FR3133708A1 - TEMPERATURE REGULATION DEVICE FOR BATTERY - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de régulation de température (1) d’une batterie (2) de véhicule comprenant en particulier au moins un tuyau (3) étanche, contenant un fluide caloriporteur, ledit au moins un tuyau (3) étanche étant configuré pour présenter des sections froides (4), exposées à une source froide (5) et des sections chaudes (5), exposées à au moins une source chaude (7), et au moins une pompe (8) pour la circulation dudit fluide caloriporteur dans ledit au moins un tuyau (3) étanche, caractérisé en ce que : - les sections froides (4) et sections chaudes (5) sont alternées le long dudit au moins un tuyau (3) étanche, et - le fluide caloriporteur est adapté de manière à permettre sa condensation dans les sections froides du tuyau (3) étanche et son évaporation dans les sections chaudes du tuyau (3) étanche ; ainsi qu’un bloc-batterie et un véhicule comprenant ledit bloc-batterie. Fig. 1The invention relates to a device for regulating the temperature (1) of a vehicle battery (2) comprising in particular at least one sealed pipe (3), containing a heat transfer fluid, said at least one sealed pipe (3) being configured to present cold sections (4), exposed to a cold source (5) and hot sections (5), exposed to at least one hot source (7), and at least one pump (8) for the circulation of said heat transfer fluid in said at least one sealed pipe (3), characterized in that: - the cold sections (4) and hot sections (5) are alternated along said at least one sealed pipe (3), and - the heat transfer fluid is adapted so as to allow its condensation in the cold sections of the sealed pipe (3) and its evaporation in the hot sections of the sealed pipe (3); as well as a battery pack and a vehicle comprising said battery pack. Fig. 1
Description
L’invention se rapporte à un dispositif de régulation de température d’au moins une batterie de véhicule, d’un bloc-batterie comprenant ce dispositif et dudit véhicule comprenant ledit bloc-batterie.The invention relates to a device for regulating the temperature of at least one vehicle battery, of a battery pack comprising this device and of said vehicle comprising said battery pack.
Dans les véhicules électriques, les batteries ont des températures optimales de fonctionnement, typiquement entre 20°C et 40°C. Ainsi, les batteries ou cellules de batterie ont une moindre durée de vie si elles sont chaudes. L’une des solutions industrielles actuelles connue pour maintenir ces températures est la fourniture d’échangeur(s) de chaleur avec un fluide calorifique circulant à l’intérieur du véhicule.In electric vehicles, batteries have optimal operating temperatures, typically between 20°C and 40°C. Therefore, batteries or battery cells have a shorter lifespan if they are hot. One of the current industrial solutions known to maintain these temperatures is the supply of heat exchanger(s) with a calorific fluid circulating inside the vehicle.
Dans ce contexte des solutions utilisant des caloducs ont été proposées. Un caloduc se présente sous la forme d’une enceinte hermétique renfermant un fluide à l’état d’équilibre liquide-vapeur, généralement en absence de tout autre gaz. L’extrémité du caloduc située près de l’élément à refroidir est appelé « évaporateur » et l’élément à refroidir « source chaude ». L’évaporateur est positionné près de la source chaude. Le fluide à l’état liquide se vaporise en absorbant l’énergie thermique émise par la source chaude et la vapeur ainsi formée circule jusqu’à l’autre extrémité appelée le condenseur situé au niveau d’un dissipateur thermique ou d’un autre système de refroidissement (source froide) où elle se condense pour retourner à l’état liquide. La condensation permet de céder de l’énergie thermique à la source froide. Le liquide retourne alors à l’évaporateur pour un nouveau cycle.In this context, solutions using heat pipes have been proposed. A heat pipe takes the form of a hermetic enclosure containing a fluid in a state of liquid-vapor equilibrium, generally in the absence of any other gas. The end of the heat pipe located near the element to be cooled is called the “evaporator” and the element to be cooled “hot source”. The evaporator is positioned near the hot source. The fluid in the liquid state vaporizes by absorbing the thermal energy emitted by the hot source and the vapor thus formed circulates to the other end called the condenser located at a heat sink or other system cooling (cold source) where it condenses to return to the liquid state. Condensation allows thermal energy to be transferred to the cold source. The liquid then returns to the evaporator for a new cycle.
Le brevet US8785024B2 divulgue un caloduc comprenant un corps contenant un fluide caloriporteur et une ailette de refroidissement à persiennes adjacente à une extrémité dudit corps. L'ailette de refroidissement à persiennes s'étend vers l'extérieur à partir d'une surface du corps. Des blocs-batteries refroidis par air contenant le caloduc sont également décrits.Patent US8785024B2 discloses a heat pipe comprising a body containing a heat transfer fluid and a louvered cooling fin adjacent to one end of said body. The louvered cooling fin extends outward from a surface of the body. Air-cooled battery packs containing the heat pipe are also described.
