FR3111690A1 - Dispositif thermique à alimentation controlee en fluide fusible - Google Patents

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Abstract

Est concerné un véhicule comprenant, qui s’étend à distance de cellules (5) électrochimiques et d’enveloppes de circulation d’un fluide fusible, un circuit (23) extérieur de circulation de ce fluide fusible, dans une cuve (60) contenant une réserve de fluide et dans un conduit (61) reliant la cuve aux volumes des enveloppes, de façon que la substance soit présente à l’état liquide dans certains au moins desdits volumes, en échange thermique avec les cellules (5) adjacentes, au moins dans leur situation anormale de fonctionnement. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4

Description

Dispositif thermique à alimentation controlee en fluide fusible
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne la gestion thermique d’au moins une cellule de stockage d’énergie électrique par l’intermédiaire d’au moins une substance dont on utilise la chaleur latente, comme par exemple une substance MCP (matériau à changement de phase).
Un MCP désigne une substance capable de changer d'état physique dans une plage de température restreinte. Le stockage thermique peut s’opérer par utilisation de sa Chaleur Latente (CL) : la substance peut alors stocker ou céder de l'énergie par simple changement d'état, tout en conservant une température et une pression sensiblement constante, celle du changement d'état.
Le terme « substance » est à comprendre comme un corps chimique caractérisé par sa spécificité, sa nature, son état ou ses propriétés. Cette « substance » (repère 15 ci-après) pourra en particulier, dans son état opérationnel, être liquide jusqu’à une température limite où elle se vaporisera au moins en partie, par ébullition. Ainsi, on pourra songer à utiliser par exemple de l’eau, un composé aqueux ou un fluide diélectrique, connu pour être déjà employé dans des transformateurs électriques, et dont la température de vaporisation avoisinerait, à 10°C près, la température maximum admissible de fonctionnement nominal de cellules d’une batterie, à la pression d’usage (ici a priori la pression atmosphérique).
L’état opérationnel d’utilisation de la substance absorbeur de chaleur (15) sera compris comme supérieur à -30°C. Ainsi, à une température supérieure à -30°C (de préférence supérieure à -20°C), la substance absorbeur de chaleur sera de préférence fluide, à savoir liquide, puis gazeuse au-dessus de la température de changement de phase de liquide vers gaz.
On peut toutefois aussi prévoir une substance absorbeur de chaleur qui serait, à la pression atmosphérique :
- solide jusqu’à une température qui pourrait être supérieure à 0°C,
- puis liquide, par changement de phase qui pourrait intervenir typiquement entre 15°C et 25°C),
- puis gazeuse, par changement de phase à la température d’ébullition de la substance, par exemple entre 60°C et 120°C.
En outre, nominale est ci-après à comprendre comme liée à une caractéristique, une performance, de dispositif (ici une cellule), annoncée par le constructeur ou prévue par un cahier des charges.
Comme la présente solution, FR3063340 propose un véhicule comprenant :
-a1) au moins un organe fonctionnel nécessitant une alimentation en électricité,
-a2) au moins une cellule de stockage d’énergie électrique pouvant être reliée audit organe fonctionnel, et
-a3) des moyens de gestion thermique de la ou des cellule(s), comprenant :
-- a3.1) au moins une enveloppe présentant un volume où une substance absorbeur de chaleur peut être présente, en échange thermique avec ladite au moins une cellule :
--- dans au moins un état nominal de fonctionnement, et/ou
--- dans un état anormal, différent de l’état nominal de fonctionnement des cellules,
ladite substance absorbeur de chaleur pouvant être dans un état liquide ou un état gazeux, et
-- a3.2) au moins une communication entre ledit volume et l’environnement extérieur, pour permettre une évacuation de la substance absorbeur de chaleur dans cet environnement extérieur dans un état gazeux, (a priori dans la situation anormale de fonctionnement) ; situation de « venting » ou « pressure relief valve » en anglais.
Dans le texte, « venting » se traduit donc, comme conventionnellement, par : mise à l’atmosphère (donc à la pression ambiante) de l’environnement extérieur (repéré 39 ci-après).
Comme on le sait, dans un état gazeux une substance n’est a priori pas totalement vaporisée, malgré son ébullition. Elle demeure en partie dans un état liquide. A l’état gazeux, la substance absorbeur de chaleur sera donc encore en partie liquide.
Il a ainsi déjà été proposé une sécurité thermique située autour (ou le long d’une partie au moins) d’au moins une cellule d’une batterie électrique pouvant chauffer excessivement et/ou entre au moins deux telles cellules, pour favoriser la maîtrise d’une élévation inappropriée de température de ce(s) cellule(s), lesquelles cellules sont toutes ou par groupes (appelés modules) réunies dans un boîtier commun (figure 3 ci-après) ou dans un ou plusieurs boîtiers (figures 4 et suivantes, ci-après).
A noter aussi quand on parle « d’emballement thermique non réversible de cellule(s) », il s’agit d’une situation rencontrée par exemple sur les cellules Li-Ion qui, arrivées dans ledit état anormal de fonctionnement où, en surface, des points chauds de 80°C (à 10°C près) peuvent exister, passent à plusieurs centaines de °C en surface, en quelques secondes (ce peut être de l’ordre de 10s), avec une quantité d’énergie dégagée de 200 à 500 J/gr : il y a emballement thermique non réversible, ni en fait contrôlable.
Les dénominations suivantes sont à comprendre comme suit :
- environnement extérieur : il s’agit d’une mise à l’air, à l’atmosphère, de la substance absorbeur de chaleur, ce qui lui permet, en phase vapeur, de s’échapper en emportant avec elles une grande quantité de calories extraites de la(des) cellule(s),
- organe fonctionnel : organe ayant un rôle dans le fonctionnement et/ou l’utilisation du véhicule et nécessitant une alimentation en électricité pour fonctionner, tels que : moteur (électrique ou thermique), vitres électriques, radio, climatisation, condamnation des portières, etc,
- cellule (ou accumulateur) : moyen de stockage d'énergie électrique produisant de la chaleur. Il peut en particulier s’agir de cellules électrochimiques,
- module: groupe de cellules réunies physiquement ensemble et disposées de façon adjacente. Plusieurs modules, dont les cellules sont reliées électriquement entre elles, forment une batterie,
- états respectivement nominal et anormal de fonctionnement : situations dans lesquelles la température de la cellule considérée est respectivement en-dessous et au-dessus d’un seuil de température, ce seuil pouvant avoir été enregistré dans la « commande », laquelle est :
-- connectée à un (au moins) détecteur de température ou d’un autre paramètre utile (voir ci-après) et
-- adaptée pour sélectivement gérer tel ou tel élément ou dispositif (vanne, pompe, clapet…), en fonction des données reçues du(des) détecteur(s), voire en fonction aussi d’un programme de fonctionnement préenregistré en mémoire d’un calculateur embarqué sur le véhicule.
Le véhicule concerné pourra en particulier être un véhicule roulant (terrestre), c’est-à-dire un véhicule adapté à rouler sur le sol, telle qu’une voiture, et pourvu pour cela d’un moteur pour se déplacer et de cellules de stockage d'énergie électrique. Par comparaison avec un avion ou un navire, les véhicules roulants ont leurs propres exigences : encombrement, masse, autonomie, performance, coûts, standardisation des pièces, processus de conception/fabrication, SAV, maintenance.
Par ailleurs, l’état anormal d’une cellule inclut la situation où une cellule dégradée se met à chauffer de manière brutale, par exemple suite à un percage, ou une sur-tension de cellule, ou encore une surchauffe des câbles (repères 51a, 51b ci-après).
C’est dans ce contexte que s’est posé aux inventeurs un problème lié à la performance optimisée du dispositif thermique précité. A ainsi été visée une solution pouvant permettre de fiabiliser ce dispositif et/ou d’en faciliter la maintenance et/ou d’en optimiser le fonctionnement et/ou de le rendre plus écoresponsable.
Notamment sur un véhicule comme précité, entre deux dites cellules, ou groupes de cellules, adjacentes d’une batterie, un problème de transfert thermique excessif peut aussi survenir.
Par exemple en situation de recharge rapide, une cellule peut s’emballer, ce qui peut aussi survenir dans d’autres circonstances : roulage du véhicule par exemple, stationnement prolongé en environnement extérieur très chaud : 50°C ou davantage.
La chaleur produite en excès par la cellule peut ne pas suffisamment s’évacuer hors de l’environnement des cellules.
En outre est à traiter le problème de la gestion thermique de cellule(s) avant situation anormale et/ou emballement, ceci de manière efficiente, en tirant pourquoi pas partie d’une solution en partie déjà existante.
L’invention vise à solutionner une partie au moins de ces problèmes et propose à cette fin, de base, un véhicule comprenant le dispositif thermique précité, avec comme particularités que lesdits moyens de gestion thermique comprennent en outre :
- qui s’étend à distance de la ou des cellule(s) et de ladite au moins une enveloppe, un circuit extérieur de circulation de la substance absorbeur de chaleur qui comprend au moins un conduit relié au(x)dit(s) volume(s), de façon que la substance soit présente à l’état liquide dans le ou certains au moins desdits volume(s), en échange thermique avec la ou les cellules, au moins au début dudit état anormal de fonctionnement,
- un détecteur d’un paramètre lié au fonctionnement du véhicule, et
- en tant qu’élément branché sur ledit conduit, au moins un organe de circulation sélective branché sur le conduit, pour assurer la circulation de la substance absorbeur de chaleur dans ledit au moins un conduit, vers et/ou depuis le(s)dit(s) volume(s), en fonction d’un signal issu dudit détecteur avec lequel ledit organe de circulation sélective est relié.
Ainsi, on pourra à la fois :
- quand la substance absorbeur de chaleur chargée de calories en excès issues des cellules est dans son état gazeux, assurer l’évacuation de cette substance dans l’environnement extérieur (donc à la pression ambiante) en évitant une pression excessive dans ledit volume, et
- avant cela, quand la(les) cellule(s) est(sont) dans un dit état nominal, assurer aussi l’apport vers ledit volume et/ou l’évacuation hors de celui-ci de cette substance, si elle alors liquide et qu’elle peut circuler dans ledit « circuit extérieur » dans et/ou vers ce volume, et ainsi apporter des frigories à ce volume ou en extraire des calories, étant encore précisé que si (par exemple après un stationnement prolongé par temps froid) des cellules sont froides, ledit « circuit extérieur » peut aussi permettre d’apporter des calories aux cellules (tout dépend de la température d’entrée dans le volume de la substance absorbeur de chaleur).
En tant que paramètre du détecteur lié au fonctionnement du véhicule, on pourra en particulier privilégier un paramètre physique et/ou chimique et/ou lié:
- à la ou aux cellule(s), et/ou
- à ladite substance absorbeur de chaleur, et/ou
- à un état physique desdits moyens de gestion thermique (par exemple l’état ou la température d’une couche MCP repérée 30 ou 270 ci-après), et/ou
- à un état physique d’un dit organe fonctionnel dont le fonctionnement est influencé par ledit état de la ou des cellule(s), par exemple la position d’une vanne ou l’état à l’arrêt ou en fonctionnement d’une pompe.
On pourra de préférence définir comme suit les états de fonctionnement d’une cellule :
- un premier état nominal de fonctionnement suivant une première gamme de températures inférieure à un premier seuil de température,
- un second état nominal de fonctionnement suivant une seconde gamme de températures, qui peut correspondre à une phase de recharge rapide de la ou des cellules, et qui est comprise entre le premier seuil de température et un second seuil de température,
- un état anormal de fonctionnement suivant une troisième gamme de températures, qui peut correspondre à une phase où la ou les cellules surchauffe(nt) ou s’altère(nt), et qui est comprise entre le second seuil de température et un troisième seuil de température à partir duquel la ou les cellules subi(ssen)t un emballement thermique non réversible.
L’(chaque)état nominal d’une cellule pourra être l’état dans lequel elle se trouve quand elle fonctionne « normalement », par exemple en situation de roulage stabilisé à 80km/h, ou en situation de charge ; « fast charge » ou « ultra fast charge ».
Pour une cellule électrochimique Li-Ion, la gamme nominale de températures habituelles est entre 15°C et 35°C, à 5°C près. Ce peut être ledit premier état nominal de fonctionnement, avec donc un premier seuil de température à 35°C, à 5°C près.
Le second état nominal de fonctionnement, qui peut correspondre à la phase de recharge rapide (« fast charge » ou « ultra fast charge ») peut être compris entre 35°C et 45°C, à 5°C près, avec donc un dit second seuil de température à 45°C, à 5°C près.
L’état anormal de fonctionnement, et donc ladite troisième gamme de températures, qui peut correspondre à cette phase où la ou les cellules surchauffe(nt) trop, ou trop longtemps, et donc s’altère(nt)), peut être compris entre 45°C et environ 60°C, à 5°C près, avec donc un dit troisième seuil de température à 55-60°C, à 5°C près. Au-dessus on peut considérer se rapprocher trop du seuil réel (vers 80°C dans l’exemple ci-avant) où une cellule subit un emballement thermique non réversible.
A noter que ces références à des températures en surface de cellule pourraient être remplacées par des valeurs d’énergie électrique de la cellule, par exemple de la tension, de l’intensité, diminution de la résistance électrique….
On pourrait aussi admettre qu’à basse température, l’état anormal d’une cellule débute en-deçà de 10°C : on pourrait alors avoir, en-dessous de cette température, à la réchauffer momentanément jusqu’à son premier état nominal de fonctionnement.
Il est par ailleurs proposé que la « substance absorbeur de chaleur » comprenne dans sa composition, ou soit constituée exclusivement de, l’un au moins des composants suivants : eau, fluide diélectrique, huile. « Eau » couvre donc le cas d’un composé aqueux (tel que eau + gycol), le problème lié à l’eau étant une incompatibilité électrique avec les cellules.
En tant que « fluide diélectrique », on peut citer un fluide « bio » type « bio-based fluid » (voir « MIVOLTCOOLING.com »), un GTL (Gaz to liquid) naptha, un GTL parrafine, un hydrofluoroéther, un hydrofluorooléfine, les fluides fluorés (Fluorinated fluids), un fluide HC (HC fluids) : fluide frigorigène à base d'Hydrocarbures.
En particulier un fluide diélectrique (tel que l’un de ceux utilisé pour éviter l’échauffement excessif de transformateurs électriques) ou une huile caloporteuse pourrait convenir, bien que sans phase solide à l’état opérationnel, ce qui ne sera pas a priori un inconvénient compte tenu de la circulation souhaitée dans ledit « circuit extérieur ».
