FR3138006A1 - Procede d’alimentation de batteries automobiles par valorisation de chaleur fatale industrielle et systeme de mise en œuvre d’un tel procede - Google Patents

Procede d’alimentation de batteries automobiles par valorisation de chaleur fatale industrielle et systeme de mise en œuvre d’un tel procede Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile, comportant les étapes suivantes : - une captation d’énergie thermique (E100) à partir de chaleur fatale issue d’effluents d’un site industriel, - une conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique (E110), - une alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion (E120) d’un organe de stockage d’énergie électrique. L’invention porte également sur un système d’alimentation d’au moins une batterie automobile configuré pour mettre en œuvre le procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile. Fig. 1

Description

PROCEDE D’ALIMENTATION DE BATTERIES AUTOMOBILES PAR VALORISATION DE CHALEUR FATALE INDUSTRIELLE ET SYSTEME DE MISE EN ŒUVRE D’UN TEL PROCEDE
La présente invention se rapporte de manière générale à un procédé d’alimentation de batteries automobiles, ainsi qu’à un système de mise en œuvre d’un tel procédé.
Classiquement, les batteries automobiles, par exemple les batteries destinées à être installées dans des véhicules automobiles au sein d’un atelier de production, sont alimentées par le réseau électrique général. Cette méthode de charge de batterie utilisant l’énergie électrique conventionnelle peut revenir cher dans la durée.
En outre, les batteries entreposées subissent une décharge progressive et leur niveau de charge diminue, ce qui peut dégrader les performances des batteries dans la durée.
L’invention vise à offrir une solution aux inconvénients précités en proposant un procédé alternatif d’alimentation de batteries automobiles et un système de mise en œuvre d’un tel procédé.
Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un procédé d’alimentation d’au moins une batterie automobile, comportant les étapes suivantes :
- une captation d’énergie thermique à partir de chaleur fatale issue d’effluents d’un site industriel,
- une conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique,
- une alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion d’un organe de stockage d’énergie électrique.
Ainsi, avantageusement, au lieu d’utiliser l’énergie électrique traditionnelle qui peut revenir très cher dans la durée, l’invention propose de valoriser la chaleur fatale et de l’utiliser dans une logique d’économie circulaire.
De plus la chaleur dégagée dans les usines n’est aujourd’hui pas valorisée. Cette chaleur fatale peut ainsi être exploitée, de manière autonome, indépendamment du réseau électrique, au lieu d’être simplement rejetée et perdue. Cette valorisation de la chaleur fatale constitue ainsi une source d’économie.
Eventuellement, dans le cas du maintien de la charge de batteries en attente d’être assemblées dans des véhicules automobiles, compte tenu du faible niveau d’énergie requis, le maintien du niveau de charge peut se faire avec des moyens de récupération d’énergie de faible rendement.
En outre, puisque cette chaleur normalement perdue pourrait contribuer aux émissions de gaz à effet de serre et au réchauffement climatique par exemple pour des usines de productions de batteries, des raffineries, des usines de traitements chimiques, de recyclage ou même des incinérateurs de déchets, valoriser cette chaleur fatale permet d’en mitiger les effets sur l’environnement. Cette valorisation permet également de faciliter l’éventuelle atteinte d’objectifs environnementaux (réduction des émissions de gaz à effet de serre, etc.) selon les législations nationales affectant le site industriel concerné.
Le cas échéant, un modèle commercial basé sur un tel procédé d’alimentation d’au moins une batterie automobile peut être développé, par exemple en revalorisant des batteries récupérées depuis des véhicules immobilisés. Il est alors envisageable de stocker l’énergie électrique issue de la conversion dans l’au moins une batterie et de la réutiliser lors d’une inflation du prix de l’électricité ou de développer une autonomie énergétique durant certaines périodes de l’année, tel l’hiver.
La revente de cette énergie stockée dans les batteries seconde vie peut avoir aussi un grand intérêt économique.
Ce système peut offrir une certaine indépendance et une autonomie niveau énergie électrique grâce à un développement d’une économie circulaire.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé d’alimentation de batteries automobiles est mis en œuvre lors de la charge de l’au moins une batterie automobile préalablement à son montage dans un véhicule automobile.
Il est ainsi possible de fournir de manière écologique de la batterie à un niveau de charge optimisé lors de son assemblage sur les véhicules automobiles. En outre, il est également possible de limiter la dégradation des performances de la batterie si son stockage devait être prolongé.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé d’alimentation d’au moins une batterie automobile comporte une étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile, l’étape d’alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion étant déclenchée lorsque l’étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile détecte que le niveau de charge de l’au moins une batterie automobile est inférieur à un seuil prédéterminé.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé d’alimentation de batteries automobiles comporte une étape de contrôle de la température de l’au moins une batterie automobile.
