WO2012066226A1 - Dispositif et procede de contrôle thermique d'une batterie de traction d'un vehicule - Google Patents

Dispositif et procede de contrôle thermique d'une batterie de traction d'un vehicule Download PDF

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WO2012066226A1
WO2012066226A1 PCT/FR2011/052641 FR2011052641W WO2012066226A1 WO 2012066226 A1 WO2012066226 A1 WO 2012066226A1 FR 2011052641 W FR2011052641 W FR 2011052641W WO 2012066226 A1 WO2012066226 A1 WO 2012066226A1
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blower
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Ludovic Lefebvre
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Definitions

  • the invention relates to a device for thermal control of a traction battery of a vehicle, in particular a hybrid or electric vehicle. More particularly, the invention relates to a device for thermal control or thermoregulation of a traction battery and its charger. The invention also relates to a corresponding method.
  • the battery due to the optimal and maximum temperature levels required by the battery, it has its own thermo-management circuit.
  • the full performance of the battery is only accessible beyond a battery temperature of at least 20 to 25 ° C (for example).
  • the battery can not withstand, for its lifetime and dependability, a temperature above 40 ° C to 50 ° C.
  • the sizing criterion for the life of the battery is its average temperature, not only in the use phase of the vehicle but also in the off-storage phase. use (parking, garage, parking, ...), which can represent up to 90% of the occurrence.
  • Such a high traction voltage battery is cooled, most often by fresh air, for example taken from the passenger compartment: the hot air, heated in contact with the battery, is then discharged outside the vehicle or recycled inside the battery pack to accelerate the temperature rise if necessary.
  • Patent document EP 2,075,873 A1 discloses a device for controlling the temperature of a hybrid vehicle battery where cabin air is used to cool the traction battery. Depending on certain operating parameters, the cooling air of the battery can also be reintroduced into the passenger compartment.
  • thermo-management via a refrigeration loop (a derivation of that of the air-conditioned vehicle or a specific loop) used directly or indirectly, either with a water circuit or via the passenger compartment air.
  • the present disclosure focuses on an air cooling of the battery, whether or not this air is previously supercooled by a bypass of the refrigeration circuit of the passenger compartment of the vehicle (or by a dedicated circuit).
  • a charger In the case of hybrid or rechargeable electric vehicles, a charger is used to recharge the battery externally to the vehicle, in the case of a hybrid vehicle without the engine running.
  • the charger also has its own cooling needs, its constituent components (transformers, converters, transistors, .%) dissipating heat by losses in the process of power conversion.
  • the calories thus generated are generally discharged by cooling the charger by air convection: - is natural, with in this case a very limited cooling performance that requires not to place the charger in a confined area or (chest, ...
  • US patent document 2007/0178346 A1 discloses a device for cooling a traction battery of a hybrid vehicle as well as its power electronics.
  • Each of the battery and the power electronics is provided with a specific fan whose management is provided by a control unit.
  • the corresponding fan is started so as to generate, by overpressure, a flow of air flowing in the vicinity of the battery or the power electronics.
  • the fans are noise generators and therefore of noise nuisance for the passengers of the vehicle.
  • each of the two fans must be sized to ensure satisfactory cooling independently of the other.
  • the object of the invention is to propose a cooling solution that overcomes at least one of the aforementioned problems. More particularly, the invention aims to provide a thermoregulation of a battery and its charger which is optimized so as to be economical and generating little noise.
  • the invention relates to a device thermal control device of a motor vehicle, the electrical equipment comprising a traction battery with several elements and an electrical device, such as a battery charger, the device comprising: a first air duct connecting from a ventilation point of view the battery to the passenger compartment of the vehicle; a second air duct connecting from a ventilation point of view the battery with the outside of the vehicle; a first fan adapted to generate an air flow through the first and second pipes; a second fan capable of generating an air flow through the electrical apparatus; remarkable in that the first fan is arranged at the second pipe so as to generate a flow of air by suction.
  • the circulation of air with the battery takes place either directly through it or indirectly through a heat exchanger. Thanks to these measures, it is possible to reduce the sound level of the thermoregulation device, more particularly the sound level of the first fan which is in principle the most noisy and the one that is likely to work during the driving of the vehicle (unlike the second fan which essentially only works when the vehicle is in charge).
  • the first fan is disposed at a distance from the battery, preferably near the outlet of the second pipe to the outside.
  • the device comprises air guide means at the battery ensuring a homogeneous distribution on its various elements.
  • the guiding means are configured so that the flow of air in contact with the elements of the battery describes at least a change of direction of at least 90 °.
  • the first and / or second air duct comprises an air flow admission device from the electrical appliance.
  • This device is preferably of the valve type. It is controlled and selectively allows the admission of the air flow of the electrical device into the pipe.
  • the intake device is disposed in the first air duct so as to at least partially obstruct said duct upstream of the intake when the latter is open.
  • an intake device comprises one or more movable elements such as a valve, obstructing at least partially and directly upstream of the pipe, and opening an inlet for the flow of air of the electrical apparatus.
  • the outlet of the air flow of the electrical apparatus is disposed close to the inlet so as to allow a free escape of said air flow when the inlet is closed.
  • This proximity is such that it allows a major part of the air flow to be admitted into the pipe during the operation of the first fan and the activation of the intake device.
  • This arrangement is particularly advantageous because it makes it possible to admit into the pipe the (cooling) air of the electric apparatus when the second fan is active, or the ambient air of the electrical apparatus when the second fan is inactive. Of course, it is possible to admit a mixture of the two types of air depending on the level of charge of the second fan.
  • the electrical apparatus is arranged at the inlet right in such a way that the free exhaust of its air flow is in the environment of the electrical apparatus.
  • the second fan is arranged from a ventilation point of view between the electrical apparatus and the intake device.
  • the device comprises a device for controlling the first and second fans and the device for admitting the cooling air of the electrical apparatus.
  • control device is configured to put the first fan into operation, when the temperature of the battery is higher than a maximum value and the temperature of the passenger compartment is lower than the temperature of the battery. drums; or when the temperature of the battery is lower than a lower value and the temperature of the passenger compartment is higher than the temperature of the battery.
  • control device is configured to maintain closed the air flow admission device of the electrical apparatus when the first fan is stopped.
  • control device is configured to actuate the second fan when the temperature of the electrical apparatus is greater than a maximum value and configured to actuate opening the inlet opening device when the ambient temperature of the electrical apparatus is greater than a maximum value.
  • the device for admission of the air flow of the electrical apparatus is disposed at the level of the second pipe, said intake being arranged from an aerodynamic point of view between the battery and the first fan.
  • the cooling (or reheating) of the electrical apparatus can be reinforced, or even assisted, by the first fan with little impact on the temperature control of the battery because the air coming from the electrical device does not pass through the battery.
  • the device for admission of the air flow of the electrical apparatus is disposed at the level of the first pipe.
  • the cooling (or heating) of the electrical device has an impact on the temperature control of the battery because the air from the electrical device passes through the battery.
  • This architecture ensures a more efficient thermal control of the battery, because it makes it possible to exploit the ambient air of the electrical apparatus as well as its ambient air with a view to cooling (or heating) the battery.
  • the device comprises a device for controlling the first and second fans and the intake device, configured to put the first fan into operation and open the cooling air intake of the when the battery temperature is higher than a maximum value, and the cabin temperature is lower than the battery temperature and / or the ambient temperature of the electrical device is lower than the temperature of the battery ; or when the temperature of the battery is lower than a lower value, and the temperature of the passenger compartment is higher than the temperature of the battery and / or the ambient temperature of the electrical apparatus is higher than the temperature of the battery.
  • the device for admission of the air flow through the electrical apparatus is disposed at the level of the first pipe and the second pipe, so as to admit the said flow rate.
  • air from the electrical apparatus selectively to the first pipe or the second pipe.
  • this third architecture combines the advantages of the first and second architectures.
  • the intake device can of course take intermediate positions dosing the admission of air from the electrical apparatus to the two pipes.
  • the first and second ducts are arranged side by side at least at the flow admission locations. air through the electrical apparatus, and in that the inlet device is in connection with the first and second pipes and has an air flow inlet of the electrical apparatus.
  • the invention also relates to a vehicle equipped with a device as described above.
  • the invention also relates to a method of thermal control of a traction battery and an electrical appliance, such as a charger of the battery, the method comprising the use of a device as described above .
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a cooling device according to the invention.
  • FIG. 1 (a) is a representation of the cooling device of FIG. 1 in a thermoregulation operating mode of the battery in electric or hybrid rolling.
  • Fig. 1 (b) is a representation of the cooling device of Fig. 1 in a battery charging operation mode with autonomous cooling of the charger without thermoregulation of the battery.
  • FIG. 1 (c) is a representation of the cooling device of FIG. 1 in an operating mode of recharging the battery with cooling of the charger assisted by the battery ventilator, the latter not requiring being thermo regulated .
  • Fig. 1 (d) is a representation of the cooling device of Fig. 1 in a recharging mode of the battery with self-cooling of the charger with simultaneously, and independently of each other, thermoregulation of the battery.
  • Fig. 1 (e) is a representation of the cooling device of Fig. 1 in a charging mode of operation of the battery with cooling of the charger assisted by the battery fan, the latter simultaneously requiring to be thermo-regulated.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second embodiment of a cooling device according to the invention.
  • FIG. 2 (a) is a representation of the cooling device of FIG. 2 in a thermoregulation operating mode of the battery in electric or hybrid rolling.
  • FIG. 2 (b) is a representation of the cooling device of FIG. 2 in a thermoregulation operating mode of the electrically or electrically powered battery charging the battery more than in the case of FIG. 2 (a) and / or while the temperature of the air from the passenger compartment does not ensure the cooling of the battery alone.
  • Figure 2 (c) is a representation of the cooling device of Figure 2 in a battery charging operation mode with autonomous cooling of the charger without thermoregulation of the battery.
  • Fig. 2 (d) is a representation of the cooling device of Fig. 2 in a battery charging operation mode with self-cooling of the charger with simultaneously, and independently of each other, thermoregulation of the battery.
  • FIG. 2 (e) is a representation of the cooling device of FIG. 2 in a battery charging operation mode with charger cooling assisted by the battery fan, which does not need to be thermo regulated .
  • Fig. 2 (f) is a representation of the cooling device of Fig. 2 in a charging mode of the battery with charger cooling assisted by the battery fan, with reheating thereof.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a third embodiment of a cooling device according to the invention.
  • FIG. 3 (a) is a representation of the cooling device of FIG. 3 in a thermoregulation operating mode of the battery in electric or hybrid rolling.
  • FIG. 3 (b) is a representation of the cooling device of FIG. 3 in a thermoregulation operating mode of the battery in electric or hybrid rolling, which solicits the battery more than in the case of FIG. 3 (a) and / or while the air temperature coming from the passenger compartment does not ensure the cooling of the battery alone.
  • Figure 3 (c) is a representation of the cooling device of Figure 3 in a battery charging operation mode with autonomous cooling of the charger without thermoregulation of the battery.
  • Fig. 3 (d) is a representation of the cooling device of Fig. 3 in a battery charging operation mode with self-cooling of the charger with simultaneously, and independently of each other, thermoregulation of the battery.
  • FIG. 3 (e) is a representation of the cooling device of FIG. 3 in a battery charging mode of operation with charger cooling assisted by the battery fan, which does not need to be thermo regulated .
  • Fig. 3 (f) is a representation of the cooling device of Fig. 3 in a battery charging operation mode with charger cooling assisted by the battery fan with simultaneous thermoregulation of the battery.
  • Fig. 3 (g) is a representation of the cooling device of Fig. 3 in a battery charging operation mode with charger cooling assisted by the battery fan, with reheating thereof.
  • Figure 4 is a graphic illustration of the different configurations that can take the device according to the invention according to the battery temperature and the temperature of the passenger compartment.
  • FIG. 5 is a graphic illustration of the various configurations that the device according to the invention can take in the charging phase of the battery by the charger on the external electrical network, as a function of the battery temperature and the temperature of the battery. charger.