Comme détaillé ci-après, la solution de l’invention couvre :
- a) tant le cas de cellules disposées dans un boîtier où elles sont, individuellement ou par groupes, séparées les unes des autres par une série de dites enveloppes définissant chacune un volume où la substance absorbeur de chaleur, quand elle est présente, va pouvoir échanger des calories avec ces cellules,
- b) que tout cas où une série desdites cellules est en échange thermique avec (au moins) une enveloppe dont ledit volume entoure globalement toutes ces cellules, à la manière :
--b1) du volume d’un boîtier contenant cette série de cellules, lesquelles peuvent baigner à un moment dans ladite substance absorbeur de chaleur, ou
--b2) d’(au moins)une dite enveloppe entourant un boîtier contenant cette série de cellules, avec donc alors la substance absorbeur de chaleur qui peut être présente autour de ce boîtier, sans contact physique avec la série de cellules, puisque séparée d’elles par la paroi du boîtier et/ou celle de l’enveloppe.
Comme détaillé ci-après ces situations a) et b) s’appliquent donc dans le cas présent. L’invention les englobe.
A priori, chaque volume et son conduit d’alimentation (voire le circuit de recyclage quand il existe ; voir ci-après) seront à pression atmosphérique, en situation nominale de fonctionnement des cellules, alors que ladite substance (15 ci-après) n’est pas vaporisée. Et par ladite évacuation dans l’environnement extérieur (39 ci-après) de cette substance si elle passe en phase gazeuse, on pourra donc maintenir cette pression atmosphérique dans le(s) volume(s) (a priori à partir de la situation anormale de fonctionnement, c’est-à-dire dans cette situation et en cas d’emballement).
Il est précisé que, ci-après, « recyclage » ou « circuit de recyclage » (synonyme de recirculation) a pour sens que le circuit extérieur, ou le conduit précité de ce circuit extérieur, appartient à un circuit qui permet à ladite substance absorbeur de chaleur sortant à l’état fluide du(des) volume(s) d’y être réintroduite, en partie au moins. Entretemps, on aura pu en modifier la température (voir dispositif 69 ci-après, tel qu’un échangeur de chaleur qui pourra être un condenseur) et/ou lui adjoindre une quantité complémentaire, via une réserve (voir référence 60/600 ci-après).
Dans les deux cas et avantageusement, si une telle « réserve » de fluide est prévue, elle contiendra une quantité disponible de dite substance, tant dans la situation nominale que dans la situation anormale de fonctionnement des cellules.
Pour optimiser la circulation de la substance absorbeur de chaleur dans ledit circuit extérieur via le(s) organe(s) de circulation sélective (vanne, pompe…), il est par ailleurs proposé que le(s) détecteur(s) soi(en)t sensible(s) à (puisse(nt) détecter) l’un au moins desdits paramètres parmi :
- l’un au moins desdits états nominaux ou anormaux de fonctionnement de la ou des cellules,
- un paramètre chimique ou physique, qui peut être la température, de la ou de l’une au moins desdites cellules ou une pression de ladite substance absorbeur de chaleur, ou un paramètre électrique la ou de l’une au moins des cellules,
- un état du circuit extérieur, qui peut être un état débranché ou branché sur un circuit complémentaire annexe,
- un état d’un dit élément branché sur ledit conduit du circuit extérieur.
Pour favoriser tant la circulation, dans ledit circuit extérieur dans un état liquide, de la substance absorbeur de chaleur (alors donc que les cellules ne sont pas encore excessivement chaudes), qu’ensuite l’évacuation gazeuse de cette substance dans l’environnement extérieur (« venting » précité), si la situation devient critique, il est proposé :
- que le circuit extérieur soit relié audit volume vers un sommet du(des) volume(s),et
- que ladite communication d’évacuation gazeuse vers cet environnement extérieur soit branchée sur ledit circuit extérieur.
A noter, comme expliqué ci-après, que le « venting » d’évacuation gazeuse de ladite substance dans l’environnement extérieur pourra être dissocié d’un dégazage des cellules, lequel dégazage interviendra typiquement peu avant l’ébullition de ladite substance et son évacuation par « venting ».
Pour en outre favoriser une alimentation du volume en substance absorbeur de chaleur à une température favorable à un échange thermique optimisé avec la(les) cellule(s), il est proposé que ledit circuit extérieur appartienne à un circuit de recyclage (ou de bouclage) dans lequel ladite substance pourra circuler à l’état fluide, entre une sortie et une entrée communiquant toutes deux avec le(s) volume(s) précité(s).
Sur le circuit de recyclage (ou de bouclage) pourra être branché, en tant qu’élément branché sur ledit conduit, un dispositif (69 ci-après) adapté à modifier la température de ladite substance (tel qu’un échangeur thermique qui pourra donc être un condenseur).
Pour favoriser une efficience dans la gestion thermique en temps réel des cellules, il est proposé que les moyens de gestion thermique de le(des) cellule(s) comprennent en outre une commande reliée :
-- au détecteur,
-- à l’organe de circulation sélective de la substance absorbeur de chaleur.
S’il existe sur le véhicule, le dispositif adapté à modifier la température de ladite substance sera favorablement relié à la commande précitée.
En tant qu’élément branché sur ledit conduit et en tant que dit organe de circulation sélective, il est prévu de préférence au moins une vanne et/ou une pompe.
Le terme vanne est à comprendre comme un interrupteur fluidique.
Pour aussi optimiser une commande de l’alimentation en substance absorbeur de chaleur à l’état liquide du(des)dit(s) volume(s), via ledit au moins un conduit, en fonction dudit paramètre détecté par le(s) détecteur(s), il est proposé que le détecteur et/ou ladite commande considéré(e) soit un(des) composant(s) d’une BMS dont le véhicule est équipé, permettant alors ladite commande au moins :
- pendant une partie au moins de l’état nominal de fonctionnement de la ou des cellules (de préférence le second état nominal qui correspondra alors à une phase de recharge, rapide ou non, de la ou des cellules, avec circulation de ladite substance alors liquide), et/ou,
- pendant l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules.
Il est aussi proposé que ledit circuit extérieur comprenne, en tant qu’élément branché sur ledit conduit, une réserve de substance absorbeur de chaleur qui, via la commande et alors que ladite substance est à l’état liquide, alimente le(s) volume(s) avec cette substance à l’état liquide, ceci tant dans une partie au moins de l’(des) état(s) nominal(aux) que dans l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules, et afin de compenser ainsi au moins partiellement la partie de ladite substance échappée/vaporisée dans l’environnement extérieur, dans l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules.
Autre proposition utile : que ledit circuit extérieur comprenne, en tant qu’élément branché sur ledit conduit, une réserve de substance absorbeur de chaleur qui, via la commande et alors que ladite substance est à l’état liquide :
- permet à un premier moment d’en retenir une partie dans la réserve (600,620), et
- en permet à un second moment la circulation vers le(s) volume(s).
Comme déjà mentionné, on pourra retenir différentes manières de réaliser le(s) volume(s) de circulation de ladite substance en échange thermique avec le(les) cellule(s) :
- a) une première proposition est que ladite au moins une enveloppe se présente comme une paroi d’un boîtier dont ledit volume :
-- contienne une série de dites cellules, lesquelles peuvent, individuellement ou par groupe, être immergées, dans la substance absorbeur de chaleur, alors en échange thermique avec elle,
-- et au sein duquel la dite substance de chaleur peut circuler,
la paroi du boîtier s’étendant ainsi autour de ladite série de cellules, le long d’au moins un côté d’au moins l’une des cellules, ladite substance présentant une conductivité électrique inférieure à 5x10-4S/m ; ce pourra être un fluide diélectrique : par exemple hydrofluoroéther, conductivité de 5x10-4S/m, ou huile, conductivité de 10-6S/m.
Dans ce cas, on pourra avoir avantage à ce que :
- ladite paroi du boîtier soit entourée, sur au moins un côté, par (au moins) un volume additionnel dans lequel un fluide (F2 ci-après), identique ou différent de ladite substance :
- peut être présent , et
- qui est alors en échange thermique avec les cellules, au moins dans une partie au moins de l’(des) état(s) nominal(aux) ;
- b) Une deuxième proposition est que ladite au moins une enveloppe s’étende autour d’une paroi d’un boîtier contenant une série de dites cellules avec lesquelles ladite substance peut échanger thermiquement, à travers ladite paroi.
Dans ce cas, on pourra avoir avantage à ce que le volume pouvant contenir ladite substance soit bordé par (au moins) un volume additionnel duquel il sera isolé par une cloison, et dans lequel un fluide (F2), identique ou différent de ladite substance absorbeur de chaleur :
- peut être présent , et
- qui est alors en échange thermique :
-- avec les cellules, au moins dans une partie au moins de l’(des) état(s) nominal(aux), s’il est interposé entre ladite au moins une enveloppe et la paroi du boîtier
-- avec l’environnement extérieur, s’il est entre ladite au moins une enveloppe et l’environnement extérieur « venting ») ;
- c) Une troisième proposition est que le véhicule comprenne un boîtier contenant une série de dites cellules et dans lequel deux cellules ou deux groupes de cellules sont séparées (entre eux/elles) par un dit volume, lequel créé alors une séparation physique isolant ladite substance des cellules, avec lesquelles cette substance absorbeur de chaleur demeure quoi qu’il en soit en échange thermique. Dans ce cas, ladite substance absorbeur de chaleur pourra présenter une conductivité électrique λ supérieure ou égale à celle de l’eau potable (donc supérieure à 0.005 S/m à 10% près, le λ de pouvant être considéré comme compris entre 0.005 et 0.05 S/m à 10% près, suivant les cas), puisqu’isolée physiquement de la(des) cellules. L’eau ou un fluide aqueux peut alors convenir.
Pour la circulation pertinente de ladite substance absorbeur de chaleur, en fonction de l’état des cellules, il est par ailleurs proposé, sur un véhicule comprenant plusieurs dites vannes, qui sont multivoies :
- a) que l’une au moins de ces vannes dirige ladite substance vers une dérivation branchée sur le circuit de recyclage et qui court-circuite ledit dispositif adapté à modifier la température de la substance absorbeur de chaleur, et/ou
- b) que, via ladite commande dirige ladite substance vers une dérivation branchée sur le circuit de recyclage, lequel :
-- comprendra une décharge de vapeur, pour ladite évacuation gazeuse vers l’environnement extérieur (« venting » donc), dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules, et
-- permettra à une partie de la substance absorbeur de chaleur de pouvoir être réintroduite vers ladite au moins une enveloppe (via le circuit de recyclage), et/ou
- c) que, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules, et,
-- via une partie dudit circuit extérieur, et
-- dans une position desdites vannes multivoies contrôlée par ladite commande,
la circulation de la substance absorbeur de chaleur soit orientée hors du(des)dit(s) volume(s) et de l’enveloppe vers l’évacuation gazeuse qui débouche sur l’environnement extérieur (« venting » là encore).
Concernant le(s) volume(s) additionnel(s) précité(s), on notera qu’on pourra ainsi profiter de la présence de la sécurité thermique par échappement de vapeur, en situation anormale de fonctionnement (surchauffe et/ou altération électrique), pour lui accoler une autre sécurité thermique pouvant agir en situation nominale de fonctionnement de la batterie, via le fluide F2 pouvant circuler dans le(s) volume(s) additionnel(s).
Alors que de bons espoirs ont été mis dans l’efficacité de la solution jusqu’à présent décrite, il est probable(possible) que des résultats réellement performants en termes de compromis efficacité thermique/coûts/poids/ encombrement/capacité raisonnable de mise en place dans le véhicule amènent à pouvoir être réservés quant à l’application à suffisamment grande échelle de la solution dans des domaines tels que l’automobile ou l’aéronautique.
Si tel est le cas, il est proposé que, le véhicule comprenant une série de dites cellules, les moyens de gestion thermique comprennent en outre, entre deux cellules successives, ou entre deux groupes successifs de cellules de la série, ou d’un côté au moins d’une dite cellule, au moins un élément isolant thermique.
Il est fait remarquer que cet ajout d’élément(s) isolant thermique entre cellules (notamment dans une réalisation d’isolant sous vide ; PIV) a d’abord été considérée comme intuitivement non pertinente par les inventeurs, compte tenu des valeurs d’énergie thermique en jeu et des risques liés à cette mise en place, notamment dans une solution PIV (risque de perte du vide). Toutefois, une persistance dans cette approche a conduit les inventeurs à multiplier les essais et à finalement constater la qualité des résultats obtenus avec interposition de tels éléments isolants thermiques qui jouent le rôle de stabilisateurs/lisseurs des hausses de température, en particulier en second (ou fin d’) état nominal et état anormal précités.
L’élément isolant thermique permettra de limiter la propagation de la chaleur sur les cellules et/ou modules (groupes de cellules) voisins. Le changement de phase bloquera la température du fluide à la température d’ébullition. Mais celle-ci pouvant être supérieure à la température pour laquelle la cellule ou le module voisin peuvent être impactées, il pourra alors être particulièrement utile de créer une barrière thermique intermédiaire. Le PIV est préférable du fait d’une conductivité 5 fois plus faible que les isolants conventionnels ce qui amène une plus faible emprise en volume, l’abattement de température visé pouvant être de 40°C. L’isolant thermique pourrait ne pas être à mettre en place si le fluide (ladite substance) sélectionné bout à une température inférieure de plusieurs degrés (5 à 10°C) à la température d’emballement des cellules voisines. Lorsque ce n’est pas le cas, l’isolant thermique sera réellement recommandé.
Outre ce qui précède, il est par ailleurs noté qu’une partie des moyens en œuvre dans l’invention puisse être répartis entre un véhicule et une station de recharge de la ou des cellules.
Aussi l’invention concerne t’elle aussi un ensemble comprenant :
a) un véhicule comprenant :
- au moins une cellule de stockage d’énergie électrique pouvant être reliée à au moins un dit organe fonctionnel et qui présente desdits états nominal et anormal comme précité, et
- des moyens de gestion thermique des cellules, comprenant :
-- au moins une enveloppe présentant un volume où une substance absorbeur de chaleur est présente, en échange thermique avec la ou les cellules :
--- dans une partie au moins du(des)dit(s) état(s) nominal(aux) de fonctionnement, et/ou
--- dans l’état anormal de fonctionnement,
ladite substance absorbeur de chaleur pouvant être dans un état liquide ou un état gazeux, et
-- au moins une communication entre ledit volume et l’environnement extérieur, pour permettre une évacuation de la substance absorbeur de chaleur dans cet environnement extérieur dans un état gazeux,
les moyens de gestion thermique des cellules comprenant en outre :
- qui s’étend à distance de la ou des cellules et de ladite au moins une enveloppe, un circuit extérieur de circulation de la substance absorbeur de chaleur qui comprend au moins un premier conduit relié au(x)dit(s) volume(s), de façon que la substance soit, dans le ou certains au moins desdits volume(s), en échange thermique avec la ou les cellules, au moins au début de l’état anormal de fonctionnement et/ou dans une dite partie au moins d’état nominal de fonctionnement, et
b) une station de recharge de la ou des cellules, comprenant un circuit complémentaire dudit circuit extérieur du véhicule, pourvu d’au moins un second conduit sur lequel sont branchés :
- un dispositif adapté à modifier la température de ladite substance, et
- des premiers organes de circulation sélective de la substance absorbeur de chaleur dans le(s) second(s) conduit(s),
ledit ensemble comprenant en outre un détecteur d’un paramètre lié au(x) fonctionnement(s) du véhicule et/ou de la station de recharge de la ou des cellules, et
le véhicule comprenant en outre des seconds organes de circulation sélective reliés au détecteur pour, en fonction d’un signal issu dudit détecteur, assurer la circulation de la substance absorbeur de chaleur :
-- soit vers le circuit complémentaire de la station de recharge, dans une dite partie au moins d’état nominal de fonctionnement de la ou des cellules,
-- soit vers l’environnement extérieur, via ladite évacuation gazeuse, dans l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules.
