LU500544B1 - Motor vehicle battery system - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de batteries (3) pour véhicule automobile comportant : - un ensemble batterie (11), comprenant un boîtier (13) étanche à l'air, le boîtier (13) contenant : une première batterie (15) comprenant une pluralité de cellules de batterie (17), un convertisseur (19) courant continu - courant continu, des moyens de mesure de la température des cellules de batterie (17), et des moyens de régulation thermique du convertisseur (19) et des cellules de batterie (17), le système de batteries (3) comprenant en outre : - une deuxième batterie (25) disposée à l'extérieur du boîtier (13). L'invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un tel système de batteries (3), ainsi qu'un procédé de prédémarrage d'un véhicule automobile comprenant un tel système de batteries (3).The present invention relates to a battery system (3) for a motor vehicle comprising: - a battery assembly (11), comprising an airtight casing (13), the casing (13) containing: a first battery (15) comprising a plurality of battery cells (17), a direct current - direct current converter (19), means for measuring the temperature of the battery cells (17), and means for thermal regulation of the converter (19) and of the cells battery (17), the battery system (3) further comprising: - a second battery (25) arranged outside the housing (13). The invention also relates to a method for operating such a battery system (3), as well as a method for pre-starting a motor vehicle comprising such a battery system (3).
Description
Titre de l’invention : Système de batteries pour véhicule automobileTitle of the invention: Automotive vehicle battery system
L’invention concerne un système de batteries pour véhicule automobile, un procédé de fonctionnement d’un système de batteries pour véhicule automobile, ainsi qu’un procédé de prédémarrage d’un véhicule automobile comprenant un système de batteries.The invention relates to a battery system for a motor vehicle, a method for operating a battery system for a motor vehicle, and a method for pre-starting a motor vehicle comprising a battery system.
On connaît déjà dans l'état la technique, un système de batteries pour véhicule automobile comportant un ensemble batterie doté d’un boîtier contenant une première batterie comprenant une pluralité de cellules de batterie, et d'une deuxième batterie disposée à l’extérieur du boîtier. Afin de permettre le transfert d'énergie électrique entre la première batterie et la deuxième batterie, le système de batteries comprend un convertisseur courant continu — courant continu. Un tel système est particulièrement utile dans le cas de véhicules à hybridation électrique légère comportant un moteur thermique et un élément électrique comme par exemple un alterno-démarreur, également connus en langue anglaise en tant que « Mild Hybrid Electric Vehicle » ou MHEV. Ce type de véhicule doit être capable de fonctionner à des températures comprises entre -40°C et +60°C. Toutefois, la première batterie ne peut être chargée qu'à partir d’un seuil de température minimal. Lorsque la température de la première batterie est inférieure à ce seuil, elle doit être réchauffée afin de permettre sa charge. Pour cela, il est habituellement prévu de disposer un élément chauffant dans le boîtier, par exemple une résistance électrique.There is already known in the state of the art, a battery system for a motor vehicle comprising a battery assembly provided with a casing containing a first battery comprising a plurality of battery cells, and a second battery arranged outside the housing. In order to allow the transfer of electrical energy between the first battery and the second battery, the battery system comprises a direct current—direct current converter. Such a system is particularly useful in the case of light electric hybridization vehicles comprising a heat engine and an electric element such as for example an alternator-starter, also known in English as a “Mild Hybrid Electric Vehicle” or MHEV. This type of vehicle must be able to operate at temperatures between -40°C and +60°C. However, the first battery can only be charged from a minimum temperature threshold. When the temperature of the first battery is below this threshold, it must be reheated in order to allow it to be charged. For this, it is usually provided to have a heating element in the housing, for example an electrical resistor.
Néanmoins, un tel élément chauffant ne permet pas à la première batterie d’être chargée après un intervalle de temps très court après un démarrage à froid. Ainsi, le stockage d'énergie électrique de récupération, par exemple suite à une décélération du véhicule automobile, n’est pas possible avant un intervalle de temps relativement important après un démarrage à froid du véhicule automobile. En outre, un tel élément chauffant consomme beaucoup d’énergie, encombre l’espace interne du boîtier et alourdit le véhicule automobile pour une utilisation potentiellement rare, à savoir uniquement lorsque la température de la première batterie est trop basse, parce qu’inférieure au seuil de température minimal précité. Plus généralement, afin de permettre un fonctionnement optimal, les cellules de batterie doivent être régulées thermiquement.Nevertheless, such a heating element does not allow the first battery to be charged after a very short time interval after a cold start. Thus, the storage of regenerative electrical energy, for example following a deceleration of the motor vehicle, is not possible before a relatively long time interval after a cold start of the motor vehicle. In addition, such a heating element consumes a lot of energy, clutters the internal space of the casing and weighs down the motor vehicle for a potentially rare use, namely only when the temperature of the first battery is too low, because lower than the aforementioned minimum temperature threshold. More generally, in order to allow optimal operation, battery cells must be thermally regulated.
L'invention a notamment pour but de fournir un système de batteries et un procédé de fonctionnement d’un tel système de batteries permettant de rendre une batterie comprenant une pluralité de cellules de batterie disponible pour la charge rapidement lorsque la température initiale de la batterie est trop basse.The object of the invention is in particular to provide a battery system and a method of operating such a battery system making it possible to make a battery comprising a plurality of battery cells available for charging quickly when the initial temperature of the battery is too low.
