FR3167478A1 - Dispositif pour le refroidissement d’une batterie d’un vehicule electrique ou hybride, et procede mettant en œuvre le dispositif - Google Patents
Dispositif pour le refroidissement d’une batterie d’un vehicule electrique ou hybride, et procede mettant en œuvre le dispositifInfo
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Abstract
L’invention concerne un dispositif (100) pour le refroidissement d’une batterie d’un véhicule électrique ou hybride et un procédé mettant en œuvre le dispositif (100). Le dispositif (100) comprend un réservoir (110) comportant un conteneur (111). Le dispositif (100) comprend par ailleurs un circuit caloporteur (120) comportant une partie du circuit caloporteur (130) passant par le conteneur et un échangeur de chaleur (170). Le circuit caloporteur (120) comprend deux vannes (161, 162) configurées pour basculer dans un état ouvert ou un état fermé de manière à fournir un fluide caloporteur à la batterie (200) à une température comprise dans un intervalle de valeurs de température prédéterminées.
Figure 3
Description
L’invention concerne les véhicules électriques, c’est-à-dire ceux équipés d'au moins une batterie de stockage d’énergie électrique destinée à leur propulsion. Cela inclut les véhicules disposant d'un unique moyen de propulsion électrique, ainsi que les véhicules hybrides intégrant au moins un mode de propulsion électrique.
Il est décrit dans la demande de brevet FR3096181 un dispositif pour le refroidissement d’une batterie de véhicule électrique ou hybride. Le dispositif comprend un réservoir de fluide de refroidissement, un circuit de fluide de refroidissement, un filtre, une pompe et une vanne.
Toutefois, un fluide stocké tel quel dans le réservoir de fluide ne peut être fourni à la batterie sans limiter sa circulation pour être refroidi ou réchauffé à une température de fluide de refroidissement consigne éloignée de la température du fluide dans le réservoir de fluide.
L’objectif de la présente invention est de remédier à cet inconvénient et d’améliorer la consommation énergétique du véhicule avec une architecture de circuit caloporteur simple.
Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un dispositif pour la thermorégulation d’une batterie d’un véhicule électrique ou hybride, le dispositif comprenant un réservoir comportant un conteneur, le réservoir étant apte à contenir un fluide caloporteur, le dispositif comprenant un circuit caloporteur comportant :
- une partie du circuit caloporteur passant par le conteneur ;
- une vanne thermostatique raccordée au réservoir ;
- une pompe configurée pour transmettre le fluide caloporteur à la batterie, la pompe étant raccordée à la partie du circuit caloporteur ;
- une première vanne reliée à une première sonde de température, la première vanne comprenant une entrée de fluide, une sortie de fluide et une sortie auxiliaire de fluide, l’entrée de fluide de la première vanne étant raccordée à la pompe, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant raccordée à la partie du circuit caloporteur, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant à l’état fermé par défaut ;
- une vanne anti-retour configurée pour être raccordée à la batterie ;
- un échangeur de chaleur raccordé à la vanne anti-retour ;
- une deuxième vanne reliée à une deuxième sonde de température, la deuxième vanne comprenant une entrée de fluide, une sortie de fluide et une sortie auxiliaire de fluide, l’entrée de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à la sortie de fluide de la première vanne, la sortie de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à la vanne anti-retour, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à l’échangeur de chaleur, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant à l’état fermé par défaut.
- une partie du circuit caloporteur passant par le conteneur ;
- une vanne thermostatique raccordée au réservoir ;
- une pompe configurée pour transmettre le fluide caloporteur à la batterie, la pompe étant raccordée à la partie du circuit caloporteur ;
- une première vanne reliée à une première sonde de température, la première vanne comprenant une entrée de fluide, une sortie de fluide et une sortie auxiliaire de fluide, l’entrée de fluide de la première vanne étant raccordée à la pompe, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant raccordée à la partie du circuit caloporteur, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne étant à l’état fermé par défaut ;
- une vanne anti-retour configurée pour être raccordée à la batterie ;
- un échangeur de chaleur raccordé à la vanne anti-retour ;
- une deuxième vanne reliée à une deuxième sonde de température, la deuxième vanne comprenant une entrée de fluide, une sortie de fluide et une sortie auxiliaire de fluide, l’entrée de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à la sortie de fluide de la première vanne, la sortie de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à la vanne anti-retour, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant raccordée à l’échangeur de chaleur, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne étant à l’état fermé par défaut.
