, dès l’établissement de cette prédiction d’immobilisation prolongée du véhicule au-delà de cette limite, de procéder à la première étape.
On comprendra par démarrage du véhicule, dans tout le texte de ce document, toute situation significative d’une sollicitation probable de la batterie, comme par exemple la détection de l’ouverture et/ou déverrouillage d’une porte conducteur, l’actionnement d’une commande de démarrage par le conducteur, l’actionnement d’une commande d’accélération, d’un embrayage, déverrouillage d’un frein de parking.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre, faite en référence à la figure 1 annexée, qui représente :
représente une schématisation d’un système selon l’invention.
Il est à garder à l’esprit que la figure est donnée à titre d'exemple et n’est pas limitatives de l’invention. Elle constitue une représentation schématique de principe destinée à faciliter la compréhension de l’invention et n’est pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.
La figure 1, figure unique, divulgue un système selon l’invention. Ce système comprend un circuit fermé 1. Ce circuit 1 comprend un liquide caloporteur et une plaque d’échange thermique 2 comprenant un évidement 3 traversé par ce liquide caloporteur. Le système comprend un dispositif de substitution réversible 6, 7, 8, 9, 10 du liquide caloporteur contenu dans la plaque d’échange thermique 2 par un gaz.
Le circuit fermé 1 comprend, en série avec la plaque d’échange thermique 2, un échangeur de chaleur 4 et une pompe à liquide caloporteur 5. Cet échangeur de chaleur 4 peut refroidir ou réchauffer le liquide caloporteur du circuit fermé 1, par échange de chaleur avec un fluide d’un second circuit fermé 15, symbolisé par une flèche curviligne sur la figure 1. Cet échangeur de chaleur 4 est en variante un réchauffeur.
Le circuit fermé 1 comprend également un purgeur de gaz automatique 14 ou séparateur de gaz, de type à flotteur ou à membrane, permettant d’éliminer de l’air résiduel dans le circuit fermé 1.
Le dispositif de substitution 6, 7, 8, 9, 10 comprend une branche de dérivation 6 du liquide caloporteur, cette branche 6 comprenant :
- un premier système de vanne 7 formant une première extrémité de cette branche 6, et fluidiquement raccordée à un premier endroit du circuit fermé 1,
- un second système de vanne 8 formant une seconde extrémité de cette branche 6, et fluidiquement raccordée à un deuxième endroit du circuit fermé 1,
- un réservoir de gaz 9 et une pompe à gaz réversible 10, et fluidiquement connectés en série entre la première et la deuxième extrémité,
le premier endroit étant distinct du deuxième endroit, l’un étant en amont et l’autre en aval de la plaque d’échange thermique 2 selon un sens de circulation du liquide dans la plaque.
Le premier système de vanne 7 est une vanne trois voies, rotative ou à tiroirs. En variante non représentée, ce premier système de vanne 7 est un ensemble de deux vannes à deux voies, l’une ouvrant ou fermant la branche de dérivation 6, l’autre ouvrant ou fermant le circuit fermé 1.
Le premier système de vanne 7 est agencé de sorte à comprendre une première et une deuxième configuration, le second système de vanne 8 est agencé de sorte à comprendre une troisième et une quatrième configuration, de sorte que :
- premier cas, lorsque le premier système de vanne 7 est dans la première configuration, et que le second système de vanne 8 est dans la troisième configuration, la branche de dérivation 6 est fluidiquement isolée du circuit fermé 1,
- deuxième cas, lorsque le premier système de vanne 7 est dans la deuxième configuration, et que le second système de vanne 8 est dans la quatrième configuration, la branche de dérivation 6 est fluidiquement en série avec la plaque d’échange thermique 2.
Dans le premier cas, le gaz est prisonnier entre les deux systèmes de vanne 7,8 dans le réservoir de gaz 9. Le circuit fermé 1 peut alors fonctionner normalement et le liquide, via la pompe 5, circule en boucle en traversant la plaque d’échange thermique 9, et l’échangeur 4. Le purgeur de gaz 14 retire alors les éventuelles bulles de gaz subsistantes dans le circuit fermé 1.
Dans le deuxième cas, l’introduction ou le retrait du gaz dans / de la plaque d’échange thermique 2 est contrôlé par l’actionnement de la pompe à gaz 10. Cette pompe 10 est une pompe réversible, ayant un premier sens de fonctionnement poussant le gaz du réservoir à gaz 9 dans le circuit fermé 1 jusqu’à atteindre et remplir la plaque d’échange thermique 2, et un deuxième sens, inverse au premier, permettant d’aspirer le gaz contenu dans la plaque d’échange thermique 9 jusqu’à ce que la plaque d’échange thermique 9 et tout le circuit fermé 1 soient à nouveau remplis de liquide caloporteur.