Le brevet KR20110090491A décrit un dispositif de refroidissement et de chauffage de batteries de moyenne et grande taille pour véhicules électriques comprenant : un module de caloduc constitué d'une pluralité de tuyaux fermés ayant une forme de boucle afin de faire circuler le fluide en circulation ; et une partie de chauffage et une partie de refroidissement qui sont agencées au niveau d'une partie de garnissage externe afin de chauffer ou de refroidir le fluide en circulation. Le tuyau fermé est divisé en une partie de garniture intérieure et une partie de garniture externe par une ligne imaginaire verticale.Patent KR20110090491A describes a medium and large battery cooling and heating device for electric vehicles comprising: a heat pipe module consisting of a plurality of closed pipes having a loop shape to circulate the circulating fluid; and a heating part and a cooling part which are arranged at an outer packing part so as to heat or cool the circulating fluid. The closed pipe is divided into an inner trim part and an outer trim part by a vertical imaginary line.
Le brevet US8973386B2 décrit un véhicule à traction électrique ayant au moins une paire de roues de commande ; au moins une machine électrique réversible qui peut être connectée mécaniquement à des roues de commande ; un convertisseur électronique de puissance qui pilote la machine électrique ; un système de stockage d’énergie électrique connecté au convertisseur de puissance électrique et comprenant au moins un dispositif de stockage ; un compartiment passager ; un système de conditionnement d’air du compartiment passager qui réalise la fonction de régulation de la température à l’intérieur du compartiment passager ; et un système de refroidissement, qui est complètement indépendant et séparé du système de conditionnement d’air du compartiment passager et qui utilise un cycle de réfrigération de compression pour refroidir au moins un des composants électriques, c’est-à-dire la machine électrique, le convertisseur de puissance électrique et le système de stockage.Patent US8973386B2 describes an electric traction vehicle having at least one pair of control wheels; at least one reversible electric machine which can be mechanically connected to control wheels; an electronic power converter which controls the electrical machine; an electrical energy storage system connected to the electrical power converter and comprising at least one storage device; a passenger compartment; a passenger compartment air conditioning system which performs the function of regulating the temperature inside the passenger compartment; and a cooling system, which is completely independent and separate from the air conditioning system of the passenger compartment and which uses a compression refrigeration cycle to cool at least one of the electrical components, i.e. the electrical machine , the electric power converter and the storage system.
Le brevet US8231996B2 décrit des procédés de refroidissement d'un bloc-batterie comprenant un grand nombre de cellules dans divers modes de réalisation. Dans un mode de réalisation, un ou plusieurs caloducs à faible résistance thermique sont utilisés pour évacuer la chaleur du bloc-batterie. Dans un autre mode de réalisation, les caloducs sont couplés à une plaque froide refroidie par circulation de liquide.Patent US8231996B2 describes methods of cooling a battery pack comprising a large number of cells in various embodiments. In one embodiment, one or more low thermal resistance heat pipes are used to carry heat away from the battery pack. In another embodiment, the heat pipes are coupled to a cold plate cooled by liquid circulation.
US20090208829A1 utilise un caloduc pour augmenter le transfert de chaleur de l’intérieur du module au refroidisseur au fond du module. C’est un principe effectif mais l’implantation du caloduc dans l’intérieur du module est financièrement trop élevée et donc cette solution n’est pas appliquée dans l’industrie.US20090208829A1 uses a heat pipe to increase heat transfer from the interior of the module to the cooler at the bottom of the module. This is an effective principle but the installation of the heat pipe inside the module is financially too high and therefore this solution is not applied in the industry.
Les solutions avec caloduc décrites dans l’article “Review on Heat Pipe Assisted Battery Thermal Management System For EVs and HEVs” (S. Chatterjee et al., IRJET, Vol. 07, Issue 06, June 2020) montrent bien que le caloduc utilisé est très court en longueur et est très limité en puissance. La raison est que le caloduc n’a pas une forte force motrice capillaire pour entraîner le fluide caloriporteur pour une longue distance, notamment pour la situation antigravitation à savoir l’évaporateur se situe au-dessus du condensateur.The solutions with heat pipe described in the article “Review on Heat Pipe Assisted Battery Thermal Management System For EVs and HEVs” (S. Chatterjee et al., IRJET, Vol. 07, Issue 06, June 2020) clearly show that the heat pipe used is very short in length and is very limited in power. The reason is that the heat pipe does not have a strong capillary driving force to drive the heat transfer fluid for a long distance, especially for the antigravity situation i.e. the evaporator is located above the condenser.
