FR3122775A1 - Bloc batterie comportant des moyens de refroidissement - Google Patents

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Abstract

Un aspect de l’invention concerne un bloc batterie (1) comportant une pluralité de rangées ‘(2) de cellules, des longerons (4) disposés entre lesdites rangées (2) de cellules, un réceptacle (5) recevant ladite pluralité de rangées (2) cellules et lesdits longerons (4), et des moyens de refroidissement (6) desdites cellules. Les moyens de refroidissement (6) comportent: un circuit de circulation (7) d’un fluide diélectrique disposé dans un fond (8) dudit réceptacle (5) et dans une épaisseur desdits longerons (4), des moyens de pulvérisation (9) dudit fluide diélectrique sur lesdites rangées (2) de cellules, lesdits moyens de pulvérisation (9) traversant une surface supérieure (10) desdits longerons (4) et communiquant avec ledit circuit de circulation (7), des moyens d’extraction (11) dudit fluide diélectrique pulvérisé traversant ladite surface supérieure (10) et débouchant dans ledit circuit de circulation (7), et un circuit de refroidissement (12) dudit fluide diélectrique connecté audit circuit de circulation (7). Figure 1

Description

BLOC BATTERIE COMPORTANT DES MOYENS DE REFROIDISSEMENT
L’invention concerne de manière générale le refroidissement des batteries d’accumulateurs pour véhicule. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un bloc batterie pour véhicule muni de moyens de refroidissement.
Un bloc batterie, également dénommé batterie, est un assemblage de cellules électrochimiques, désignées aussi cellules d’accumulation électrique ou cellules, dont chacune est une unité élémentaire de conversion d’énergie chimique en énergie électrique, et inversement. Les cellules sont connectées en série et/ou en parallèle et doivent être en nombre suffisant pour atteindre les caractéristiques souhaitées pour le bloc batterie, notamment, en termes de tension, de courant et de capacité de stockage d'énergie. La température des cellules doit être maintenue dans une plage de température optimale, sans jamais dépasser des limites hautes définies par les fabricants, afin de garantir ses performances et sa durabilité.
Dans un véhicule électrique ou hybride, le bloc batterie utilisé pour la traction du véhicule, par exemple un bloc batterie de type lithium-ion, s'échauffe de manière conséquente pendant les phases de charge et de décharge de celui-ci. Par ailleurs, le besoin de réduire la durée de recharge du bloc batterie, notamment dans les véhicules électriques de grande capacité énergétique, conduit au développement de la recharge à très haute puissance, dite « HPC ou UFC» pour « High Power Charging ou Ultra Fast Charging» en anglais. La recharge HPC impose des contraintes thermiques accrues sur le bloc batterie. Typiquement, pendant une recharge HPC, la température d’une batterie de type Lithium-ion ne doit pas excéder 50°C afin de garantir la sécurité de fonctionnement et éviter un vieillissement prématuré de celle-ci.
Des systèmes de refroidissement par air sont utilisables pour garantir un conditionnement thermique du bloc batterie. Il est connu par exemple du document US-B2-10665915 un circuit de refroidissement du bloc batterie formé à travers la structure du bloc batterie, associé à des sorties positionnées face aux modules de batterie de sorte à injecter de l’air sur les faces des modules de batteries.
Un tel système de refroidissement par air ne permet pas de refroidir efficacement les cellules d’un bloc batterie, notamment lors d’une phase de recharge à très haute puissance HPC.
Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un bloc batterie comportant des moyens de refroidissement permettant de refroidir efficacement les cellules du bloc batterie, notamment lors des phases de recharge à très haute puissance.