Si le(s) paramètre(s) que le détecteur a à détecter est(sont) sur le véhicule, il pourra plus particulièrement s’agir de l’un des ceux précités. S’il est lié à la station de recharge, le paramètre pourra être lié à la substance absorbeur de chaleur (par exemple sa température dans la partie dudit circuit extérieur passant dans station de recharge ou dans un échangeur l’équipant), ou à un état d’au moins un raccord auto-obturable (880a,880b ci-après), ou à un état physique d’un dit organe fonctionnel de la station de recharge dont le fonctionnement est influencé par l’état de la ou des cellule(s).
Comme précédemment, il est aussi proposé qu’avantageusement, dans cet ensemble :
- les premiers organes de circulation sélective comprennent des vannes multivoies pour, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules et dans une position desdites vannes multivoies contrôlée par une commande recevant des données du(des) détecteur(s) :
-- fermer l’accès au circuit complémentaire de la station de recharge
-- orienter la circulation de la substance absorbeur de chaleur hors du(des) volume(s) et de l’enveloppe, vers l’évacuation gazeuse dans l’environnement extérieur (« venting »), via une partie du circuit extérieur, et/ou
-- orienter la circulation de la substance absorbeur de chaleur hors du(des)dit(s) volume(s) et de l’enveloppe vers une dérivation de recyclage permettant à une partie de la substance absorbeur de chaleur de pouvoir être réintroduite vers ladite au moins une enveloppe.
Là encore comme précédemment, il est aussi proposé qu’avantageusement, dans cet ensemble ladite partie du circuit extérieur qui définit la dérivation de recyclage comprenne ladite évacuation gazeuse (« venting »), pour y évacuer la substance absorbeur de chaleur vers l’environnement extérieur, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules.
En utilisant un condenseur en tant qu’échangeur thermique, on permettra aisément et de façon performante à la substance absorbeur de chaleur qui s’est échappée sous forme de gaz de retourner à l’état liquide, moins chaude, et de pouvoir être ainsi recyclée ou du moins réutilisée.
En liaison avec un tel échange de chaleur sur le circuit extérieur visant la substance absorbeur de chaleur, il est proposé de pouvoir utiliser cette substance tant en phase gazeuse que dans deux situations moins critiques, en la faisant passer, sur ledit circuit extérieur:
- soit, suivant le moment considéré, dans l’une ou l’autre de deux branches en parallèle, chacune équipée d’un dit dispositif échangeur thermique,
- soit dans deux dispositifs échangeurs thermiques disposés en série et pouvant fonctionner ensemble, ou séparément, alors à des moments différents.
En d’autres termes, il est ainsi proposé que le véhicule comprenne, branché sur le circuit extérieur de circulation de la substance absorbeur de chaleur, un dispositif échangeur de chaleur :
- formant un dit dispositif adapté à modifier la température de ladite substance, et
- dans lequel ladite substance peut circuler en échange thermique avec un autre fluide (F3 ci-après), avec en outre :
- ledit dispositif échangeur de chaleur du véhicule qui est branché sur un circuit de climatisation de ce véhicule ou sur un circuit d’eau de refroidissement de ce véhicule, et/ou,
- les dispositifs précités, respectivement échangeur de chaleur du véhicule et dispositif de la station de recharge adapté à modifier la température de ladite substance, qui sont disposés en série ou en parallèle sur ledit circuit extérieur.
De façon générale, les solutions précitées auront permis :
- d’abord de prévenir une surchauffe et/ou un fonctionnement électrique altéré, notamment par le recyclage et/ou par la délivrance « one shot » (solution notamment illustrée figure 4 ) de ladite substance alors fluide (liquide a priori), ou encore par un remplissage permanent dudit volume, par vases communicants, soit encore par une alimentation sélective (vanne ou pompe), et
- s’il y a malgré tout un fonctionnement en surchauffe (donc non nominal) des cellules, d’évacuer vers l’extérieur une partie de cette substance absorbeur de chaleur, en réduisant donc la surface d’échange thermique entre elle et le moyen thermique (cellule).
Il est à noter que ce qui précède n’impose pas strictement que la substance absorbeur de chaleur soit tout le temps en phase liquide tant que la situation anormale de surchauffe n’a pas été atteinte : la substance absorbeur de chaleur pourrait être en phase solide aux températures les plus basses de fonctionnement du moyen thermique (en-dessous de 15°C par exemple, voire en dessous de 0°C (par exemple entre -25°C et -0°C) ; au-dessus de ces 0°C ou 15°C la substance serait toujours fluide). En phase solide, il n’y aura bien sûr pas de recyclage ; de là un autre intérêt d’un détecteur permettant de déterminer l’état liquide ou non et/ou gazeux ou non de ladite substance. Le recyclage ne sera de préférence prévu qu’en absence d’état anormal/emballement de tout ou partie des cellules. Si un tel état survient, il peut y avoir condensation de la vapeur produite par ladite substance, ceci pour des cellules de petites tailles (40g à 400g de préférence) et donc la situation de recyclage est alors envisageable. Au-delà des cellules de 400g, les dispositifs échangeurs permettant la condensation ne pourront plus être le seul moyen. L’évacuation de la vapeur produite par ladite substance est alors l’option à retenir.
Une description complémentaire en vue de la réalisation des moyens ici mis en œuvre est fournie ci-après, en référence aux dessins annexés où :
Brève description des figures :
: la figure 1 est un schéma de véhicule automobile à moteur équipé de la solution de l’invention,
: la figure 2 est un détail de la figure 1A (ensemble fonctionnel 7) ;
: la figure 3 est un exemple, en coupe verticale, de boîtier pour la gestion thermique de cellules d’une batterie ;
: la figure 4 montre une deuxième réalisation possible du mode de gestion thermique proposé dans l’invention ;
: la figure 5 montre une troisième réalisation possible du mode de gestion thermique proposé dans l’invention ;
: la figure 6 montre une quatrième réalisation possible du mode de gestion thermique proposé dans l’invention ;
: la figure 7 montre une cinquième réalisation possible du mode de gestion thermique proposé dans l’invention ;
: la figure 8 montre une première réalisation possible d’une enveloppe de circulation d’une substance absorbeur de chaleur fluide, comme proposé dans l’invention, en vue éclatée (voir zone VIII figure 6) ;
: la figure 9 montre une deuxième réalisation possible d’une enveloppe de circulation d’une substance absorbeur de chaleur fluide, comme proposé dans l’invention, en vue assemblée ;
: la figure 10 montre la réalisation de la figure 9 en situation opérationnelle, en face d’un groupe de cellules ;
: la figure 11 montre une troisième réalisation possible d’une enveloppe avec des connecteurs ajoutés pour la circulation de ladite substance absorbeur de chaleur fluide, comme proposé dans l’invention, en vue assemblée ;
: la figure 12 montre une quatrième réalisation possible d’une enveloppe de circulation d’une substance absorbeur de chaleur fluide et d’un autre fluide (F2), comme proposé dans l’invention, en vue éclatée ;
: la figure 13 montre en coupe verticale la réalisation de la figure 12 en situation opérationnelle, en face d’un groupe de cellules ;
: la figure 14 schématise une situation de possible by-pass ;
: la figure 15 schématise une alternative à celle de la figure 14 ; et
: la figure 16 schématise une autre alternative à celle de la figure 14 ;
et
sont deux variantes de réalisation autres que celle de la figure 3, la périphérie du boîtier de la figure 17 pouvant correspondre à la solution schématisée figures 9 à 11 ;
schématise un possible ensemble permettant de sécuriser une recharge de cellules sur une station de charge indépendante, séparée du véhicule ;
schématise une variante de réalisation par rapport à celle de la figure 19 ;
schématise une variante de réalisation très proche de celle de la figure 18, qui peut n’être différente d’elle juste sur la manière de réaliser les entretoises entre cellules ;
schématise la solution de la figure 21, mais boîtier vide, sans les cellules, ni les plaques d’isolant thermique entre cellules, si elles existent ;
et
schématisent chacune encore une variante de réalisation de la solution de l’invention,
et
et
schématisent chacune encore une autre variante de réalisation de la solution de l’invention.
Sur les figures, certains pointillés attachés aux repères indiquent que le moyen concerné n’est pas forcément visible sur la figure illustrée, mais qu’il est présent, caché.
Sur les figures, on voit illustré un exemple d’application du dispositif thermique 1 de l’invention à la gestion thermique d’une batterie 3 destinée typiquement à un véhicule 2, tel en particulier qu’un véhicule automobile, à propulsion électrique ou hybride (voir figures 1 et 2), même si une batterie pour véhicule thermique peut aussi être concernée. Les domaines des autres véhicules, ferroviaires, aéronautiques, maritimes sont également concernés.
Dans le cas d’application illustré et détaillé ci-après, la batterie 3 disposée au sein d’un ensemble fonctionnel 7 dans le véhicule 2, comprend plusieurs accumulateurs électriques ou cellules 5 de stockage d’électricité (telles que des cellules électrochimiques) alignés et reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension et capacité désirée dont on n’a illustré les connexions électriques ni entre les cellules ni avec les organes fonctionnels du véhicule (bornes de raccordement pour distribuer l’électricité produite). Les bornes électriques de raccordement des cellules 5 sont repérées 50a,50b (figure 4). Ce peut être des barres omnibus (bus bar). Des câbles 51a,51b leurs sont connectés pour la circulation électrique.
Au sein de l’ensemble fonctionnel 7, les cellules de la batterie 3 emmagasinent l'énergie électrique produite par l'alternateur 4, puis la délivre vers au moins un organe fonctionnel 6, tel qu’un moteur. L’énergie stockée peut donc être utilisée pour le démarrage de ce moteur ainsi que pour le fonctionnement de divers autres organes 8 du véhicule nécessitant une alimentation électrique (lève-vitres, etc).
Comme illustré sur les figures 3 et suivantes, le dispositif thermique 1 qui forme une sorte de « fusible thermique » peut être disposé :
- tant autour de l’ensemble des cellules 5 pour chercher à réguler/maîtriser une élévation inappropriée de température en périphérie de la batterie, comme figures 4-7 et figures 17 et suivantes,
- qu’entre deux cellules (comme figure 3) ou groupes de cellules 5.
On notera aussi que dans les exemples présentés, il est prévu que les cellules 5 considérées dans leur ensemble soient disposés dans un boîtier 26 à parois périphériques 30, par exemple ouvert vers le haut pour placer et retirer les cellules.
Ce qui suit est donc applicable à ce cas de figure, en respectant les propositions faites ci-avant avec si nécessaire les explications complémentaires qui suivent, étant toutefois précisé que d’autres manières de faire cohabiter cellules et moyens de gestion thermique sont encore présentés ci-après, sans que ceci soit de toute façon limitatif.
Le dispositif thermique 1 comprend :
- au moins une cellule 5, en tant que moyen thermique dissipant de l’énergie thermique, en fonctionnement,
- et des moyens 9 de gestion thermique de la/des cellules 5.
Les cellules 5 sont connectées électriquement aux organes fonctionnels précités du véhicule, tels que 4, 6, 8.
Dans ce qui suit, les cellules sont (arbitrairement) supposées chacune plates (dites prismatiques) ; mais ceci n’est pas limitatif (des cellules pouch/cylindriques etc…sont possibles).
Les moyens 9 comprennent au moins une enveloppe 19 présentant (c’est-à-dire définissant en l’entourant) un volume interne 13 où une substance 15 absorbeur de chaleur (que l’on peut aussi dénommer fluide de sécurité/safety fluide) est en échange thermique avec au moins une cellule 5, au moins à un moment : tout ou partie de l’état de fonctionnement nominal et/ou de l’état de fonctionnement anormal précités.
Dans l’exemple de la figure 3, les moyens 9 de gestion thermique comprennent en outre, entre deux (faces 5a,5b de) cellules 5 successives, ou d’un côté au moins d’une telle (face de) cellule, au moins un élément 17 isolant thermique.
L’élément 17 isolant thermique sera avantageusement sous vide (type PIV donc).
Isolant thermique a pour sens : conductivité thermique inférieure à 100 mW /mK.
On a illustré le cas de volumes 13, voire d’isolants thermiques 17 entre deux cellules ; mais ce peut bien sûr être entre groupes de cellules ou modules.
Au moins une couche à matériau(x) d’accumulation de chaleur latente (MCP) 30 peut aussi être prévu entre cellules ou groupes de cellules.
De façon générale, la substance 15 sera adaptée pour, dans l’état anormal de fonctionnement des cellules 5, pouvoir passer à l’état gazeux, au-delà du seuil de température retenu. A plus basse température, la substance 15 pourra être liquide.
Dans chaque cas, la substance 15 sera mise à profit pour évacuer avec elle, hors du volume 13 interne, des calories en excès pouvant être issues d’au moins une des cellules alors chaude.
L’/Chaque enveloppe 19 sera adaptée pour, de préférence au moins à une température prédéterminée supérieure à celle maximum dudit état de fonctionnement nominal de la batterie, pouvoir perdre par évaporation à l’atmosphère (« venting ») une partie de la substance 15 contenue, ceci donc à un moment où au moins une cellule 5 va commencer à chauffer excessivement, suite à un mauvais fonctionnement.
Ainsi (), alors que la température d’au moins une cellule 5 devient/est déjà devenue excessive, la substance 15 va, par ébullition, passer en phase vapeur et on va lui permettre à de s’évacuer par échappement gazeux, hors dudit volume.
La température d’ébullition de la substance 15, si l’on se trouve à la pression atmosphérique:
- sera vers 100°C (à 20°C près) si, comme par exemple dans une solution comparable à celle de la figure 3, la substance 15 est de l’eau (ou en contient essentiellement), ou
- pourra plus généralement être comprise entre 60°C et 120°C, compte tenu des conditions anticipées.
Le volume 13 va alors se vider d’une partie de cette substance 15.