La solution essayée par Bambang Ariantara et al. (Performance of Flat Plate Loop Heat Pipe for Thermal Management of Lithium-Ion Battery in Electric Vehicle Application, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, Vol:9, No:10, 2015) divulgue le potentiel du caloduc en boucle (dit « LHP » pour « Loop Heap Pipe » en anglais), cependant la construction d’évaporateur avec mousse métallique est cher à fabriquer et lourd à intégrer dans le pack batterie.The solution tried by Bambang Ariantara et al. (Performance of Flat Plate Loop Heat Pipe for Thermal Management of Lithium-Ion Battery in Electric Vehicle Application, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, Vol:9, No:10, 2015) discloses the potential of the loop heat pipe (known as “LHP” for “Loop Heap Pipe” in English), however the construction of the evaporator with metal foam is expensive to manufacture and cumbersome to integrate into the battery pack.
Ainsi, aucune des solutions proposées ne permet une régulation thermique homogène des batteries. En effet, les circuits d’échange calorifique selon l’état de la technique induisent typiquement un gradient de température selon l’emplacement de l’arrivée du fluide calorifique. Les batteries ne sont pas correctement refroidies et ceci compromet leur longévité. Les solutions proposées ne permettent pas de remédier à ce problème technique.Thus, none of the solutions proposed allows homogeneous thermal regulation of the batteries. Indeed, heat exchange circuits according to the state of the art typically induce a temperature gradient depending on the location of the arrival of the heat fluid. The batteries are not properly cooled and this compromises their longevity. The solutions proposed do not make it possible to remedy this technical problem.
L’un des buts de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif permettant de réguler la température des batteries ou cellules de batterie de manière plus homogène que ce que propose l’état de la technique.One of the aims of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art by proposing a device making it possible to regulate the temperature of batteries or battery cells more homogeneously than what the state of the art offers.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un dispositif de régulation de température d’au moins une batterie de véhicule comprenant :To do this, the invention thus relates, in its broadest acceptance, to a device for regulating the temperature of at least one vehicle battery comprising:
- au moins un tuyau étanche, contenant un fluide caloriporteur, ledit au moins un tuyau étanche étant configuré pour présenter plusieurs sections distinctes, dites sections froides, exposées à au moins une source froide et plusieurs autres sections distinctes, dites sections chaudes, exposées à au moins une source chaude ;- at least one sealed pipe, containing a heat transfer fluid, said at least one sealed pipe being configured to have several distinct sections, called cold sections, exposed to at least one cold source and several other distinct sections, called hot sections, exposed to at least one minus a hot spring;
- au moins une pompe pour la circulation dudit fluide caloriporteur dans ledit au moins un tuyau étanche,- at least one pump for the circulation of said heat transfer fluid in said at least one sealed pipe,
caractérisé en ce que :characterized in that:
- ledit au moins un tuyau étanche est agencé de manière que les sections froides et sections chaudes sont alternées le long dudit au moins un tuyau étanche, et- said at least one waterproof pipe is arranged so that the cold sections and hot sections are alternated along said at least one waterproof pipe, and
- le fluide caloriporteur est adapté de manière à permettre sa condensation dans les sections froides du tuyau étanche et son évaporation dans les sections chaudes du tuyau étanche.- the heat transfer fluid is adapted so as to allow its condensation in the cold sections of the sealed pipe and its evaporation in the hot sections of the sealed pipe.
Un tel dispositif offre une meilleure homogénéité de refroidissement et/ou de réchauffement étant donné que les écarts de températures du fluide caloriporteur sont limités dans l’ensemble du tuyau étanche : la succession de sections froides et chaudes par alternance permet une régulation plus efficace de la température. En outre, le choix du fluide caloriporteur est adapté de manière à permettre sa condensation dans les sections froides du tuyau étanche et son évaporation dans les sections chaudes du tuyau étanche. Cet effet permet d’accentuer le refroidissement et le réchauffement (selon le type de cycle choisi – c’est-à-dire un cycle de refroidissement ou de réchauffage) par l’effet thermodynamique du changement de phase induit.Such a device offers better homogeneity of cooling and/or heating given that the temperature differences of the heat transfer fluid are limited throughout the sealed pipe: the succession of alternating cold and hot sections allows more effective regulation of the temperature. In addition, the choice of heat transfer fluid is adapted so as to allow its condensation in the cold sections of the sealed pipe and its evaporation in the hot sections of the sealed pipe. This effect makes it possible to accentuate cooling and heating (depending on the type of cycle chosen – that is to say a cooling or reheating cycle) through the thermodynamic effect of the induced phase change.