  • the present invention proposes to overcome the constraint of a dedicated air circuit for cooling the charger (in addition to that dedicated to the thermoregulation of the battery, which, seen from the vehicle, requires two air circuits separated with as many ducts, impacts on the structure of the vehicle and as many thermal, mechanical and / or acoustic protections), by proposing several architectures and processes for pooling the thermoregulation system of the battery to ensure cooling of the charger and the thermo-management of the battery in the phase of recharging it on the public or domestic electricity grid (the possible need to cool the battery being justified by the exothermic chemical reactions taking place then and that of heating it, by the risk of damaging it by repeated recharging while its temperature is too low), without affecting the thermo-management of the battery ie in use phase in ZEV ("Zero Emission Vehicle”) or hybrid modes of the vehicle when cooling of the charger is not necessary.
  • ZEV Zero Emission Vehicle
  • First architecture cooling the charger downstream of the battery
  • a first implementation architecture of the invention is illustrated schematically in Figures 1 and 1 (a) to 1 (f).
  • a strictly serial combination of the battery and its charger (even in this direction of air circulation) is discarded by adding the airflow losses thus generated by the battery, the charger and the inlet ducts, which are intermediate ( between the battery and the charger) and air discharge.
  • This architecture consists of the following elements:
  • the air intake duct 4 which interfaces between: ⁇ An air intake conveyor in the passenger compartment, preferably located in a vertical position, equipped if necessary with a grid (to avoid the intrusion of objects in the air circuit) and / or a bypass of the air inlet (to ensure a minimum flow in case of complete obstruction) and / or a filter (for to guard against the intrusion into the air circuit of cigarette fumes, fuel vapors, dust, sand, insects, liquids, ...: the use of cabin air makes it possible in principle to get rid of it since previously filtered before entering the cabin, but the impurities can come from the use of the vehicle, for example if the user smokes or rolls the windows open or after a day at the seaside, etc.) and which is located , depending on the case, under the rear seats (row 2 or 3) or in the seat frame or at the rear deck, in optimized compromise between the cabin air temperature allowed in the system, the risk of obstruction and the audibility of the air suction noises.
  • This duct may also incorporate if necessary a settling zone and a water evacuation hole, to design by optimizing its performance and its impacts on acoustics and flow.
  • the battery 2 which is preferably located under the box but can equally well be in the trunk or under the trunk between the trunk floor and the structural floor or in the cockpit (center console or under seats rank 2 or 3).
  • the present description considers its internal air vein: calibrated conduits allowing the cooling air to pass near the constituents to be cooled. Alternatively, this air stream is a plate heat exchanger exchanging calories by conduction.
  • the air blower or battery blower 8 implanted in the suction position (to limit the impact of the air intake on the acoustic comfort in the passenger compartment by guiding as much noise as possible to the exhaust of the circuit) and type with continuously variable control and rotation speed (this is also the case for the charger air blower described below): their rotation speeds vary according to the temperature of the thermo-manager units (battery 2, charger 10 ) and the temperature of the heat transfer fluids (cabin air, room air charger), instructions corrected by acoustic or thermal interior. This makes it possible to adapt to the actual demand the consumption of electrical power to put in motion these actuators, and all the more so if during the charging phase of the battery, it is the charger that provides all the electrical power.
  • the flap 14 which allows, when it is open, to suck in the intermediate air duct 6, by the air blower battery 8, the hot air of the charger 10 discharged by its blower 12.
  • This flap can be based on different concepts:
  • the flap has at least two rest positions and the state transitions (including the return to the rest position) s' perform by a new command (for example: signal inversion)
  • the outside air discharge duct 16 interfaces with the battery air blower 8 and carries the air discharged by this blower to the outside.
  • the extraction of this air will preferably be implanted in a zone in depression outside of the vehicle, for example behind a rear wheel arch with possibly a diverging output to decrease the air velocities.
  • the charger 10 which can be installed under the box, or in the trunk, or under the trunk between the load floor and the structural floor. Either the following elements are integrated into the charger in the same set, or they are separated without this affecting the operation of the system.
  • a charger radiator is attached to at least one side of the charger or preferably integrated to its housing to improve heat exchange. It is composed of thermal conduction fins allowing to dissipate to the ambient air sucked by the charger air blower 12 in the area of implantation of the charger (outside air or underbody or trunk or cockpit or ...), the calories emitted by the charger components in the power conversion process.
  • the charger air blower 12 when it is rotating (see blower air battery: preferably type control and rotational speed continuously variable), draws ambient air in the area of implantation of the charger (air outside or underbody or trunk or cockpit or 7), makes him cross the radiator charger in order to dissipate in the air the calories emitted by the charger, and pushes it in the upper part of the charger in the area of implantation of the charger (under crate, safe, under the trunk between the trunk floor and the structural floor, ).
  • blower air battery preferably type control and rotational speed continuously variable
  • the convergent 20 is positioned between the charger radiator and the charger air blower 12 and has the function of providing the air intake interface to the radiator, the pipe of the air flow from the radiator to the blower , and the expulsion of air in the area of implantation of the charger.
  • an additional duct may be installed between the flap 14 made in the intermediate duct 6 and the air blower 12, in order, if necessary and if necessary, to improve the suction by the blower. air battery air discharged by the charger air blower into the intermediate duct.
  • FIG. 1 (a) below shows the operation of the 1st architecture system in the thermoregulation phase (cooling or reheating) of the battery during an all-electric or hybrid taxi.
  • a temperature of the battery exceeding a certain threshold for example 28 to 35 ° C
  • a cooling of the battery is necessary. This is not the case of the charger, since it is inactive, the vehicle is running so not in the charging phase of the battery on the domestic or public electrical sector. Therefore :
  • the air blower 8 of the battery 2 is active, draws fresh air from the passenger compartment through the air intake conveyor and circulates through the air intake duct 4, in the battery 2, at the output of which the air heated by the battery enters the air blower 8 of the battery and is expelled to the outside;
  • the cooling of the charger 10 is inactive: the air blower 12 of the charger does not work and the flap 14 in the intermediate duct 6 is closed so as not to degrade the thermoregulation of the battery 2 nor the operation of the blower 8.
  • the control of the blower of the air conditioning unit, the operating mode of the drive train, the rotation speed of the engine and the speed of the vehicle the control of the blower of The air 8 of the battery 2 incorporates the battery temperature and the temperature difference between the battery and the air extracted from the passenger compartment. In degraded mode, the ventilation can be maximum and no longer limited by acoustic comfort.
  • thermoregulation system of the battery in its cooling phase thereof.
  • Fig.1 (a) and the associated description remain identical in the reheating phase of the battery, except that then the cabin air is warmer than the battery.
  • the operation of the battery is optimal for a battery temperature of between 20 ° C and 40 ° C.
  • the resistive losses increase because the internal resistance of the cells of the battery increase as their temperature is low and the electric power available are even lower than the temperature of the battery.
  • the battery is weak.
  • a battery at a temperature for example at 0 ° C or -10 ° C has reduced performance compared to its nominal level at 20 or 25 ° C.
  • the limitation of the performance of the battery according to its cold temperature is manifested in particular by limitations occurring on the current in charge and discharge for a temperature of the battery below 20 ° C. These limitations impact not only the performance of the vehicle's motricity, but also the current available for the other functions (electric heating of the passenger compartment in particular). A reheating of the battery is then relevant, in order to more quickly access higher battery performance. Therefore, the air blower 8 of the battery 2 is here also active and sucks air inside (if it is hotter than the battery) that it circulates in the battery 2 (the heating through ), at the exit of which the air is expelled to the outside by this blower. The cooling of the charger 10 is meanwhile also inactive.
  • the control of the air blower 8 of the battery integrates the initial battery temperature, the evolution of the battery temperature and the temperature difference between the battery and the air extracted from the passenger compartment, as well as the acoustic limitations mentioned above.
  • This function thus makes it possible to exploit, in addition to the self-heating of the battery in use (non-negligible for all that, all the more so as the internal resistance of the battery increases as its temperature decreases, the resistive losses are higher cold), the energy devoted to the heating of the cabin air by using the residual thermal power still available to warm the battery.
  • FIG. 1 (a) and the descriptions that have just been made to warm or cool the battery, are also valid in the case of pre- or post-ventilation out of use, whether:
  • FIG. 1 (b) shows the operation of the system of the 1st architecture in autonomous cooling phase of the charger when it is connected to the domestic or public electrical sector and recharges the battery, without this one having during this time need to be warmed or cooled.
  • the battery does not need to be thermo regulated, the air blower of the battery 8 is kept inactive.
  • the flap 14 in the intermediate duct 6 is kept closed, in the absence of need expressed by the charger 10.
  • FIG. 1 (c) shows the operation of the system of the first architecture in the charging phase of the battery 2 when the cooling of the charger 10 needs to be assisted by the blower 8 of the battery 2 via controlling the flap 14 of the intermediate duct 6.
  • the flap 14 made in the intermediate conduit 6 between the battery 2 and its blower 8 allows, by its calibrated opening, to suck through the battery blower 8 the air output of the blower 12 of the charger 10 and thus renew the air in the vicinity of the charger 10. It is therefore necessary in this case to activate the Pulseur battery 8 so that it sucks hot air into the cavity around the charger and pushes this air outside.
  • the activation of the battery blower 8 also generates a parasitic circulation in the battery 2 of the air taken from the passenger compartment, parasitic circulation because unnecessary if during this time the battery 2 does not need to be cooled or reheated.
  • this circulation in the battery 2 is maintained, all the more that it is then carried out with a limited flow compared to the situation of life presented in fig. 1 (a) because of the loss of a Vogellic load generated by the opening of the flap 14 and because of competition with the suction of cabin air in the battery that constitutes the suction of air in the environment of the charger 10, the shutter leaving open these two ways.
  • the integration of the flap inside the intermediate duct 6 makes it possible, while opening the air intake in the environment of the charger 10, to close the passenger compartment air intake in the battery 2, in this case to inhibit any parasitic circulation in the air battery taken from the passenger compartment.
  • the charger 10 directly drives the charger blower 12 and / or the flap 14 (in TOR - all or nothing - but preferentially proportional) depending on its temperature, or the charger 10 is considered slave of the battery 2 and then it is the battery management unit (BMU) which manages the cooling of the charger 10 (shutter and / or blower charger) in addition to the thermoregulation of the battery, thanks to the temperature charger information.
  • BMU battery management unit
  • FIG. 1 (d) shows the operation of the first architecture in the autonomous cooling phase of the charger when it is connected to the domestic or public electrical mains and recharges the battery, while the battery requires this time to be cooled or warmed by the cabin air.
  • the thermoregulation of the battery and the cooling of the charger are then completely independent.
  • the operation of the cooling of the charger is identical to that presented in the frame of FIG. 1 (b): in particular, the shutter in the intermediate duct is closed because the charging temperature does not require it.
  • the operation of the thermoregulation of the battery during the recharging phase (cooling or reheating) is itself identical to that already presented in the context of fig. 1 (a).
  • the battery can indeed require the need to be thermoregulated during or after the recharging phase:
  • thermoregulation system of the battery and its charger maintains this configuration until the charging temperature becomes excessive and the air temperature at the charger input is no longer able to cool it down.
  • Figure 1 (e) below shows the operation of the system of the first architecture in the charging phase of the battery when the cooling of the charger then needs to be assisted by the battery blower via the control of the battery. shutter of the intermediate conduit.
  • the flap 14 made in the intermediate duct 6 allows, by its calibrated opening, to suck by the battery blower 8 the air output of the blower 12 of the charger 10 and thus renew the air in the vicinity of the charger 10, by the suction created by the rotation of the blower of the battery 8, which sucks both the hot air into the cavity around the charger and the air extracted to the battery, and forces the mixture back to the outside.
  • Ventilation of the battery 2 during its recharge could, without any particular precaution, be influenced by the cooling of the charger 10 at the opening of the flap 14, and vice versa. Consequently, the control of the thermoregulation system and more particularly the adjustment of the opening of the flap 14 and the rotation of the battery blower 8 will be implemented so as not to degrade the thermoregulation of the battery 2 while ensuring the cooling of the battery. charger 10, and vice versa. In particular, the rotation of the battery blower 8 will be associated with the maximum need for thermoregulation between that required by the battery 2 and that required by the charger 10.
  • Second architecture charger cooling upstream of the battery
  • a second architecture illustrated in FIG. 2 below, details another pseudo-parallel association of the battery 102 and its charger 1 10, which is distinguished from the first architecture by the fact that in certain life situations described below, the charger 1 10 is upstream of the battery 102 according to the air flow moved by the blowers 108 and 1 12 and that therefore the air passing through the charger 1 10 can in some cases also pass through the battery 102, with the advantages and the constraints detailed below.