A cet effet l'invention a pour objet un système de batteries pour véhicule automobile comportant : - un ensemble batterie, comprenant un boîtier fermé, le boîtier contenant : une première batterie comprenant une pluralité de cellules de batterie, un convertisseur courant continu — courant continu, des moyens de mesure de la température des cellules de batterie, et des moyens de régulation thermique du convertisseur et des cellules de batterie, le système de batteries comprenant : - une deuxième batterie disposée à l’extérieur du boîtier, le convertisseur étant configuré pour fonctionner suivant un premier mode de fonctionnement normal de décharge dans lequel le convertisseur décharge la première batterie vers la deuxième batterie, un deuxième mode de fonctionnement normal de charge dans lequel le convertisseur charge la première batterie depuis la deuxième batterie, et un troisième mode de fonctionnement dégradé de décharge dans lequel le convertisseur décharge la première batterie vers la deuxième batterie, et dans lequel le rendement du convertisseur est inférieur à celui du premier mode de fonctionnement normal.To this end, the subject of the invention is a battery system for a motor vehicle comprising: - a battery assembly, comprising a closed casing, the casing containing: a first battery comprising a plurality of battery cells, a direct current-direct current converter , means for measuring the temperature of the battery cells, and means for thermal regulation of the converter and of the battery cells, the battery system comprising: - a second battery disposed outside the casing, the converter being configured to operate in a first normal discharge operating mode in which the converter discharges the first battery to the second battery, a second normal charging operating mode in which the converter charges the first battery from the second battery, and a third operating mode discharge gradient in which the converter discharges the first battery ver s the second battery, and wherein the efficiency of the converter is lower than that of the first normal operating mode.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du système de batteries prises seules ou en combinaison : - Le boîtier est étanche à l'humidité et aux poussières, par exemple étanche a l’air. - Le rendement du convertisseur dans le troisième mode de fonctionnement dégradé est inférieur d’au moins 10%, de préférence d’au moins 15%, a celui du premier mode de fonctionnement normal. - Les moyens de régulation thermique comportent un circuit fermé de fluide de régulation thermique, de préférence d'air, lequel comporte une unité de ventilation générant une circulation de fluide de régulation thermique dans le boîtier, un échangeur de chaleur pour le fluide de régulation thermique relié par conduction thermique au convertisseur, et des canaux de passage de fluide de régulation thermique entre les cellules de batterie. Ainsi, on s’assure que la régulation thermique des cellules de batterie est réalisée de manière homogène. - L'unité de ventilation comporte au moins un ventilateur, préférentiellement une pluralité de ventilateurs, par exemple six ventilateurs.According to other optional characteristics of the battery system taken alone or in combination: - The case is sealed against humidity and dust, for example airtight. - The efficiency of the converter in the third degraded operating mode is lower by at least 10%, preferably by at least 15%, than that of the first normal operating mode. - The thermal regulation means comprise a closed circuit of thermal regulation fluid, preferably air, which comprises a ventilation unit generating a circulation of thermal regulation fluid in the housing, a heat exchanger for the thermal regulation fluid connected by thermal conduction to the converter, and thermal regulation fluid passage channels between the battery cells. Thus, it is ensured that the thermal regulation of the battery cells is carried out in a homogeneous manner. - The ventilation unit comprises at least one fan, preferably a plurality of fans, for example six fans.
- Le convertisseur comporte une plaque de dissipation thermique, de préférence métallique, plus préférentiellement en aluminium, l'échangeur de chaleur comprenant des ailettes reliées par conduction thermique à la plaque de dissipation thermique. Ainsi, on dispose d’un moyen simple de transférer la chaleur émise par le convertisseur à l’échangeur de chaleur. - La plaque de dissipation thermique est revêtue d’une pâte thermiquement conductrice, les ailettes étant disposées en contact avec la pâte et/ou avec la plaque de dissipation thermique. Ainsi, la conduction thermique entre les ailettes et la plaque de dissipation thermique est réalisée de manière optimale. - L’échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur liquide - fluide de régulation thermique, et comporte une tubulure pour le liquide, la tubulure pour le liquide formant une boucle ouverte configurée pour se trouver en liaison fluidique avec un circuit de liquide extérieur au boîtier, et les ailettes s'étendant depuis la tubulure pour le liquide.- The converter comprises a heat dissipation plate, preferably metallic, more preferably aluminum, the heat exchanger comprising fins connected by thermal conduction to the heat dissipation plate. Thus, there is a simple way to transfer the heat emitted by the converter to the heat exchanger. - The heat dissipation plate is coated with a thermally conductive paste, the fins being placed in contact with the paste and/or with the heat dissipation plate. Thus, the heat conduction between the fins and the heat dissipation plate is optimally achieved. - The heat exchanger is a liquid heat exchanger - thermal control fluid, and comprises a pipe for the liquid, the pipe for the liquid forming an open loop configured to be in fluidic connection with a liquid circuit external to the housing , and the fins extending from the liquid tubing.