Par « tuyau étanche », il est compris dans le contexte de la présente invention un caloduc permettant la circulation du fluide qu’il contient et l’échange de chaleur avec le milieu extérieur.By “watertight pipe” is understood in the context of the present invention a heat pipe allowing the circulation of the fluid it contains and the exchange of heat with the external environment.
Par « batterie », il est compris dans le contexte de la présente invention tout ensemble de stockage d’électricité sous forme chimique permettant de restituer cette électricité de manière contrôlée. De manière typique, les batteries sont constituées d’un ensemble d’accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée (selon un montage en série ou en parallèle).By “battery”, it is understood in the context of the present invention any assembly for storing electricity in chemical form making it possible to restore this electricity in a controlled manner. Typically, batteries are made up of a set of electrical accumulators connected together so as to create an electrical generator of the desired voltage and capacity (in series or parallel connection).
Par « fluide caloriporteur », il est compris dans le contexte de la présente invention un fluide permettant de transporter de la chaleur d’un point à un autre. En outre, un fluide caloriporteur selon la présente invention peut être un fluide frigorigène, c’est-à-dire que le fluide absorbe la chaleur à basse température et éventuellement basse pression, puis libère la chaleur à une température, et éventuellement une pression, plus élevées. Par exemple, le fluide caloriporteur peut être choisi dans la liste consistant en des hydrocarbures ou composés organiques tels qu’un alcool, une cétone un chlorofluorocarbure (« CFC »), un hydro chlorofluorocarbure (« HCFC »), un hydrofluorocarbure (« HFC »), un perfluorocarbure (PFC) et/ou un hydrocarbure perfluoré, des composés inorganiques, tel que l’ammoniaque, l’eau, le dioxyde de carbone, des gaz fluorés et des mélanges de ceux-ci.By “heat transfer fluid” is meant in the context of the present invention a fluid making it possible to transport heat from one point to another. Furthermore, a heat transfer fluid according to the present invention can be a refrigerant, that is to say that the fluid absorbs heat at low temperature and possibly low pressure, then releases the heat at a temperature, and possibly a pressure, higher. For example, the heat transfer fluid may be chosen from the list consisting of hydrocarbons or organic compounds such as an alcohol, a ketone, a chlorofluorocarbon (“CFC”), a hydrochlorofluorocarbon (“HCFC”), a hydrofluorocarbon (“HFC”). ), a perfluorocarbon (PFC) and/or a perfluorocarbon, inorganic compounds, such as ammonia, water, carbon dioxide, fluorinated gases and mixtures thereof.
De manière préférée, le fluide caloriporteur est choisi parmi un alcool, une cétone, un mélange aqueux d’ammoniaque.Preferably, the heat transfer fluid is chosen from an alcohol, a ketone, an aqueous mixture of ammonia.
De manière plus préférée, le fluide caloriporteur est choisi parmi l’alcool éthylique, l’acétone, l’ammoniaque avec une concentration dans l’eau pour éviter la solidification de l’eau, par exemple un mélange de 60% en masse d’ammoniaque dans l’eau.More preferably, the heat transfer fluid is chosen from ethyl alcohol, acetone, ammonia with a concentration in water to avoid solidification of the water, for example a mixture of 60% by mass of ammonia in water.
L’utilisation d’eau est possible grâce au fait qu’un faible volume de fluide caloriporteur est nécessaire pour réaliser l’invention, ce qui permet d’avoir un faible risque de court-circuit de la ou des batteries en cas de fuite.The use of water is possible thanks to the fact that a small volume of heat transfer fluid is necessary to carry out the invention, which allows for a low risk of short-circuiting the battery(ies) in the event of a leak.
De manière préférée, le dispositif de régulation de température selon la présente invention comprend au moins deux sections froides, au moins trois sections froides, au moins quatre sections froides, au moins cinq sections froides, au moins six sections froides, au moins sept sections froides, au moins huit sections froides, au moins neuf sections froides, au moins dix sections froides, ou encore au moins quinze sections froides.Preferably, the temperature regulating device according to the present invention comprises at least two cold sections, at least three cold sections, at least four cold sections, at least five cold sections, at least six cold sections, at least seven cold sections , at least eight cold sections, at least nine cold sections, at least ten cold sections, or even at least fifteen cold sections.
De manière préférée, le dispositif de régulation de température selon la présente invention comprend au moins deux sections chaudes, au moins trois sections chaudes, au moins quatre sections chaudes, au moins cinq sections chaudes, au moins six sections chaudes, au moins sept sections chaudes, au moins huit sections chaudes, au moins neuf sections chaudes, au moins dix sections chaudes, ou encore au moins quinze sections chaudes.Preferably, the temperature regulating device according to the present invention comprises at least two hot sections, at least three hot sections, at least four hot sections, at least five hot sections, at least six hot sections, at least seven hot sections , at least eight hot sections, at least nine hot sections, at least ten hot sections, or even at least fifteen hot sections.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le diamètre interne dudit au moins un tuyau étanche est sensiblement constant sur toute sa longueur.In a particular embodiment, the device according to the present invention can be characterized in that the internal diameter of said at least one waterproof pipe is substantially constant over its entire length.