Dans ce contexte, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un bloc batterie comportant une pluralité de rangées de cellules, des longerons disposés entre les rangées de cellules, un réceptacle recevant la pluralité de rangées cellules et les longerons, et des moyens de refroidissement des cellules. Les moyens de refroidissement des cellules comportent:
  • un circuit de circulation d’un fluide diélectrique disposé dans le fond du réceptacle et dans une épaisseur des longerons,
  • des moyens de pulvérisation du fluide diélectrique sur les rangées de cellules, les moyens de pulvérisation traversant une surface supérieure des longerons et communiquant avec le circuit de circulation,
  • des moyens d’extraction du fluide diélectrique pulvérisés traversant la surface supérieure et débouchant dans le circuit de circulation, et
  • un circuit de refroidissement du fluide diélectrique connecté au circuit de circulation du fluide diélectrique.
Grâce à l’invention, un fluide diélectrique refroidi par le circuit de refroidissement est pulvérisé directement sur des rangées de cellules. Ainsi, les cellules du bloc batterie sont refroidies efficacement et de manière uniforme, y compris lors d’une phase de recharge à très haute puissance HPC.
En outre, le circuit de circulation, les moyens de pulvérisation et les moyens d’extraction du fluide diélectrique sont disposés dans la structure du bloc batterie, à savoir le fond du réceptacle et les longerons. Cet agencement particulier permet de réduire l’encombrement du bloc batterie.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le bloc batterie selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un aspect de l’invention, sur un longeron, les moyens de pulvérisation sont alignés sur un rang.
Selon un aspect de l’invention, sur un longeron, les moyens de pulvérisation sont disposés en alternance sur deux rangs.
Selon un aspect de l’invention, sur un longeron, chaque moyen de pulvérisation est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur une des deux rangées de cellules juxtaposées au longeron.
Selon un aspect de l’invention, sur un longeron, chaque moyen de pulvérisation est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur les deux rangées de cellules juxtaposées au longeron.
Selon un aspect de l’invention, les moyens de pulvérisation sont formés par :
  • des orifices ménagés dans les longerons,
  • des clapets tarés disposés dans les longerons, ou
  • des buses orientables.
Selon un aspect de l’invention, les moyens d’extraction sont formés par des clapets unidirectionnels.
Selon un aspect de l’invention, le circuit de refroidissement comporte un dispositif de refroidissement du fluide diélectrique et des moyens de pressurisation du fluide diélectrique, lesdits moyens de pressurisation comportant :
  • des moyens de pressurisation basse pression agencés pour pressuriser à basse pression le fluide diélectrique, et
  • des moyens de pressurisation haute pression agencés pour pressuriser à haute pression le fluide diélectrique.
Selon un aspect de l’invention, les moyens de pressurisation haute pression sont disposés dans le circuit de circulation du fluide diélectrique.
Un autre aspect de l’invention se rapporte à un procédé de refroidissement d’un bloc batterie selon l’un quelconque des aspects de l’invention précités, le bloc batterie étant disposé dans un véhicule muni de moyens de mesure de température du bloc batterie et d’un calculateur de gestion de refroidissement, le procédé comportant lorsque la température du bloc batterie dépasse une valeur seuil, une étape de déclencher, via le calculateur de gestion de refroidissement, une circulation à haute pression du fluide diélectrique dans le circuit de circulation du fluide diélectrique de sorte à pulvériser le fluide diélectrique sur les rangées de cellules.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
illustre de façon schématique un bloc batterie conforme à un aspect non limitatif de l’invention.
représente de façon schématique une vue de dessus du bloc batterie illustré à la .
illustre de façon schématique un bloc batterie conforme à un autre aspect non limitatif de l’invention.
illustre trois exemples de réalisation de moyens de pulvérisation que comporte un bloc batterie conforme à un aspect non limitatif de l’invention.
illustre de façon schématique un procédé de refroidissement d’un bloc batterie selon un aspect non limitatif de l’invention.
La illustre de façon schématique un bloc batterie 1 conforme à un aspect non limitatif de l’invention. La illustre quant à elle une vue de dessus du bloc batterie 1 illustré à la .
Pour la suite de la description on fera référence indifféremment aux figures 1 et 2.