  • the second architecture is distinguished from the first by the following elements: -
  • the intermediate air duct 106 provides a simple interface between the air outlet conveyor of the battery 102 and the air blower 108 of the battery without integrating the flap.
  • the shutter 1 14 is here hosted by the air intake duct 104.
  • a filter 1 18, shown in FIG. 2 and positioned between the charger 1 10 and the battery 102 in the direction of air flow is within the framework of this architecture much more justified than for the first architecture, since otherwise each opening of the flap 1 14 a potentially contaminated air (dust, more or less polluted water, de-icing salts, mud, insects, pollen, ...) would cross the battery 102, with drastic consequences on the reliability and durability of the battery.
  • thermoregulation phase shows the operation of the second variant system in the thermoregulation phase (cooling or reheating) of the battery during an all-electric or hybrid drive.
  • thermoregulation system for the reliability and the service life, in the first place of the battery, but also of its blower
  • the degree of opening of the flap 1 14 and the air flow control of the blowers battery 108 and charger 1 12 are adjusted (commands preferentially proportional) to ensure the cooling of the battery without degrading the thermal and acoustic comfort in the passenger compartment and are assisted, if necessary, an appropriate action on the cabin air conditioning unit (blower and / or flaps). outside air inlet in the cabinet the) depending in particular on the outside temperature, the cabin temperature and the need for thermal comfort possibly expressed by the user of the vehicle, in addition to the battery temperature.
  • FIGS 2 (c) and 2 (d) below which explain the nominal configurations taken by the system during recharging of the battery with autonomous cooling of the charger, whether or not the battery needs to be thermoregulated, are similar to Figures 1 (c) and 1 (d) associated with the first architecture, and the descriptions that can be made of the operation of the thermoregulation system in these life situations are then identical.
  • the blower 1 12 of the charger 1 10 sucks, for cooling, fresh air in or near the area of implantation of the charger 1 10, it represses hot, in the upper part, in the same area.
  • the system retains this configuration until, in the same way as the configuration taken by the temperature control system of variant 1 explained in figure 1 (c), the temperature of the charger becomes excessive and the temperature of the air input charger 1 10 is no longer able to cool it and it becomes necessary to assist by the blower 108 of the battery 102 via the control of the shutter 1 14 implanted here in the intake duct 104.
  • the flap 1 14 practiced in the intake duct 104 allows, by its calibrated opening, to suck by the actuation of the battery blower 108 until previously inactive, the air output of the blower 1 12 of the charger 1 10 and thus renew the air in the vicinity of the charger.
  • the blower of the battery 108 draws air into the cavity around the charger and pushes it outside.
  • the activation of the battery blower generates in the battery unnecessary parasitic circulation of air taken from the passenger compartment.
  • the architecture 2 has the disadvantage, compared to the variant 1, to generate an air flow rate in the battery not only higher than it can be in the architecture 1 and moreover hot because at least partly from the charger, and require a command of the battery air blower (or even the blower charger) higher because here the battery and charger are placed in series, the second upstream of the first (see Figure 2 (e )) which it is a question of overcoming the losses of a Vogellic load generated by this association.
  • the integration of the flap 1 14 in the air intake duct 104 of the battery 102 allows, while opening the air intake in the environment of the charger 1 10, to close the suction of interior air, so in this case to inhibit any circulation in the air battery taken from the passenger compartment.
  • This variant provides the system with an additional lever to ensure, when necessary and possible, the heating (see Figure 2 (e)) of the battery 102 thanks to the calories taken from the charger 1 10 during its cooling in the charging phase.
  • the air entering the battery may not be as fresh as it is when it is taken directly into the passenger compartment. This is the main constraint of this non-preferential variant of the second architecture, compared to the first and third architectures.
  • the charger blower 1 12 and / or the shutter 1 14 are controlled (in TOR but preferably proportionally) either by the charger 1 10 according to its temperature, or preferably by the BMU thanks to the temperature charger information.
  • the pulsator of the battery 108 (previously inactive since the battery then has in turn no need to be thermo regulated) is actuated from the opening of the shutter 1 14 at a predetermined speed (compromise between the functional need to evacuate the hot air in the cavity around the charger and the noises then generated by the activation of the battery and charger pulsers together) and stopped as soon as the need disappears (for example, via the closure of the shutter 1 14 and / or via the information of the internal temperature of the charger).
  • the second thermoregulation architecture of the battery has, by its configuration shown in Figure 2 (f) below, an additional lever to ensure, thanks to the calories taken from the charger during its cooling in the charging phase, the reheating of the battery when necessary (for example pre-ventilation before the use of the vehicle) and possible (if charging was completed shortly before and ambient air in the area where the charger is still hot, in any case enough more than battery temperature).
  • This lever illuminates in particular the adaptation strategies of the recharge profile evoked in relation to the first architecture.
  • a third architecture shows an alternative combination of the battery 1002 and its charger 1010, distinguished from the architectures 1 and 2 by the implementation of an additional shutter 1014 between the intake ducts. 1004 and intermediate 1006 which makes it possible to judiciously place the charger 1010 upstream or downstream of the battery 1002 according to the lived life situation, with the advantages and liberties of thermoregulation of the entire system which will be detailed later. .
  • a flow C air in the battery with input and output on the same side of the battery pack, as shown in Figure 3, is here preferable vis-à-vis the implementation of the architecture 3 which will be described ci -after. Nevertheless, this architecture is not limited to it and is applicable to all types of traffic.
  • the position of the charger in FIG. 3 has been modified with respect to the preceding figures to simplify the representation of the air flows and the understanding but is of course no more constrained by the architecture 3 than the previous ones.
  • the description below of the architecture 3 differs from the previous ones by the following elements: - between the intake air ducts 1004 and intermediate 1006 is provided an air distribution duct which can thus follow several possible paths: o from the passenger compartment to the battery blower 1008 through the battery 1002; o from the charger 1010 to the battery blower 1008 without crossing the battery 1002; o from the 1010 charger to the 1008 battery blower through the battery
  • This distribution duct is managed by a shutter 1014 which carries out these paths by alternately communicating the air intake duct 1004 or the admission duct of the air discharged by the charger 1022, with the battery 1002 and / or the intermediate conduit 1006.
  • This shutter 1014 can thus take three positions and by convention, in the present document, it is considered: o "closed” when it obstructs the passage of air from the zone of implantation of the charger 1010 in the thermoregulation circuit of the battery (example: FIG.
  • a filter 1018 shown in FIG. 3 and positioned in the distribution duct between the charger 1010 and the battery 1002 in the direction of air circulation, is here again justified in order to avoid that the air coming from the area of implantation of the charger and potentially soiled (dust, water more or less polluted, salts of clearing of snow, mud, insects , pollen, ...) does not cross the battery, with the consequences evoked on its reliability and durability.
  • this third architecture also generates, according to the way of circulation of the air of thermoregulation in the battery, a source of additional cost, of periodic maintenance (clogging) and a supplement of losses of aeraulic load (but not in all the situations unlike the variant 2) by this filter, it also has advantages over the first and second architectures to thermo regulate the battery, which description of the figures below will detail.
  • a non-preferred variant has an additional duct installed between the duct for admission of the air discharged by the charger 1022 and the air blower charger 1012, in order, if necessary, and if It is necessary to improve the suction by the battery air blower 1008 of the air discharged by the air blower charger 1012 into the distribution duct.
  • FIG. 3 (a) below shows the operation of the system of the architecture 3 in the thermoregulation phase. (cooling or reheating) of the battery during an all-electric or hybrid drive. The description previously made in the context of FIGS. 1 (a) and 2 (a) also applies to FIG. 3 (a) below.
  • the cooling of the charger 1010 is not necessary (charger inactive because vehicle running and not in the charging phase of the battery), the air blower 1012 of the charger 1010 does not work and the shutter 1014 is closed.
  • the actuation of the air blower 1008 of the battery 1002 to heat regulate it draws air from the passenger compartment, makes it pass through the air intake duct 1004, then the battery 1002, then the intermediate conduit 1006, then finally the blower battery 1008 which pushes it outside.
  • the filter 1018 is judiciously positioned in the distribution duct between the charger 1010 and the battery 1002, the closed position of the shutter, in the configuration described in FIG.
  • thermoregulated here from the passenger compartment
  • this filter 1018 not useful since the passenger compartment air is already filtered through the air conditioning unit
  • FIGS. 1 (a) and 2 (a) the configuration described above presents the thermoregulation system of the battery in its cooling phase thereof and FIG. 3 (a) and its description remain identical in FIG. the heating phase of the battery, except that the cabin air is warmer than the battery.
  • the position taken by the shutter 1014 allows, by the suction operated by the battery blower 1008, to cool the air admitted into the battery 1002 (then always draws hot air from the passenger compartment and the position taken by the shutter 1014 can mix this hot air with cooler air from the location of the charger 1010 , so a more or less warm air, according to the proportion of fresh air, enters the battery).
  • the possible filtration can be at least partially countered by the actuation of the blower 1012 1010 charger (the latter is still inactive since outside any recharging phase) to assist the aspiration by the battery blower 1008 fresh air from the area of implantation of the charger, by the discharge by the blower 1012 of the charger 1010 in the conduit d 1004 admission of the battery 1002 of this air from the area of implantation of the charger.
  • the air flow control of the blowers battery 1008 and 1012 charger is adjusted (preferably proportional controls) to ensure the cooling of the battery 1002 without degrading the thermal and acoustic comfort in the passenger compartment and is assisted, if necessary, d an appropriate action on the blower and on the air conditioning flaps depending in particular on the outside temperature, the cabin temperature and the need for thermal comfort possibly expressed by the user of the vehicle, in addition to the battery temperature.
  • FIGS 3 (c) and 3 (d) below which explain the nominal configurations taken by the system during recharging of the battery with autonomous cooling of the charger, whether or not the battery needs to be thermo regulated , are similar to Figures 2 (c), 2 (d) and 1 (b), 1 (d) respectively associated with architectures 1 and 2, and the descriptions that can be made of the operation of the thermoregulation system in these life situations are then identical.
  • the blower 1012 of the charger 1010 sucks, for cooling, fresh air in or near the area where the charger is installed, which it delivers, hot, in the upper part, in the same zone.
  • the system retains this configuration until, identical to the configuration taken by the thermoregulation system of the variants 1 and 2 explained in Figure 1 (c) and 2 (e), the air inlet air temperature fails more to cool it and that it becomes necessary to assist it by the Pulser of the battery 1008 via the control of the shutter 1014.
  • the shutter 1014 in the "open to the blower" position allows to suck by the blower battery 1008 l air output of the blower 1012 1010 charger and thus renew the air in the vicinity of the charger.
  • the blower 1008 of the battery draws air into the cavity around the charger 1010 and forces it outside.
  • the state of the hybrid vehicle can disjunctly take one of three life situations:
  • thermoregulation when using the vehicle in the three life situations above, depending on the temperature of the battery, the ambient air temperature and the temperature of the charger, as well as the associated control of the air blowers of the battery and charger, the shutter or the shutter, and the heater in the case where the system has one input of the thermoregulation circuit of the battery upstream thereof.
  • the numerical values of the temperatures mentioned below are examples to better understand the operation of the thermoregulation system.
  • Domain A is defined by a battery temperature> 60 ° C regardless of the cabin temperature. In this area, the battery temperature is too high. In this case, the heater, if present, is always off and the BMU:
  • the cooling of the battery can be at least partially ensured by this means: the air blower of the battery is kept rotating at its maximum speed by deactivating any acoustic limitation, the flap is open and the blower of the charger is activated if necessary to favor the aspiration by the blower of the battery air in the area where the charger is installed;
  • Area B defined by a cabin temperature ⁇ -30 ° C is considered unlikely, particularly if the engine is started to provide vehicle traction and cabin heating.
  • Domain C is defined by 20 ° C ⁇ T ° battery ⁇ 28 ° C: the battery is then in its optimal operating temperature range and it is not necessary to cool or heat it.
  • the BMU disables the blowers on the battery and charger, closes the shutter or shutter and does not activate the heater.