La régularité du diamètre interne du tuyau étanche permet un débit constant du fluide dans le tuyau. Ceci permet un meilleur contrôle des échanges de chaleur.The regularity of the internal diameter of the sealed pipe allows a constant flow of fluid in the pipe. This allows better control of heat exchanges.
Par « diamètre interne », il est compris dans le contexte de la présente invention le diamètre maximum de la lumière du tuyau. La « lumière » est l’intérieur du tuyau, où se trouve le fluide caloriporteur.By “internal diameter” is meant in the context of the present invention the maximum diameter of the lumen of the pipe. The “light” is the inside of the pipe, where the heat transfer fluid is located.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le diamètre interne du tuyau est inférieur ou égal à 10 mm (millimètres), préférentiellement inférieur ou égal à 8 mm, inférieur ou égal à 6 mm, inférieur ou égal à 5 mm, inférieur ou égal à 4 mm, inférieur ou égal à 3 mm, inférieur ou égal à 2 mm ou encore inférieur ou égal à 1 mm.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that the internal diameter of the pipe is less than or equal to 10 mm (millimeters), preferably less than or equal to 8 mm, less than or equal to 6 mm, less than or equal at 5 mm, less than or equal to 4 mm, less than or equal to 3 mm, less than or equal to 2 mm or even less than or equal to 1 mm.
Un avantage technique d’avoir un diamètre interne réduit du tuyau étanche est la faculté d’utiliser le cas échéant l’effet de capillarité pour augmenter la force motrice d’entrainement du fluide dans le tuyau.A technical advantage of having a reduced internal diameter of the sealed pipe is the ability to use, if necessary, the capillary effect to increase the driving force of the fluid in the pipe.
Un autre avantage d’avoir un diamètre interne réduit du tuyau étanche est la réduction du risque de court-circuit avec des quantités de fluide limitées.Another advantage of having a reduced internal diameter of the sealed pipe is the reduction in the risk of short circuiting with limited fluid quantities.
En outre, si la valeur du diamètre externe du tuyau étanche est proche de celle du diamètre interne du tuyau étanche (c’est-à-dire que l’enveloppe du tuyau est fine), les échanges de chaleur vers le fluide caloriporteur sont facilités.In addition, if the value of the external diameter of the sealed pipe is close to that of the internal diameter of the sealed pipe (that is to say that the envelope of the pipe is thin), heat exchanges towards the heat transfer fluid are facilitated .
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le diamètre externe du tuyau est inférieur ou égal à 12 mm, préférentiellement inférieur ou égal à 10 mm, inférieur ou égal à 8 mm, inférieur ou égal à 6 mm, inférieur ou égal à 5 mm, inférieur ou égal à 3,5 mm, inférieur ou égal à 2,5 mm ou encore inférieur ou égal à 1,5 mm.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that the external diameter of the pipe is less than or equal to 12 mm, preferably less than or equal to 10 mm, less than or equal to 8 mm, less than or equal to 6 mm , less than or equal to 5 mm, less than or equal to 3.5 mm, less than or equal to 2.5 mm or even less than or equal to 1.5 mm.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le tuyau étanche est configuré pour que lesdites sections froides sont exposées à une même source froide.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that the sealed pipe is configured so that said cold sections are exposed to the same cold source.
Ceci permet ainsi de récupérer la source froide en une zone du véhicule, par exemple en lien avec un système d’air conditionné.This makes it possible to recover the cold source in an area of the vehicle, for example in connection with an air conditioning system.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le tuyau étanche comprend au moins une partie en zigzag.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that the waterproof pipe comprises at least one zigzag part.
Par « zigzag », il est compris dans le contexte de la présente invention une ligne brisée formant des angles alternativement saillants et/ou rentrants, plus ou moins arrondis, plus ou moins réguliers.By “zigzag” is understood in the context of the present invention a broken line forming alternately protruding and/or re-entrant angles, more or less rounded, more or less regular.