Cette pompe à gaz 10 est de préférence une pompe volumétrique, de sorte que lorsqu’elle est à l’arrêt, le gaz est immobilisé.
La figure 1 divulgue en outre un véhicule automobile partiellement représenté. Ce véhicule comprend un système tel que précédemment décrit. Ce véhicule comprend en outre une batterie 11, cette batterie 11 comprenant un module 12 de batterie 11, la plaque d’échange thermique 2 étant en conduction thermique avec le module de batterie 12. Bien entendu, il peut y avoir plusieurs modules.
Cette batterie 11 est ici représentée avec quatre modules 12 de batteries contenus dans un carter 13 formant un bloc batterie selon la définition précédemment donnée. La plaque d’échange thermique 2 est à l’intérieur du carter 13 et en contact thermique avec les modules 12. Mais d’autres configurations sont techniquement envisagées. Par exemple, la plaque d’échange thermique 2 peut-être en contact thermique avec le carter 13 mais être à l’extérieur du carter 13, ce carter 13 étant en conduction thermique avec au moins un module 12. De même en combinaison avec ces exemples, le circuit fermé 1 comprend plusieurs plaque d’échange thermique 2, fluidiquement connectées en série, en parallèle, ou une combinaison de plaques en série et parallèle.
Le réservoir de gaz 9 est à l’extérieur de la batterie 11, et donc du carter 13. Mais en variante, lorsque cela est techniquement possible, le réservoir de gaz 9 est à l’intérieur du carter 13 de sorte à bénéficier de l’inertie thermique du liquide contenu dans ce réservoir à gaz 9 lorsque le liquide de la plaque d’échange thermique 2 est substitué par le gaz du réservoir à gaz 9.
En prenant un exemple d’une plaque d’échange 2 de 4 mm d’épaisseur, ayant une paroi en aluminium de 0,5 mm et le liquide étant de l’eau glycolée à 50%, on obtient une épaisseur d’eau glycolée de 3mm et une première résistance thermique selon l’épaisseur de la plaque de 7,32 Km2W-1.
En substituant cette eau glycolée par un gaz comme de l’air, on aura une deuxième résistance thermique de 114 Km2W-1. Soit une deuxième résistance presque 16 supérieure à la première résistance thermique, et qui permet de transformer la plaque d’échange 2 en une plaque d’isolation pour la batterie.
L’invention porte également sur un procédé de contrôle de ce véhicule. Ce procédé n’est pas illustré. Le véhicule comprend un dispositif de contrôle, ce dispositif de contrôle comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à une mise en œuvre du procédé, les systèmes de vanne 7, 8 étant des vannes pilotées par le dispositif de contrôle. On synchronise la première configuration avec la troisième configuration, ou l’on synchronise la deuxième configuration avec la quatrième configuration, ces deux synchronisations étant effectuées alternativement.
Ce procédé comprend une étape initiale de surveillance comprenant au moins la mesure d’une température ambiante extérieure au véhicule, et si cette température est en dessous d’un seuil de température prédéterminé le procédé comprend successivement :
- une première étape de mise en configuration des systèmes de vanne 7, 8 dans la deuxième et quatrième configuration, et autorisant ainsi le gaz à sortir du réservoir à gaz 9 pour être introduit dans le circuit 1 et en particulier dans la plaque d’échange thermique 2,
- une deuxième étape de commande de la pompe à gaz 10 dans le premier sens poussant le gaz du réservoir à gaz 9 dans le circuit fermé 1, réalisant ainsi la substitution du liquide de la plaque d’échange 2 par le gaz,
- une troisième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz 10 conditionnée par une première temporisation ou une détection d’un niveau du liquide caloporteur atteint dans le réservoir à gaz 9, et permettant l’immobilisation du gaz et du liquide dans le circuit 1 et la branche de dérivation 6,
- une quatrième étape de détection d’un démarrage du véhicule ou d’une recharge de la batterie, et si cette détection est vraie :
- une cinquième étape de commande de la pompe à gaz 10 dans un deuxième sens inverse au premier, réalisant alors la réversibilité de la substitution en remettant le gaz dans le réservoir à gaz 9,
- une sixième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz 10 conditionnée par une deuxième temporisation ou une détection d’absence de liquide caloporteur dans le réservoir à gaz 9,
- une septième étape de mise en configuration des systèmes de vanne 7, 8 dans la première et troisième configuration, emprisonnant ainsi le gaz dans la branche de dérivation 6.