Pour cela, le dispositif thermique 1 présente (au moins) une communication 21 entre le (chaque) volume 13 d’enveloppe 19 et l’extérieur (environnement extérieur 39) permettant, à travers cette communication et au moins dans ladite situation anormale de surchauffe, d’évacuer dans l’environnement 39 une partie au moins de la substance 15, et donc une part de la chaleur absorbée jusqu'alors par la substance.
La communication 21 de « venting » de la substance 15 peut se présenter comme une ouverture s’ouvrant dans l’environnement 39 (donc à l’atmosphère) :
- à la manière d’au moins une fente 210 (figures 6 et 8) dans une paroi de boîtier périphérique, par où ladite partie vaporisée de la substance 15 peut s’échapper de l’enveloppe 19 dans l’environnement 39, au-delà dudit seuil de température, ou
- à la manière d’une sortie disposée sur le circuit extérieur 23 ; ce peut être sur le circuit de recyclage 230 comme figure 6 où les pointillés marquent que ce circuit de recyclage n’existe qu’en alternative possible à une évacuation de la substance 15 par une/des fentes 210.
L’expression « communication » est à comprendre au sens large.
En partie inférieure 191, l’/chaque enveloppe 19 peut être ouverte (cf. figure 3 par exemple), et/ou un ou plusieurs conduits de communication 29 peuvent permettre à la substance 15 liquide d’arriver dans le volume 13 correspondant ; cf. figures 3 et 22.
Le(s) conduit(s) de communication 29 peu(ven)t être ménagé(s) dans un fond 25 du boîtier, tel que 26 (figure 23) ou 264 (figure 21). Il peut s’agir d’un système à vases communicants.
Quoi qu’il en soit, avant de faire ainsi circuler la substance 15 dans le boîtier 26, encore faut-il qu’elle y ait été apportée d’une manière pertinente, de façon à permettre notamment de pouvoir choisir une présence de la substance 15 dans le boîtier :
- soit uniquement en situation (état) anormale de surchauffe d’au moins une cellule 5,
- soit tant en situation anormale de surchauffe qu’en situation (état) nominale de fonctionnement d’au moins une de ces cellules 5,
- et ce avec ou sans recyclage ou bouclage de la substance 15.
Comme déjà indiqué, une solution pertinente est ici fournie, notamment au problème précité, en proposant que le (dispositif thermique 1 du) véhicule 2 comprenne un circuit 23 extérieur de circulation de la substance 15, ce circuit 23 s’étendant de préférence à distance du boîtier 26 où sont réunies toutes les cellules ou un groupe d’entre elles.
Le circuit 23 comprend au moins un conduit 61 relié au(x)dit(s) volume(s) 13, de façon que la substance soit présente à l’état liquide dans le ou certains au moins desdits volume(s) 13, en échange thermique avec la ou les cellules 5, au moins au début dudit état anormal de fonctionnement.
Est en outre prévu, sur le véhicule, un détecteur 260 relié au moins :
- à la commande 67 ou à (un organe d’)une BMS, et/ou
- à l’un au desdits moyens 9 de gestion thermique, et en particulier organe(s) (63,65…) de circulation sélective, par exemple les vannes trois voies) ,et/ou
- à au moins un dit organe fonctionnel (tel 6) dont le fonctionnement est influencé par ledit état de la ou des cellule(s) 5.
La figure 4 n’illustre pas de détecteur 260 spécifiquement dédié, mais un détecteur 260a existe, qui peut être couplé à celui d’une BMS 671 à laquelle peut appartenir ou être relié la commande 67, sous le contrôle de laquelle est alors placé au moins une pompe 65.
A ce sujet, en tant qu’élément branché sur le conduit 61, le véhicule est d’ailleurs en outre pourvu d’au moins un organe (63,65) de circulation sélective, pour assurer la circulation de la substance 15 absorbeur de chaleur dans le conduit 61, vers et/ou depuis le(s)dit(s) volume(s) 13, en fonction d’un signal issu du(des) détecteur(s) 260 avec lequel ledit organe (63,65) de circulation sélective est donc relié (communique).
A noter que pour une alimentation flash du(des) volume(s) 13, et sans circuit de recyclage 13, la pompe 65 pourrait être remplacée par une vanne flash interposée donc entre la cuve 60 et le(s) volume(s) 13 à alimenter.
L’entrée 23a dans le boîtier 26 de la substance 15 provenant du conduit 61 pourra se faire à travers le fond 25 ; voir figures 4, 6 ou 7.
Que l’on souhaite ou non que la substance 15 soit présente dans le volume 13 tant en situation anormale de surchauffe qu’en situation nominale de fonctionnement des cellules 5, les schémas des différents variantes de réalisation peuvent s’appliquer, étant précisé que, sur ces schémas, la communication entre les volumes 13 et l’environnement 39 pour le « venting » de la substance 15 est réalisée :
- soit par au moins une fente 210 (figure 6),
- soit par au moins par une évacuation 21 (voir différentes autres figures ou alternative aux fentes 210, en pointillés figure 6).
Pour alimenter la(les) volumes 13, une réserve 60/600 de substance 15 peut être prévue, qui peut comprendre une cuve 600 contenant tant dans la situation nominale que (de préférence) dans la situation anormale de fonctionnement des cellules 5, une réserve de substance 15 fluide, qui pourra être de préférence à l’état liquide.
La réserve 60/600 de substance débouche sur le conduit 61.
Grace à la réserve 60/600, le niveau de substance 15 dans le(s) volume(s) 13 pourra demeurer stable tant que les cellules 5 seront en situation nominale de fonctionnement, ceci bien sûr après une phase initiale de remplissage en substance 15 du(des) volume(s) 19 (remplissage réalisé donc via le conduit 61 et les conduits de communication 29).
Dans le cas de la figure 3, il est possible que la substance 15 ne soit présente dans l’enveloppe 13 considérée qu’en situation anormale de surchauffe (de l’une au moins) des cellules 5.
Le fonctionnement de ce mode de réalisation peut ainsi être le suivant :
- situation nominale : La substance 15 (liquide) est contenue dans la réserve externe 60/600. On peut prévoir qu’aucune des enveloppes 13 ne soit approvisionnée en substance 15 (niveau N11 dans la cuve 600, pleine) ;
- état anormal de certaines au moins des cellules : Le fluide fusible 15 est envoyé vers l’(chaque)enveloppe 13. Pour cela, soit la réserve 60/600 et la substance liquide 15 sont mises sous pression, soit une pompe ou une vanne de décharge (FLASH) 65 est ajoutée, sur le conduit 61. Dans l’(chaque) enveloppe 13 (s’il y en a plusieurs), vide jusqu’alors, le niveau de remplissage N22 est atteint. Dans la cuve, le niveau est descendu de N11 à N21.
Autre cas possible figures 5-6, en traits pleins, où l’on a plutôt souhaité que la substance 15 soit présente dans l’(chaque) enveloppe 13 (s’il y en a plusieurs) de façon a priori plus sélective que dans le cas où une pompe, telle que 65, permet de pouvoir malgré tout, plus ou moins, définir la quantité de substance liquide 15 envoyée dans l’(chaque) enveloppe 13 et/ou le moment où ceci survient. Une pompe à débit variable commandé pourra en effet le permettre.
Dans ce cas, le circuit 23 extérieur comprend au moins une vanne 63 (63a,63b figure 5 où on alimente deux modules 3a,3b) pour, alors que la substance 15 est à l’état liquide :
- la retenir dans la réserve 60 pendant une partie au moins du temps pendant lequel les cellules sont dans l’état nominal de fonctionnement, et
- la laisser circuler vers l’(chaque) enveloppe 13, au moins dans la situation anormale de fonctionnement des cellules 5, permettant alors de perdre des calories.
Les deux sous-circuits 61a,61b pourvus respectivement des vannes 63a,63b peuvent être alimentés indépendamment l’un de l’autre, de même donc pour l’(chaque) enveloppe 13 des modules respectifs 3a,3b.
Le fonctionnement de ce mode de réalisation peut ainsi être le suivant :
- état nominal : La substance 15 (liquide fusible) est contenue dans la réserve 60. On peut prévoir qu’aucune enveloppe 13 (dans l’exemple aucun des modules 3a,3b constituant la batterie 3) ne soit approvisionné(e) en substance 15 (la vanne 63 est alors fermée/les deux vannes 63a,63b figure 5) ;
- état anormal de surchauffe de certaines au moins des cellules : Le fluide fusible 15 est envoyé vers l’(chaque) enveloppe 13 (donc ici dans les modules 3a,3b), après ouverture de la vanne 63 (des deux vannes 63a,63b figure 5).
Pour l’alimentation de l’(chaque) enveloppe 13 en substance 15 liquide, la réserve 60 pourra être sous pression, ou une pompe 65 être ajoutée, telle une pompe immergée dans ce cas.
On notera que pompe(s) 65 comme vanne(s) 63, 63a,63b définissent deux exemples d’un dit « organe de circulation sélective » permettant de contrôler ou d’adapter l’alimentation en substance 15 fluide de l’(chaque) enveloppe 13.
De façon générale, on pourra commander l’(chaque) organe de circulation sélective, et donc notamment la(chaque) pompe 65 et/ou vanne, telle que 63, 63a,63b…, et/ou dispositif échangeur 69, par la commande (ou unité de commande électronique) 67.
Cette commande 67 pourra avoir été programmée. Ce pourra être l’un des composants d’une BMS 671 (Battery Management System/ Système de gestion de batterie) qui, comme connu, est un système électronique qui gère une batterie (ses cellules), notamment en empêchant la batterie de fonctionner en dehors de sa zone de sécurité ( dite situation nominale ), en surveillant son état, en contrôlant son environnement, en calculant certaines données et en en transmettant d’autres, par exemple en l’espèce vers les pompe(s) telle que 65 et/ou les vanne(s), telles que 63e,63h,63a,63b… et/ou dispositif échangeur thermique 69 (voir ci-après).
Une telle BMS 671 peut être présente dans chaque mode de réalisation envisagé.
Pour que l’organe de circulation sélective (pompe(s), vanne(s)….) et/ou le dispositif échangeur thermique 69 soit commandé au plus juste, il est à ce sujet d’ailleurs proposé que soient adjoints :
- au moins un détecteur 260 de paramètre chimique ou physique, ou d’état d’un élément (par exemple état d’une vanne trois voies), et
- la commande 67, alors connectée notamment au détecteur 260, pour alimenter en substance 15 à l’état fluide l’(chaque) enveloppe 13, via ledit au moins un conduit 61, en fonction du paramètre détecté par le détecteur 260.
Bien que non systématiquement schématisés sur les figures, chaque solution inclut au moins un détecteur 260 et au moins un organe (63,63e,65,630,650…) de circulation sélective, et, de préférence, une commande 67.
Le(chaque) détecteur 260 sera de préférence adapté à détecter :
- (au moins) un paramètre chimique ou physique, qui pourra être la température, de l’une au moins des cellules 5, ou encore par exemple une (variation de) tension aux bornes d’une ou plusieurs cellules ou une (variation d’)intensité électrique détectée , et/ou,
- (au moins) un paramètre de température de l’un au moins parmi les éléments suivants placé(s) en contact thermique avec l’une au moins desdites cellules 5 : l’atmosphère dans l’environnement 39 des cellules, le dispositif thermique 1, la substance 15 absorbeur de chaleur,
- (au moins) un paramètre lié autrement à ladite substance 15, telle que sa pression où son état liquide ou gazeux, et/ou
- à un état physique desdits moyens 9 de gestion thermique, tel que la position d’au moins une des vannes, et/ou l’état en fonctionnement ou l’arrêt d’une pompe 65, et/ou
- à un état physique d’un dit organe fonctionnel 6 dont le fonctionnement est influencé par ledit état de la ou des cellule(s) 5.
Un paramètre chimique de cellule 5 pourrait être lié, avec une cellule Li-ion, à la détection d’une modification de la cathode d’oxyde de nickel qu’elle peut présenter et qui est instable et pose des problèmes de sécurité (surchauffe). Un paramètre physique comme la température pourra toutefois être plus simple à détecter.
Un paramètre du détecteur 260 pourra aussi être donc lié à l’état gazeux ou non de la substance 15 absorbeur de chaleur, ou encore, de préférence si plusieurs dits détecteurs sont couplés, à l’état par exemple ouvert ou fermé de clapets auto-obturants (figures 19,20,25,26), ou à la position d’au moins une vanne trois voies (telle que celle 63 dont l’ouverture vers l’évacuation 21 permet la mise à l’air du(des) volume(s) 13 quand la substance 15 passe en phase vapeur ; figures 14 à 16 et 19).
Comme température détectée, on sera en particulier intéressé par la température de surface de la (des) cellule(s) 5.
Un ou plusieurs détecteurs 260 pourront être utilisés.
Le(s) détecteur(s) 260 pourront être, en tout ou partie, celui(ceux) d’une BMS 671.
Une autre prise en compte de température, via le(s) détecteur(s) 260 et la commande 67, pourra s’avérer utile, à savoir celle de l’atmosphère dans l’environnement 39 des cellules. En effet, par exemple une température de l’atmosphère dans l’environnement 39 de plus de 45°C pourrait amener la commande 67 à activer la pompe 65 et/ou, via le dispositif échangeur thermique 69, à alimenter le(s) conduit(s) 61, pour assurer une arrivée de substance 15 liquide dans les volumes 19 concernés à une température plus basse que dans d’autres circonstances ou à un moment anticipé, alors qu’un état anormal de fonctionnement de cellule n’a pas encore été détecté par le(s) autre(s) détecteur(s) 260.
Encore un autre cas, figures 6, 7 puis 14 et suivantes, où l’on a souhaité que la substance 15 puisse, fluide, être recyclée, c’est-à-dire circule dans un circuit alors au moins partiellement en boucle fermée entre une possible réserve 60 (cuve 600 dans l’exemple préféré) et le boitier 26.
Dans ce cas, le circuit 23 extérieur appartient à un circuit de recyclage 230 dans lequel la substance 15 peut circuler à l’état fluide, entre une sortie 23b du boitier 26 et l’entrée précitée 23a communiquant toutes deux avec les volumes 19.
Une pompe 65 sur le circuit peut permettre cette circulation.
Le circuit de recyclage 230 peut donc permettre, par l’extérieur du boîtier :
- de ramener dans le(s) volume(s) 19 une part au moins de la substance 15 qui s’est vaporisée et/ou,
- de réintroduire du fluide fusible 15 à « bonne température » dans la réserve 60 (cuve 600 dans l’exemple) et/ou dans l’échangeur thermique 690 du dispositif 69, voire jusque dans le(s) volume(s) 19, par exemple en cas de recirculation dans le circuit 230 alors que les cellules sont dans un de leurs états nominaux de fonctionnement.
Pour adapter la température de réintroduction du fluide fusible 15, le dispositif échangeur thermique 69 comprend :
- une source 691 de fluide F (figure 6 pour un exemple), et
- (au moins) un échangeur thermique 690 interposé sur le circuit de recyclage 230 et permettant un échange thermique entre le fluide F et la substance 15.