  • the range D is defined by 28 ° C ⁇ T ° battery ⁇ 32 ° C and T ° cockpit ⁇ T3 ⁇ 4atterie: the battery then requires a slight cooling to maintain thereafter its temperature below a range of 40 to 50 ° C if it was warming up, to preserve its life and its capacity of storage and destocking of electrical energy.
  • the interior air by its temperature lower than that of the battery, can be the vector of this cooling.
  • the battery blower is activated at an intermediate speed, either fixed on the whole area D, or increasing or decreasing as the battery temperature increases or decreases inside the domain D.
  • the acoustic limitation of the battery blower is activated.
  • the charger blower and the heater (if present) are disabled and the shutter or shutter is closed.
  • the domain E is defined by 28 ° C ⁇ T ° battery ⁇ 32 ° C and T ° cockpit> T3 ⁇ 4atterie: the battery requires as in the area D a slight cooling but the cabin air, by its temperature higher than that of the battery , can not assure it. In that case :
  • the blower of the battery is activated at an intermediate speed, either fixed on the whole area E, or increasing or decreasing as the battery temperature respectively increases or decreases inside the domain E, the flap is open and, in order to favor the aspiration by the blower of the battery of the air in the zone of implantation of the charger, the blower of the charger is if necessary activated at an intermediate speed, is fixed on all the domain E, is increasing or decreasing as the temperature battery respectively increases or decreases inside the E-domain.
  • the acoustic limitation of the battery and charger pulsators is active.
  • the F range is defined by 32 ° C ⁇ T3 ⁇ 4attery ⁇ 60 ° C and T ° cockpit ⁇ T ° battery: a maximum cooling of the battery is necessary, whether during or after (by post-ventilation) the use of the vehicle and the air of the cabin, by its temperature lower than that of the battery, can then be the vector.
  • the BMU actuates the battery blower at its maximum allowed by the acoustic limitation and the speed of rotation of the blower can gradually increase or decrease in this limit as the battery temperature respectively increases or decreases. Beyond a battery temperature of eg 40 ° C, the acoustic limitation will be disabled to promote cooling of the battery.
  • the heater and blower charger are always kept disabled inside the F domain and the flap or shutter closed.
  • the cabin temperature is lower than that of the battery by a few degrees (at most 3 ° C) and if the air temperature in the area of location of the charger is lower than the temperature of the passenger compartment, then, in the case of architectures 2 and 3 only, the air taken from the area where the charger is installed allows, respectively, the appropriate opening of the shutter or the shutter. shutter, to assist the cooling of the battery by bringing into input of the battery air cooler than it is by the only aspiration of air from the cockpit.
  • the pulsator of the charger is, if necessary, activated at an intermediate speed, either fixed, or increasing or decreasing according to the evolution of the battery temperature inside the domain F.
  • the acoustic limitation of the battery and charger pulsators is active.
  • the domain G is defined by 32 ° C ⁇ T3 ⁇ 4atterie ⁇ T ° cockpit, which is the case for example for a vehicle parked in full sun in summer. Cooling by post-ventilation of the battery may be necessary in order to anticipate an upcoming solicitation, for example with an all-electric taxi, or in order to limit the impact of this high temperature on the average temperature of the battery, which largely determines part its life time.
  • the cabin air can not then cool the battery: in reference the BMU requires the air conditioning unit of the passenger compartment of the vehicle, the opening of the air intake flaps in this cabin and the setting rotation of the air blower of the air conditioning unit, in order to bring in air from the outside which is then at a lower temperature.
  • the interior air thus renewed serves then to cool the battery if sucked by its blower, using intermediate speeds of rotation of the blower to optimize the energy balance and reduce noise pollution.
  • the air conditioning unit of the passenger compartment has an air conditioning system that cools the air, it can be used to activate the refrigeration of this cabin and bring it quickly in a temperature range of 20 to 25 ° C, to achieve a significant cooling of the battery.
  • this variant is not preferred because of the high energy consumption, which greatly reduces the autonomy and the availability of running in all-electric mode.
  • this operation may not be optimal for interior thermal comfort, if for example different positions of the air intake flaps in the passenger compartment are required (eg recirculation). In that case :
  • the architectures 2 and 3 have an additional lever before arriving at this conflict situation: if the temperature of the location of the charger allows (this can be the case if for example the air cooling charger is the outside air taken under the box), then the cooling of the battery can be ensured by this way: o the pulsator of the battery is activated preferentially (in order to optimize the energy balance of the operation and to limit the acoustic nuisances associated, especially if it is a parked vehicle: a noise emanating from the vehicle may be incomprehensible and not necessary since the battery is no longer solicited) at a fixed intermediate speed over the entire area G, or increasing or decreasing variant as the battery temperature respectively increases or decreases inside the G domain, o the shutter is open (in the case of architecture 2) or the shutter is in the "open towards the battery” position (in the case of architecture 3); and o the charger pulsator is activated if necessary, preferably at a fixed intermediate speed over the entire G domain (for the acoustic and energy reasons mentioned above), or increasing or
  • the average battery temperature (to be maintained between 20 and 40 ° C) has a major influence on its service life, with the predominant share of the battery temperature in the parking or storage phase compared to at the temperature in use.
  • the objective of a post-cooling is multiple: o lower the battery temperature to limit the aging accelerates exponentially with temperature; o Ensure the functionality of the battery at restart after power failure.
  • a derating input threshold for which the BMU reduces the battery performance, eg: 50 ° C
  • o an opening threshold of the contactors eg 60 ° C
  • o and a criterion of 40 ° C on the battery temperature at restart at the end of the post-ventilation.
  • the post-ventilation function is active as soon as the battery temperature reaches and exceeds a certain threshold at the moment of the key-off (eg 32 ° C by analogy with the definition above of the domains F and G).
  • the range H is defined by T ° battery ⁇ 20 ° C ⁇ T ° cockpit: the battery is then at a temperature lower than its optimal operating range and the cabin air temperature, which is higher, allows to warm the battery.
  • the BMU can heat the battery by the cabin air, by activating the air blower of the battery, this heating being all the more important that the temperature difference between the battery and the cabin air is high.
  • the charger blower is disabled and the shutter or shutter is closed.
  • the BMU may prefer self-heating of the battery by disabling the air blower of the battery, in particular to reduce its power consumption: in this case, the air blower of the battery is inactive, just like the charger blower, and the shutter or shutter are closed.
  • the BMU can heat the battery thanks to the calories dissipated in the thermoregulation circuit by the heater upstream of the battery.
  • the air blower of the battery is then activated at an intermediate speed so as to convey the calories dissipated by the heater to the battery and so as to optimize the energy balance of this exchange of calories, while minimizing the power consumption.
  • the heater and the battery blower Again, the charger blower is disabled and the shutter or shutter is closed.
  • the acoustic limitations on the speed of rotation of the blower are active, for purposes not only acoustic but also energetic.
  • Architectures 2 and 3 offer an additional opportunity: if the temperature of the location of the charger allows (this can be the case if for example a battery recharge has just ended shortly before and the air in the area of implantation of the charger is still hot because of the calories evacuated to cool it, in particular, the temperature of the area of implantation of the charger can even be higher than that of the cockpit), then the reheating the battery can be ensured by this means and then: o the pulsator of the battery is activated preferentially (in order to optimize the energy balance of the operation and to limit the associated acoustic nuisances, especially if it is a question of a parked vehicle: a noise emanating from the vehicle may be incomprehensible and not necessary since the battery is not requested) at a fixed intermediate speed over the entire area H and as long as the temperature e the area where the charger is installed is greater than that of the battery or the passenger compartment, o the shutter is open (in the case of architecture 2) or the shutter is in the "open towards the battery" position (in the case of
  • Domain I is defined by T ° battery ⁇ cabin temperature ⁇ 20 ° C: the battery is then at a temperature below its optimum operating range and the cabin temperature, although higher than that of the battery, is however insufficient to simply bring the battery into its optimum operating temperature range.
  • the BMU can activate the heater, if present, as well as the air blower of the battery to bring the battery temperature up to 25 ° C, at an intermediate speed so as to optimize the energy balance (in minimizing the electrical consumption of the heater and blower) and noise.
  • the charger air blower stays off and the shutter or shutter is closed. Beyond 25 ° C, the BMU deactivates the heater and the air blower of the battery: it is then in the area C.
  • the heating of the battery is possible either by its self-heating. overheating (the battery blower being deactivated), or by heating (even if insufficient) provided by the cabin air, by activating the air blower of the battery at intermediate speeds to optimize the energy balance and reduce the acoustic nuisances.
  • architectures 2 and 3 also offer the opportunity to heat the battery by suctioning air in the charger's installation area if its temperature allows it (for example just after recharging the battery).
  • battery thanks to the calories evacuated to cool the charger, in particular, the temperature of the area of implantation of the charger can even be higher than that of the cabin).
  • the driving of the battery and charger pulsers and the shutter or shutter is preferably identical to that performed in the H domain in these configurations.
  • the domain J is defined by T ° cockpit ⁇ T ° battery ⁇ 20 ° C: the battery is then at a temperature lower than its optimal operating range and the temperature of the cabin air does not allow to heat it.
  • the heater is BMU can activate it as well as the air blower of the battery to bring the battery temperature up to 25 ° C, at an intermediate speed so as to optimize the energy balance (by minimizing the consumption electric heater and blower) and noise pollution.
  • the charger air blower stays off and the shutter or shutter is closed. Beyond 25 ° C, the BMU deactivates the heater and the air blower of the battery: one is then in the domain C. In the absence of heater, the reheating of the battery remains possible by its self-heating (the battery blower is off).
  • architectures 2 and 3 also offer the opportunity to be able to heat the battery by suction of air in the area of implantation of the charger if its temperature allows (for example just after a recharge of the battery thanks to the calories evacuated to cool the charger, in particular, the temperature of the area of implantation of the charger can even be higher than that of the cockpit).
  • the driving of the battery and charger pulsers and the shutter or shutter is preferably identical to those carried out in the H and I domains in these configurations.
  • the control of the air blowers battery and charger anticipates the evolutions of temperature of the battery and the air cockpit, including a hysteresis due in particular to the thermal inertia, in order to realize a stable regulation of the battery temperature without peak power consumption related to the rotation of the air blower battery (and in some cases the blower charger), without noise associated with variable operation of these blowers, which would seem random.
  • FIG. 5 shows, depending on the battery temperature and the charger temperature, the different possible configurations taken by the thermoregulation system when recharging the battery on the external power grid. From these configurations will be deduced the associated control of the air blowers battery and charger and the shutter or the shutter, and the heater if the system is equipped.
  • the numerical values of the temperatures mentioned hereafter are examples to better understand the functioning of the thermoregulation system.
  • the L domain is defined by T ° battery ⁇ 20 ° C regardless of the charger temperature: the battery charging is prohibited by the BMU, for reasons of battery life. It is necessary before recharging the battery, to heat it according to the strategies described above for the areas H, I or J, in order to bring its temperature in a range allowing recharging by the charger.
  • the domain M comprises, for 20 ° C ⁇ T ° battery ⁇ 50 ° C, two parts where the charger temperature ⁇ Tel (eg -20 ° C) or> Tc4 (eg 100 ° C): the power
  • the charger temperature ⁇ Tel (eg -20 ° C) or> Tc4 (eg 100 ° C): the power
  • the power supply then delivered by the charger is zero, or this charger can not be put into service to avoid damaging it. Charging the battery is not possible even if its temperature allows it. It is then necessary, prior to recharging the battery, respectively to heat or cool the charger to enable it to deliver power to recharge the battery.
  • the strategies implemented for respectively heating or cooling the charger are identical to those used in the N and O domains which are described below.
  • a first solution is to let the charger warm up by self-heating: its blower is then disabled, the air blower battery and the flap or shutter is closed .
  • Another solution consists, depending on the location of the charger and the place of suction of its air thermoregulation, to heat the charger through, as the case, the air temperature in the area where the charger is installed or at the temperature of the air at the suction point for its thermoregulation, if these temperatures are higher than the temperature of the charger.
  • the charger blower is activated and:
  • one solution is: - to defer charging the battery by the charger, allowing the charger to cool naturally until it returns to a temperature range allowing the battery to be recharged with the maximum power, for example less than 60 ° C, for a certain period of time when it heats up because of the recharging of the battery before reaching the temperature of 80 ° C where we change domain,
  • the charger's air blower is activated to maximize its cooling and:
  • the flap is open or the shutter is open in the "open to the battery blower" and the battery blower is activated.