Ce seuil de température prédéterminé est par exemple entre -5 et +5 degrés Celsius, préférentiellement 0 degrés Celsius.
Le dispositif de contrôle comprend par exemple, en combinaison ou non, et de façon non limitative :
- un calculateur embarqué par le véhicule,
- un ensemble de capteurs dont un capteur de température ambiante pour la température ambiante extérieure au véhicule,
- un système de navigation par satellites pouvant éventuellement transmettre des prévisions météorologiques,
- un moyen de communication avec des bornes de recharge,
- un récepteur d’ondes radio notamment téléphonique ou réseau sans fil,
- un interface homme machine avec le conducteur.
La première temporisation ou la détection d’un niveau du liquide caloporteur atteint dans le réservoir à gaz 9, permet d’éviter d’introduire du gaz plus que nécessaire pour remplir la plaque d’échange thermique 2. En effet, du gaz dans la pompe à liquide caloporteur 5 ou l’échangeur 4 pourrait créer des poches de gaz difficiles à éliminer, et nuisibles pour le fonctionnement du circuit 1 en créant par exemple une cavitation dans la pompe à liquide caloporteur 5. Cela permet aussi d’éviter d’avoir le liquide entrant dans la pompe à gaz 10 qui pourrait alors se bloquer.
La quatrième étape de détection d’un démarrage du véhicule ou d’une recharge de la batterie, est par exemple vraie si l’une de ces informations ou une combinaison de ces informations est détectée :
- ouverture et/ou déverrouillage d’une porte conducteur,
- actionnement d’une commande de démarrage par le conducteur,
- actionnement d’une commande d’accélération,
- actionnement d’une commande d’un embrayage,
- déverrouillage d’un frein de parking,
- détection d’un courant de charge ou de décharge de la batterie supérieur à un seuil de courant prédéterminé,
- détection de la présence d’une prise électrique d’une borne de recharge,
- horaire habituel et/ou programmé de recharge et/ou de démarrage du véhicule.
La deuxième temporisation ou la détection d’absence de liquide caloporteur dans le réservoir à gaz 9 permet d’éviter de laisser du gaz dans le circuit fermé 1 avant d’isoler fluidiquement la branche de dérivation 6.
La première et la deuxième temporisation ne sont pas nécessairement égales :
- d’une part la pompe à gaz 10 peut avoir une dissymétrie selon le sens de circulation du gaz,
- d’autre part, la température du gaz à l’étape initiale est plus élevée que la température du gaz à la quatrième étape, modifiant ainsi les caractéristique de l’écoulement du gaz et donc le débit de la pompe à gaz 10.
L’étape initiale de surveillance comprend en outre une détermination d’une prédiction d’un temps d’immobilisation du véhicule, la première étape étant alors exécutée si ce temps est supérieur à une limite maximale, et si la température est en dessous du seuil de température prédéterminé.
Cette étape initiale prend en compte avantageusement une combinaison d’une évolution probable de la température en fonction de l’heure et du cycle jour / nuit, avec la prédiction du temps d’immobilisation du véhicule. Le procédé détermine alors, en fonction des données précédentes et :
- d’une température initiale de la batterie mesurée ou calculée (à l’instant de l’étape initiale) et
- de l’inertie thermique de la batterie,
si la température de la batterie descendra sous la température fonctionnel admissible pour une sollicitation en charge ou décharge de la batterie avant la fin de l’immobilisation du véhicule, auquel cas les première, deuxième, et troisième étapes seront exécutées sans attendre.
Le seuil de température prédéterminé est par exemple le seuil de température fonctionnel admissible pour une sollicitation en charge ou décharge de la batterie.
Le procédé détermine le temps d’immobilisation du véhicule, par exemple, à partir d’informations géographiques fournies par un système de navigation par satellites du véhicule et des informations préenregistrées comme la présence ou non d’une borne de recharge sur le lieu d’immobilisation, la disponibilité de cette borne, un temps moyen d’immobilisation du véhicule si le lieu d’immobilisation est habituel, une heure programmée pour la recharge. La température ambiante et son évolution probable peut être déterminée à partir de prévisions météorologiques fournie par le système de navigation par satellites, ou par un réseau d’ondes radio.