Le bloc batterie 1 est destiné à une utilisation dans un véhicule électrique ou hybride.
Le bloc batterie 1 comporte une pluralité de rangées 2 de cellules 3. Ces cellules 3 sont des cellules d’accumulation électrique.
Le bloc batterie 1 comporte également des longerons 4 disposés entre les rangées 2 de cellules 3. Ces longerons 4 assurent notamment le maintien des rangées 2 de cellules 3.
Le bloc batterie 1 comporte en outre un réceptacle 5 recevant notamment les rangées 2 de cellules 3 et les longerons 4.
Le bloc batterie 1 comporte en outre des moyens de refroidissement 6 des cellules 3.
Ces moyens de refroidissement 6 comportent un circuit de circulation 7 d’un fluide diélectrique. Ce circuit de circulation 7 d’un fluide diélectrique est disposé dans le fond 8 du réceptacle 5 et dans une épaisseur des longerons 4. Autrement dit, de manière à pouvoir accueillir du fluide diélectrique, les longerons 4 sont creux.
Il convient de noter que l’extrémité inférieure des cellules 3 est positionnée dans le circuit de circulation 7 du fluide diélectrique.
Ces moyens de refroidissement 6 comportent en outre des moyens de pulvérisation 9 du fluide diélectrique sur les rangées 2 de cellules 3. Les moyens de pulvérisation 9 traversent une surface supérieure 10 des longerons 4 et communiquent avec le circuit de circulation 7 du fluide diélectrique.
Dans cet exemple de réalisation, les moyens de pulvérisation 9 sont formés par des orifices ménagés dans la surface supérieure 10 des longerons 4.
Dans un autre exemple de réalisation non illustré, les moyens de pulvérisation 9 sont formés par des clapets tarés agencés pour pulvériser le fluide diélectrique lorsque la pression dans le circuit de circulation 7 dépasse une valeur prédéterminée.
Dans un autre exemple de réalisation non illustré, les moyens de pulvérisation 9 sont formés par des buses orientables. Les buses d’un longeron 4 peuvent par exemple être disposées sur une rampe orientable électriquement.
Ces moyens de refroidissement 6 comportent en outre des moyens d’extraction 11 du fluide diélectrique pulvérisé. Ces moyens d’extraction 11 traversent la surface supérieure 10 des longerons 4 et débouchent dans le circuit de circulation 7 du fluide diélectrique.
Les moyens d’extraction 11 peuvent par exemple être formés par des clapets unidirectionnels.
Les moyens de refroidissement 6 comportent en outre un circuit de refroidissement 12 du fluide diélectrique.
Le circuit de refroidissement 12 est connecté au circuit de circulation 7 du fluide diélectrique.
Dans un exemple de réalisation non limitatif, le circuit de refroidissement 12 comporte :
  • un dispositif de refroidissement 13 du fluide diélectrique, ce dispositif de refroidissement 13 pouvant être formé par un échangeur de chaleur ;
  • un réservoir 14 de liquide diélectrique ;
  • des moyens de pressurisation 15, 16 du fluide diélectrique, les moyens de pressurisation 15, 16 comportent :
    • des moyens de pressurisation basse pression 15 agencés pour pressuriser à basse pression le fluide diélectrique,
    • des moyens de pressurisation haute pression 16 agencés pour pressuriser à haute pression le fluide diélectrique, et
    • des moyens de dérivation 17 permettant de court-circuiter les moyens de pressurisation haute pression 16.
Dans l’exemple illustré, les moyens de pressurisation basse pression 15 sont formés par une pompe basse pression et les moyens de pressurisation haute pression 16 sont formés par une pompe haute pression.
Dans un exemple de réalisation non illustré, les moyens de pressurisation sont formés par une pompe à deux étages, un premier étage formant les moyens de pressurisation basse pression et l’autre étage formant les moyens de pressurisation haute pression.