Un tel dispositif pour la thermorégulation d'une batterie de véhicule électrique ou hybride a pour effet de réduire le volume de fluide caloporteur requis, de sorte que la masse totale du véhicule diminue et l'efficacité énergétique du véhicule est améliorée. De plus, du fait de sa compacité, le dispositif achemine le fluide caloporteur sur une longueur de canalisation réduite, minimisant les pertes thermiques et les pertes de charge, de sorte que l'efficacité du transfert thermique est accrue.
Par ailleurs, le dispositif est conçu pour préconditionner le fluide, lorsque les conditions de température de l’environnement du véhicule et du véhicule lui-même exigent, par exemple en cas de froid ou de recharge rapide, de maintenir la température du fluide à une température proche de la température requise par la batterie, réduisant le temps pour réchauffer ou refroidir la batterie lorsqu’elle doit être utilisée et augmentant ainsi que la durée de vie de la batterie.
Avantageusement, le conteneur comprend un matériau à changement de phase.
Un tel matériau permet de stocker et de libérer de l’énergie thermique de sorte que l’excès de chaleur est absorbé par le matériau à changement de phase lorsque la température du fluide caloporteur dépasse le point de changement de phase du matériau, régulant ainsi la température du fluide caloporteur. De manière similaire, le matériau se solidifie en libérant de la chaleur lorsque la température du fluide diminue en dessous du point de changement de phase du matériau. Ainsi, le fluide caloporteur est maintenu à une température stable, protégeant la batterie contre les fluctuations thermiques soudaines nuisant à la fiabilité et la durée de vie de la batterie.
Avantageusement, le circuit caloporteur comprend un premier filtre raccordé à l’entrée de fluide de la première entrée de fluide et la partie du circuit caloporteur et/ou un deuxième filtre raccordé à la vanne anti-retour.
Un tel filtre purifie le fluide caloporteur en éliminant les impuretés et les particules qui pourraient obstruer le circuit caloporteur ou endommager les éléments du circuit caloporteur, de sorte à assurer la fiabilité et la longévité du dispositif ainsi que de la batterie notamment en évitant les courts-circuits dans la batterie.
Avantageusement, le réservoir comprend un filtre déshumidificateur.
Le filtre déshumidificateur permet d’éliminer l’humidité présente dans le réservoir, notamment à cause des variations de température qui pourrait provoquer de la condensation à l’intérieur du réservoir, l’humidité participant à la dégradation du dispositif.
Avantageusement, le réservoir comprend une membrane.
La membrane est conçue pour compenser les variations de volume du fluide caloporteur dans le réservoir, notamment à cause des changements de température, de sorte que la pression à l’intérieur du réservoir reste stable, évitant une surpression dégradant le dispositif.
L’invention concerne également un procédé pour la thermorégulation d’une batterie, mettant en œuvre un dispositif défini tel que précédemment, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de mesure d’une première valeur de température du fluide caloporteur par la première sonde de température ;
- une étape de mesure d’une deuxième valeur de température du fluide caloporteur par la deuxième sonde de température ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la première valeur de température mesurée est inférieure à une première valeur de température prédéterminée ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la deuxième valeur de température mesurée est supérieure à une deuxième valeur de température prédéterminée.
- une étape de mesure d’une première valeur de température du fluide caloporteur par la première sonde de température ;
- une étape de mesure d’une deuxième valeur de température du fluide caloporteur par la deuxième sonde de température ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide de la première vanne de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la première valeur de température mesurée est inférieure à une première valeur de température prédéterminée ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la deuxième valeur de température mesurée est supérieure à une deuxième valeur de température prédéterminée.
Avantageusement, la première valeur de température prédéterminée est comprise entre -20°C et 10°C.
Avantageusement, la deuxième valeur de température prédéterminée est comprise entre 35°C et 55°C.
Les valeurs prédéterminées sont choisies de sorte à être suffisamment basses pour la première valeur de température prédéterminée pour activer le réchauffement du fluide en conditions froides, sans pour tout réchauffer le fluide caloporteur au-delà de la deuxième valeur de température prédéterminée, dégradant la batterie.