En outre, le procédé d’alimentation de batteries automobiles peut avantageusement comporter :
- une étape de coupure de l’alimentation de l’au moins une batterie automobile lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile dépasse un premier seuil de température prédéterminé, et/ou
- une étape d’aspersion d’eau sur l’au moins une batterie automobile lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile dépasse un deuxième seuil de température prédéterminé.
Contrôler la température de l’au moins une batterie de la sorte permet d’anticiper et d’éviter un emballement thermique et les risques d’incendie induits sur le site industriel.
Dans un mode de réalisation avantageux, dans le procédé d’alimentation de batteries automobiles, la conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique est réalisée au moyen d’au moins un organe de conversion thermoélectrique, l’organe de conversion thermoélectrique comportant au moins un tube thermoélectrique.
Dans un mode de réalisation avantageux, dans le procédé d’alimentation de batteries automobiles, la captation d’énergie thermique est réalisée au moyen d’au moins un organe de captage d’énergie thermique.
Avantageusement, cet organe de captage d’énergie thermique peut être un échangeur de chaleur.
L’invention porte également sur un système d’alimentation d’au moins une batterie automobile configuré pour mettre en œuvre le procédé précité.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- illustre un procédé d’alimentation de batteries automobiles par valorisation de chaleur fatale industrielle, selon un mode de réalisation de l’invention ;
- illustre un système de valorisation de chaleur fatale, selon un mode de réalisation de l’invention.
Un procédé d’alimentation de batteries automobiles par valorisation de chaleur fatale 100 pour l’alimentation et la charge de batteries automobiles 55 est décrit, ainsi qu’illustré en . Un tel procédé peut par exemple être mis en œuvre dans le système de captage et de valorisation de chaleur fatale 10 illustré en et décrit plus loin, appelé plus simplement système de captage 10.
Un tel procédé d’alimentation d’au moins une batterie automobile par valorisation de chaleur fatale 100 comporte en particulier les étapes suivantes :
- une captation d’énergie thermique E100 à partir de chaleur fatale issue d’effluents 7 d’un site industriel 5, par exemple au moyen d’un organe de captage 20 décrit ci-après ;
- une conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique E110, par exemple au moyen d’un organe de conversion thermoélectrique 30 décrit ci-après ;
- une alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion E120, d’un organe de stockage d’énergie électrique 50, par exemple un organe de stockage d’énergie électrique 50 tel que décrit ci-après.
De préférence, et ainsi qu’illustré en , le procédé d’alimentation 100 d’au moins une batterie automobile 55 comporte au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- le procédé d’alimentation 100 d’au moins une batterie automobile 55 est destiné à la charge de l’au moins une batterie automobile préalablement à son montage dans un véhicule automobile,
- le procédé d’alimentation de batteries automobiles 55 comporte une étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile E115, l’étape d’alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion E120 étant déclenchée lorsque l’étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile E115 détecte que le niveau de charge de l’au moins une batterie automobile 55 est inférieur à un seuil prédéterminé,
- le procédé d’alimentation de batteries automobiles 55 comporte une étape de contrôle de la température de l’au moins une batterie automobile E112, par exemple par le capteur de chaleur 61 décrit plus loin, et, de préférence, le procédé d’alimentation de batteries automobiles 55 comporte :
-- une étape de coupure de l’alimentation de l’au moins une batterie automobile E113 lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile 55 dépasse un premier seuil de température prédéterminé, et/ou
-- une étape d’aspersion d’eau sur l’au moins une batterie automobile E114 lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile 55 dépasse un deuxième seuil de température prédéterminé.
Dans le mode de réalisation du procédé 100 illustré en , non limitativement, les étapes de contrôle de la température de l’au moins une batterie automobile E112, de coupure de l’alimentation de l’au moins une batterie automobile E113, d’aspersion d’eau sur l’au moins une batterie automobile E114, et de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile E115 sont toutes incluses. Les étapes de coupure de l’alimentation de l’au moins une batterie automobile E113 et d’aspersion d’eau sur l’au moins une batterie automobile E114 y sont en outre déclenchées simultanément, par exemple par le système de gestion de batterie 60 décrit plus loin.
Ainsi qu’illustré en , un site industriel 5 peut présenter de manière connue en soi une cheminée 6 par laquelle sont évacuées des effluents chauds 7, ici sous forme gazeuse, tels que des fumées. Alternativement, de manière non illustrée, les effluents peuvent se présenter sous une autre forme, tel qu’un liquide. Les activités du site industriel 5 ne sont pas illustrées ici. Elles peuvent être par exemple, éventuellement cumulativement et sans que cette liste soit exhaustive : des activités de découpe, de soudure, d’emboutissage, d’assemblage, etc.