Ainsi, la régulation de la température est optimisée, du fait que l’on peut utiliser le liquide, en fonction de sa température, pour réguler la température non seulement des cellules de batterie mais aussi du convertisseur. - Le liquide est un mélange de glycol et d’eau. Ainsi, on peut utiliser un circuit de refroidissement du véhicule automobile déjà utilisé habituellement à d’autres fins, afin de refroidir le convertisseur et les cellules de batteries. - Le fluide de régulation thermique est de l’air. Ainsi, du fait que la capacité thermique massique de l’air est faible, ce dernier s’échauffe très rapidement, notamment au contact des ailettes de l'échangeur de chaleur. De ce fait, la chaleur émise par le convertisseur peut être rapidement transmise aux cellules de batterie. - La première batterie est configurée pour délivrer une première tension de sortie, la deuxième batterie étant configurée pour délivrer une deuxième tension de sortie inférieure à la première tension de sortie. - La première batterie est configurée pour délivrer une première tension de sortie de 48V, et la deuxième batterie est configurée pour délivrer une deuxième tension de sortie de 12V. - La première batterie comporte douze cellules de batterie.Thus, the temperature regulation is optimized, because the liquid can be used, depending on its temperature, to regulate the temperature not only of the battery cells but also of the converter. - The liquid is a mixture of glycol and water. Thus, it is possible to use a cooling circuit of the motor vehicle already usually used for other purposes, in order to cool the converter and the battery cells. - The thermal regulation fluid is air. Thus, because the specific heat capacity of the air is low, the latter heats up very quickly, especially in contact with the fins of the heat exchanger. Due to this, the heat emitted by the converter can be quickly transmitted to the battery cells. - The first battery is configured to deliver a first output voltage, the second battery being configured to deliver a second output voltage lower than the first output voltage. - The first battery is configured to deliver a first output voltage of 48V, and the second battery is configured to deliver a second output voltage of 12V. - The first battery has twelve battery cells.
L’invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d’un système de batteries pour véhicule automobile tel que défini précédemment, comprenant les étapes suivantes : a) détection de la température des cellules de batterie, b) lorsque la température détectée à l’étape a) est inférieure à un seuil prédéterminé de température, charge de la deuxième batterie depuis la première batterie par l'intermédiaire du convertisseur, le convertisseur fonctionnant dans le troisième mode de fonctionnement dégradé, et transfert thermique entre le convertisseur et les cellules de batterie par les moyens de régulation thermique.The invention also relates to a method of operating a battery system for a motor vehicle as defined above, comprising the following steps: a) detection of the temperature of the battery cells, b) when the temperature detected at the step a) is below a predetermined temperature threshold, charging the second battery from the first battery via the converter, the converter operating in the third degraded operating mode, and heat transfer between the converter and the battery cells by means of thermal regulation.
Comme l’énergie utilisée par le convertisseur provient des cellules de batterie de la premiere batterie, le processus de charge de la deuxième batterie par décharge de la première batterie augmente de fait la température interne des cellules de batterie. Ainsi la combinaison, d’une part de la chaleur générée par ce processus de décharge de la deuxième batterie, et d’autre part de la chaleur générée par le convertisseur dans un mode de fonctionnement à rendement dégradé puis transmise aux cellules de batterie parles moyens de régulation thermique, permet de générer une plus grande quantité de chaleur et ainsi d’échauffer plus rapidement les cellules de batterie.As the energy used by the converter comes from the battery cells of the first battery, the process of charging the second battery by discharging the first battery actually increases the internal temperature of the battery cells. Thus the combination, on the one hand of the heat generated by this process of discharging the second battery, and on the other hand of the heat generated by the converter in an operating mode with degraded efficiency then transmitted to the battery cells by means of thermal regulation, makes it possible to generate a greater quantity of heat and thus to heat up the battery cells more quickly.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé de fonctionnement prises seules ou en combinaison : - Le seuil prédéterminé de température est compris entre 0°C et 10°C, de préférence égal à O°C. - L’étape b) est arrêtée lorsque la deuxième batterie atteint un état de charge maximal.According to other optional characteristics of the operating method taken alone or in combination: - The predetermined temperature threshold is between 0°C and 10°C, preferably equal to 0°C. - Step b) is stopped when the second battery reaches a maximum state of charge.
Ainsi, on évite d’'endommager la deuxième batterie. - L’étape b) est arrêtée lorsque la première batterie atteint un état de charge minimal.This prevents damage to the second battery. - Step b) is stopped when the first battery reaches a minimum state of charge.
Ainsi, on évite d'endommager la première batterie. - Le procédé de fonctionnement comprend les étapes suivantes : c) lorsque l’étape b) est en cours d’exécution, détection de la température des cellules de batterie, d) lorsque la température détectée à l’étape c) est supérieure ou égale au seuil prédéterminé, l’étape b) est arrêtée. Ainsi, on optimise la quantité d’énergie utilisée pour permettre à la première batterie d’atteindre le seuil prédéterminé de température, lui permettant par exemple d’être chargée. De ce fait, le stockage d'énergie électrique de récupération, par exemple suite à une décélération du véhicule automobile, est rendu rapidement possible. - Le procédé de fonctionnement comprend l’étape suivante : e) après l’étape d), charge de la première batterie depuis la deuxième batterie par l'intermédiaire du convertisseur, le convertisseur fonctionnant dans le deuxième mode de fonctionnement normal, et régulation thermique du convertisseur et des cellules de batterie par les moyens de régulation thermique. Ainsi, on s'assure de charger la premiere batterie de manière optimale dès que celle-ci est au seuil prédéterminé de température, lui permettant par exemple d’être chargée.Thus, damage to the first battery is avoided. - The operating method comprises the following steps: c) when step b) is running, detecting the temperature of the battery cells, d) when the temperature detected in step c) is greater than or equal to at the predetermined threshold, step b) is stopped. Thus, the quantity of energy used is optimized to allow the first battery to reach the predetermined temperature threshold, allowing it for example to be charged. As a result, the storage of recuperated electrical energy, for example following a deceleration of the motor vehicle, is quickly made possible. - The method of operation comprises the following step: e) after step d), charging the first battery from the second battery via the converter, the converter operating in the second normal operating mode, and thermal regulation of the converter and of the battery cells by the thermal regulation means. Thus, it is ensured to charge the first battery optimally as soon as it is at the predetermined temperature threshold, allowing it for example to be charged.