Claims (10)

  1. Système comprenant un circuit fermé (1), ce circuit (1) comprenant un liquide caloporteur et une plaque d’échange thermique (2) comprenant un évidement (3) traversé par ce liquide caloporteur, caractérisé en ce que le système comprend un dispositif de substitution réversible (6, 7, 8, 9, 10) du liquide caloporteur contenu dans la plaque d’échange thermique (2) par un gaz.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit fermé (1) comprend, en série avec la plaque d’échange thermique (2), un échangeur de chaleur (4) et une pompe à liquide caloporteur (5).
  3. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de substitution (6, 7, 8, 9, 10) comprend une branche de dérivation (6) du liquide caloporteur, cette branche (6) comprenant :
    - un premier système de vanne (7) formant une première extrémité de cette branche (6), et fluidiquement raccordée à un premier endroit du circuit fermé (1),
    - un second système de vanne (8) formant une seconde extrémité de cette branche (6), et fluidiquement raccordée à un deuxième endroit du circuit fermé (1),
    - un réservoir de gaz (9) et une pompe à gaz réversible (10), et fluidiquement connectés en série entre la première et la deuxième extrémité,
    le premier endroit étant distinct du deuxième endroit, l’un étant en amont et l’autre en aval de la plaque d’échange thermique (2) selon un sens de circulation du liquide dans la plaque.
  4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier système de vanne (7) est une vanne trois voies.
  5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier système de vanne (7) est agencé de sorte à comprendre une première et une deuxième configuration, le second système de vanne (8) est agencé de sorte à comprendre une troisième et une quatrième configuration, de sorte que :
    - lorsque le premier système de vanne (7) est dans la première configuration, et que le second système de vanne (8) est dans la troisième configuration, la branche de dérivation (6) est fluidiquement isolée du circuit fermé (1),
    - lorsque le premier système de vanne (7) est dans la deuxième configuration, et que le second système de vanne (8) est dans la quatrième configuration, la branche de dérivation (6) est fluidiquement en série avec la plaque d’échange thermique (2).
  6. Véhicule automobile comprenant un système selon la revendication 5, ce véhicule comprenant une batterie (11), cette batterie (11) comprenant un module (12) de batterie (11), caractérisé en ce que la plaque d’échange thermique (2) est en conduction thermique avec le module de batterie (12).
  7. Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir de gaz (9) est à l’extérieur de la batterie (11).
  8. Procédé de contrôle d’un véhicule selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu’on synchronise la première configuration avec la troisième configuration, ou on synchronise la deuxième configuration avec la quatrième configuration.
  9. Procédé de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend une étape initiale de surveillance comprenant au moins la mesure d’une température ambiante extérieure au véhicule, et si cette température est en dessous d’un seuil de température prédéterminé le procédé comprend successivement :
    - une première étape de mise en configuration des systèmes de vanne (7, 8) dans la deuxième et quatrième configuration,
    - une deuxième étape de commande de la pompe à gaz (10) dans un premier sens poussant le gaz du réservoir à gaz (9) dans le circuit fermé (1),
    - une troisième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz (10) conditionnée par une première temporisation ou une détection d’un niveau du liquide caloporteur atteint dans le réservoir à gaz (9),
    - une quatrième étape de détection d’un démarrage du véhicule ou d’une recharge de la batterie, et si cette détection est vraie :
    - une cinquième étape de commande de la pompe à gaz (10) dans un deuxième sens inverse au premier,
    - une sixième étape d’arrêt de commande de la pompe à gaz (10) conditionnée par une deuxième temporisation ou une détection d’absence de liquide caloporteur dans le réservoir à gaz (9),
    - une septième étape de mise en configuration des systèmes de vanne (7, 8) dans la première et troisième configuration.
  10. Procédé de contrôle selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’étape initiale de surveillance comprend en outre une détermination d’une prédiction d’un temps d’immobilisation du véhicule, la première étape étant alors exécutée si ce temps est supérieur à une limite maximale, et si la température est en dessous du seuil de température prédéterminé.