Dans l’échangeur thermique 690, le fluide F sera a priori plus froid que le liquide 15.
Outre avec le(s) détecteur(s) 260 dont elle reçoit les données de paramètre(s) détectée(s), la commande 67 communique (échange des données) avec une partie au moins des organes suivants : pompe 65, échangeur thermique 69 et/ou sa source 691, vanne(s), telle(s) que 63, 63a,63b….
L’échangeur thermique 69 peut être un échangeur à gaz ou à liquide (dit chiller). Il peut comprendre ou se comporter comme un condenseur, permettant ainsi de faire passer la substance 15 de gaz à liquide.De façon générale, si un seuil de température est atteint, et donc au moins en situation anormale de fonctionnement par surchauffe de l’une au moins des cellules 5 (voire avant), il sera possible, en recyclant la substance 15 liquide, de lui faire perdre des calories après donc qu’elle se soit préalablement échauffée par échange thermique avec la(les) cellule(s) 5.
A noter encore, dans la solution de la figure 6, que la réserve 600 pourra être équipée d’un clapet 612 de mise à la pression atmosphérique.
Dans le cas d’une recirculation 230, l’électrovanne 63b pourra disparaître. La pompe 65 pourra être contrôlée par la BMS.
On peut prévoir un fonctionnement comme suit :
- Etat nominal : Le fluide 15 peut (ou non) être en circulation dans le circuit de recyclage 230. Par exemple il peut circuler au moins à partir d’une température relevée par le détecteur 260 inférieure d’une valeur prédéterminée (par exemple de 20°C) à la température considérée comme celle à partir de laquelle les cellules 5 sont considérées comme en surchauffe anormale ;
- Etat anormal de fonctionnement de cellule(s) : Le fluide 15 circule dans le circuit de recyclage 230. Si elle existe, la pompe 65 fonctionne. Le détecteur 260 a en effet détecté qu’un dit « paramètre » a changé, dans l’absolu ou avec une ampleur prédéfinie, ou est passé en-dessous ou au-dessus d’un seuil prédéterminé, par exemple que la température d’une cellule 5 est maintenant supérieure à ladite température seuil au-delà de laquelle les cellules 5 sont considérées comme en surchauffe dans une mémoire de la commande 67.
Tant qu’il circule dans le circuit de recyclage 230, le fluide 15 peut être refroidi par l’échangeur thermique 69.
Eventuellement indépendamment du recyclage, la réserve dans la cuve 600 peut permettre de compenser une possible baisse du niveau dans le(chaque) volume 13 liée à la vaporisation du liquide créée par la surchauffe des cellules 5.
On aura aussi compris que ce recyclage n’interdira pas nécessairement que, plusieurs enveloppes 19 à substance 15, ouvertes chacune en partie inférieure 191, étant disposées dans le boîtier 26, le système à vases communicants prévu vers le fond 25 du boîtier 26 équilibrent les niveaux, dans un cas comme figure 3.
Sur les figures 8-11, on a détaillé une possible réalisation d’enveloppe 19 différente de celle du mode de réalisation de la figure 3, et qui peut correspondre à la manière de réaliser tout ou partie du boîtier 26 dans les réalisations des figures 4-7 ; voir zone VIII figure 6 ou XI figure 5, pour exemple, qui renvoie à la figure 8.
Dans ce cas (voir figures 8-9), le(chaque) volume 13 est défini dans une paroi 28 pouvant être formée par deux plaques ondulées 30a,30b parallèles, appliquées l’une contre l’autre pour définir entre elles le volume 13. La paroi 28 forme ainsi l’enveloppe 19 du volume.
La partie inférieure ouverte du volume, donc des plaques, communique avec un premier tube 32a lui-même ouvert latéralement en 33a pour former l’un des conduits de communication 29 permettent à la substance 15 liquide d’arriver dans le volume 13.
La partie supérieure 193 ouverte du volume, donc des plaques, peut soit être laissée telle quelle (figure 8 ; fente 210 figure 6 par exemple), soit communiquer avec un second tube 32b (figure 9) ouvert aussi latéralement en 33b. Le second tube 32b peut être identique au premier tube 32a et peut donc former une partie de la communication 21 permettant l’échappement de la substance 15 gazeuse hors du volume 13 (voir flèches figures 8-9).
La figure 10 montre une enveloppe 19/paroi 28 disposée de façon adjacente à un groupe de cellules 5, pour être en contact thermique avec elles et que la substance 15 puisse y circuler, en thermique avec ces cellules.
Notamment si un recyclage est prévu, des blocs creux 35a,35b de liaison peuvent permettre de relier mécaniquement et fluidiquement entre eux d’une part les premiers tubes 32a et d’autre part les seconds tubes 32b de deux parois 28 adjacentes (voir figure 11). Les blocs creux inférieurs 35a,35b de liaison entre deux premiers tubes 32a permettront de faire communiquer entre eux plusieurs volumes 13 et donc d’assurer un système de vase communicants.
Avec les figures 12-13, on a par ailleurs schématisé une solution dans laquelle la(chaque) enveloppe 19 peut de nouveau être définie dans une(des) paroi(s) 28, mais avec dans ce cas un dit volume 13 qui est bordé parallèlement à lui, et sans communiquer avec lui, par un volume additionnel 130 :
- duquel le volume 13 est isolé par une cloison 37 (en l’espèce formée par l’une des deux plaques ondulées 30a,30b et limitée latéralement par une troisième plaque ondulée 30c), et
- dans lequel un fluide F2, identique ou différent de ladite substance 15, peut être présent.
Cet ajout crée donc deux volumes 13,130 étanches entre eux et parallèles dans le plan P des plaques.
Comme illustré figure 13, il est aussi possible de créer deux volumes supplémentaires parallèles 130 et 131, toujours étanches par rapport au volume 13 et situés de part et d’autre de lui dans le plan P des plaques. Le premier volume additionnel 130, que l’on peut choisir de disposer au plus près des cellules 5, pourra alors servir à la circulation du fluide F2 agissant en tant que fluide de refroidissement de ces cellules. Le second volume additionnel 131, à disposer au plus loin des cellules 5 (donc au-delà du volume 13), pourra servir à la mise en place d’un isolant thermique 31.
En liaison avec les figures 14 à 16, on va maintenant présenter trois exemples non limitatifs de situations spécifiques permettant, conformément aux solutions ici présentées, de gérer thermiquement au mieux la température des cellules.
Dans le cas d’un montage « flash », comme ce peut être le cas dans les réalisations décrites ci-avant en liaison avec les figures 4-5, sont donc disposés sur le circuit 23 extérieur, à l’écart du pack batterie 3 :
- une cuve 600 ou bombonne de stockage d’une certaine quantité de substance 15 (ou fluide fusible), et
- une vanne 63b (voir par exemple figure 4) et/ou une pompe 65 (voir figures 14 à 16).
La « réserve de substance absorbeur de chaleur » 60/600 pourra donc comprendre dans ce cas une telle cuve ; mais ce pourrait aussi être un serpentin 620 comme figure 16. Les deux, cités comme exemples, sont interchangeables.
La contenance en substance 15 de la réserve pourra être fonction de la contenance du (de chaque) volume 13 et permettra donc d’assurer une réserve de substance disponible pour ce(ces) volume(s), en particulier lors d’un état anormal de fonctionnement.
Pompe 65 à l’arrêt et/ou vanne 63b fermée, la substance 15 ne circulera pas dans le circuit 23 extérieur vers les volumes 19.
Une vanne 63b en aval de la cuve 600 (comme figure 14) n’aura en pratique de réel intérêt, en l’absence de pompe 65, que si la substance 15 peut, vanne ouverte, atteindre les volumes 19 par effet gravitaire.
La cuve 600 peut être sous pression (pression supérieure à la pression atmosphérique à 20°C).
Si une vanne 63b et/ou une pompe 65 sont présents sur le circuit 23, dans une situation de roulage du véhicule 2, et si une valeur seuil préalablement définie est franchie dans les données fournies par un détecteur 260, un signal sera alors adressé à la vanne 63b et/ou à la pompe 65 pour que du fluide 15 de la cuve 600 s’écoule vers et dans les volumes 13. Ce pourra être dans un seul des modules, s’il s’agit du cas de la figure 5, avec une vanne 63a,63b par module 3a,3b.
Dans le cas d’une recharge, qui peut être rapide (« fast charge »), de tout ou partie des cellules, et afin de compléter un système de refroidissement (circuit d’eau par exemple ; fluide F2 dans les passages/volume(s) 130) déjà existant sur le véhicule 2 ou extérieurement à lui, par exemple dans une station-service, une circulation de fluide 15 dans le circuit 23 pourra être mise en route, par le biais d’une pompe, telle que la pompe 65. La pompe 65 sera alors favorablement asservie par un détecteur 260, qui commandera le fonctionnement de la pompe et/ou de la vanne 63a et/ou 63b. Ainsi plusieurs architectures peuvent être envisageables :
Cas n°1; solution de la figure 14 : Solution dans laquelle le circuit 23 appartient à un circuit de recyclage 230 sur lequel sont disposés une pompe 65, la cuve 600, un clapet de sécurité 612 sur la cuve et un dispositif échangeur thermique 63 comprenant un échangeur thermique 630, pour un échange thermique entre ladite substance 15 absorbeur de chaleur et un autre fluide F. L’échangeur thermique 630 est disposé sur le circuit de recyclage 230 et peut être situé hors (à distance) de la cuve 600. L’échangeur 630 peut être by-passé, via des vannes de dérivation 63c,63d (trois voies) qui permettent de diriger la substance 15 absorbeur de chaleur :
- soit l’échangeur thermique 630, et donc dans la première branche 231 du circuit,
- soit vers une seconde branche, de dérivation, 233.
Les deux branches sont branchées sur le circuit de recyclage 230. La branche de dérivation 233 permet de court-circuiter l’échangeur thermique 630.
L’autre fluide F, qui peut être de l’eau froide et qui circule dans l’échangeur 230, peut être celui d’un circuit 71 extérieur de refroidissement raccordé avec une source qui peut être située hors du véhicule 2.
Un scénario de « recharge rapide des cellules » peut alors se dérouler comme suit :
Le circuit 71 extérieur de refroidissement est raccordé au véhicule 2 et circule dans l’échangeur 630. Le liquide fusible 15 circule alors dans le circuit 23 et une partie au moins passe dans la première branche 231, de sorte qu’il est ainsi refroidi via l’échangeur 630. Les vannes de dérivation 63c,63d, qui peuvent être proportionnelles peuvent by-passer tout ou partie du fluide fusible 15 en circulation. Cet asservissement est géré via le(s) détecteur(s) 260 (non représenté). Le fluide 15, ainsi régulé en température, traverse la cuve 600 et arrive dans le(s) volume(s) 13 du pack batterie, via la pompe 65, qui peut être elle-même asservie par le(s) détecteur(s) 260. Ce circuit est dit « ouvert » car il est à pression atmosphérique (105Pa ; pression absolue) durant tout le cycle, via le clapet de sécurité 612 ouvert sur l’air extérieur.
Un autre scénario de gestion d’un « état anormal de fonctionnement de cellules » (visant donc à prévenir un emballement thermique de ces cellules 5), par exemple en roulage du véhicule, peut être comme suit: La circulation du fluide 15 est à ce moment interrompue, sur ordre de la commande 67 suite par exemple à une donnée en temps réel issue du(des) détecteur(s) 260. Le niveau de fluide 15 peut être constant dans tous les volumes 13 du pack batterie (3/modules 3a,3b) grâce à un système de vases communicants entre les volumes 13. En cas d’état anormal sur une ou plusieurs cellules 5, le liquide entre en ébullition et augmente la pression dans les volumes 13, donc dans le circuit 23. Le clapet de sécurité 612 (qui peut être disposé ailleurs que sur la cuve 600) évite une surpression dans le circuit.
Cas n° 2: solution de la figure 15 : Solution dans laquelle, de nouveau, le circuit 23 appartient à un circuit de recyclage 230 sur lequel sont disposés une pompe 65, une cuve 600, un clapet de sécurité 612 et un dispositif échangeur thermique 63 comprenant un échangeur thermique 630, pour un échange thermique entre ladite substance 15 absorbeur de chaleur et un autre fluide F. L’échangeur thermique 630 est disposé sur un circuit 71 extérieur de refroidissement qui passe dans la cuve 600 et donc le fluide secondaire F3 est ainsi en échange thermique :
- avec le fluide 15 dans la cuve 600 et
- avec ledit autre fluide F dans l’échangeur thermique 630.
Une première pompe 65 est disposée sur le circuit « primaire » (circuit 23/230). Une deuxième pompe 75 est disposée sur le circuit secondaire 73. Un clapet de sécurité 612 (qui peut être disposé ailleurs que sur la cuve 600) évite une surpression dans le circuit 23/230.
Un scénario de recharge rapide des cellules peut alors se dérouler comme suit : Le circuit 71 est raccordé au véhicule 2 et circule dans l’échangeur 630. Le fluide F3 du circuit secondaire 75 est ainsi refroidi. Ce circuit 75 « intermédiaire » pourrait alimenter en fluide froid plusieurs sous-systèmes. Le fluide F3 est en contact thermique avec le fluide 15 qui circule alors dans le circuit « primaire » 23/230 : Le fluide 15 est ainsi lui-même refroidi. La circulation dans la circuit 230 peut être activée en continu par la pompe 65, laquelle est asservie par le(s) détecteur (s) 260 (non représenté). Comme dans le cas précédent, le circuit est dit « ouvert » car il est à pression atmosphérique (clapet 612).
Le scénario « état anormal de fonctionnement de cellules » peut être identique au cas précédent.
Cas n°3: solution de la figure 16 : Solution dans laquelle, de nouveau, le circuit 23 appartient à un circuit de recyclage 230 sur lequel sont disposés une pompe 65, une cuve 600, un clapet de sécurité 612 et un dispositif échangeur thermique 63 comprenant un échangeur thermique 630, pour un échange thermique entre ladite substance 15 absorbeur de chaleur et un autre fluide F. L’échangeur thermique 630 est disposé sur un circuit 71 extérieur de refroidissement qui passe dans la cuve 600 et donc le fluide 15 et ledit autre F peuvent ainsi être en échange thermique.
Un scénario de « recharge rapide des cellules » peut alors se dérouler comme suit : Le circuit 71 est raccordé est raccordé au véhicule 2. Le fluide qui peut y circuler est alors en contact thermique avec la boucle 230 de fluide fusible 15. La pompe 65 de ce circuit peut permettre une circulation continue de fluide 15 dans les volumes 13 du pack batterie 3. Cette pompe 65 peut être asservie par le(s) détecteurs 260 pour réguler la circulation du fluide 15. Comme pour les deux cas précédents, le système peut être en circuit « ouvert », via le clapet 612.