- L’étape e) est arrêtée lorsque la deuxième batterie atteint un état de charge minimal.- Step e) is stopped when the second battery reaches a minimum state of charge.
Ainsi, on évite d’'endommager la deuxième batterie. - L'étape e) est arrêtée lorsque la première batterie atteint un état de charge prédéterminé. Ainsi, on s'assure de charger la première batterie uniquement à l’état de charge prédéterminé, ce qui lui permet par exemple d’alimenter un élément fortement consommateur de puissance, comme par exemple un catalyseur. De cette manière, l'énergie électrique stockée dans le véhicule automobile est optimisée.This prevents damage to the second battery. - Step e) is stopped when the first battery reaches a predetermined state of charge. Thus, it is ensured to charge the first battery only to the predetermined state of charge, which allows it, for example, to supply a highly power-consuming element, such as a catalyst. In this way, the electrical energy stored in the motor vehicle is optimized.
Linvention a encore pour objet un procédé de prédémarrage d’un véhicule automobile comprenant un système de batteries tel que défini précédemment, lequel comporte les étapes suivantes : - détection d’un évènement de démarrage probable du véhicule automobile, - lorsque l'évènement de démarrage probable du véhicule automobile est détecté, exécution du procédé de fonctionnement tel que défini précédemment.Another subject of the invention is a method for pre-starting a motor vehicle comprising a battery system as defined previously, which comprises the following steps: - detection of a probable start event of the motor vehicle, - when the start event probability of the motor vehicle is detected, execution of the operating method as defined above.
Ainsi, le procédé de fonctionnement est exécuté de manière anticipée avant le démarrage du véhicule automobile, ce qui permet de rendre la première batterie disponible pour la charge d’autant plus tôt.Thus, the operating method is executed in advance before starting the motor vehicle, which makes it possible to make the first battery available for charging all the earlier.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé de prédémarrage prises seules ou en combinaison : - L’évènement de démarrage probable du véhicule automobile est choisi dans le groupe comprenant une ouverture d’une porte du véhicule automobile, de préférence de la porte conducteur, une détection de proximité d’une clé passive du véhicule automobile, un déverrouillage à distance du véhicule automobile, de préférence par une clé radio formant télécommande.According to other optional characteristics of the pre-starting method taken alone or in combination: the probable start event of the motor vehicle is chosen from the group comprising an opening of a door of the motor vehicle, preferably of the driver's door, a proximity detection of a passive key of the motor vehicle, remote unlocking of the motor vehicle, preferably by a radio key forming a remote control.
Ainsi, on utilise avantageusement un évènement déjà existant sur un véhicule automobile en tant qu’évènement de démarrage probable. Le conducteur du véhicule automobile n’a pas à effectuer une action spécifique, distincte des actions qu’il effectue habituellement avant le démarrage du véhicule, afin de provoquer l’exécution du procédé de fonctionnement.Thus, an event already existing on a motor vehicle is advantageously used as a probable starting event. The driver of the motor vehicle does not have to perform a specific action, distinct from the actions that he usually performs before starting the vehicle, in order to cause the execution of the operating method.
Brève description des figuresBrief description of figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : [Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d’un véhicule automobile comprenant un systeme de batteries selon un mode de réalisation ; [Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique du système de batteries selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 ;The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings in which: [Fig. 1] Figure 1 is a schematic view of a motor vehicle comprising a battery system according to one embodiment; [Fig. 2] Figure 2 is a schematic view of the battery system according to the embodiment shown in Figure 1;
[Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique d’un détail du système de batteries selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2 ; [Fig. 4] la figure 4 est un diagramme illustrant un exemple de procédé de prédémarrage d’un véhicule automobile comprenant un système de batteries et un exemple de procédé de fonctionnement d’un système de batteries.[Fig. 3] Figure 3 is a schematic view of a detail of the battery system according to the embodiment shown in Figure 2; [Fig. 4] FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary method of pre-starting a motor vehicle comprising a battery system and an exemplary method of operating a battery system.
Description détailléedetailed description
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.In all the figures, the same references relate to the same elements.
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.In this detailed description, the following embodiments are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not mean that the characteristics apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments may also be combined and/or interchanged to provide other embodiments.