La illustre un autre mode de réalisation de l’invention dans lequel les moyens de pressurisation haute pression 16 sont disposés dans le circuit de circulation 7 du fluide diélectrique, autrement dit dans le réceptacle 5. Un tel agencement permet de réduire l’encombrement du bloc batterie 1.
Ainsi, pendant les situations de vie d’utilisation normale du bloc batterie 1, les cellules 3 qui sont maintenues par les longerons 4 sont en semi immersion dans le circuit de circulation du fluide diélectrique 7. La pompe basse pression 15 est activée et les moyens de dérivation 17 court-circuitent la pompe haute pression 16 de sorte à faire circuler le fluide diélectrique sans le pulvériser. Ainsi, les parties inférieures des cellules 3, qui sont immergées dans le fluide diélectrique circulant dans le circuit de circulation 7, sont refroidies via un contact direct avec le fluide diélectrique.
Lors des situations de vie de forte sollicitation des cellules 3 avec une demande de recharge ou décharge rapide, dans des conditions climatiques extrêmes , lors d’un roulage sur autoroute ou dans le cas où il y a un emballement thermique, la fonction pulvérisation est activée au moyen de la pompe haute pression 16 qui va pressuriser le fluide diélectrique à haute pression pour le pulvériser via les moyens de pulvérisation 9 des longerons 4 pour asperger les faces des cellules 3 juxtaposées et éventuellement les bus-barres électriques pour le raccordement électrique des cellules 3.
Ainsi, il est possible de refroidir rapidement le bloc batterie 1 via une pulvérisation directe du fluide diélectrique sur les faces des cellules 3 sans impacter la hauteur du bloc batterie 1 et aussi empêcher l’occurrence du phénomène d’emballement thermique dans la batterie1.
La illustre une vue de dessus de trois longerons 4a, 4b, 4c disposés entre quatre rangées 2a, 2b, 2c, 2d de cellules.
Plus particulièrement, les rangées 2a et 2b de cellules sont juxtaposées au longeron 4a, les rangées 2b et 2c de cellules sont juxtaposées au longeron 4b et les rangées 2c et 2d de cellules sont juxtaposées au longeron 4c.
Dans cet exemple de réalisation,
  • les moyens de pulvérisation 9 du longeron 4a sont alignés sur un rang r1,
  • les moyens de pulvérisation 9 du longeron 4b sont alignés sur un rang r1, et
  • les moyens de pulvérisation 9 du longeron 4c sont disposés en alternance sur deux rangs r1 et r2.
Sur le longeron 4a, chaque moyen de pulvérisation 9 est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur une des deux rangées 2a, 2b de cellules juxtaposées au longeron 4a. Plus particulièrement, les moyens de pulvérisation 9 sont agencés pour pulvériser par alternance le fluide diélectrique sur une rangée 2a de cellules puis sur l’autre rangée 2b de cellules.
Sur le longeron 4b, chaque moyen de pulvérisation 9 est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur les deux rangées 2b, 2c de cellules juxtaposées au longeron 4b.
Sur le longeron 4c, chaque moyen de pulvérisation 9 est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur une des deux rangées 2c, 2d de cellules juxtaposées au longeron 4c. Plus particulièrement, chacun des moyens de pulvérisation 9 est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur la rangée de cellules 2c, 2d juxtaposée la plus éloignée.
La illustre un procédé 100 de refroidissement d’un bloc batterie ‘1 selon l’un des aspects de l’invention précités. Le bloc batterie 1 est disposé dans un véhicule 18 muni de moyens de mesure 19 de température du bloc batterie 1 et d’un calculateur 20 de gestion de refroidissement.