  • the pulsators will preferably be activated at their maximum setpoints unless acoustic limitations justify the reduction of the rotational speeds of the blowers.
  • the remaining P domain is defined, for 20 ° C ⁇ T ° battery ⁇ 50 ° C, by Tc2 ⁇ T ° charger ⁇ Tc3.
  • the charging of the battery with the maximum power is then allowed by the thermal situations of the battery and the charger.
  • the charger is then in its optimal operating range. However, if the charging temperature decreases and approaches Tc2, it is advisable to anticipate its heating as described for the N domain, from for example -5 ° C. Similarly, if the charging temperature increases and approaches Tc3, it is advisable to anticipate its cooling as described for the domain O, beyond for example 60 ° C.
  • thermoregulation capacity can then be mainly dedicated to the battery, according to the evolution of its own temperature related to the heat output produced during its recharge, and the cabin temperature, as previously shown by the diagram of the figure. 4.
  • the thermoregulation capacity can also anticipate use of the battery that would come shortly after recharging, for example during an all-electric driving, taking advantage of this recharge to cool, which is facilitated by the fact that this battery produces fewer calories in the recharge phase, than during use, or to heat it, thanks to the calories emitted by the charger during the charging process.
  • the circulation of the air of the passenger compartment occurs directly in contact with the various constituents of the battery ( cells, electronics, ...) inside the battery pack.
  • the air from the passenger compartment can circulate in a plate-type heat exchanger exchanging calories with the constituent elements of the battery no longer by direct convection but by conduction through this exchanger.
  • the heat exchange there is significantly less effective this variant, however less preferred, allows to happen in some cases a filter, source of additional cost, maintenance and additional airflow losses.
  • the preferential internal air circulation of the battery is "C" from top to bottom or bottom to top with input and output of the same small side of the battery pack.
  • the cells of the battery generally have a valve type interface or safety seal that points to a dedicated degassing circuit ensuring the evacuation of gases, vapors and liquid (electrolyte) in case of runaway.
  • the degassing circuit of the battery is here preferably separated from its thermoregulation circuit. In a variant, these two circuits can be confused, the thermoregulation circuit also ensuring the degassing of the battery.
  • the technology of the blowers is chosen so as not to produce sparks or electromagnetic emissions (suitable for igniting certain degradation products of the cells of the battery), the outlet of the degassing circuit of the battery is far from any hot source (for example: exhaust of the heat engine), the thermoregulation circuit of the battery is designed so as not to allow the run-off in the passenger compartment of the electrolyte and other products of degradation of the battery cells, the various components of the system (including the ducts) do not produce electrostatic discharge and their materials are non-flammable or fireproof.
  • thermo-manager components will be of a generally symmetrical and parallelepipedic shape in order to homogenize the flow rates, the velocities and the air pressure drops inside.
  • all the forms of battery pack are of course admitted, but with the associated consequences on the distribution of the air flow.
  • the air ducts are represented in rectangular section and whose width is negligible in front of the length: it is a simplification. Indeed, recourse to a circular section will be preferred as soon as possible in the design of the ducts (in order to limit pressure drops) with sufficiently radiated bends and on the shortest possible paths, with low angles of deflection and gentle sectional changes along routes.
  • all or part of these ducts will be acoustically insulated if appropriate and of adequate porosity, optimized compromise between pressure drop and blast noise; in particular, there is preferably no porous conduit between the battery and its blower (all or part of the intermediate air duct views below) in order not to alter the operation of the battery blower and thermoregulation of the drums.
  • the outside of the ducts will also be treated against radiation.
  • the air conditioning unit (conventionally located on the dashboard),
  • the temperatures mentioned above including the cabin air temperature at the passengers in the front and rear seats of the vehicle, the current supplied by / to the battery, the voltage at its terminals, its state of charge (SOC) and the depth of discharge (DoD for "Depth of Discharge"), the electrical power (for example at current and voltage) supplied by the charger,
  • the accuracy of the temperature sensors which will be even larger than the convective exchange coefficients are low. Typically, an accuracy of ⁇ 0.5 ° C to ⁇ 1 ° C will be sought, so as not to generate noise pollution due to dispersions of the resulting air flow.
  • the first four parameters especially for thermal and acoustic comfort.
  • the acoustic limitation of driving its blower can be inhibited, either completely from a temperature threshold of the battery, or gradually between two battery temperature thresholds.
  • the controls of the air blowers can be filtered for acoustic purposes: limitation of the slope of variation of setpoint (in rise and falling in regime), timings, frequency bands prohibited to avoid certain ranges rotational speeds that can be sources of resonance, hysteresis to avoid inadvertent tripping.
  • the associated information may not be representative: the brief activation (characterized by a interval and an activation duration, an inactivity threshold and a flow rate) of one or more air blowers can refresh the information.
  • the thermoregulation system presented in the three architecture versions that have been described above, ensures in particular the thermo-management of the battery in other life situations that the only charging phases on domestic or public socket and d use by the customer in use ZEV or hybrid, including:
  • thermoregulation module Pre-ventilation out of use or before recharging in order to bring the battery to its optimum temperature before the start of use or recharge, depending on the initial temperature of the battery, the evolution of the battery its temperature and the ambient air temperature upstream of the thermoregulation module.
  • This function is particularly relevant in the phase of thermal preconditioning of the passenger compartment, if such a phase exists and is in progress or has just taken place, where electrical energy is devoted to the customer's desire to heat up (CTP on the cabin). water and / or air, ...) or refrigeration (electric compressor, %) of the passenger compartment air: it is then necessary, if necessary, to devote the residual thermal power still available to also precondition (preheat or pre-cool) the battery.
  • This strategy will be implemented for a shorter or longer period to be agreed upon when the vehicle is stopped.
  • the anticipation of high loads eg passage in ZEV
  • ZEV which it is important to be able to detect (for example through the demand of current or electrical power) to anticipate the cooling of the battery and to keep its temperature below, for example 40 to 50 ° C.
  • This function will however be subject to the same constraints as in conventional use (for example: acoustic constraints related to the speed of the air blower).
  • the three architectures represented in the above views also make it possible to heat the battery (thermoregulation thereof and not just cooling) by raising the cabin temperature, for example in the thermal preconditioning phase.
  • vehicle interior when charging or parking or during the thermal convergence phase of the passenger compartment while the vehicle is in use.
  • the calories dissipated in the thermoregulation circuit of the battery can also contribute to warming up the passenger compartment in the thermal preconditioning phase of the vehicle interior when charging or parking or during the thermal convergence phase of the vehicle in use, rather than the system does not reject these calories outside the vehicle.
  • certain configurations taken by some architectures presented in the views above allow, if necessary, to heat the battery also thanks to the calories dissipated by the charger in addition to the air from the passenger compartment.
  • a heater for example of the electric type, may be inserted, for each variant and without departing from the scope of the invention, in series with the battery and upstream thereof or directly in contact with its cells. , in order to preheat the battery if necessary (if its self-heating or if it is heated up by the cabin air is insufficient or too slow, for example when it is sold in very cold countries: Russia, Sweden, Norway, Finland, ...) before recharging or using the battery itself, until the battery reaches a T ° of 20 to 25 ° C for example, for the reasons that will be explained below.
  • the thermoregulation system may if necessary require opening (and if necessary, reclosing) the air intake flaps of the air conditioning unit of the vehicle cabin (depending on the outside air temperature, cabin air temperature and battery temperature) so as to ensure air circulation in the battery without putting in depression or overpressure the passenger compartment and / or trunk (depending on the location of the charger in the vehicle) and / or to renew the passenger compartment air (which is systematically filtered before entering the cabin) without sending air into the battery cabin potentially warmer than the outside air and the battery in case T ° cockpit> T ° outside (especially in case of prolonged parking of the vehicle in summer in full sun in strong sunlight), in this case especially if is excluded to suck the outside air (in this phase of life, via a shutter on the intake air between the cabin and the outside) directly into the battery, in particular for the following reasons:
  • the air intake flaps of the air conditioning unit of the passenger compartment of the vehicle must be able to be opened when necessary.
  • the flaps are maintained in the position required by the cabin thermal function (and can for example be closed - in partial or total recirculation position of air in the passenger compartment - for to maintain the thermal environment in the passenger compartment longer as it was during the stop).
  • the air conditioning and battery air blowers must be able to ensure if necessary the thermoregulation of the battery and cooling of the charger without degrading the cabin thermal comfort, whether in the convergence phase or maintenance.
  • the thermoregulation system of the battery must not spread heat to the trunk or the passenger compartment.
  • the battery blower will be actuated (at a set point and for a determined period, in particular according to the thermal inertia of the battery) in addition to the operation of the blower of the air conditioning unit, to lower the cabin temperature.
  • the power profile of the charging can be adapted (in time distribution and / or amplitude) according to main parameters such as battery temperature, charger temperature, outside temperature, cabin temperature.
  • recharging the battery can be performed at a reduced load power if the temperature of the battery is too high, to limit its heating.
  • the recharge profile is modulated so that the battery is as close as possible to its optimal operating range when the customer starts using the vehicle.
  • the customer may for example be wise to complete the recharge as close as possible to this schedule, given the thermal inertia of the battery, so that this charging process Helps to warm the battery to make it more available than it could have been with a recharge made just when connecting the charger to the mains, the battery having meanwhile cooled by natural convection with the ambient.
  • the BMU manages the compatibility of this strategy with the maximization of off-peak hours, according to the schedule scheduled by the customer.
  • a first phase maximizing recharging during off-peak hours to a determined SOC threshold and a second phase that can potentially take place off-peak hours and according to a power profile as a function of time different from the first phase to accelerate the rise in temperature of the battery while completing its recharge.

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Abstract

L'invention a trait à un dispositif de thermorégulation d'une batterie de traction d'un véhicule du type hybride ou électrique et de son chargeur. Le dispositif comprend un conduit d'admission d'air habitacle 1004 vers une batterie 1002, un pulseur d'air batterie 1008 travaillant par aspiration et un conduit d'air intermédiaire 1006 reliant le pulseur d'air batterie 1008 à la batterie 1002. Le conduit d'air intermédiaire 1006 et/ou le conduit d'admission d'air 1004 comprennent un volet ou un obturateur 1014 d'admission d'air de refroidissement d'un chargeur 1010. Ce dernier est équipé d'un pulseur spécifique 1012 dont la sortie est disposée d'un point de vue aéraulique à proximité du volet ou de l'obturateur 1014. En fonctionnement, le dispositif permet de refroidir ou de réchauffer la batterie 1002 au moyen de l'air aspiré dans l'habitacle ou dans la zone d'implantation du chargeur 1010 lorsque les températures de l'un ou l'autre de ces environnements le permettent. Le dispositif permet également d'assister le refroidissement du chargeur en ouvrant le clapet d'admission 1014.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONTRÔLE THERMIQUE D'UNE BATTERIE DE TRACTION D'UN VEHICULE
L'invention a trait à un dispositif de contrôle thermique d'une batterie de traction d'un véhicule, notamment d'un véhicule hybride ou électrique. Plus particulièrement l'invention a trait à un dispositif de contrôle thermique ou thermorégulation d'une batterie de traction et de son chargeur. L'invention a trait également à un procédé correspondant.
La pression économique (prix des carburants) et environnementale (réglementation des émissions polluantes et des gaz à effet de serre) guide la tendance actuelle vers le développement de véhicules à chaînes de traction hybride électrique (mettant en œuvre deux types de motorisation : moteur thermique à combustion interne et moteur électrique), dites : soit série : le moteur thermique n'est à aucun moment utilisé directement pour la mise en mouvement du véhicule et ne sert qu'à entraîner une génératrice qui produit de l'énergie électrique pour faire, via le moteur électrique, se mouvoir le véhicule et/ou recharger la batterie, soit parallèle : les moteurs électrique et thermique peuvent, chacun individuellement ou les deux ensemble, propulser le véhicule ; le moteur thermique pouvant additionnellement recharger la batterie. De tels véhicules hybrides et les véhicules électriques comprennent une batterie haute tension de traction, nécessaire pour fournir de l'énergie électrique pour faire se mouvoir le véhicule en dehors du groupe motopropulseur thermique, qui s'échauffe en fonctionnement selon les conditions d'utilisation (appels de courant, ...) et qui a ses propres besoins de thermo-management. En effet, de par les niveaux de températures optimales et maximales requis par la batterie, celle-ci a son propre circuit de thermo-management. Les pleines performances de la batterie ne sont accessibles qu'au-delà d'une température batterie d'au moins (par exemple) 20 à 25 °C. D'autre part, la batterie ne peut supporter, pour sa durée de vie et sa sûreté de fonctionnement, une température au-delà de 40 °C à 50 °C. Le critère dimensionnant pour la durée de vie de la batterie est sa température moyenne, non seulement en phase d'utilisation du véhicule mais aussi en phase de stockage hors utilisation (parking, garage, stationnement, ...), qui peut représenter jusqu'à 90% de l'occurrence.