Le système de captage 10 précité est installé sur le site industriel 5 dans le but de capter et de valoriser l’énergie thermique rejetée par les activités du site industriel 5, également appelée chaleur fatale.
Le système de captage 10 comporte ici un organe de captage 20, un organe de conversion thermoélectrique 30, un organe de stockage d’énergie électrique 50, des organes de conversion électrique 40, 70. Le système de captage présente encore, ici, une source froide 80.
L’organe de captage 20 est par exemple ici un échangeur thermique, tel qu’illustré en . Dans le mode de réalisation représenté, l’organe de captage 20 présente par exemple un premier conduit 21 et une canalisation 22. Le premier conduit 21 est parcouru par des effluents chauds (par exemple gazeux, ou liquides) du site industriel 5. La canalisation 22 est quant à elle parcourue par un premier fluide caloporteur (eau froid, azote liquide, etc.).
La canalisation 22 s’étend depuis l’organe de conversion thermoélectrique 30 par une première section 23 et retourne à l’organe de conversion thermoélectrique 30 par une deuxième section 24. La canalisation 22 comporte en outre un deuxième conduit 25, raccordé de part et d’autre à la première section 23 et à la deuxième section 24. Le deuxième conduit 25 prélève par échange thermique de l’énergie thermique depuis le premier conduit 21. Le premier fluide caloporteur circule dans l’organe de conversion thermoélectrique 30, et dans la canalisation 22 successivement par la première section 23, le deuxième conduit 25 et la deuxième section 24. La première section 23 et la deuxième section 24 peuvent ainsi être désignées comme étant respectivement froide et chaude.
L’organe de conversion thermoélectrique 30 transforme l’énergie thermique, prélevée dans l’organe de captage 20 par le premier fluide caloporteur, en énergie électrique. Cette conversion thermoélectrique repose sur l’effet Seebeck qui permet pour certains matériaux, dits thermoélectriques, de générer une différence de tension lorsqu’une différence de température est présentée sur deux côtés opposés d’un volume de ce matériau.
L’organe de conversion thermoélectrique 30 est par exemple ici, non limitativement, un tube thermoélectrique. Ce tube thermoélectrique comporte, non limitativement, une chambre interne tubulaire, une paroi en matériau thermiquement conducteur revêtu au moins partiellement d’un matériau thermoélectrique, et une chambre externe enveloppant la paroi et la chambre interne. La paroi et les chambres interne et externe du tube thermoélectrique ne sont pas illustrées ici.
La chambre interne du tube thermoélectrique est ici raccordée par connexion fluide avec la canalisation 22 et est traversée par le premier fluide caloporteur.
Un deuxième fluide caloporteur, froid, est acheminé dans l’organe de conversion thermoélectrique 30 depuis la source froide 80. Dans le mode de réalisation représenté, le deuxième fluide caloporteur est introduit dans la chambre externe du tube thermoélectrique par une conduite d’amenée 85, provenant de la source froide 80. Le deuxième fluide caloporteur est ensuite évacué par une conduite de refoulement 86. A cet effet, la chambre externe du tube thermoélectrique est raccordée par connexion fluide à la conduite d’amenée 85 et à la conduite d’évacuation 86. L’évacuation du deuxième fluide caloporteur se fait par exemple par retour de celui-ci vers la source froide 80 par la conduite 86, ainsi qu’illustré en (une dissipation de la chaleur accumulée par le deuxième fluide caloporteur étant alors prévue). Alternativement, une évacuation différente peut être prévue, tel que, non limitativement, une évacuation vers un système d’évacuation approprié (égouts, …), selon les cas.
Le tube thermoélectrique permet ainsi la génération d’énergie électrique à partir de la différence de température entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur, de part et d’autre de la paroi.
L’énergie électrique générée dans l’organe de conversion thermoélectrique 30 est ensuite fournie à l’organe de stockage d’énergie électrique 50 pour y être stockée.
L’organe de stockage d’énergie électrique 50 est ici, non limitativement, un conteneur de batteries 55. Le terme ‘batteries’ est ici utilisé au pluriel pour décrire de manière générale le conteneur 50. Ce terme couvre cependant également l’éventualité où le conteneur 50 ne contient qu’une batterie 55. En , trois batteries 55 sont illustrées sans que ce nombre ne soit limitatif. Le nombre de batteries 55 dans le conteneur 50 pouvant évoluer structurellement, selon le dimensionnement du conteneur 50, et/ou dynamiquement, selon les retraits/ajouts de batteries 55 depuis/dans le conteneur 50 en fonction des besoins.