La figure 1 représente schématiquement un véhicule automobile 1, dans cet exemple à hybridation légère, comportant un système de batteries 3 selon un mode de réalisation, un moteur thermique M comportant un catalyseur C pour gaz d'échappement et un alterno-démarreur A. Dans cet exemple, le véhicule automobile 1 comprend également une unité de commande électronique 5, laquelle comprend des moyens de détection de proximité d’une clé passive 7 du véhicule automobile 1. Alternativement ou de manière complémentaire, l’unité de commande électronique 5 comprend un récepteur radio commandant le verrouillage, respectivement le déverrouillage, des portes du véhicule automobile 1, sur la base d’une commande émise à distance par une clé radio formant télécommande. Alternativement ou de manière complémentaire, l’unité de commande électronique 5 comprend un détecteur de l’ouverture d’une porte du véhicule automobile, de préférence de la porte conducteur. Dans cet exemple, le véhicule automobile 1 comprend en outre un circuit de refroidissement 9 du moteur thermique M, dans lequel circule un liquide, par exemple un mélange de glycol et d’eau.FIG. 1 schematically represents a motor vehicle 1, in this example with light hybridization, comprising a battery system 3 according to one embodiment, a heat engine M comprising a catalyst C for exhaust gases and an alternator-starter A. In In this example, the motor vehicle 1 also includes an electronic control unit 5, which includes means for detecting the proximity of a passive key 7 of the motor vehicle 1. Alternatively or additionally, the electronic control unit 5 includes a radio receiver controlling the locking, respectively the unlocking, of the doors of the motor vehicle 1, on the basis of a command transmitted remotely by a radio key forming a remote control. Alternatively or additionally, the electronic control unit 5 comprises a detector of the opening of a door of the motor vehicle, preferably the driver's door. In this example, the motor vehicle 1 further comprises a cooling circuit 9 of the combustion engine M, in which a liquid circulates, for example a mixture of glycol and water.
La figure 2 représente schématiquement un système de batteries 3 selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1. Dans cet exemple, le système de batteries 3 comprend un ensemble batterie 11.Figure 2 schematically shows a battery system 3 according to the embodiment shown in figure 1. In this example, the battery system 3 comprises a battery assembly 11.
L’ensemble batterie 11 comprend un boîtier 13 fermé, lequel est dans cet exemple étanche à l’humidité et aux poussières. Le boîtier 13 est par exemple composé d’un matériau thermoplastique. Le boîtier 13 contient une première batterie 15 comprenant une pluralité de cellules de batterie 17. Le boîtier 13 contient également un convertisseur 19 courant continu — courant continu, des moyens de mesure 21 de la température des cellules de batterie 17, et des moyens de régulation thermique du convertisseur 19 et des cellules de batterie 17.The battery assembly 11 comprises a closed casing 13, which in this example is impervious to humidity and dust. The housing 13 is for example made of a thermoplastic material. The casing 13 contains a first battery 15 comprising a plurality of battery cells 17. The casing 13 also contains a direct current-direct current converter 19, means 21 for measuring the temperature of the battery cells 17, and means for regulating thermal converter 19 and battery cells 17.
Le système de batteries 3 comprend également une deuxième batterie 25 disposée à l’extérieur du boîtier. La première batterie 15 est configurée pour délivrer une première tension de sortie, la deuxième batterie 25 étant configurée pour délivrer une deuxième tension de sortie inférieure à la première tension de sortie. La première batterie 15 est configurée pour délivrer une première tension de sortie de 48V, et la deuxième batterie 25 est configurée pour délivrer une deuxième tension de sortie de 12V. Dans cet exemple, la première batterie 15 comporte douze cellules de batterie 17. Toutefois, ce nombre est variable suivant la disposition des cellules de batterie et leur configuration électrique en série et/ou en parallèle.The battery system 3 also includes a second battery 25 arranged outside the casing. The first battery 15 is configured to deliver a first output voltage, the second battery 25 being configured to deliver a second output voltage lower than the first output voltage. The first battery 15 is configured to deliver a first output voltage of 48V, and the second battery 25 is configured to deliver a second output voltage of 12V. In this example, the first battery 15 comprises twelve battery cells 17. However, this number is variable depending on the arrangement of the battery cells and their electrical configuration in series and/or in parallel.
Le convertisseur 19 est relié électriquement à la première batterie 15 et à la deuxième batterie 25. Le convertisseur 19 est configuré pour fonctionner suivant un premier mode de fonctionnement normal de décharge dans lequel le convertisseur 19 décharge la première batterie 15 vers la deuxième batterie 25, un deuxième mode de fonctionnement normal de charge dans lequel le convertisseur 19 charge la première batterie 15 depuis la deuxième batterie 25, et un troisième mode de fonctionnement dégradé de décharge dans lequel le convertisseur 19 décharge la première batterie 15 vers la deuxième batterie 25, et dans lequel le rendement du convertisseur 19 est inférieur à celui du premier mode de fonctionnement normal. Dans cet exemple, le rendement du convertisseur 19 dans le troisième mode de fonctionnement dégradé est inférieur d’au moins 10%, de préférence d’au moins 15%, a celui du premier mode de fonctionnement normal. Par exemple, le rendement du convertisseur 19 dans le premier mode de fonctionnement normal est compris entre 95% et 98%, et le rendement du convertisseur 19 dans le troisième mode de fonctionnement dégradé est de 80%.Converter 19 is electrically connected to first battery 15 and to second battery 25. Converter 19 is configured to operate according to a first normal discharge operating mode in which converter 19 discharges first battery 15 to second battery 25, a second normal charging operating mode in which the converter 19 charges the first battery 15 from the second battery 25, and a third degraded discharge operating mode in which the converter 19 discharges the first battery 15 to the second battery 25, and wherein the efficiency of the converter 19 is lower than that of the first normal mode of operation. In this example, the efficiency of converter 19 in the third degraded operating mode is lower by at least 10%, preferably by at least 15%, than that of the first normal operating mode. For example, the efficiency of converter 19 in the first normal operating mode is between 95% and 98%, and the efficiency of converter 19 in the third degraded operating mode is 80%.