Le scénario « état anormal de fonctionnement de cellules » peut être identique au cas précédent.
On notera que dans tous les cas, une mise à l’air (évacuation 21) est prévue par ouverture d’une vanne trois voies 63e (en tant que dit organe de circulation sélective), via la commande 67 reliée au détecteur 620.
Toute vanne trois voies envisagée dans le présent texte, telle que 63c,63d,63e,63f…pourra avoir chacune de ses voies ouverte ou fermée, indépendamment des autres voies et des autres vannes.
On va maintenant s’intéresser à encore d’autres manières de réaliser l’(les) enveloppe(s) 19) et donc le(s) volume(s) 13 ; voir figures 17 et suivantes.
Il s’agit donc d’alternatives au mode de réalisation de la figure 3 où, comme on l’a compris, il s’agissait d’une version dans laquelle, sur le véhicule, un boîtier 26 contient une série de cellules 5 et dans lequel deux cellules ou deux groupes de cellules sont séparées par un dit volume 13, lequel créé une séparation physique isolant la substance 15 absorbeur de chaleur des cellules avec lesquelles la substance 15 absorbeur de chaleur est en échange thermique.
Les modes de réalisation ci-après reprennent, quoi qu’il en soit, les caractéristiques de l’invention présentées ci-avant comme essentielles.
Dans la version qui suit, et dont une illustration peut être celle de la figure 17, sur le véhicule (2 par exemple) ladite au moins une enveloppe 19 :
- est formée directement dans l’épaisseur de la paroi périphérique 261 du boîtier 262, lequel peut remplacer le boîtier 26 des figures 3 à 7 et 14 à 16, et
- peut donc former elle-même cette paroi 261 qui sera alors creuse pour y laisser circuler la substance 15 et la faire communiquer avec le circuit 23 extérieur.
Cette version présente de fait une structure de paroi périmétrique de boîtier proche de, et de fonctionnement identique à celle des figures 8-11.
Le boîtier 262 contient une série de dites cellules 5 avec lesquelles la substance 15 absorbeur de chaleur peut échanger thermiquement, à travers la paroi 19-261 qui l’entoure et qui non seulement définit un contenant pour les cellules 5, mais isole physiquement ces cellules du(des) volume(s) 13, donc de la substance 15.
L’enveloppe 19 (donc ici la paroi périphérique 261) peut, sur ce véhicule, se présenter comme une sorte de caisson creux, dans lequel passe un ou plusieurs canaux 77 définissant le(les) volume(s) 13 et qui peut entourer latéralement tout l’espace intérieur réservé aux cellules. Le fond (non représenté) du boîtier 262 peut être à simple paroi.
L’enveloppe 19 permet bien sûr à la substance 15, qui peut y circuler, d’échanger thermiquement avec les cellules 5.
A noter aussi que l’(les) enveloppe(s) 19 pourrai(en)t former une structure s’étendant autour, le long de et parallèlement à la paroi 261 du boîtier 262.
L’(les) enveloppe(s) 19 pourrai(en)t ainsi s’étendre uniquement sur un ou plusieurs côtés latéraux autour du boîtier 262. Mais ce pourrait aussi être uniquement sous lui, à son contact thermique.
Les situations décrites ci-avant en liaison avec les figures 8 à 13 peuvent aussi s’appliquer à ce mode de réalisation.
Ainsi, le(chaque) volume 13 pourra être bordé par un volume additionnel 130 duquel il sera isolé par une cloison (telle que 37 figure 13 ou 263 figure 18), et dans lequel un fluide F2, identique ou différent de ladite substance 15 absorbeur de chaleur :
- peut être présent , et
- qui sera alors en échange thermique :
-- avec les cellules 5 du boîtier (tel que 262 figure 18), au moins dans l’un au moins desdits états nominaux, si ledit fluide F2 (donc le volume additionnel 130) est interposé entre l’(chaque) enveloppe 19 et la paroi 261 du boîtier (cas correspondant à celui de la figure 13), ou
-- avec l’environnement extérieur 39, si ledit fluide F2 (donc le volume additionnel 130) est situé entre ladite au moins une enveloppe 19 et l’environnement extérieur 39.
Dans tout cas où la substance 15 et la(les) cellule(s) sont sans contact physique entre elles, la substance absorbeur de chaleur pourra présenter une conductivité électrique limite mentionnée ci-avant et conventionnelle.
A noter que le volume additionnel 130 prévu pour la circulation du fluide F2 en échange thermique avec les cellules à travers une paroi intermédiaire (thermiquement conductrice donc) pourra être situé sous le boîtier, comme schématisé figure 4 en pointillés pour marquer que ce n’est qu’une option.
Dans la version encore alternative qui suit, et dont une illustration peut être celle de la figure 18, sur le véhicule (2 par exemple) ladite au moins une enveloppe 19 se présente maintenant comme une paroi 263 périmétrique d’un boîtier 264 dont ledit volume 13, qui définit l’ensemble de son volume interne :
- contient une série de dites cellules 5, lesquelles vont, individuellement ou par groupe, être (à un moment) immergées, dans la substance 15, alors en échange thermique avec ces cellules 5, et
- au sein duquel ladite substance 15 peut circuler.
Ainsi, la substance 15 vaporisable peut circuler dans ce cas en contacts tant physique que thermique avec les cellules 5, lesquelles seront donc immergées, en tout ou partie, dans cette substance 15.
La paroi 263 du boîtier 264 entoure, latéralement et par-dessous, tout l’espace intérieur réservé aux cellules. Le raccordement au conduit 61 (circuit 23) pour l’entrée de la substance 15 dans le volume 19 de logement de toutes les cellules 5 peut s’effectuer par le fond du boîtier 262, comme illustré figure 18 à droite. Un couvercle 266 peut fermer le dessus du boîtier et présenter la sortie de raccordement au conduit 61, pour la sortie de la substance 15.
Devant être en contact physique avec des cellules 5, la substance 15 absorbeur de chaleur doit présenter une conductivité électrique inférieure à ce qui a été mentionnée ci-avant. Un fluide diélectrique pourra donc convenir.
Pour encore favoriser la gestion thermique des cellules 5, il est aussi proposé que, dans cette version, sur le véhicule :
- ladite paroi (telle que 263) du boîtier (tel que 264) soit entourée, sur au moins un côté, par un volume additionnel 131 dans lequel un fluide F2, identique ou différent de ladite substance 15 :
- peut être présent , et
- qui sera alors en échange thermique avec les cellules 5, au moins dans l’un au moins desdits états nominaux de fonctionnement des cellules.
Le volume additionnel 131 pourra être créer dans une sorte de caisson creux, dans lequel passe un ou plusieurs canaux 177 et qui s’étend autour, le long de et parallèlement à la paroi 263 du boîtier, sur un ou plusieurs côtés. Le caisson permet au fluide F2, qui peut y circuler, d’échanger thermiquement avec les cellules 5 et la substance 15.
Comme illustré, le volume additionnel 131 pourra ainsi s’étendre sur plusieurs côtés latéraux autour du boîtier considéré. Mais ce pourrait être uniquement sous lui, à son contact thermique.
Dans la paroi 263 (ses parties latérales), l’enveloppe 19 et donc le volume 13 pourront ne s’étendre que sur une partie de la hauteur de cette paroi et donc des faces des cellules. Ainsi, on peut prévoir par exemple :
- que ladite série de cellules 5 soit immergée dans la substance 15 uniquement en partie inférieure, avant vaporisation, et
- que le volume additionnel 131 (donc le caisson creux et ses canaux 177) soit situé face à la seule partie supérieure des cellules 5, uniquement donc face à la partie supérieure de ladite paroi (telle que 263) du boîtier.
Le volume additionnel 131 (donc le caisson creux et ses canaux 177) pourrai(en)t même être formé(s) directement dans l’épaisseur de la paroi du boîtier 264. Le volume additionnel 131 formerait alors lui-même une partie, par exemple latérale, de la paroi 263 qui serait alors localement creuse pour y laisser circuler le fluide F2 et le faire communiquer avec un circuit 237 extérieur permettant d’apporter le fluide F2 à la température souhaitée dans le volume additionnel 131.
Une pompe 651 permet, à l’extérieur du boîtier 264, de faire circuler le fluide F2 de refroidissement.
Comme déjà expliqué, on pourra en outre avoir intérêt à ce que, toute version confondue, les moyens 9 de gestion thermique comprennent, entre deux cellules 5 successives, ou entre deux groupes successifs de cellules 5 d’une dite série, ou d’un côté au moins d’une telle cellule, au moins un élément 17 isolant thermique, de préférence sous vide (PIV).
Si l’enveloppe 19, donc le volume 13, entoure, latéralement et par-dessous, tout l’espace intérieur réservé aux cellules 5 (comme par exemple ci-avant en formant la paroi 263 du boîtier 264 ; cf. figure 18), on préfèrera a priori interposer des entretoises 80 entre les cellules pour faciliter la circulation de la substance 15 dans le boîtier.
Comme on le voit sur les figures, et indépendamment du fait qu’une partie des moyens 9 de gestion thermique des cellules 5 puisse être disposée sur une station 200 de recharge des cellules (voir figures 19-20), le véhicule (une partie desdits organes de circulation sélective de la substance 15) pourra utilement comprendre plusieurs dites vannes qui sont multivoies, 63e,63f, pour pouvoir diriger la substance 15 absorbeur de chaleur vers une dérivation 233 ou 235 branchée sur le circuit de recyclage 230 et qui court-circuitera tout dispositif (tel que 69) adapté à modifier la température de la substance absorbeur de chaleur.
Avec des vannes multivoies telles que 63e,63g branchées sur le conduit 61 du circuit extérieur 23 du véhicule en sortie de boîtier, tel que 26,262 ou 264, on pourra par ailleurs, à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules 5, voire en cas d’emballement ultérieur, orienter la circulation de la substance 15 absorbeur de chaleur (hors du(des)dit(s) volume(s) 13 et de l’enveloppe 19) vers l’évacuation gazeuse 21 qui débouche sur l’environnement extérieur 39, ceci
- via une partie 235 du circuit 23 extérieur, et
- dans une position desdites vannes multivoies 63e,63g contrôlée par la commande 67 communiquant avec ces vannes.
Au sujet de la commande 67, on notera qu’elle sera de préférence prévue dans toute les réalisations de l’invention. Reliée au(x) détecteur(s) 260, la commande 67 permet un contrôle automatisé, à distance.
On pourra aussi prévoir, sur le véhicule, plusieurs dites vannes multivoies, telles que 63f,63h figure 20, pour, via la commande 67, pouvoir diriger la substance 15 fluide vers une dérivation 233 branchée sur le circuit de recyclage 230.
La dérivation 233 comprendra alors, branchée sur elle, la décharge de vapeur qui pourra être équipée d’un clapet, 211, pour ladite évacuation gazeuse 21 vers l’environnement extérieur 39, ceci dans ledit état anormal de fonctionnement des cellules ou à partir de cet état anormal.
Par la dérivation 233, on pourra donc (voir figures 19-20):
- rediriger la substance 15, alors au moins en partie liquide, en boucle vers l’entrée du(des) volumes 13, et/ou
- diriger cette même substance 15, alors au moins en partie en phase gazeuse, vers l’évacuation 21 (« venting »).
Comme un exemple l’illustre figures 19-20, l’invention concerne aussi le cas où tout le système de prévention de l’emballement thermique peut ne pas être embarqué sur le véhicule pourvu des cellules 5 et de moyens de gestion thermique 9.
Est alors concerné un ensemble comprenant :
- un véhicule 20, et
- une station 200 de recharge de la ou des cellules 5.
La station 200 peut être installée à poste fixe, dans une station-service par exemple.
Comme avantage d’une station 200 de recharge de cellules dissociée du véhicule, on peut noter : pouvoir délocaliser hors du véhicule certains composants des moyens 9 de gestion thermique, limiter la masse du véhicule, pouvoir encore améliorer certains aspects de la sécurité, par exemple en ayant plus de souplesse pour gérer la température de la substance 15.
Sur la station 200 de recharge de cellules, on trouve un circuit 611 complémentaire du circuit 23/230 extérieur du véhicule et pourvu d’au moins un second conduit 610, raccordable au(x) conduit(x) 61 et sur lequel sont branchés :
- un réservoir 60 contenant une réserve de substance 15,à une température basse permettant de refroidir le(s) volume(s) 13, dans ledit état anormal, ou en situation de recharge, quand les conduits 61 et 611 sont raccordés, et/ou
- un dispositif 69 adapté à modifier la température de ladite substance, tel qu’un échangeur (un stockeur/échangeur 60/69 est envisageable), et
- des premiers organes 630,650 de circulation sélective de la substance 15 absorbeur de chaleur dans le(s) conduit(s) 61,610.
Le véhicule 20 peut être identique à celui repéré 2, aux différences près mentionnées ci-après.
Le véhicule 20 comprend ainsi toujours :
- (une autre partie) des moyens 9 de gestion thermique des cellules 5, comprenant au moins une enveloppe19 définissant intérieurement un volume 13 pour la substance 15, et la communication (21,211) entre ledit volume 13 et l’environnement extérieur 39, pour permettre l’échappement gazeux précité (« venting »).
Les moyens 9 de gestion thermique des cellules comprennent, comme précédemment :
- un circuit 23 extérieur de circulation de la substance 15, qui comprend au moins un premier conduit 61 relié au(x)dit(s) volume(s) 13, de façon que la substance soit, dans le ou certains au moins desdits volume(s) 13, en échange thermique avec la ou les cellules 5, au moins au début de l’état anormal de fonctionnement, et de préférence dans l’un au moins des états nominaux de fonctionnement, et
- au moins un dit détecteur 260.
Le véhicule 20 comprend en outre des (dits seconds) organes tels que 63 (par exemple 63e,63g ou 63f,63h…) de circulation sélective reliés au(x) détecteur(s) 260 pour, en fonction d’un signal issu de ce(s) détecteur(s), assurer la circulation de la substance 15 alors fluide :
- soit vers le circuit 230 complémentaire de la station de recharge, dans l’un au moins desdits états nominaux de fonctionnement de la ou des cellules 5,
- soit vers l’environnement extérieur 39, via ladite évacuation gazeuse 21, dans l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules, voire pendant l’emballement.
Ainsi, les seconds organes de circulation sélective peuvent toujours comprendre des vannes multivoies 63e,63f,63g… pour, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules 5 et dans une position de certaines au moins de ces vannes multivoies contrôlée par la commande 67 recevant des données du détecteur 260 :
- fermer l’accès au circuit 230 complémentaire de la station de recharge,
- orienter la circulation de la substance 15 vers l’évacuation gazeuse 21, via une partie 233 du circuit 23 extérieur, pour la partie vaporisée de la substance 15 sortant du(des)dit(s) volume(s) 13), et/ou
- orienter la circulation de ladite partie liquide de la substance 15 vers la même dérivation 233 de recyclage, sans toutefois alors d’échappement vapeur en 21, permettant ainsi à la partie liquide de la substance 15 de pouvoir être réintroduite vers ladite au moins une enveloppe 19.