Lorsque la mesure d’un angle est comprise entre 180 et 360 degrés, l’angle est dit rentrant. Lorsque la mesure d’un angle est comprise entre 0 et 180 degrés, l’angle est dit saillant.When the measurement of an angle is between 180 and 360 degrees, the angle is said to be reentrant. When the measurement of an angle is between 0 and 180 degrees, the angle is said to be salient.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que le tuyau étanche comprend au moins une partie présentant plusieurs changements de direction du tuyau avec des angles (plus ou moins arrondis) de 180 degrés puis 180 degrés dans le sens opposé du changement d’angle précédent, de manière à ce que le tuyau présente plusieurs sections parallèles les unes aux autres.In a particular embodiment, the device according to the present invention can be characterized in that the waterproof pipe comprises at least one part having several changes of direction of the pipe with angles (more or less rounded) of 180 degrees then 180 degrees in the opposite direction of the previous angle change, so that the pipe has several sections parallel to each other.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que ladite au moins une source chaude comprend une plaque conductrice de chaleur, laquelle chaleur provient d’au moins une batterie.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that said at least one hot source comprises a heat-conducting plate, which heat comes from at least one battery.
Une plaque conductrice de chaleur permet de diriger, concentrer ou diffuser la chaleur où on le souhaite.A heat-conducting plate allows the heat to be directed, concentrated or diffused where desired.
De manière préférée, la plaque conductrice de chaleur est une plaque métallique, lequel est un matériau particulièrement bien adapté pour la conduction de la chaleur. Par exemple, la plaque de concentration de chaleur est une plaque en aluminium.Preferably, the heat-conducting plate is a metal plate, which is a material particularly well suited for heat conduction. For example, the heat concentrating plate is an aluminum plate.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que la pompe est une pompe capillaire de préférence chauffée. Cette pompe est activée et désactivée par un chauffage électrique (par exemple d’environ 100 W) qui sert à transférer une petite quantité du fluide caloriporteur dans la pompe capillaire au vapeur. Cette vaporisation permet de créer plus de porosité vide dans la pompe capillaire, et ainsi plus de fluide est absorbé par la pompe. Le vapeur entre dans le tuyau attaché au condensateur, et le transforme en fluide.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that the pump is a preferably heated capillary pump. This pump is activated and deactivated by an electric heater (for example of approximately 100 W) which serves to transfer a small quantity of the heat transfer fluid into the steam capillary pump. This vaporization creates more vacuum porosity in the capillary pump, and thus more fluid is absorbed by the pump. The vapor enters the pipe attached to the condenser, and transforms it into fluid.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre une chambre de compensation (préférentiellement avant la pompe capillaire selon le sens du flux).Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that said device further comprises a compensation chamber (preferably before the capillary pump in the direction of the flow).
Le chambre de compensation sert à stocker le fluide et faire le système adapter à différente charge de chaleur.The compensation chamber serves to store the fluid and make the system adapt to different heat load.
De manière préférée, le dispositif selon la présente invention peut être caractérisé en ce qu’il comprend un radiateur pour batterie et/ou un condensateur de climatiseur pour batterie.Preferably, the device according to the present invention can be characterized in that it comprises a radiator for a battery and/or an air conditioner capacitor for a battery.
Ainsi, le radiateur et le condensateur de climatiseur permettent des échanges de chaleur. Selon le sens de circulation du fluide caloriporteur dans le tuyau, ce fluide peut donc être source de chaleur ou de froid à la dite au moins une batterie de véhicule dont il régule la température.Thus, the radiator and the air conditioner condenser allow heat exchange. Depending on the direction of circulation of the heat transfer fluid in the pipe, this fluid can therefore be a source of heat or cold to said at least one vehicle battery whose temperature it regulates.
L’objet de la présente invention concerne également un bloc-batterie comprenant :The object of the present invention also relates to a battery pack comprising:
- au moins une batterie ;- at least one battery;
- un dispositif de régulation de température tel que décrit ci-dessus.- a temperature regulation device as described above.
De manière préférée, ladite au moins une batterie comprend ou est en contact avec au moins une plaque conductrice de chaleur reliée au tuyau étanche du dispositif selon la présente invention.Preferably, said at least one battery comprises or is in contact with at least one heat-conducting plate connected to the sealed pipe of the device according to the present invention.
De manière préférée, ladite plaque conductrice de chaleur comprise dans ou en contact avec au moins une batterie configurée pour être reliée à au moins une section froide du tuyau étanche du dispositif selon la présente invention.Preferably, said heat-conducting plate included in or in contact with at least one battery configured to be connected to at least one cold section of the sealed pipe of the device according to the present invention.
L’objet de la présente invention concerne en outre un véhicule comprenant un bloc-batterie tel que décrit ci-dessus.The object of the present invention further relates to a vehicle comprising a battery pack as described above.
De manière préférée, la présente invention concerne un véhicule électrique comprenant un bloc-batterie tel que décrit ci-dessus.Preferably, the present invention relates to an electric vehicle comprising a battery pack as described above.