FR1907244A 2019-07-01 2019-07-01 Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz. Pending FR3098290A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1907244A FR3098290A1 (fr) 2019-07-01 2019-07-01 Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1907244 2019-07-01
FR1907244A FR3098290A1 (fr) 2019-07-01 2019-07-01 Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3098290A1 true FR3098290A1 (fr) 2021-01-08

Family

ID=67875734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1907244A Pending FR3098290A1 (fr) 2019-07-01 2019-07-01 Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3098290A1 (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012206495A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-08 Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og Anordnung und Verfahren zur Temperierung eines Akkumulators
FR2975230A1 (fr) 2011-05-10 2012-11-16 Valeo Systemes Thermiques Pack batterie avec dispositif de regulation thermique associe
US20150090436A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Hamilton Sundstrand Corporation Fluid based thermal conductivity control
CN106532178A (zh) * 2016-11-04 2017-03-22 北京汽车股份有限公司 电池包温度控制装置和温度控制方法以及车辆
DE102016119122A1 (de) * 2015-10-14 2017-04-20 Ford Global Technologies, Llc Systeme und Verfahren für das Wärmemanagement einer Traktionsbatterie
CN108963113A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 北京中友锂泰能源科技有限公司 一种具有环境温度自适应性的电池箱系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012206495A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-08 Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og Anordnung und Verfahren zur Temperierung eines Akkumulators
FR2975230A1 (fr) 2011-05-10 2012-11-16 Valeo Systemes Thermiques Pack batterie avec dispositif de regulation thermique associe
US20150090436A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Hamilton Sundstrand Corporation Fluid based thermal conductivity control
DE102016119122A1 (de) * 2015-10-14 2017-04-20 Ford Global Technologies, Llc Systeme und Verfahren für das Wärmemanagement einer Traktionsbatterie
CN106532178A (zh) * 2016-11-04 2017-03-22 北京汽车股份有限公司 电池包温度控制装置和温度控制方法以及车辆
CN108963113A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 北京中友锂泰能源科技有限公司 一种具有环境温度自适应性的电池箱系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3017498B1 (fr) Dispositif de gestion thermique de la batterie d'un vehicule electrique
EP2321869B1 (fr) Procède et dispositif de régulation thermique d'une batterie rechargeable de stockage d'énergie électrique
EP2258571B1 (fr) Dispositif d'échange thermique et système de gestion thermique
EP2655120B1 (fr) Procede et systeme de regulation de la temperature d'une batterie d'alimentation d'un vehicule a traction electrique et vehicule equipe d'un tel systeme
FR3015780A3 (fr) Systeme de maintien en temperature d'une batterie.
EP3337963B1 (fr) Circuit et procede de refroidissement sur un vehicule
WO2020126619A1 (fr) Dispositif de gestion thermique d'un circuit de fluide caloporteur d'un véhicule hybride
WO2018121985A1 (fr) Procédé de pilotage d'un système de refroidissement pour un véhicule hybride comportant un circuit de transfert de liquide de refroidissement
FR2999812A3 (fr) Batterie, dispositif de charge rapide et station de charge rapide pour vehicules electriques ou hybrides a refroidissement optimise
EP2795714B1 (fr) Dispositif de stockage de chaleur pour rechauffer une batterie de vehicule
FR3098290A1 (fr) Systeme comprenant un circuit ferme de liquide et un dispositif de substitution du liquide par un gaz.
EP3532336A1 (fr) Dispositif et procédé de contrôle de la température d'une batterie en fonction du gradient de la puissance électrique délivrée
FR2970820A1 (fr) Procede de gestion de la charge d'une batterie rechargeable d'un vehicule automobile
WO2021204684A1 (fr) Agencement pour refroidir une pile à combustible et un moteur électrique de traction et/ou de propulsion de véhicule
WO2021156034A1 (fr) Dispositif de recuperation et de regulation d'energie thermique d'un vehicule electrique a generateur electrochimique avec un systeme hvac
EP3262362B1 (fr) Dispositif de gestion thermique d'une unité de réserve d'énergie
FR2997448A1 (fr) Gestion du refroidissement d'un systeme de moteur equipe d'un dispositif de recirculation partielle des gaz d'echappement
EP2952706A1 (fr) Dispositif d'échange de chaleur, ligne d'échappement d'un moteur thermique et module thermoélectrique comprenant un tel dispositif
FR3140996A1 (fr) Dispositif de régulation de température d’une pluralité d’éléments électriques et/ou électroniques
FR3082159A1 (fr) Vehicule comportant un ensemble de stockage d’energie electrique et procede de gestion de la charge de cet ensemble
FR2813994A1 (fr) Pile a combustible et procede de protection d'une telle pile contre le gel
FR2997447A1 (fr) Module de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile, et procede de pilotage correspondant
FR3116157A1 (fr) Dispositif de stockage electrochimique a gestion thermique amelioree
FR3123255A1 (fr) Vehicule comprenant un dispositif de chauffage de l’habitacle
FR3130040A1 (fr) Procede d’estimation du temps de charge d’une batterie electrique d’un vehicule

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210108

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

RX Complete rejection

Effective date: 20211104