Une telle batterie haute tension de traction est refroidie, le plus souvent par de l'air frais, par exemple prélevé dans l'habitacle : l'air chaud, réchauffé au contact de la batterie, est alors évacué à l'extérieur du véhicule ou recyclé à l'intérieur du pack batterie pour si nécessaire en accélérer la montée en température.
Le document de brevet EP 2 075 873 A1 divulgue un dispositif de contrôle de la température d'une batterie de véhicule hybride où l'air de l'habitacle est utilisé pour refroidir la batterie de traction. En fonction de certains paramètres de fonctionnement, l'air de refroidissement de la batterie peut également être réintroduit dans l'habitacle.
D'autres modes de thermo-management existent, via une boucle de réfrigération (une dérivation de celle du véhicule climatisé ou une boucle spécifique) utilisée directement ou indirectement, soit avec un circuit d'eau soit via l'air habitacle. Le présent mémoire se focalise sur un refroidissement par air de la batterie, que cet air soit ou non préalablement sur-refroidi par une dérivation du circuit de réfrigération de l'habitacle du véhicule (ou par un circuit dédié).
Dans le cas de véhicules hybrides ou électriques rechargeables, un chargeur est utilisé pour recharger la batterie de façon externe au véhicule, dans le cas d'un véhicule hybride sans que le moteur thermique ne fonctionne. Le chargeur a également ses propres besoins de refroidissement, ses composants constitutifs (transformateurs, convertisseurs, transistors, ....) dissipant de la chaleur par les pertes dans le processus de conversion de puissance. Les calories ainsi générées sont généralement évacuées en refroidissant le chargeur par air, par convection : - soit naturelle, avec dans ce cas une performance de refroidissement très limitée qui impose de ne pas placer le chargeur dans une zone confinée ou (coffre, ...) pouvant souffrir de l'environnement thermique générée par le chargeur ou pouvant générer un risque de brûlures pour les usagers ; soit forcée, qui nécessite alors d'adapter au chargeur son propre circuit d'air de refroidissement, requérant alors un pulseur dédié, séparé ou intégré au chargeur, et des conduits d'air, encombrants, nécessitant selon l'implantation du chargeur de percer la structure du véhicule pour y faire passer ces conduits et impactant le dimensionnement du pulseur et du radiateur à air du chargeur.
Le document de brevet US 2007/0178346 A1 divulgue un dispositif de refroidissement d'une batterie de traction d'un véhicule hybride ainsi que de son électronique de puissance. Chacune de la batterie et de l'électronique de puissance est pourvue d'un ventilateur spécifique dont la gestion est assurée par une unité de contrôle. Dés qu'une de la batterie et de l'électronique de puissance atteint une température critique, le ventilateur correspondant est mis en route de manière à générer par surpression un débit d'air circulant à proximité de la batterie ou de l'électronique de puissance. Les ventilateurs sont générateurs de bruit et donc de nuisance sonore pour les passagers du véhicule. De plus chacun des deux ventilateurs doit être dimensionné pour assurer un refroidissement satisfaisant indépendamment de l'autre.
L'invention a pour objectif de proposer une solution de refroidissement palliant au moins un des problèmes sus mentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer une thermorégulation d'une batterie et de son chargeur qui soit optimisée de manière à être économique et générant peu de nuisances sonores.
L'invention a pour objet un dispositif de contrôle thermique d'équipement d'un véhicule automobile, l'équipement électrique comprenant une batterie de traction avec plusieurs éléments et un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le dispositif comprenant: une première conduite d'air reliant d'un point de vue aéraulique la batterie à l'habitacle du véhicule; une deuxième conduite d'air reliant d'un point de vue aéraulique la batterie avec l'extérieur du véhicule; un premier ventilateur apte à générer un débit d'air au travers des première et deuxième conduites ; un deuxième ventilateur apte à générer un débit d'air au travers de l'appareil électrique; remarquable en ce que le premier ventilateur est disposé au niveau de la deuxième conduite de manière à générer un débit d'air par aspiration.
La circulation d'air avec la batterie s'opère soit directement au travers de celle-ci soit indirectement au travers d'un échangeur thermique. Grâce à ces mesures, il est permis de diminuer le niveau sonore du dispositif de thermorégulation, plus particulièrement le niveau sonore du premier ventilateur qui est en principe le plus bruyant et celui qui est susceptible de fonctionner durant le roulage du véhicule (contrairement au deuxième ventilateur qui ne fonctionne essentiellement que lorsque le véhicule est en charge). Le premier ventilateur est disposé à distance de la batterie, préférentiellement à proximité de la sortie de la deuxième conduite vers l'extérieur.
Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend des moyens de guidage de l'air au niveau de la batterie assurant une répartition homogène sur ses différents éléments.
Selon un autre mode avantageux de l'invention, les moyens de guidage sont configurés de manière à ce que la circulation d'air au contact des éléments de la batterie décrive au moins un changement de direction d'au moins 90°.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la première et/ou la seconde conduite d'air comprend un dispositif d'admission du débit d'air en provenance de l'appareil électrique. Ce dispositif est préférentiellement du type à clapet. Il est piloté et permet de manière sélective l'admission du débit d'air de l'appareil électrique dans la conduite.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission est disposé dans la première conduite d'air de manière à au moins partiellement obstruer ladite conduite en amont de l'admission lorsque cette dernière est ouverte. En pratique, un tel dispositif d'admission comprend un ou plusieurs éléments mobiles tels un clapet, obstruant au moins partiellement et directement en amont la conduite, et ouvrant une entrée d'admission du débit d'air de l'appareil électrique.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la sortie du débit d'air de l'appareil électrique est disposée à proximité de l'admission de manière à permettre un échappement libre dudit débit air lorsque l'admission est fermée. Cette proximité est telle qu'elle permet à une majeure partie du débit d'air d'être admise dans la conduite lors du fonctionnement du premier ventilateur et de l'activation du dispositif d'admission. Cet agencement est particulièrement avantageux car il permet d'admettre dans la conduite l'air (de refroidissement) de l'appareil électrique lorsque le deuxième ventilateur est actif, ou l'air ambiant de l'appareil électrique lorsque le deuxième ventilateur est inactif. Bien entendu, il est possible d'admettre un mélange des deux types d'air en fonction du niveau de charge du deuxième ventilateur.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'appareil électrique est disposé au droit de l'admission de manière à ce que l'échappement libre de son débit d'air soit dans l'environnement de l'appareil électrique.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le deuxième ventilateur est disposé d'un point de vue aéraulique entre l'appareil électrique et le dispositif d'admission.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend un dispositif de contrôle des premiers et deuxièmes ventilateurs et du dispositif d'admission de l'air de refroidissement de l'appareil électrique.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour mettre en service le premier ventilateur, lorsque la température de la batterie est supérieure une valeur maximum et la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie; ou lorsque la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure et la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour maintenir fermé le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique lorsque le premier ventilateur est arrêté.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif de contrôle est configuré pour actionner le deuxième ventilateur lorsque la température de l'appareil électrique est supérieure à une valeur maximale et configuré pour actionner en ouverture le dispositif à ouverture d'admission lorsque la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à une valeur maximale.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique est disposé au niveau de la deuxième conduite, ladite admission étant disposée d'un point de vue aéraulique entre la batterie et le premier ventilateur. Dans cette première architecture, le refroidissement (ou le réchauffage) de l'appareil électrique peut être renforcé, voire assisté, par le premier ventilateur avec peu d'impact sur le contrôle en température de la batterie car l'air provenant de l'appareil électrique ne traverse pas la batterie.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air de l'appareil électrique est disposé au niveau de la première conduite. Dans cette deuxième architecture, le refroidissement (ou le réchauffage) de l'appareil électrique a un impact sur le contrôle en température de la batterie car l'air provenant de l'appareil électrique traverse la batterie. Cette architecture assure par contre un contrôle thermique de la batterie plus performant, car il permet d'exploiter l'air ambiant de l'appareil électrique ainsi que son air ambiant en vue de refroidir (ou réchauffer) la batterie.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend un dispositif de contrôle des premiers et deuxièmes ventilateurs et du dispositif d'admission, configuré pour mettre en service le premier ventilateur et ouvrir l'admission de l'air de refroidissement de l'appareil lorsque la température de la batterie est supérieure à une valeur maximum, et la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est inférieure à la température de la batterie; ou lorsque la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure, et la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à la température de la batterie.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le dispositif d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique est disposé au niveau de la première conduite et de la deuxième conduite, de manière pouvoir admettre ledit débit d'air de l'appareil électrique sélectivement vers la première conduite ou la deuxième conduite. Grâce à l'admission de l'air de l'appareil électrique (c'est-à-dire l'air ambiant et/ou l'air traversant l'appareil électrique) sélectivement vers la première ou la deuxième conduite, cette troisième architecture allie les avantages des première et deuxième architectures. Il est à noter que le dispositif d'admission peut bien sûr prendre des positions intermédiaires dosant l'admission de l'air de l'appareil électrique vers les deux conduites.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, les première et deuxième conduites sont disposées côte à côte au moins aux endroits d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique, et en ce que le dispositif d'admission est en liaison avec les première et deuxième conduites et comporte une entrée du débit d'air de l'appareil électrique.
L'invention a pour objet également un véhicule équipé d'un dispositif tel que décrit ci- avant.
L'invention a pour objet également un procédé de contrôle thermique d'une batterie de traction et d'un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le procédé comprenant l'utilisation d'un dispositif tel que décrit ci-avant.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention.
La figure 1 (a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride.
La figure 1 (b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie.
La figure 1 (c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée.
La figure 1 (d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, thermorégulation de la batterie.
La figure 1 (e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci nécessitant simultanément d'être thermo régulée.
La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention. La figure 2(a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride.
La figure 2(b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride sollicitant la batterie davantage que dans le cas de la figure 2(a) et/ou alors que la température de l'air en provenance de l'habitacle ne permet pas d'assurer seul le refroidissement de la batterie.
La figure 2(c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie.
La figure 2(d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, thermorégulation de la batterie. La figure 2(e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée.
La figure 2(f) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 2 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, avec réchauffage de celle-ci.
La figure 3 est une représentation schématique d'un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention. La figure 3(a) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride.
La figure 3(b) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de thermorégulation de la batterie en roulage électrique ou hybride sollicitant la batterie d'avantage que dans le cas de la figure 3(a) et/ou alors que la température de l'air en provenance de l'habitacle ne permet pas d'assurer seul le refroidissement de la batterie.
La figure 3(c) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur sans thermorégulation de la batterie.
La figure 3(d) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur avec simultanément, et indépendamment l'un de l'autre, thermorégulation de la batterie.
La figure 3(e) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, celle-ci ne nécessitant pas d'être thermo régulée. La figure 3(f) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie avec simultanément thermorégulation de la batterie.
La figure 3(g) est une représentation du dispositif de refroidissement de la figure 3 dans un mode de fonctionnement de recharge de la batterie avec refroidissement du chargeur assisté par le ventilateur de la batterie, avec réchauffage de celle-ci.