L’invention concerne par ailleurs un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé défini tel que précédemment, lorsque le programme fonctionne sur un ordinateur.
L’invention concerne en outre un véhicule électrique ou hybride comprenant :
- une batterie ;
- un dispositif défini tel que précédemment, le dispositif étant raccordé à la batterie ;
- une unité de contrôle électronique reliée au dispositif pour la thermorégulation de la batterie, l’unité de contrôle électronique comprenant des moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que des moyens de commande requis pour la mise en œuvre du programme d’ordinateur défini tel que précédemment.
- une batterie ;
- un dispositif défini tel que précédemment, le dispositif étant raccordé à la batterie ;
- une unité de contrôle électronique reliée au dispositif pour la thermorégulation de la batterie, l’unité de contrôle électronique comprenant des moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que des moyens de commande requis pour la mise en œuvre du programme d’ordinateur défini tel que précédemment.
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 :
-
FIG. 1 illustre une vue en perspective d’un bloc-batterie de véhicule électrique ou hybride comprenant une pluralité de batteries et un dispositif selon un mode de réalisation de l’invention ; -
FIG. 2 illustre une vue en perspective le dispositif, illustré à laFIG. 1 , selon un mode de réalisation de l’invention ; -
FIG. 3 illustre schématiquement un circuit caloporteur du dispositif illustré à laFIG. 2 selon un mode de réalisation de l’invention ; -
FIG. 4 illustre un logigramme représentant les étapes d’un procédé pour le refroidissement d’une batterie, mettant en œuvre un dispositif illustré à laFIG. 2 , selon un mode de réalisation de l’invention.
Il est illustré sur laFIG. 1 un bloc-batterie 10 de véhicule électrique ou hybride. Le bloc-batterie 10 comprend un dispositif 100 dans un premier compartiment et au moins une batterie 200 dans un deuxième compartiment. Le premier compartiment et le deuxième compartiment sont de préférence étanches.
En l’espèce, sur laFIG. 1 , le bloc-batterie 10 comprend une pluralité de batteries 200 en forme de parallélépipède, agencées les unes par rapport aux autres en architecture de grille, de sorte à assurer une distribution de chaleur efficace et un assemblage compact.
La pluralité de batteries 200 est immergée dans un fluide caloporteur. En pratique, le fluide caloporteur est un fluide diélectrique, par exemple de type diphasique fluoré ou non fluoré de type PAO « polyalphaoléfine ».
Il est illustré à laFIG. 2 le dispositif 100 comprenant un circuit caloporteur 120, illustré en partie, configuré pour transmettre du fluide caloporteur à la batterie 200, selon un mode de réalisation.
Le dispositif 100 comprend un réservoir 110 configuré pour contenir du fluide caloporteur.
Le réservoir 110 comprend de préférence une membrane 115.
Alternativement, la membrane 115 est remplacée par un accès de remplissage du réservoir 110.
Le réservoir 110 comprend également de préférence un filtre déshumidificateur 112. Le filtre déshumidificateur 112 est disposé de manière à être en contact avec l’atmosphère du réservoir 110 lorsque le réservoir 110 est rempli partiellement de fluide caloporteur.
Il est illustré à laFIG. 3 le dispositif 100 comprenant le réservoir 110 comportant le fluide caloporteur. Le réservoir 110 comprenant également un conteneur 111 comprenant de préférence un matériau à changement de phase.
Par exemple, le matériau à changement de phase est de type paraffine comme l’hénicosane présentant un point de fusion de 40°C, ou encore un métal comme le gallium présentant un point de fusion de 29,8°C.
Le réservoir 110 comprend également un drain 113 configuré pour vidanger le réservoir 110 lorsque le réservoir 110 contient du fluide caloporteur.
Le circuit caloporteur 120 comprend au moins une partie du circuit caloporteur 130 passant par le conteneur 111.
Comme illustré sur laFIG. 3 , la partie d’échange thermique 130 s’étend sur toute la longueur du conteneur 111 de manière à augmenter la surface d’échange thermique, augmentant l’efficacité des échanges thermiques.
Le circuit caloporteur 120 comprend une vanne thermostatique 140 raccordée au réservoir 110.
La vanne thermostatique 140 est avantageusement configurée pour être dans un état ouvert ou un état fermé, la vanne thermostatique 140 étant dans l’état fermé par défaut.