Le convertisseur 19 comporte une plaque de dissipation thermique 27, de préférence métallique, plus préférentiellement en aluminium. Dans cet exemple, la plaque de dissipation thermique est revêtue d’une pâte 29 thermiquement conductrice.The converter 19 includes a heat dissipation plate 27, preferably metallic, more preferably aluminum. In this example, the heat dissipation plate is coated with a thermally conductive paste 29.
Les moyens de régulation thermique comportent un circuit fermé 30 de fluide de régulation thermique F. Dans cet exemple, le fluide de régulation thermique F est de l’air.The thermal regulation means comprise a closed circuit 30 of thermal regulation fluid F. In this example, the thermal regulation fluid F is air.
Le circuit fermé 30 de fluide de régulation thermique F comporte au moins une unité de ventilation 31, comprenant dans cet exemple six ventilateurs, soit la moitié du nombre de cellules de batterie 17. Le circuit fermé 30 de fluide de régulation thermique F comporte également un échangeur de chaleur 33 pour le fluide de régulation thermiqueThe closed circuit 30 of thermal regulation fluid F comprises at least one ventilation unit 31, comprising in this example six fans, i.e. half the number of battery cells 17. The closed circuit 30 of thermal regulation fluid F also comprises a heat exchanger 33 for thermal control fluid
F relié par conduction thermique au convertisseur 19, et des canaux de passage 35 de fluide de régulation thermique F entre les cellules de batterie 17.F connected by thermal conduction to the converter 19, and passage channels 35 of thermal regulation fluid F between the battery cells 17.
L’échangeur de chaleur 33 est un échangeur de chaleur liquide L — fluide de régulation thermique F, et comporte une tubulure 37 pour le liquide L et des ailettes 39, dont une seule est visible sur la figure 2. Le fluide de régulation thermique F, mis en circulation par l’unité de ventilation 31, s’écoule entre les ailettes 39.The heat exchanger 33 is a liquid L-thermal control fluid F heat exchanger, and comprises a tube 37 for the liquid L and fins 39, only one of which is visible in FIG. 2. The thermal control fluid F , circulated by the ventilation unit 31, flows between the fins 39.
Comme représenté sur la figure 3, la tubulure 37 pour le liquide L forme une boucle ouverte configurée pour se trouver en liaison fluidique avec un circuit de liquide extérieur au boîtier 13, dans cet exemple le circuit de liquide de refroidissement 9, dans lequel le liquide L est un mélange de glycol et d’eau.As shown in Figure 3, the tubing 37 for the liquid L forms an open loop configured to be in fluidic connection with a liquid circuit outside the housing 13, in this example the cooling liquid circuit 9, in which the liquid L is a mixture of glycol and water.
Les ailettes 39 s'étendent depuis la tubulure 37 pour le liquide L. Les ailettes 39 sont reliées par conduction thermique à la plaque de dissipation thermique 27 du convertisseur 19. Plus précisément, dans cet exemple, les ailettes 39 sont disposées en contact avec la pâte 29 et/ou avec la plaque de dissipation thermique 27.The fins 39 extend from the tubing 37 for the liquid L. The fins 39 are connected by thermal conduction to the heat dissipation plate 27 of the converter 19. More precisely, in this example, the fins 39 are arranged in contact with the paste 29 and/or with the heat dissipation plate 27.
Ainsi, les moyens de régulation thermique permettent de réguler la température, dans le boîtier 13, du convertisseur 19 et des cellules de batterie 17, au moyen du liquide L circulant dans la tubulure 37, lequel provient du circuit de liquide de refroidissement 9.Thus, the thermal regulation means make it possible to regulate the temperature, in the casing 13, of the converter 19 and of the battery cells 17, by means of the liquid L circulating in the pipe 37, which comes from the cooling liquid circuit 9.
Un exemple de procédé de prédémarrage d’un véhicule automobile 1 comprenant un système de batteries 3 va à présent être décrit.An example of a method for pre-starting a motor vehicle 1 comprising a battery system 3 will now be described.
Le procédé de prédémarrage illustré sur la figure 3 comporte les étapes suivantes : - étape 100: détection d’un évènement de démarrage probable du véhicule automobile 1, - lorsque l'évènement de démarrage probable du véhicule automobile 1 est détecté a l'étape 100, exécution d’un procédé de fonctionnement tel que décrit ci-après.The pre-starting method illustrated in FIG. 3 comprises the following steps: - step 100: detection of a probable start event of the motor vehicle 1, - when the probable start event of the motor vehicle 1 is detected at step 100 , execution of an operating method as described below.