La figure 4 est une illustration graphique des différentes configurations que peuvent prendre le dispositif conforme à l'invention en fonction de la température de la batterie et de la température de l'habitacle. La figure 5 est une illustration graphique des différentes configurations que peuvent prendre le dispositif conforme à l'invention, en phase de recharge de la batterie par le chargeur sur le réseau électrique extérieur, en fonction de la température de la batterie et de la température du chargeur. La présente invention propose de s'affranchir de la contrainte d'un circuit d'air dédié pour le refroidissement du chargeur (en plus de celui dédié à la thermorégulation de la batterie, ce qui, vu du véhicule, nécessite deux circuits d'air séparés avec autant de conduits, d'impacts sur la structure du véhicule et autant de protections thermiques, mécaniques et/ou acoustiques), en proposant plusieurs architectures et procédés permettant de mutualiser le système de thermorégulation de la batterie pour assurer le refroidissement du chargeur et le thermo-management de la batterie en phase de recharge de celle-ci sur le réseau électrique public ou domestique (la nécessité éventuelle de refroidir la batterie se justifiant par les réactions chimiques exothermes s'y déroulant alors et celle de la réchauffer, par le risque de l'endommager par des recharges répétées alors que sa température est trop faible), sans pour autant impacter le thermo-management de la batterie en phase d'utilisation en modes ZEV (« Zéro Emission Vehicle ») ou hybride du véhicule lorsqu'un refroidissement du chargeur n'est pas nécessaire.
Première architecture : refroidissement du chargeur en aval de la batterie Une première architecture de mise de l'invention est illustrée de manière schématique aux figures 1 et 1 (a) à 1 (f). Il s'agit d'une association en pseudoparallèle de la batterie et de son chargeur : l'air traversant ces deux composants n'est pas de la même provenance, l'air traversant le chargeur ne traverse pas la batterie et vice-versa. Une association strictement en série de la batterie et de son chargeur (même dans ce sens de circulation de l'air) est écartée par addition des pertes de charge aérauliques ainsi générées par la batterie, le chargeur et les conduits d'admission, intermédiaire (entre la batterie et le chargeur) et de refoulement d'air. Cette architecture se compose des éléments suivants :
- Le conduit d'admission d'air habitacle 4, qui s'interface entre : · Un convoyeur de prise d'air dans l'habitacle, préférentiellement implanté en position verticale, équipé le cas échéant d'une grille (pour éviter l'intrusion d'objets dans le circuit d'air) et/ou d'un by-pass de l'entrée d'air (afin d'assurer un débit minimum en cas d'obstruction complète) et/ou d'un filtre (pour se prémunir de l'intrusion dans le circuit d'air de fumées de cigarette, vapeurs de carburant, poussières, sable, insectes, liquides, ... : l'utilisation de l'air habitacle permet en principe de s'en affranchir puisque préalablement filtré avant son entrée dans l'habitacle, mais les impuretés peuvent venir de l'utilisation du véhicule, par exemple si l'utilisateur fume ou roule les vitres ouvertes ou après une journée en bord de mer, etc.) et qui se trouve, selon les cas, sous les sièges arrières (rang 2 ou 3) ou dans le dormant de siège ou au niveau de la plage arrière, en compromis optimisé entre la température de l'air habitacle admise dans le système, le risque d'obstruction et l'audibilité des bruits d'aspiration d'air.
• Et l'embout d'entrée d'air dans la batterie, le tout s'assemblant par emmanchement ou par clips ou par vis, avec éventuellement joints d'étanchéité. Ce conduit pourra également incorporer si nécessaire une zone de décantation et un trou d'évacuation d'eau, à concevoir en optimisant sa performance et ses impacts sur l'acoustique et l'écoulement.
La batterie 2, qui est préférentiellement implantée sous caisse mais qui peut indifféremment l'être aussi dans le coffre ou sous le coffre entre le plancher de coffre et le plancher de structure ou dans l'habitacle (console centrale ou sous les sièges rang 2 ou 3). La présente description considère sa veine d'air interne : conduits calibrés laissant passer l'air de refroidissement à proximité des constituants à refroidir. En variante, cette veine d'air est un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories par conduction.
Le pulseur d'air ou ventilateur batterie 8, implanté en position aspirante (pour limiter l'impact de l'aspiration d'air sur le confort acoustique dans l'habitacle en orientant le maximum de bruits à l'échappement du circuit) et de type à commande et régime de rotation continûment variables (c'est également le cas pour le pulseur d'air chargeur décrit plus loin) : leurs vitesses de rotation varient en fonction de la température des organes à thermo-manager (batterie 2, chargeur 10) et de la température des fluides caloporteurs (air habitacle, air ambiant chargeur), consignes corrigées par des contraintes acoustiques ou de thermique habitacle. Cela permet d'adapter à la demande réelle la consommation de puissance électrique pour mettre en mouvement ces actionneurs, et ce d'autant plus si en phase de recharge de la batterie, c'est le chargeur qui fournit l'ensemble de la puissance électrique nécessaire pour à la fois recharger la batterie et réaliser l'ensemble des autres opérations (ici, en l'occurrence, mettre ces actionneurs en mouvement) et que donc la puissance électrique consommée par les pulseurs ne sera donc pas consacrée à recharger la batterie. Il s'agit donc bien d'optimiser ce bilan énergétique afin de favoriser la recharge de la batterie quand c'est elle qui est priorisée. De plus, cette optimisation du pilotage des pulseurs permet également de réduire les nuisances sonores émises.
Le conduit d'air intermédiaire 6, qui s'interface entre l'embout de sortie d'air de la batterie 2 et son pulseur d'air 8.
Le volet 14, qui permet, lorsque qu'il est ouvert, d'aspirer dans le conduit d'air intermédiaire 6, par le pulseur d'air batterie 8, l'air chaud du chargeur 10 refoulé par son pulseur 12. Ce volet pourra reposer sur différents concepts :
• mise en rotation selon différents axes possibles ou translation d'une ou plusieurs parties mobiles,
• avec soit deux positions extrémales (tout ouvert et tout fermé), soit plusieurs positions intermédiaires (pour gérer plus finement le thermomanagement)
• avec de plus soit une fonction de retour automatique (type ressort de rappel) pour ramener ce volet dans sa position de repos (le volet n'a alors qu'une position de repos : fermé ou ouvert, et l'autre position est obtenue en commandant le volet contre le ressort de rappel, donc dans ce cas avec une consommation électrique non nulle), soit le volet a au moins deux positions de repos et les transitions d'état (dont le retour à la position de repos) s'effectuent par une nouvelle commande (par exemple : inversion de signal)
Le conduit de refoulement d'air à l'extérieur 16 s'interface avec le pulseur d'air batterie 8 et véhicule à l'extérieur l'air refoulé par ce pulseur. L'extraction de cet air sera préférentiellement implantée dans une zone en dépression à l'extérieur du véhicule, par exemple derrière un passage de roue arrière avec éventuellement un divergent en sortie pour diminuer les vitesses d'air.
- Le chargeur 10, qui peut être implanté sous caisse, ou dans le coffre, ou sous le coffre entre le plancher de charge et le plancher de structure. Soit les éléments ci- après sont intégrés au chargeur en un même ensemble, soit ils sont séparés sans que cela n'impacte le fonctionnement du système. Un radiateur chargeur est fixé sur au moins un côté du chargeur ou préférentiellement intégré à son carter afin d'améliorer les échanges thermiques. Il est composé d'ailettes de conduction thermique permettant de dissiper à l'air ambiant aspiré par le pulseur d'air chargeur 12 dans la zone d'implantation du chargeur (air extérieur ou sous caisse ou coffre ou habitacle ou ...), les calories émises par les constituants du chargeur dans le processus de conversion de puissance.
- Le pulseur d'air chargeur 12, lorsqu'il est en rotation (cf. pulseur air batterie : préférentiellement de type à commande et régime de rotation continûment variables), aspire l'air ambiant dans la zone d'implantation du chargeur (air extérieur ou sous caisse ou coffre ou habitacle ou ...), lui fait traverser le radiateur chargeur afin de dissiper à l'air les calories émises par le chargeur, et le refoule en partie supérieure du chargeur dans la zone d'implantation du chargeur (sous caisse, coffre, sous le coffre entre le plancher de coffre et le plancher de structure, ...).
- Le convergent 20 est positionné entre le radiateur chargeur et le pulseur d'air chargeur 12 et a pour fonction de réaliser l'interface d'admission d'air vers le radiateur, la canalisation du flux d'air du radiateur jusqu'au pulseur, et l'expulsion de l'air dans la zone d'implantation du chargeur. En variante non préférentielle, un conduit supplémentaire pourra être installé entre le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 et le pulseur d'air chargeur 12, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur dans le conduit intermédiaire.
La figure 1 (a) ci-après présente le fonctionnement du système de la 1 ère architecture en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride. Dans cette situation de vie, si aucun refroidissement n'est mis en œuvre, une température de la batterie excédant un certain seuil (par exemple 28 à 35 °C) est critique vis-à-vis de sa fiabilité et sa durabilité. Un refroidissement de la batterie est donc nécessaire. Ce n'est pas le cas du chargeur, puisque celui-ci est inactif, le véhicule étant en roulage donc non en phase de recharge de la batterie sur le secteur électrique domestique ou public. Par conséquent :
- Le pulseur d'air 8 de la batterie 2 est actif, aspire de l'air frais issu de l'habitacle à travers le convoyeur de prise d'air et le fait circuler, via le conduit d'admission d'air 4, dans la batterie 2, en sortie de laquelle l'air réchauffé par la batterie pénètre dans le pulseur d'air 8 de la batterie et est expulsé à l'extérieur ;
- Le refroidissement du chargeur 10 est inactif : le pulseur d'air 12 du chargeur ne fonctionne pas et le volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 est fermé afin de ne pas dégrader la thermorégulation de la batterie 2 ni le fonctionnement du pulseur 8. En dehors de toute limitation acoustique évoquée plus haut et tenant compte de la commande du pulseur du groupe de climatisation, du mode de fonctionnement de la chaîne de traction, du régime de rotation du moteur thermique et de la vitesse du véhicule, le pilotage du pulseur d'air 8 de la batterie 2 intègre la température batterie et l'écart de température entre la batterie et l'air extrait de l'habitacle. En mode dégradé, la ventilation peut être maximale et alors non plus limitée par le confort acoustique.
La configuration décrite ci-dessus présente le système de thermorégulation de la batterie dans sa phase de refroidissement de celle-ci. La fig.1 (a) et la description associée restent identiques dans la phase de réchauffage de la batterie, à ceci près qu'alors l'air habitacle est plus chaud que la batterie. En effet, le fonctionnement de la batterie est optimal pour une température de la batterie comprise entre 20 °C et 40 °C. Pour une température de la batterie plus froide, deux problématiques se superposent : les pertes résistives augmentent car la résistance interne des cellules de la batterie augmentent à mesure que leur température est faible et les puissances électriques disponibles sont d'autant plus faibles que la température de la batterie est faible. Dans cette situation de vie, une batterie à une température par exemple à 0°C ou -10°C présente des performances réduites par rapport à son niveau nominal à 20 ou 25 °C. La limitation des performances de la batterie en fonction de sa température à froid se manifeste notamment par des limitations survenant sur le courant en charge et en décharge pour une température de la batterie en-deçà de 20 °C. Ces limitations impactent non seulement les performances en motricité du véhicule, mais aussi le courant disponible pour les autres fonctions (chauffage électrique de l'habitacle notamment). Un réchauffage de la batterie est alors pertinent, afin d'accéder plus rapidement à des performances batterie supérieures. Par conséquent, le pulseur d'air 8 de la batterie 2 est ici aussi actif et aspire de l'air habitacle (s'il est plus chaud que la batterie) qu'il fait circuler dans la batterie 2 (la réchauffant par ce biais), en sortie de laquelle l'air est expulsé à l'extérieur par ce pulseur. Le refroidissement du chargeur 10 est quant à lui ici aussi inactif. Dans cette situation de vie également, le pilotage du pulseur d'air 8 de la batterie intègre la température batterie initiale, l'évolution de la température batterie et l'écart de température entre la batterie et l'air extrait de l'habitacle, ainsi que les limitations acoustiques évoquées précédemment. Cette fonction permet ainsi d'exploiter, en complément de l'auto-échauffement de la batterie en utilisation (non négligeable pour autant, d'autant plus que la résistance interne de la batterie augmentant à mesure que sa température diminue, les pertes résistives sont plus élevées à froid), l'énergie consacrée au réchauffage de l'air habitacle en utilisant la puissance thermique résiduelle encore disponible pour réchauffer la batterie.