Par exemple, la vanne thermostatique 140 est une vanne à cire configurée pour basculer de l’état fermé à l’état ouvert lorsque la température du fluide caloporteur dans le réservoir 110 est inférieure à 10°C. Ainsi, la vanne thermostatique 140 permet d’introduire du fluide caloporteur du réservoir 110 dans le circuit caloporteur 120.
Le circuit caloporteur 120 comprend une pompe 150 configurée pour transmettre le fluide caloporteur à la batterie 200. La pompe 150 est raccordée à la partie du circuit caloporteur 130 passant par le conteneur 111. Ainsi, la pompe 150 impose un sens de circulation du fluide caloporteur dans le circuit caloporteur 120. En l’espèce, le sens de circulation du fluide caloporteur est orienté de la pompe 150 vers la batterie 200 comme illustré schématiquement par des flèches sur le circuit caloporteur 120 à laFIG. 3 .
Selon un mode de réalisation illustrée à laFIG. 3 , la pompe 150 est hors du réservoir 110.
Dans un autre mode de réalisation, la pompe 150 est située dans le réservoir 110, de sorte que la pompe 150 est immergée dans le fluide caloporteur.
Le circuit caloporteur 120 comprend une première vanne reliée à une première sonde de température 161’. La première vanne 161 comprend une entrée de fluide 161A, une sortie de fluide 161B et une sortie auxiliaire de fluide 161C.
Le circuit caloporteur 120 comprend de préférence un premier filtre 180 raccordé à l’entrée de fluide 161A de la première vanne 161 et la partie du circuit caloporteur 130 comme illustré sur laFIG. 3 .
Alternativement, le premier filtre 180 est intégré à la pompe 150.
La sortie auxiliaire de fluide 161C de la première vanne 161 est raccordée à la partie du circuit caloporteur 130.
L’entrée de fluide 161A de la première vanne 161 est raccordée à la pompe 150.
La sortie auxiliaire de fluide 161C de la première vanne 161 est configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide 161C de la première vanne 161 étant à l’état fermé par défaut.
Le circuit caloporteur 120 comprend une vanne anti-retour 190 configurée pour être raccordée à la batterie 200.
Le circuit caloporteur 120 comprend un échangeur de chaleur 170 raccordé à la vanne anti-retour 190.
Le circuit caloporteur 120 comprend également une deuxième vanne 162 reliée à une deuxième sonde de température 162’. La deuxième vanne 162 comprend une entrée de fluide, une sortie de fluide et une sortie auxiliaire de fluide.
L’entrée de fluide 162A de la deuxième vanne 162 est raccordée à la sortie de fluide 161B de la première vanne 161.
La sortie de fluide 162B de la deuxième vanne 162 est raccordée à la vanne anti-retour 190.
La sortie auxiliaire de fluide 162C de la deuxième vanne 162 est raccordée à l’échangeur de chaleur 170.
La sortie auxiliaire de fluide 162C de la deuxième vanne 162 est configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide 162C de la deuxième vanne 162 étant à l’état fermé par défaut.
Le circuit caloporteur 120 comprend de préférence un deuxième filtre raccordé à la vanne anti-retour 190.
Il est illustré à laFIG. 4 un logigramme d’un procédé pour la thermorégulation de la batterie 200, les étapes du procédé étant décrites ci-après selon un mode de réalisation de l’invention.
Dans une étape de mesure E1, une première valeur de température du fluide caloporteur est mesurée par la première sonde de température 161’.
Dans une étape de mesure E2, une deuxième valeur de température du fluide caloporteur est mesurée par la deuxième sonde de température 162’.
Dans une étape de bascule E3, la sortie auxiliaire de fluide 161C de la première vanne 161 est basculée de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la première valeur de température mesurée est inférieure à une première valeur de température prédéterminée.
De préférence, la première valeur de température prédéterminée est comprise entre -20°C et 10°C.
Dans une étape de bascule E4, la sortie auxiliaire de fluide de la deuxième vanne 162 est basculée de l’état fermé à l’état ouvert lorsque la deuxième valeur de température mesurée est supérieure à une deuxième valeur de température prédéterminée.
De préférence, la deuxième valeur de température prédéterminée est comprise entre 35°C et 55°C.