Le procédé 100 comporte, lorsque la température du bloc batterie 1 dépasse une valeur seuil, une étape de déclencher 101, via le calculateur 20 de gestion de refroidissement, une circulation à haute pression du fluide diélectrique dans le circuit de circulation 7 du fluide diélectrique. Ainsi, le fluide diélectrique est pulvérisé sur les rangées 2 de cellules 3. Autrement dit, lors de cette étape 101, la pompe haute pression 16 est activée de sorte à augmenter la pression dans le circuit de circulation 7 jusqu’à ce que le fluide diélectrique soit éjecté via les moyens de pulvérisation 9 sur les rangées 2 de cellules 3.
Il est entendu que l’homme du métier est en mesure d’apporter des modifications, notamment en ce qui concerne la disposition des moyens de pulvérisation et d’extraction du fluide diélectrique.

Claims (10)

  1. Bloc batterie (1) comportant une pluralité de rangées (2) de cellules (3), des longerons (4) disposés entre lesdites rangées (2) de cellules (3), un réceptacle (5) recevant ladite pluralité de rangées (2) cellules (3) et lesdits longerons (4), et des moyens de refroidissement (6) desdites cellules (3), ledit bloc batterie (1) étant caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (6) desdites cellules (3) comportent:
    • un circuit de circulation (7) d’un fluide diélectrique disposé dans un fond (8) dudit réceptacle (5) et dans une épaisseur desdits longerons (4),
    • des moyens de pulvérisation (9) dudit fluide diélectrique sur lesdites rangées (2) de cellules (3), lesdits moyens de pulvérisation (9) traversant une surface supérieure (10) desdits longerons (4) et communiquant avec ledit circuit de circulation (7),
    • des moyens d’extraction (11) dudit fluide diélectrique pulvérisé traversant ladite surface supérieure (10) et débouchant dans ledit circuit de circulation (7), et
    • un circuit de refroidissement (12) dudit fluide diélectrique connecté audit circuit de circulation (7).
  2. Bloc batterie (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que, sur un longeron (4), les moyens de pulvérisation (9) sont alignés sur un rang (r1).
  3. Bloc batterie (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que, sur un longeron (4), les moyens de pulvérisation (9) sont disposés en alternance sur deux rangs (r1, r2).
  4. Bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, sur un longeron (4), chaque moyen de pulvérisation (9) est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur une des deux rangées (2) de cellules (3) juxtaposées audit longeron (4).
  5. Bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, sur un longeron (4), chaque moyen de pulvérisation (9) est agencé pour pulvériser le fluide diélectrique sur deux rangées (2) de cellules (3) juxtaposées audit longeron (4).
  6. Bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de pulvérisation (9) sont formés par :
    • des orifices ménagés dans les longerons (4),
    • des clapets tarés disposés dans les longerons (4), ou
    • des buses orientables.
  7. Bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d’extraction (11) sont formés par des clapets unidirectionnels.
  8. Bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit de refroidissement (12) comporte un dispositif de refroidissement (13) du fluide diélectrique et des moyens de pressurisation (15, 16) dudit fluide diélectrique, lesdits moyens de pressurisation (15, 16) comportant :
    • des moyens de pressurisation basse pression (15) agencés pour pressuriser à basse pression le fluide diélectrique, et
    • des moyens de pressurisation haute pression (16) agencés pour pressuriser à haute pression le fluide diélectrique.
  9. Bloc batterie (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les moyens de pressurisation haute pression (16) sont disposés dans le circuit de circulation (7).
  10. Procédé (100) de refroidissement d’un bloc batterie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit bloc batterie (1) étant disposé dans un véhicule (18) muni de moyens de mesure (19) de température du bloc batterie (1) et d’un calculateur (20) de gestion de refroidissement, ledit procédé (100) comportant, lorsque la température du bloc batterie (1) dépasse une valeur seuil, une étape de déclencher (101), via ledit calculateur (20) de gestion de refroidissement, une circulation à haute pression du fluide diélectrique dans le circuit de circulation (7) du fluide diélectrique de sorte à pulvériser ledit fluide diélectrique sur lesdites rangées (2) de cellules (3).
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