La solution proposée par la présente invention s’intègre dans tous les modes actuels de refroidissement et réchauffement du véhicule électrique. Par exemple, il est possible de le coupler avec un chauffage électrique de batterie, un condensateur de climatiseur pour batterie ou même un radiateur, par exemple un radiateur ventilé pour moteur de propulsion électrique.The solution proposed by the present invention is integrated into all current modes of cooling and heating of the electric vehicle. For example, it is possible to couple it with an electric battery heater, an air conditioner capacitor for a battery or even a radiator, for example a ventilated radiator for an electric propulsion motor.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :We will describe below, by way of non-limiting examples, embodiments of the present invention, with reference to the appended figures in which:
En référence à la
Ainsi, dans la section froide 4, le fluide caloriporteur dissipe sa chaleur. Dans le cas où la source froide 5 provient d’une unité de refroidissement de batterie(s) 2, la chaleur peut être dissipée dans un fluide calorifique de cette unité de refroidissement, éventuellement en mouvement comme représenté par la flèche 12.Thus, in the cold section 4, the heat transfer fluid dissipates its heat. In the case where the cold source 5 comes from a battery cooling unit(s) 2, the heat can be dissipated in a calorific fluid of this cooling unit, possibly in motion as represented by the arrow 12.
Le fluide caloriporteur passe ensuite dans une section chaude 6 du tuyau 3 étanche, soumise à une source chaude 7. Typiquement, cette source chaude 7 provient d’au moins une batterie 2. La
Le tuyau 3 étanche fonctionne comme un évaporateur lorsqu’il est soumis à une telle source chaude 7. Le tuyau 3 étanche fonctionne ainsi à la fois comme évaporateur et comme condensateur. Dans la partie évaporateur (section chaude 6), le fluide caloriporteur change de l’état liquide à l’état vapeur en absorbant la chaleur générée et/ou stockée dans ladite au moins une batterie 2. En principe, tout au long de sa route le fluide caloriporteur change ainsi successivement entre liquide et vapeur et inversement en passant dans les différentes sections du tuyau 3 étanche. Or, il a été constaté que le fluide est en transition entre l’état liquide et vapeur dans la plupart du tuyau 3 étanche, ce qui implique une température constante tout au long du tuyau 3 étanche. Une régulation homogène de la température de ladite au moins une batterie 2 est donc facilitée. Comme le fluide caloriporteur fonctionne avec la chaleur de changement de phase, il n’y a pas besoin une grande quantité du fluide. Ainsi le tuyau 3 étanche est typiquement très fin, environ 3 mm de diamètre. Ce tuyau 3 étanche permet de facilement augmenter le nombre de cintrages du tuyau 3 étanche.The sealed pipe 3 functions as an evaporator when subjected to such a hot source 7. The sealed pipe 3 thus functions both as an evaporator and as a condenser. In the evaporator part (hot section 6), the heat transfer fluid changes from the liquid state to the vapor state by absorbing the heat generated and/or stored in said at least one battery 2. In principle, throughout its route the heat transfer fluid thus changes successively between liquid and vapor and vice versa while passing through the different sections of the sealed pipe 3. However, it was found that the fluid is in transition between the liquid and vapor state in most of the sealed pipe 3, which implies a constant temperature throughout the sealed pipe 3. Homogeneous regulation of the temperature of said at least one battery 2 is therefore facilitated. As the heat transfer fluid operates with phase change heat, there is no need for a large quantity of the fluid. Thus the waterproof pipe 3 is typically very thin, approximately 3 mm in diameter. This waterproof pipe 3 makes it possible to easily increase the number of bends of the waterproof pipe 3.
La puissance thermique maximale est déterminée par le nombre de combinaison de sections chaudes 6 et de sections froides 4. Plus leur nombre est grand et plus la puissance thermique du dispositif de régulation de température 1 est forte. Ainsi, le nombre de sections chaudes et sections froides est à adapter selon les caractéristiques (nature, taille, capacité…) de la ou des batteries 2 à réguler. En outre, le dispositif de régulation de température 1 peut comprendre une chambre de compensation 10 servant à stocker le fluide caloriporteur et permettre au système de s’adapter à différentes charges de chaleur.The maximum thermal power is determined by the number of combinations of hot sections 6 and cold sections 4. The greater their number, the greater the thermal power of the temperature regulating device 1. Thus, the number of hot sections and cold sections must be adapted according to the characteristics (nature, size, capacity, etc.) of the battery(s) 2 to be regulated. In addition, the temperature regulation device 1 may include a compensation chamber 10 used to store the heat transfer fluid and allow the system to adapt to different heat loads.