Le procédé comprend avantageusement une étape de bascule E5 de la vanne thermostatique 140 de l’état fermé vers l’état lorsque la valeur de température mesurée par la vanne thermostatique 140 est inférieure à la première valeur de température prédéterminée.
Claims (9)
- Dispositif (100) pour la thermorégulation d’une batterie (200) d’un véhicule électrique ou hybride, le dispositif (100) comprenant un réservoir (110) comportant un conteneur (111), le réservoir (110) étant apte à contenir un fluide caloporteur, le dispositif (100) comprenant un circuit caloporteur (120) comportant :
- une partie du circuit caloporteur (130) passant par le conteneur (111) ;
- une vanne thermostatique (140) raccordée au réservoir (110) ;
- une pompe (150) configurée pour transmettre le fluide caloporteur à la batterie (200), la pompe (150) étant raccordée à la partie du circuit caloporteur (130) ;
- une première vanne (161) reliée à une première sonde de température (161’), la première vanne (161) comprenant une entrée de fluide (161A), une sortie de fluide (161B) et une sortie auxiliaire de fluide (161C), l’entrée de fluide (161A) de la première vanne (161) étant raccordée à la pompe (150), la sortie auxiliaire de fluide (161C) de la première vanne (161) étant raccordée à la partie du circuit caloporteur (130), la sortie auxiliaire de fluide (161C) de la première vanne (161) étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide (161C) de la première vanne (161) étant à l’état fermé par défaut ;
- une vanne anti-retour (190) configurée pour être raccordée à la batterie (200) ;
- un échangeur de chaleur (170) raccordé à la vanne anti-retour (190) ;
- une deuxième vanne (162) reliée à une deuxième sonde de température (162’), la deuxième vanne (162) comprenant une entrée de fluide (162A), une sortie de fluide (162B) et une sortie auxiliaire de fluide (162C), l’entrée de fluide (162A) de la deuxième vanne (162) étant raccordée à la sortie de fluide (161B) de la première vanne (161), la sortie de fluide (162B) de la deuxième vanne (162) étant raccordée à la vanne anti-retour (190), la sortie auxiliaire de fluide (162C) de la deuxième vanne (162) étant raccordée à l’échangeur de chaleur (170), la sortie auxiliaire de fluide (162C) de la deuxième vanne (162) étant configurée pour être dans un état ouvert ou dans un état fermé, la sortie auxiliaire de fluide (162C) de la deuxième vanne (162) étant à l’état fermé par défaut. - Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conteneur (111) comprend un matériau à changement de phase.
- Dispositif (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit caloporteur (120) comprend un premier filtre (180) raccordé à l’entrée de fluide (161A) de la première vanne (161) et la partie du circuit caloporteur (130) et/ou un deuxième filtre (180’) raccordé à la vanne anti-retour (190).
- Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir (110) comprend une membrane (115).
- Procédé pour la thermorégulation d’une batterie (200), mettant en œuvre un dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de mesure d’une première valeur de température du fluide caloporteur par la première sonde de température (161’) ;
- une étape de mesure d’une deuxième valeur de température du fluide caloporteur par la deuxième sonde de température (162’) ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide (161C) de la première vanne (161) de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la première valeur de température mesurée est inférieure à une première valeur de température prédéterminée ;
- une étape de bascule de la sortie auxiliaire de fluide (162C) de la deuxième vanne (162) de l’état fermé vers l’état ouvert lorsque la deuxième valeur de température mesurée est supérieure à une deuxième valeur de température prédéterminée. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première valeur de température prédéterminée est comprise entre -20°C et 10°C.
- Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la deuxième valeur de température prédéterminée est comprise entre 35°C et 55°C.
- Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon la revendication 7, lorsque le programme fonctionne sur un ordinateur.
- Véhicule électrique ou hybride comprenant :
- une batterie (200) ;
- un dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, le dispositif (100) étant raccordé à la batterie (200);
- une unité de contrôle électronique reliée au dispositif (100) pour la thermorégulation de la batterie (200), l’unité de contrôle électronique comprenant des moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que des moyens de commande requis pour la mise en œuvre du programme d’ordinateur selon la revendication 8.
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2024
- 2024-10-11 FR FR2411009A patent/FR3167478A1/fr active Pending
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