Pour favoriser, sur la partie 233 du circuit 23 extérieur, cette double possibilité d’échappement vapeur et de recyclage de la substance 15 fluide, il est encore proposé que ladite partie 233 de circuit définisse la dérivation de recyclage précitée qui est pourvue de l’évacuation gazeuse 21.
En particulier si un raccordement du circuit 23 ou 230 à une station de recharge 200 est prévue, comme ce peut donc être le cas figures 19-20, on pourra équiper des extrémités libres de conduits 61 avec des raccords auto-obturables 88a,88b - côté véhicule - qui pourront coopérer avec des raccords auto-obturables 880a,880b complémentaires, côté station de recharge, sur les conduits 61.
Comme schématisé figure 20, ces raccords auto-obturables seront utilement placés sous le contrôle de commandes respectives, 67 pour le véhicule et son pendant 670 sur la station de recharge 200 où des détecteurs 266, reliés à la commande 670, détectent la position ouverte ou fermée des raccords auto-obturables 880a,880b et transmettent cette information à la commande 670 afin que les raccords soient placés dans la position adaptée à la situation.
Les détecteurs 266 pourront être des capteurs mécaniques, tels que des capteurs de présence.
Une dérivation 92b (idem côté véhicule : 92a) pourra permettre de boucler la circulation de la substance 15 fluide, en cas de débranchement des raccords auto-obturables, jusqu’à ce que la pompe 65(650) s’arrête, elle-même pouvant être placée sous le contrôle de la commande 67 ou 670.
On a noté ci-avant que, si l’enveloppe 19 entoure, latéralement et par-dessous, tout l’espace intérieur réservé aux cellules 5 (comme dans l’exemple de la figure 18), on préfèrera a priori interposer des entretoises 80 entre les cellules pour faciliter la circulation de la substance 15 dans le boîtier. Comme dans l’exemple des figures 21-22, ces entretoises ici repérées 800, pourraient être intégrées à la face intérieure des parois latérales du boîtier 264 et faire donc saillie dans le volume 13 qui loge toutes les cellules 5, comme on le voit figure 21.
C’est dans le fond du boîtier (264 ; figure 22) que pourra être formée l’entrée de la substance 15 qui pourra déboucher, dans le volume 13, donc à l’intérieur du boîtier 264, sur le conduit de communication 29 formant un système à vases communicants sous les cellules 5.
On notera encore que dans la solution de l’invention, tout dispositif 69 adapté à modifier la température de la substance 15 sur le circuit extérieur 23/230 pourra n’être utilisé que pour assurer la fonction de refroidissement de la substance 15 alors qu’elle est en phase liquide. La substance 15 sera alors mise en circulation dans le circuit 23 ou 230 (pompe 65 ou 650 par exemple).
Deux autres cas ont encore considéré dans l’invention. On les a schématisés figures 23 et 24.
Le premier cas est celui dans lequel, en plus du venting 21 de la substance 15 alors au moins en partie gazeuse, on a considéré utile d’assurer par un/des évents 220 un dégazage Gc des cellules 5 (comme par exemple figure 23 ou 18). En effet, en état anormal, une cellule va dégazer si la température est excessive. Ce dégazage est typiquement rapidement suivi d’une ébullition de la substance 15 et donc de la situation de venting 21 précitée. Le(chaque) 220 évent communique avec l’espace dans lequel se situe les cellules 5. Dans les cas précédents :
- soit on n’a pas illustré le dégazage des cellules via ce(s) évents 220,
- soit, dans le cas d’un fluide diélectrique en tant que substance 15 (comme par exemple figure 18 ou 21), on a considéré que l’évacuation dans l’environnement extérieur 39 de la substance 15 par le(s) venting(s) 21 permettait aussi le dégazage des cellules 5, puisque le volume 13 contient tant les cellules que la substance 15.
Toujours dans ce premier cas, si le volume 133 interne du boîtier (voir pour un exemple la solution présentée en liaison avec la figure 20 ou 24) ne contient que les cellules 5, le(s) volume(s) 13 réservé(s) à la substance 15 en étant alors séparé(s) par une cloison ou une paroi (telle la paroi 270 figure 24 ou la cloison 261 figure 17), alors un/des évents 220 seront favorablement prévus, spécifiquement pour le dégazage des cellules ; voir figure 18 (évents 220,à travers les couvercles 266) ou figure 24 (évents 220, à travers une paroi du boîtier et communiquant avec un volume interne 133). Les gaz brûlants Gc produits par les cellules pourront ainsi s’évacuer à l’air dans l’environnement extérieur 39.
Si les volumes 13 et 133 sont communs (cellules pouvant baigner dans une substance 15 diélectrique, comme figure 23), une membrane sélective 221 pourra imperméable aux liquides (donc à la substance 15 liquide) et perméable aux gaz : gaz Gc, voire une partie au moins de la partie gazeuse produite par la substance 15 en cas de surchauffe de cellules.
Deuxième cas : celui où les cellules ne sont pas de type prismatique, voir figure 24 pour un exemple, et/ou celui où elles ne sont avec leurs bornes (50a,50b figure 4 par exemple) orientées vers le haut. Il peut s’agir de cellules dite « pouch » (poche) ; mais ce pourrait aussi être des cellules par exemple cylindriques. Ainsi l’invention n’est pas limitée à un type de cellule, ni d’ailleurs avec une orientation nécessairement « verticale » des cellules. Les cellules pouch présentent leurs bornes 50a,50b de part et d’autre, sur deux faces opposées. On les a ici supposées disposées à l’horizontale, avec les bornes 50a,50b sur leurs faces verticales, basculées donc de 90° par rapport aux autres exemples. Elles peuvent dégazer par l’évent 220 qui communique avec le volume 133 où elles sont disposées. Dans l’exemple, le volume 133 est séparé par la cloison interne 268 du volume 13, donc de l’enveloppe 19 formée par la paroi périphérique extérieure 270 du boîtier. Par des conduits précités 61, la substance 15 entre puis peut sortir du volume 13 à travers lequel cette substance va pouvoir échanger thermiquement avec le volume 133 et les cellules 5 qu’il renferme. Une plaque de refroidissement 272 traversée du(des volume(s) additionnel (s) ou passage(s) 130 peut permettre à un fluide de refroidissement F2 tel que précité de circuler au contact de la paroi périphérique extérieure 270 du boîtier (par exemple sous lui) et d’être ainsi aussi en échange thermique avec le volume 133 et les cellules 5.
En résumé général de ce qui précède, on pourra considérer qu’avec par exemple des cellules Li-Ion, en cas d’incident (surchauffe) sur une cellule 5, la quantité de chaleur dégagée en quelques secondes par la cellule est d’environ 200 à 400 J/gr, soit pour une cellule de 2kg une puissance thermique comprise entre 200 et 400 kW libérée en quelques secondes. Environ 80% de cette puissance thermique peut être évacuée par l’échappement vapeur 21 (venting substance 15), environ 20% restant alors dans le volume 13. Demeure donc une « puissance résiduelle » par cellule comprise entre 40 et 80 J/gr qui entraine une situation d’emballement thermique. Bien que séduisante a priori, prévoir un(des) échangeur(s) et/ou condenseur(s) seul(s) s’est avéré pour les inventeurs une solution inappropriée (un échangeur ne dépassant classiquement pas les 7 kW : radiateur/ condenseur ou échangeur d’un système de climatisation sur un véhicule automobile). De là un couplage, comme dans l’invention, entre :
- l’utilisation de l’ébullition d’un fluide (la substance 15), avec évacuation vers l’extérieur 39 (en 21), le dégazage de la vapeur produite entraînant avec lui l’évacuation à l’extérieur de ladite « puissance résiduelle », et
- un circuit extérieur 23 ou 230, avec sa circulation sélective et son système de détection de situation ou d’état (via le(s) détecteur(s) 260 et de préférence la commande 67,670,671 associée) permettant que le fluide (la substance 15) à changement de phase:
-- puisse être admis le moment venu, dans la(les) zone(s) où sont situées les cellules (zone(s) d’ébullition possible), ceci dans son état le plus propice à la gestion thermique des cellules,
-- et de préférence puisse circuler dans ledit circuit extérieur de façon que l’on puisse agir sur sa température, voire un autre paramètre (tel que sa composition et/ou sa pression) afin de pouvoir notamment être recyclée ;on a notamment prévu que la substance 15 puisse être réintroduite en 13 plus froide que, au moins en partie liquide, elle a quitté ce volume.
Trois autres variantes sont encore proposées pour pemettre d’élargir encore le champ d’utilisation de la solution de l’invention et donc celui la substance 15. Les figures 25 26 et 27 schématisent chacune, et successivement, un tel cas.
On retrouve dans les deux premières variantes sensiblement le montage de la solution présentée en relation avec la figure 19, avec le circuit de recyclage 230 pour partie sur le véhicule 20, pour partie sur la station de recharge 200 :
- sur le véhicule 20 : boîtier avec cellules 5, enveloppe(s) 19 à volume(s) 13 (le boîtier pouvant être par exemple celui 262 déjà présenté, ou un des autres 26,264…), détecteur(s) 260, commande 67/671, vanne trois voies 63e permettant d’atteindre l’évacuation 21 pour la substance 15 si elle sort gazeuse du boîtier, cette vanne étant associée à deux autres telles vannes, par exemple 63f,63g, plus en aval sur le circuit de recyclage 230, puis, un possible échangeur, tel que le stockeur de substance/échangeur 60/63 avec une possible mise à l’air via le clapet 612, et une pompe ou moteur 65,
- sur la station de recharge 200 : un dispositif 69 adapté à modifier la température de ladite substance, tel qu’un échangeur thermique comme précité (fluide F4).
Les vannes trois voies 63f,63g, disposées l’une en aval de l’autre sur le circuit de recyclage 230, entre la vanne 63e et le possible échangeur 60/63, sont montées de part et d’autre de deux branches de ce circuit montées en parallèle : l’une sur le véhicule 20, l’autre sur la station de recharge 200, des raccords auto-obturables 88a,88b,880a,880b montées sur la branche de la station de recharge 200 permettant de connecter/déconnecter le véhicule et la station de recharge.
Ainsi montées et placées sous le contrôle des détecteur(s) 260 et commande 67/671, les vannes trois voies 63f,63g vont permettre de diriger la substance 15, alors au moins essentiellement liquide :
- soit vers la branche de la station de recharge 200, lorsqu’une recharge des cellules est à réaliser,
- soit, à un moment qui peut être différent, en circuit fermé uniquement sur le véhicule, quand un recyclage de la substance 15 est encore souhaité.
Sur les branches en parallèle, la branche de dérivation côté véhicule 20 sera avantageusement pourvue d’un dispositif additionnel 692 échangeur de chaleur dans lequel ladite substance 15 peut circuler en échange thermique avec un autre fluide F3.
Le dispositif additionnel 692 échangeur de chaleur appartiendra utilement au circuit 700 du véhicule 20 :
- circuit de climatisation d’air (A/C) pouvant servir à climatiser l’habitacle passager, ou
- circuit d’eau de refroidissement pouvant servir à gérer thermiquement le(s) moteur(s) 702 (électrique, thermique, ou les deux) du véhicule lui permettant de se déplacer.
Le circuit d’eau de refroidissement pourra comprendre un radiateur (ou plus généralement un échangeur eau/air), et/ou un refroidisseur/système de refroidissement (« chiller » en anglais). Un tel refroidisseur/système de refroidissement pourra aussi être prévu sur le circuit de climatisation d’air (A/C).
Ainsi, la substance 15 pourra t’elle, en phase liquide, être recyclée dans le circuit de 230 en ayant sa température adaptée via soit le dispositif additionnel 692, soit le dispositif 69.
A noter qu’éventuellement, les deux branches en parallèle pourraient être montées sur le véhicule, les raccords 88a,88b,880a,880 n’ayant alors plus nécessairement raison d’être.
On pourrait alors prévoir qu’en fonction de l’importance de l’échange thermique anticipé pour maîtriser la température de la substance 15, la substance puisse, sous le pilotage des détecteur(s) 260 et commande 67/671, circuler en échange thermique:
- soit avec un fluide F3 gazeux (air par exemple), via l’échangeur 69 (pour les plus faibles gradients thermiques),
- soit avec un fluide F4 liquide (base aqueuse par exemple), via l’échangeur 692 (pour les plus forts gradients thermiques).
A noter aussi (voir figure 26) que les dispositif additionnel 692 et dispositif 69 pourraient être branchés en série sur le circuit 230 extérieur de recyclage, avec ou sans les raccords auto-obturables 88a,88b,880a,880b montées respectivement en amont et en aval du dispositif 69 échangeur si celui-ci et le circuit de fluide qui y est associé sont prévus sur une station de recharge, telle celle 200.
Si une telle option avec branchement occasionnel possible sur une station de recharge est prévue, les raccords auto-obturables 88a,88b,880a,880b seront couplés avec une branche de dérivation locale 614 branchée entre eux et permettant de fermer le circuit 230 et de court-circuiter le dispositif 69 quand il n’est pas lui-même branché.
La troisième variante se rapporte au cas où ladite au moins une enveloppe 19 se présente comme la paroi 263 d’un boîtier 264 dans ledit (au moins un) volume 13 duquel les cellules 5 peuvent être immergées, au sein de la substance 15 ; voir figure 27.
Dans ce cas, on peut souhaiter optimiser :
- à la fois une homogénéisation de température par groupe de cellules 5, en particulier pour des températures correspondant à un fonctionnement nominal des cellules, et
- s’assurer qu’en toute circonstance (par exemple même en cas de gonflement excessif de cellules 5), la substance 15 pourra bien circuler vers le conduit de sortie 61, hors du boîtier (voir haut de la figure 27, figure 18, à droite, et figures 21,22).
A cette fin, il est proposé ce qui suit, dans le volume 13 entouré donc par les parois 263 du boîtier 264 :
- à l’intérieur de groupes ou modules (tels 52a,52b figure 27) de cellules 5, au moins une couche de MCP 710 est interposée ou serrée entre deux cellules 5 successives (ou deux sous-groupes successifs par exemple de 2 ou 3 cellules), et
- les mêmes groupes ou modules (tels donc que 52a,52b) de ces cellules 5 sont deux à deux séparés par une entretoise 712 creuse qui maintient un espace adapté entre eux.
Creuse, traversée par au moins un passage ouvert, l’(chaque)entretoise 712 assure aussi à la substance 15 une libre circulation dans le volume 13, entre les groupes ou modules de cellules 5.