Les batteries automobiles 55 sont ici des batteries électriques. Par batterie automobile, il convient de noter que ces batteries peuvent par exemple être :
- des batteries de première monte, destinées à être installées dans des véhicules automobiles ;
- des batteries dites de « seconde vie », issues d’un véhicule automobile pour une revalorisation préliminaire à un recyclage dans les circuits de recyclage appropriés, ou à une nouvelle installation dans un véhicule automobile.
Par ailleurs, les batteries 55 peuvent être :
- des batteries principales, ou motrices, destinées à assurer au moins partiellement la traction du véhicule dans un véhicule automobile électrique ou hybride ; ou,
- des batteries secondaires, destinées à assurer l’alimentation électrique d’équipements et accessoires embarqués dans le véhicule automobile.
Le conteneur 50 comporte ici à la fois un système de gestion de batteries 60 (ou BMS, de l’anglais « Battery Management System ») et un capteur de chaleur 61.
Le système de gestion de batteries 60 est l’unité de contrôle dont le rôle est d’activer ou non l’alimentation des batteries 55 présentes dans le conteneur 50. Par exemple, non limitativement, le système de gestion de batteries 60 pourra choisir :
- de lancer la charge d’une batterie 55, ou plus, lorsque le niveau de charge de celle-ci est inférieur à un seuil prédéterminé, et/ou
- de désactiver la charge d’une batterie 55, ou plus, lorsque la température de celle-ci excède un seuil de température prédéterminé, etc.
Le capteur de chaleur 61 est ici installé dans le conteneur 50, afin d’y contrôler le respect de la température interne. Alternativement et/ou cumulativement, sans que ceci ne soit illustré, un capteur de chaleur individuel est monté à proximité de chaque batterie 55, par exemple dans des logements individuels respectifs, non illustrés, destinés à recevoir des batteries 55. La gestion du capteur de chaleur 61, par exemple la lecture et/ou la transmission à un système externe de la température mesurée par le capteur 61, peut être effectuée par le système de gestion de batteries 60.
Dans le mode de réalisation représenté, les organes de conversion électrique 40, 70 incluent, à titre d’exemple, un premier convertisseur 40, qui est un convertisseur de courant continu en courant continu (DC-DC), et un deuxième convertisseur 70, qui est un convertisseur de courant continu en courant alternatif.
Le premier convertisseur 40 a pour but de transformer l’énergie électrique en courant continu fournie par l’organe de conversion thermoélectrique 30 en une énergie électrique aux caractéristiques convenant à l’alimentation du conteneur 50 et de ses batteries 55.
Le deuxième convertisseur 70 a pour but de convertir l’énergie électrique stockée par les batteries 55 du conteneur 50, et que celles-ci peuvent distribuer sous forme de courant continu, en un courant alternatif pouvant être réinjecté dans un circuit électrique du site industriel 5 pour y être réutilisé.

Claims (8)

  1. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55), comportant les étapes suivantes :
    • une captation d’énergie thermique (E100) à partir de chaleur fatale issue d’effluents (7) d’un site industriel (5),
    • une conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique (E110),
    • une alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion (E120) d’un organe de stockage d’énergie électrique (50, 55).
  2. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé d’alimentation de batteries automobiles (55) est mis en œuvre lors de la charge de l’au moins une batterie automobile (55) préalablement à son montage dans un véhicule automobile.
  3. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé d’alimentation de batteries automobiles (55) comporte une étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile (55) (E115), l’étape d’alimentation à partir de l’énergie électrique issue de la conversion (E120) étant déclenchée lorsque l’étape de contrôle du niveau de charge de l’au moins une batterie automobile (55) (E115) détecte que le niveau de charge de l’au moins une batterie automobile (55) est inférieur à un seuil prédéterminé.
  4. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le procédé d’alimentation de batteries automobiles (55) comporte une étape de contrôle de la température de l’au moins une batterie automobile (55) (E112).
  5. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le procédé d’alimentation de batteries automobiles (55) comporte :
    • une étape de coupure de l’alimentation de l’au moins une batterie automobile (55) (E113) lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile (55) dépasse un premier seuil de température prédéterminé, et/ou
    • une étape d’aspersion d’eau sur l’au moins une batterie automobile (55) (E114) lorsqu’une température de l’au moins une batterie automobile (55) dépasse un deuxième seuil de température prédéterminé.
  6. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la conversion de l’énergie thermique captée en énergie électrique (E110) est réalisée au moyen d’au moins un organe de conversion thermoélectrique (30), l’organe de conversion thermoélectrique (30) comportant au moins un tube thermoélectrique (30).
  7. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la captation d’énergie thermique (E100) est réalisée au moyen d’au moins un organe de captage d’énergie thermique (20).
  8. Procédé d’alimentation (100) d’au moins une batterie automobile (55) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’au moins un organe de captage d’énergie thermique (20) est un échangeur de chaleur (20).
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