L’évènement de démarrage probable du véhicule automobile 1 est choisi dans le groupe comprenant une ouverture d’une porte du véhicule automobile 1, de préférence de la porte conducteur, une détection de proximité d’une clé passive 7 du véhicule automobile 1, un déverrouillage à distance du véhicule automobile, de préférence par une clé radio formant télécommande. Dans cet exemple, 'événement de démarrage probable du véhicule automobile 1 est une détection de proximité d’une clé passive 7 du véhicule automobile 1 ou une ouverture de la porte conducteur du véhicule automobile 1. La détection est réalisée par l’unité de commande électronique 5, en particulier du fait qu’elle comprend des moyens de détection de proximité d’une clé passive 7 du véhicule automobile 1.The probable start event of the motor vehicle 1 is chosen from the group comprising an opening of a door of the motor vehicle 1, preferably of the driver's door, a proximity detection of a passive key 7 of the motor vehicle 1, a remote unlocking of the motor vehicle, preferably by a radio key forming a remote control. In this example, the probable start event of the motor vehicle 1 is a proximity detection of a passive key 7 of the motor vehicle 1 or an opening of the driver's door of the motor vehicle 1. The detection is carried out by the control unit electronic 5, in particular because it comprises proximity detection means of a passive key 7 of the motor vehicle 1.
Dans cet exemple de procédé de prédémarrage, le circuit de liquide de refroidissement 9 ne fait pas circuler le liquide L dans la tubulure 37. Ainsi, le circuit de liquide de refroidissement 9 permet de réguler la température au sein du boîtier 13, des cellules de batterie 17 et du convertisseur 19 après démarrage du véhicule automobileIn this example of a pre-starting process, the coolant circuit 9 does not cause the liquid L to circulate in the pipe 37. Thus, the coolant circuit 9 makes it possible to regulate the temperature within the casing 13, of the cells of battery 17 and converter 19 after starting the motor vehicle
1, le liquide L circulant dans le circuit de refroidissement 9 une fois le moteur thermique1, the liquid L circulating in the cooling circuit 9 once the thermal engine
M mis en route.M started.
Un exemple de procédé de fonctionnement d’un système de batteries 3 pour véhicule automobile 1 va à présent être décrit.An example of a method of operating a battery system 3 for a motor vehicle 1 will now be described.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte les étapes suivantes : a) détection de la température des cellules de batterie 17, b) lorsque la température détectée à I'étape a) est inférieure à un seuil prédéterminé de température, charge de la deuxième batterie 25 depuis la première batterie 15 par l’intermédiaire du convertisseur 19, le convertisseur 19 fonctionnant dans le troisième mode de fonctionnement dégradé, et transfert thermique entre le convertisseur 19 et les cellules de batterie 17 par les moyens de régulation thermique.The operating method illustrated in FIG. 4 comprises the following steps: a) detection of the temperature of the battery cells 17, b) when the temperature detected in step a) is lower than a predetermined temperature threshold, charging of the second battery 25 from the first battery 15 via the converter 19, the converter 19 operating in the third degraded operating mode, and thermal transfer between the converter 19 and the battery cells 17 by the thermal regulation means.
Le seuil prédéterminé de température est compris entre 0°C et 10°C, et est égal à 0°C dans cet exemple. L'étape a) est réalisée par les moyens de mesure 21 de la température des cellules de batterie 17. L’étape b) est par exemple commandée par le convertisseur 19, lequel intègre une unité de commande intégrée. Alternativement, l'étape b) est commandée par l’unité de commande électronique 5.The predetermined temperature threshold is between 0° C. and 10° C., and is equal to 0° C. in this example. Step a) is performed by the means 21 for measuring the temperature of the battery cells 17. Step b) is for example controlled by the converter 19, which incorporates an integrated control unit. Alternatively, step b) is controlled by the electronic control unit 5.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte également l’étape 212 suivante : L'étape b) est arrêtée lorsque la deuxième batterie 25 atteint un état de charge maximal.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 212: Step b) is stopped when the second battery 25 reaches a maximum state of charge.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte aussi I'étape 214 suivante : L’étape b) est arrêtée lorsque la première batterie 15 atteint un état de charge minimal.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 214: Step b) is stopped when the first battery 15 reaches a minimum state of charge.