Comme cela est possible dans toutes les variantes de la présente invention, on a en outre schématisé la présence possible, par exemple sous le boîtier, d’une plaque de refroidissement 272 traversée du(des) volume(s) additionnel(s) ou passage(s) 130 permettant donc à un fluide de refroidissement F2 tel que précité de circuler au contact de la paroi périphérique extérieure, ici 263, du boîtier (qui peut être sa partie de fond 25) et d’être ainsi aussi en échange thermique avec le volume 13 et les cellules 5.
Par contre, pour ne pas surcharger, on n’a pas de nouveau schématisé le détecteur 260, voire la commande 67/671.
Comme on a pu le noter quelque fois dans le texte ci-avant, on pourra par ailleurs prévoir que, sur le véhicule ou la station de charge 200, les moyens 9 de gestion thermique comprennent en outre des moyens de variation, ou d’adaptation, de pression agissant sur la substance alors qu’elle est sous forme liquide et qui seront alors :
- adaptés pour pouvoir mettre la substance 15 sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, dans le(s) volume(s) 13, ou
- adaptés pour pouvoir mettre la substance 15 sous une pression inférieure à la pression atmosphérique, dans le(s) volume(s) 13.

Claims (23)

  1. Véhicule comprenant :
    - au moins une cellule (5) de stockage d’énergie électrique,
    - des moyens (9) de gestion thermique de la ou des cellule(s) (5), comprenant :
    -- au moins une enveloppe (19) présentant un volume (13) où une substance (15) absorbeur de chaleur peut être présente, en échange thermique avec ladite cellule (5) :
    --- dans un état nominal de fonctionnement, et/ou
    --- dans un état anormal, différent de l’état nominal, de fonctionnement des cellules (5),
    ladite substance (15) absorbeur de chaleur pouvant être dans un état liquide ou un état gazeux, et
    -- au moins une communication (21) entre ledit volume (13) et l’environnement extérieur (39), pour permettre une évacuation de la substance (15) absorbeur de chaleur dans cet environnement extérieur dans un état gazeux,
    caractérisé en ce que les moyens (9) de gestion thermique comprennent en outre :
    - qui s’étend à distance de la ou des cellule(s) (5) et de ladite au moins une enveloppe (19), un circuit (23) extérieur de circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur qui comprend au moins un conduit (61,610) relié au(x)dit(s) volume(s) (13), de façon que la substance soit présente à l’état liquide dans le ou certains au moins desdits volume(s) (13), en échange thermique avec la ou les cellules (5), au moins au début dudit état anormal de fonctionnement,
    - un détecteur (260,266) d’un paramètre lié au fonctionnement du véhicule, et
    - en tant qu’élément branché sur ledit conduit, au moins un organe (63,63e,65,630,650…) de circulation sélective branché sur le conduit (61), pour assurer la circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur dans ledit au moins un conduit, vers et/ou depuis le(s)dit(s) volume(s) (13), en fonction d’un signal issu dudit détecteur (260) avec lequel ledit organe (63,65, 630,650) de circulation sélective est relié.
  2. Véhicule selon la revendication 1, dans lequel le détecteur (260) est sensible à l’un au moins desdits paramètres parmi :
    - l’un au moins desdits états nominaux ou anormaux de fonctionnement de la ou des cellules (5),
    - un paramètre chimique ou physique, qui peut être la température, de la ou de l’une au moins desdites cellules (5) ou une pression de ladite substance (15) absorbeur de chaleur,
    - un état du circuit (23,230) extérieur, qui peut être un état débranché ou branché sur un circuit complémentaire annexe (611),
    - un état d’un dit élément branché sur ledit conduit (61).
  3. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit circuit (23) extérieur appartient à un circuit de recyclage (230) dans lequel ladite substance peut circuler à l’état fluide, entre une sortie et une entrée communiquant toutes deux avec le(s) volume(s) (13).
  4. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes qui comprend, en tant qu’élément branché sur ledit conduit (61), un dispositif (69,692) adapté à modifier la température de ladite substance.
  5. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens (9) de gestion thermique des cellules comprennent en outre une commande (67,671) reliée :
    - au détecteur (260,266),
    - à l’organe (63,65,630,650) de circulation sélective de la substance absorbeur de chaleur.
  6. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes qui comprend, , en tant qu’élément branché sur ledit conduit et en tant que dit organe de circulation sélective, au moins une vanne (63a,63b,63e,63f) et/ou une pompe (65,650).
  7. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le détecteur (260) est un composant d’une BMS dont le véhicule est équipé, pour commander l’alimentation en substance absorbeur de chaleur à l’état liquide du(des)dit(s) volume(s), via ledit au moins un conduit (61), en fonction dudit paramètre détecté par le détecteur, au moins :
    - pendant une partie de l’état nominal de fonctionnement de la ou des cellules, qui correspond à une phase de recharge de la ou des cellules, et/ou,
    - pendant l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules.
  8. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le détecteur (260) est sensible à un paramètre électrique et/ou de température de la ou de l’une au moins desdites cellules (5).
  9. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une enveloppe (19) se présente comme une paroi (263) d’un boîtier (264) dont ledit volume (13) :
    - contient une série de dites cellules, lesquelles peuvent, individuellement ou par groupe, être immergées, dans la substance (15) absorbeur de chaleur, alors en échange thermique avec elle,
    - et au sein duquel la substance (15) absorbeur de chaleur peut circuler,
    la paroi (263) du boîtier s’étendant ainsi autour de ladite série de cellules et ladite substance (15) absorbeur de chaleur présentant une conductivité électrique inférieure à 5 10-4S/m.
  10. Véhicule selon la revendication 9, dans lequel :
    - ladite paroi du boîtier est entourée, sur au moins un côté, par un volume additionnel (130) dans lequel un fluide (F2), identique ou différent de ladite substance (15) :
    - peut être présent, et
    - qui est alors en échange thermique avec les cellules, au moins dans une partie de l’état nominal.
  11. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ladite au moins une enveloppe (19) s’étend autour d’une paroi d’un boîtier (262) contenant une série de dites cellules avec lesquelles la substance (15) absorbeur de chaleur peut échanger thermiquement, à travers ladite paroi.
  12. Véhicule selon la revendication 11, dans lequel le volume (13) est bordé par un volume additionnel (130) duquel il est isolé par une cloison (37,261), et dans lequel un fluide (F2), identique ou différent de ladite substance (15) absorbeur de chaleur :
    - peut être présent, et
    - qui est alors en échange thermique :
    -- avec les cellules, au moins dans au moins une partie de l’état nominal, s’il est interposé entre ladite au moins une enveloppe (19) et la paroi du boîtier (262),
    -- avec l’environnement extérieur, s’il est entre ladite au moins une enveloppe (19) et l’environnement extérieur.
  13. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, qui comprend un boîtier (26) contenant une série de dites cellules et dans lequel deux cellules ou deux groupes de cellules sont séparées par un dit volume (13), lequel créé une séparation physique isolant la substance (15) absorbeur de chaleur des cellules avec lesquelles la substance (15) absorbeur de chaleur est en échange thermique.
  14. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel ladite substance (15) absorbeur de chaleur présente une conductivité électrique supérieure ou égale à 0.005 S/m à 10% près.
  15. Véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, qui comprend une série de dites cellules, et dans lequel les moyens (9) de gestion thermique comprennent en outre, entre deux cellules (5) successives, ou entre deux groupes successifs de cellules (5) de la série, ou d’un côté au moins d’une dite cellule, au moins un élément (17) isolant thermique.
  16. Véhicule selon les revendications 4 et 6, seules ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 5, 7 à 15, qui comprend plusieurs dites vannes, qui sont multivoies (63c,63d,63e,63f,63g, 63h) pour pouvoir diriger la substance (15) absorbeur de chaleur vers une dérivation (233) branchée sur le circuit de recyclage (230) et qui court-circuite ledit dispositif (69,692) adapté à modifier la température de la substance absorbeur de chaleur.
  17. Véhicule selon les revendications 3 et 6, seules ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 4, 5, 7, 8 à 15, qui comprend plusieurs dites vannes, qui sont multivoies (63c,63d,63e,63f,63g, 63h) pour, via la commande (67), pouvoir diriger la substance (15) absorbeur de chaleur vers une dérivation (233), branchée sur le circuit de recyclage (230) et :
    - qui comprend une décharge de vapeur, pour ladite évacuation (21) vers l’environnement extérieur, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules (5), et
    - qui permet à une partie de la substance (15) absorbeur de chaleur de pouvoir être réintroduite vers ladite au moins une enveloppe (19).
  18. Véhicule selon les revendications 4 et 6, seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 5, 7, 8 à 15, qui comprend plusieurs dites vannes, qui sont multivoies (63c,63d,63e,63f,63g, 63h) pour :
    - dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules (5),
    - via une partie (233) du circuit (23) extérieur, et
    - dans une position de certaines dites vannes multivoies contrôlée par la commande (67),
    orienter la circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur hors du(des)dit(s) volume(s) (13) et de l’enveloppe (19) vers l’évacuation gazeuse (21) qui débouche sur l’environnement extérieur (39).
  19. Ensemble comprenant :
    a) un véhicule comprenant :
    - au moins une cellule (5) de stockage d’énergie électrique, et
    - des moyens (9) de gestion thermique des cellules (5), comprenant :
    -- au moins une enveloppe (19) présentant un volume (13) où une substance (15) absorbeur de chaleur est présente, en échange thermique avec la ou les cellules (5):
    --- dans au moins un état nominal de fonctionnement, et/ou
    --- dans l’état anormal, différent de état nominal, de fonctionnement,
    ladite substance (15) absorbeur de chaleur pouvant être dans un état liquide ou un état gazeux, et
    -- au moins une communication (21) entre ledit volume (13) et l’environnement extérieur, pour permettre une évacuation de la substance (15) absorbeur de chaleur dans cet environnement extérieur dans un état gazeux,
    les moyens (9) de gestion thermique des cellules comprenant en outre :
    - qui s’étend à distance de la ou des cellules (5) et de ladite au moins une enveloppe (19), un circuit (23,230) extérieur de circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur qui comprend au moins un premier conduit (61) relié au(x)dit(s) volume(s) (13), de façon que la substance soit, dans le ou certains au moins desdits volume(s) (13), en échange thermique avec la ou les cellules (5), au moins au début de l’état anormal de fonctionnement et/ou dans une partie au moins de l’état nominal de fonctionnement, et
    b) une station (200) de recharge de la ou des cellules, comprenant un circuit (611) complémentaire dudit circuit (23) extérieur du véhicule, pourvu d’au moins un second conduit (610) sur lequel sont branchés :
    - un dispositif (69) adapté à modifier la température de ladite substance, et
    - des premiers organes (63,65) de circulation sélective de la substance (15) absorbeur de chaleur dans le(s) second(s) conduit(s) (61,610),
    ledit ensemble comprenant en outre un détecteur (260) d’un paramètre lié au(x) fonctionnement(s) du véhicule et/ou de la station (200) de recharge de la ou des cellules, et
    le véhicule comprenant en outre des seconds organes (63e,63f…) de circulation sélective reliés au détecteur (260) pour, en fonction d’un signal issu dudit détecteur (260), assurer la circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur :
    - soit vers le circuit (611) complémentaire de la station de recharge, dans une partie au moins de l’état nominal de fonctionnement de la ou des cellules (5),
    - soit vers l’environnement extérieur (39), via ladite évacuation gazeuse (21), dans l’état anormal de fonctionnement de la ou des cellules (5).
  20. Ensemble selon la revendication 19, dans lequel :
    - les seconds organes (63e,63f…) de circulation sélective comprennent des vannes multivoies pour, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules (5) et dans une position desdites vannes multivoies contrôlée par une commande (67) recevant des données du détecteur (260) :
    -- fermer l’accès au circuit (611) complémentaire de la station de recharge,
    -- orienter la circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur hors du(des)dit(s) volume(s) (13) et de l’enveloppe (19) vers l’évacuation gazeuse (21) dans l’environnement extérieur, via une partie du circuit (23) extérieur, et/ou
    -- orienter la circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur hors du(des)dit(s) volume(s) (13) et de l’enveloppe (19) vers une dérivation (233) de recyclage permettant à une partie de la substance (15) absorbeur de chaleur de pouvoir être réintroduite vers ladite au moins une enveloppe (19).
  21. Ensemble selon la revendication 20, dans lequel ladite partie du circuit (23) extérieur qui définit la dérivation (233) de recyclage comprend ladite évacuation gazeuse (21), pour y évacuer la substance (15) absorbeur de chaleur vers l’environnement extérieur, dans le ou à partir dudit état anormal de fonctionnement de la ou des cellules (5).
  22. Ensemble selon l’une des revendications 19 à 21, dans lequel le véhicule comprend un dispositif (692) échangeur de chaleur branché sur le circuit (23) extérieur de circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur et :
    - formant un dit dispositif adapté à modifier la température de ladite substance, et
    - dans lequel ladite substance peut circuler en échange thermique avec un autre fluide (F3),
    le dispositif (692) échangeur de chaleur du véhicule et ledit dispositif (69) de la station (200) de recharge adapté à modifier la température de ladite substance étant disposés en série ou en parallèle sur ledit circuit (23) extérieur.
  23. Ensemble selon l’une des revendications 19 à 21, dans lequel le véhicule comprend un dispositif (692) échangeur de chaleur branché sur le circuit (23) extérieur de circulation de la substance (15) absorbeur de chaleur et :
    - formant un dit dispositif adapté à modifier la température de ladite substance,
    - dans lequel ladite substance peut circuler en échange thermique avec un autre fluide (F3), et
    - qui est branché sur un circuit (700) de climatisation du véhicule ou un circuit (702) d’eau de refroidissement du véhicule.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024000138A1 (fr) * 2022-06-28 2024-01-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 Procédé de gestion thermique de système de stockage d'énergie et système de stockage d'énergie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3063340A1 (fr) 2017-02-28 2018-08-31 Hutchinson Dispositif thermique a evacuation de securite
EP3579330A1 (fr) * 2018-06-07 2019-12-11 Hyundai Motor Company Dispositif de refroidissement de batterie pour véhicule
FR3084525A1 (fr) * 2019-02-14 2020-01-31 Hutchinson Structure de gestion thermique de batterie electrique

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8846232B2 (en) * 2009-11-11 2014-09-30 Atieva, Inc. Flash cooling system for increased battery safety
US9912021B2 (en) * 2013-05-17 2018-03-06 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical storage device thermal management systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3063340A1 (fr) 2017-02-28 2018-08-31 Hutchinson Dispositif thermique a evacuation de securite
EP3579330A1 (fr) * 2018-06-07 2019-12-11 Hyundai Motor Company Dispositif de refroidissement de batterie pour véhicule
FR3084525A1 (fr) * 2019-02-14 2020-01-31 Hutchinson Structure de gestion thermique de batterie electrique

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