Le tuyau 3 étanche peut être soudé à une plaque métallique (par exemple en aluminium), au-dessus ou au-dessous de laquelle peuvent se situer une ou plusieurs batteries 2. Bien que la plaque métallique ne présente pas exactement la même température que le tuyau 3 étanche, une telle plaque peut assurer que tous les modules sont régulés de manière homogène au niveau de leurs températures. Ainsi en comparaison avec une solution industrialisée classique comprenant un refroidisseur avec un fluide calorifique circulant à l’intérieur d’un ensemble de batteries 2, la présente invention offre une régulation de la température (en particulier un refroidissement) plus homogène. En effet, un fluide calorifique dans une solution industrielle classique présente souvent des écarts de température de l’ordre 10 degrés Celsius. Ainsi les modules de batterie 2 présentent des écarts de températures de 10 degrés Celsius, ce qui impacte fortement la durée de vie de la ou des batteries 2. En outre, l’objet de la présente invention permet de diminuer des différences de vieillissement des différents modules dans un pack de batteries 2.The waterproof pipe 3 can be welded to a metal plate (for example aluminum), above or below which one or more batteries 2 can be located. Although the metal plate does not have exactly the same temperature as the waterproof pipe 3, such a plate can ensure that all the modules are regulated evenly in terms of their temperatures. Thus in comparison with a classic industrialized solution comprising a cooler with a heat fluid circulating inside a set of batteries 2, the present invention offers more homogeneous temperature regulation (in particular cooling). Indeed, a heat fluid in a classic industrial solution often has temperature differences of around 10 degrees Celsius. Thus the battery modules 2 have temperature differences of 10 degrees Celsius, which strongly impacts the lifespan of the battery(s) 2. In addition, the object of the present invention makes it possible to reduce differences in aging of the different modules in a battery pack 2.
En référence aux figures 2 et 3, le dispositif de régulation de température 1 selon la présente invention est intégré dans un système thermique classique de véhicule (en particulier un véhicule électrique) produisant ainsi un circuit thermique optimisé. Ce circuit thermique optimisé comprend donc les éléments de la
Il est possible de choisir le chemin du fluide caloriporteur par exemple en bloquant le tuyau 3 étanche par des vannes 17.It is possible to choose the path of the heat transfer fluid for example by blocking the sealed pipe 3 with valves 17.
Ainsi, en
De manière similaire, en
Dans le cas d’un réchauffement de la ou des batteries 2, le fluide caloriporteur dans le tuyau 3 étanche change de sens de circulation quand le condensateur et l’évaporateur changent de rôles. Ceci peut se faire de manière automatique. Ainsi, le sens de circulation du fluide caloriporteur indiqué par les flèches 11 permet de rafraichir la ou les batteries 2. En inversant le sens de circulation du fluide caloriporteur, la ou les batteries 2 sont réchauffées.In the case of heating of the battery(s) 2, the heat transfer fluid in the sealed pipe 3 changes direction of circulation when the condenser and the evaporator change roles. This can be done automatically. Thus, the direction of circulation of the heat transfer fluid indicated by the arrows 11 makes it possible to cool the battery(ies) 2. By reversing the direction of circulation of the heat transfer fluid, the battery(ies) 2 are heated.
En référence à la
La
There
Claims (10)
- au moins un tuyau (3) étanche, contenant un fluide caloriporteur, ledit au moins un tuyau (3) étanche étant configuré pour présenter plusieurs sections distinctes, dites sections froides (4), exposées à au moins une source froide (5) et plusieurs autres sections distinctes, dites sections chaudes (6), exposées à au moins une source chaude (7) ;
- au moins une pompe (8) pour la circulation dudit fluide caloriporteur dans ledit au moins un tuyau (3) étanche,
caractérisé en ce que :
- ledit au moins un tuyau (3) étanche est agencé de manière que les sections froides et sections chaudes sont alternées le long dudit au moins un tuyau (3) étanche, et
- le fluide caloriporteur est adapté de manière à permettre sa condensation dans les sections froides du tuyau (3) étanche et son évaporation dans les sections chaudes du tuyau (3) étanche.Device for regulating the temperature (1) of at least one vehicle battery (2) comprising:
- at least one watertight pipe (3), containing a heat transfer fluid, said at least one watertight pipe (3) being configured to present several distinct sections, called cold sections (4), exposed to at least one cold source (5) and several other distinct sections, called hot sections (6), exposed to at least one hot source (7);
- at least one pump (8) for the circulation of said heat transfer fluid in said at least one sealed pipe (3),
characterized in that:
- said at least one waterproof pipe (3) is arranged in such a way that the cold sections and hot sections are alternated along said at least one waterproof pipe (3), and
- the heat transfer fluid is adapted so as to allow its condensation in the cold sections of the sealed pipe (3) and its evaporation in the hot sections of the sealed pipe (3).
- au moins une batterie (2) ;
- un dispositif de régulation de température (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.Battery pack including:
- at least one battery (2);
- a temperature regulating device (1) according to any one of claims 1 to 8.
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