L’état de charge de la première batterie 15 et l’état de charge de la deuxième batterie 25 sont connus par exemple à partir du convertisseur 19, lequel intègre une unité de commande intégrée. Alternativement, ils sont connus à partir de de l’unité de commande électronique 5.The state of charge of the first battery 15 and the state of charge of the second battery 25 are known for example from the converter 19, which incorporates an integrated control unit. Alternatively, they are known from the electronic control unit 5.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte également les étapes suivantes : c) lorsque l’étape b) est en cours d’exécution, détection de la température des cellules de batterie 17, d) lorsque la température détectée à l’étape c) est supérieure ou égale au seuil prédéterminé, l’étape b) est arrêtée. Ainsi, on optimise la quantité d’énergie utilisée pour permettre à la première batterie d’atteindre le seuil prédéterminé de température, lui permettant par exemple d’être chargée par l’alterno-démarreur A.The method of operation illustrated in FIG. 4 also comprises the following steps: c) when step b) is being executed, detection of the temperature of the battery cells 17, d) when the temperature detected in step c) is greater than or equal to the predetermined threshold, step b) is stopped. Thus, the quantity of energy used is optimized to allow the first battery to reach the predetermined temperature threshold, allowing it for example to be charged by the alternator-starter A.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte également l’étape suivante :The operating method illustrated in Figure 4 also includes the following step:
e) après l’étape d), charge de la première batterie 15 depuis la deuxième batterie 25 par l'intermédiaire du convertisseur 19, le convertisseur 19 fonctionnant dans le deuxième mode de fonctionnement normal, et régulation thermique du convertisseur 19 et des cellules de batterie 17 par les moyens de régulation thermique. Ainsi, on s'assure de charger la première batterie 15 de manière optimale dès que celle-ci atteint ou dépasse le seuil prédéterminé de température.e) after step d), charging the first battery 15 from the second battery 25 via the converter 19, the converter 19 operating in the second normal operating mode, and thermal regulation of the converter 19 and of the cells of battery 17 by the thermal regulation means. Thus, it is ensured to charge the first battery 15 in an optimal manner as soon as the latter reaches or exceeds the predetermined temperature threshold.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte également l’étape 222 suivante : l’étape e) est arrêtée lorsque la deuxième batterie 25 atteint un état de charge minimal.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 222: step e) is stopped when the second battery 25 reaches a minimum state of charge.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte aussi l’étape 224 suivante : l’étape e) est arrêtée lorsque la première batterie 15 atteint un état de charge prédéterminé. Ainsi, on s'assure de charger la première batterie 15 uniquement a l’état de charge prédéterminé, ce qui lui permet par exemple d’alimenter un élément fortement consommateur de puissance, par exemple le catalyseur C lors du démarrage du moteur thermique M du véhicule automobile 1. Ainsi, on s'assure que les gaz d'échappement du véhicule automobile 1 sont traités dès le démarrage du moteur thermique M, ce qui diminue les émissions polluantes.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 224: step e) is stopped when the first battery 15 reaches a predetermined state of charge. Thus, it is ensured that the first battery 15 is charged only to the predetermined state of charge, which allows it, for example, to supply a highly power-consuming element, for example the catalyst C when starting the heat engine M of the motor vehicle 1. Thus, it is ensured that the exhaust gases from the motor vehicle 1 are treated as soon as the heat engine M is started, which reduces polluting emissions.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte en outre l’étape 300 suivante : lorsque la température détectée à l'étape a) est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé de température, charge de la première batterie 15 depuis la deuxième batterie 25 par l’intermédiaire du convertisseur 19, le convertisseur 19 fonctionnant dans le deuxième mode de fonctionnement normal, et régulation thermique du convertisseur 19 et des cellules de batterie 17 par les moyens de régulation thermique.The operating method illustrated in FIG. 4 further comprises the following step 300: when the temperature detected in step a) is greater than or equal to a predetermined temperature threshold, charging the first battery 15 from the second battery 25 via the converter 19, the converter 19 operating in the second normal operating mode, and thermal regulation of the converter 19 and of the battery cells 17 by the thermal regulation means.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte également l’étape 322 suivante : l'étape 300 est arrêtée lorsque la deuxième batterie 25 atteint un état de charge minimal.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 322: step 300 is stopped when the second battery 25 reaches a minimum state of charge.
Le procédé de fonctionnement illustré sur la figure 4 comporte aussi l’étape 324 suivante : l’étape 300 est arrêtée lorsque la première batterie 15 atteint un état de charge prédéterminé. Ainsi, on s'assure de charger la première batterie 15 uniquement a l’état de charge prédéterminé, ce qui lui permet par exemple d’alimenter un élément fortement consommateur de puissance, par exemple le catalyseur C lors du démarrage du moteur thermique M du véhicule automobile 1. Ainsi, on s'assure que les gaz d'échappement du véhicule automobile 1 sont traités dès le démarrage du moteur thermique M, ce qui diminue les émissions polluantes.The operating method illustrated in FIG. 4 also includes the following step 324: step 300 is stopped when the first battery 15 reaches a predetermined state of charge. Thus, it is ensured that the first battery 15 is charged only to the predetermined state of charge, which allows it, for example, to supply a highly power-consuming element, for example the catalyst C when starting the heat engine M of the motor vehicle 1. Thus, it is ensured that the exhaust gases from the motor vehicle 1 are treated as soon as the heat engine M is started, which reduces polluting emissions.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de réaliser l'échangeur de chaleur liquide — fluide de régulation thermique de manière différente.The invention is not limited to the embodiments shown and other embodiments will be apparent to those skilled in the art. It is in particular possible to produce the liquid heat exchanger—thermal regulation fluid in a different way.
Liste de références 1: véhicule automobile 3 : système de batteries 5 : unité de commande électronique 7 : clé passive 9 : circuit de refroidissement 11: ensemble batterie 13 : boîtier : première batterie 17 : cellule de batterie 19 : convertisseur 15 21: Moyens de mesure de la température 25 : deuxième batterie 27 : plaque de dissipation thermique 29 : pâte 30 : circuit fermé 31 : unité de ventilation 33 : échangeur de chaleur 35 : canal de passage 37 : tubulure 39 : ailetteList of references 1: motor vehicle 3: battery system 5: electronic control unit 7: passive key 9: cooling circuit 11: battery assembly 13: housing: first battery 17: battery cell 19: converter 15 21: Means of temperature measurement 25: second battery 27: heat dissipation plate 29: paste 30: closed circuit 31: ventilation unit 33: heat exchanger 35: passage channel 37: tubing 39: fin
A : alterno-démarreurA: alternator-starter
C : catalyseurC: catalyst
F : fluide de régulation thermiqueF: thermal regulation fluid
L : liquideL: liquid
M: moteur thermiqueM: heat engine
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Priority Applications (1)
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- 2021-08-17 LU LU500544A patent/LU500544B1/en active IP Right Grant
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