Par ailleurs, la fig. 1 (a) et les descriptions qui viennent d'en être faites pour réchauffer ou refroidir la batterie, sont également valables dans le cas d'une pré- ou d'une post-ventilation hors utilisation, que ce soit :
- pour augmenter la température batterie (si la température habitacle est suffisante), par exemple avant une utilisation en roulage, et contribuer à l'amener au plus près de 20 °C pour accéder à des performances supérieures ;
- pour au contraire la refroidir (si la température habitacle le permet) après un roulage sollicitant, pour maintenir la batterie sous 40 °C ; en tirant au maximum profit de la thermique habitacle et des calories ou frigories résiduelles encore disponibles après l'utilisation du véhicule pour continuer à thermoréguler la batterie. La figure 1 (b) ci-après présente le fonctionnement du système de la 1 ère architecture en phase de refroidissement autonome du chargeur lorsque celui-ci est branché sur le secteur électrique domestique ou public et recharge la batterie, sans que celle-ci ait pendant ce temps besoin d'être réchauffée ou refroidie. Dans cette situation de vie, la batterie n'ayant pas besoin d'être thermo régulée, le pulseur d'air de la batterie 8 est maintenu inactif. Par défaut, le volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 est maintenu fermé, en l'absence de besoin exprimé par le chargeur 10. De son côté, dès que la température du chargeur atteint une valeur critique vis- à-vis de sa fiabilité ou vis-à-vis de la disponibilité d'une recharge à pleine puissance, ou dès le raccordement du chargeur au réseau électrique, le pulseur d'air du chargeur 12 est mis en rotation. Ce pulseur 12, pour refroidir le chargeur 10, aspire de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur et refoule en partie supérieure, dans la même zone, l'air chaud ayant préalablement prélevé des calories à la traversée de l'échangeur du chargeur. Le système de thermorégulation de la batterie et de son chargeur conserve cette configuration jusqu'à ce que la température du chargeur devienne excessive et que la température d'air en entrée chargeur ne parvienne plus à le refroidir. Dans ce cas, la figure 1 (c) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de recharge de la batterie 2 quand le refroidissement du chargeur 10 nécessite d'être assisté par le pulseur 8 de la batterie 2 via le pilotage du volet 14 du conduit intermédiaire 6.
Lorsque la température du chargeur 10 devient excessive et que la température d'air en entrée chargeur ne parvient plus à le refroidir, alors le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 entre la batterie 2 et son pulseur 8 (dans le sens du flux d'air) permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par le pulseur batterie 8 l'air en sortie du pulseur 12 du chargeur 10 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur 10. Il faut donc dans ce cas activer le pulseur de la batterie 8 afin que celui-ci aspire l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et refoule cet air à l'extérieur.
La mise en action du pulseur batterie 8 génère également une circulation parasite dans la batterie 2 de l'air prélevé dans l'habitacle, circulation parasite car inutile si pendant ce temps la batterie 2 ne nécessite pas d'être refroidie ou réchauffée. Par défaut et en référence, cette circulation dans la batterie 2 est maintenue, d'autant qu'elle s'effectue alors avec un débit limité par rapport à la situation de vie présentée en fig. 1 (a) à cause de la perte de charge aéraulique générée par l'ouverture du volet 14 et à cause de la concurrence à l'aspiration d'air habitacle dans la batterie que constitue l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, le volet laissant ouvertes ces deux voies. En variante, l'intégration du volet à l'intérieur du conduit intermédiaire 6, permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, de fermer l'aspiration d'air habitacle dans la batterie 2, afin dans ce cas d'inhiber toute circulation parasite dans la batterie d'air prélevé dans l'habitacle.
Soit le chargeur 10 pilote directement le pulseur chargeur 12 et/ou le volet 14 (en TOR - tout ou rien - mais de façon préférentiellement proportionnelle) selon sa température, soit le chargeur 10 est considéré esclave de la batterie 2 et alors c'est l'unité de gestion de la batterie (BMU pour « battery management unit ») qui gère le refroidissement du chargeur 10 (volet et/ou pulseur chargeur) en plus de la thermorégulation de la batterie, grâce à l'information température chargeur. Il s'agira donc, dans tous les cas, d'actionner, dès l'ouverture du volet 14, le pulseur de la batterie 8 (qui n'est alors pas actif puisque la batterie n'a alors de son côté pas besoin d'être thermorégulée) à une vitesse déterminée (compromis entre le besoin fonctionnel d'évacuer l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et les bruits alors générés par la mise en action des pulseurs batterie et chargeur ensemble) et de stopper le pulseur de la batterie 8 dès que son besoin disparaît (par exemple, via la refermeture du volet 14 et/ou via l'information de la température interne du chargeur).
La figure 1 (d) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de refroidissement autonome du chargeur lorsque celui-ci est branché sur le secteur électrique domestique ou public et recharge la batterie, pendant que celle-ci requiert pendant ce temps d'être refroidie ou réchauffée par l'air habitacle. La thermorégulation de la batterie et le refroidissement du chargeur sont alors totalement indépendants. Le fonctionnement du refroidissement du chargeur est identique à celui présenté dans le cadre de la fig. 1 (b): en particulier, le volet dans le conduit intermédiaire est fermé car la température chargeur ne le requiert alors pas. Le fonctionnement de la thermorégulation de la batterie en phase de recharge (refroidissement ou réchauffage) est quant à lui identique à celui déjà présenté dans le cadre de la fig. 1 (a). La batterie peut en effet requérir le besoin d'être thermorégulée pendant ou à l'issue de la phase de recharge :
- refroidissement au titre des réactions chimiques exothermiques s'y déroulant alors, afin de maintenir sa température moyenne sous un seuil de par exemple 40 °C vis-à-vis de sa fiabilité et sa durée de vie et aussi pour optimiser la durée de la recharge, la batterie réduisant la puissance de recharge ou l'interdisant pour se protéger si sa température devient trop élevée ;
- réchauffage au titre que pour certaines technologies de batterie, si la recharge de la batterie débute alors que sa température est inférieure à une certaine valeur (par exemple 20 °C), sa durée de vie peut être fortement impactée et sa capacité réduite ;
- post-ventilation après la recharge si la température batterie était trop élevée à la fin de la recharge, afin de garantir la disponibilité de la batterie pour un roulage tout électrique immédiatement à la suite de la recharge ; - préchauffage après la recharge si la température batterie était trop faible à la fin de la recharge, afin de garantir la disponibilité de la batterie à son niveau de performances maximal pour un roulage tout électrique immédiatement à la suite de la recharge, le préchauffage pouvant s'effectuer grâce aux calories dissipées par le chargeur à l'air dans la zone d'implantation du chargeur lors de la recharge de la batterie, air pouvant être aspiré dans la batterie pour la réchauffer, ce que ne permet pas cette première architecture mais qu'autorisent les deuxième et troisième architectures présentées plus loin.
Le système de thermorégulation de la batterie et de son chargeur conserve cette configuration jusqu'à ce que la température chargeur devienne excessive et que la température air en entrée chargeur ne parvienne plus à le refroidir. Dans ce cas, la figure 1 (e) ci-après présente le fonctionnement du système de la première architecture en phase de recharge de la batterie quand le refroidissement du chargeur nécessite alors d'être assisté par le pulseur de la batterie via le pilotage du volet du conduit intermédiaire. Ainsi, le volet 14 pratiqué dans le conduit intermédiaire 6 permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par le pulseur batterie 8 l'air en sortie du pulseur 12 du chargeur 10 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur 10, par l'aspiration créée par la rotation du pulseur de la batterie 8, qui aspire à la fois l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et l'air extrait à la batterie, et refoule le mélange à l'extérieur.
Une ventilation de la batterie 2 lors de sa recharge pourrait, sans précaution particulière, être influencée par le refroidissement du chargeur 10 à l'ouverture du volet 14, et vice-versa. Par conséquent, le pilotage du système de thermorégulation et plus particulièrement le réglage de l'ouverture du volet 14 et la rotation du pulseur batterie 8 seront mis en œuvre de sorte à ne pas dégrader la thermorégulation de la batterie 2 tout en assurant le refroidissement du chargeur 10, et vice-versa. En particulier, la rotation du pulseur batterie 8 sera associée au besoin maximal de thermorégulation entre celui requis par la batterie 2 et celui requis par le chargeur 10.
Dans le cas de la variante décrite dans le cadre de la fig. 1 (c) selon laquelle l'intégration du volet 14 dans le conduit intermédiaire 6 permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 10, de fermer l'aspiration d'air habitacle dans la batterie, afin d'inhiber, dans le cadre de la fig. 1 (c), toute circulation parasite (car alors non nécessaire) dans la batterie de l'air prélevé dans l'habitacle, cette même variante autorise ici, dans le cadre de la fig. 1 (e), une circulation simultanée vers le pulseur batterie 8 de l'air extrait à la batterie en provenance de l'habitacle et de l'air extrait du chargeur par son pulseur. Il s'agit donc bien d'une variante non préférentielle, de par la complexité résultante de la réalisation d'une telle fonction.
Deuxième architecture: refroidissement du chargeur en amont de la batterie
Une deuxième architecture, représentée en figure 2 ci-après, détaille une autre association en pseudo-parallèle de la batterie 102 et de son chargeur 1 10, se distinguant de la première architecture par le fait que dans certaines situations de vie décrites plus loin, le chargeur 1 10 se trouve en amont de la batterie 102 selon la circulation d'air mue par les pulseurs 108 et 1 12 et que donc l'air traversant le chargeur 1 10 peut dans certains cas traverser également la batterie 102, avec les avantages et les contraintes détaillés plus loin.
La deuxième architecture se distingue de la première par les éléments suivants : - Le conduit d'air intermédiaire 106 réalise une simple interface entre le convoyeur de sortie d'air de la batterie 102 et le pulseur d'air 108 de la batterie sans désormais intégrer le volet.
- Le volet 1 14 est ici hébergé par le conduit d'admission d'air habitacle 104. - Selon le lieu d'implantation du chargeur 1 10, le lieu d'aspiration de son air de refroidissement et le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie 102, un filtre 1 18, représenté dans la fig. 2 et positionné entre le chargeur 1 10 et la batterie 102 dans le sens de circulation de l'air, s'avère dans le cadre de cette architecture bien plus justifié que pour la première architecture, puisque sinon à chaque ouverture du volet 1 14 un air potentiellement souillé (poussières, eau plus ou moins polluée, sels de déneigement, boue, insectes, pollen, ...) traverserait la batterie 102, avec des conséquences drastiques sur la fiabilité et la durabilité de la batterie.
Bien que cette variante génère (selon le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie), par la requête de ce filtre 1 18, une source de surcoût, de maintenance périodique (colmatage du filtre) et de pertes de charge aérauliques supplémentaires, elle présente également des avantages par rapport à la première architecture en vue de thermoréguler la batterie, que la description des figures ci-après va détailler. De même que pour la première architecture, une variante non préférentielle et non illustrée présente un conduit supplémentaire installé entre le volet pratiqué dans le conduit d'admission et le pulseur d'air chargeur, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur dans le conduit d'admission. De même que la figure 1 (a), la figure 2(a) ci-après présente le fonctionnement du système de la deuxième variante en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride
La description faite précédemment dans le cadre de la figure 1 (a) s'applique également à la figure 2(a) ci-dessus. En particulier, l'intégration de l'extraction d'air de la zone d'implantation du chargeur, à l'intérieur du conduit d'admission d'air 104 de la batterie 102, permet, comme l'indique la figure 2(b) ci-après, en agissant dans un premier temps sur le volet 1 14 puis dans un deuxième temps sur le pulseur chargeur 1 12 alors que celui-ci est toujours hors fonctionnement (situation de vie roulage électrique ou hybride), de suppléer un refroidissement de la batterie 102 selon la figure 2(a) ci-dessus pouvant s'avérer insuffisant par la seule aspiration d'air habitacle (alors trop chaud pour refroidir seul la batterie) en admettant, par l'ouverture commandée du volet 1 14, de l'air plus frais en entrée de la batterie. La comparaison des figures 2(b) et 1 (a) met en évidence l'un des intérêts de cette deuxième architecture, que ne permet pas de réaliser la première architecture détaillée plus haut. Comme le montre cette figure 2(b), si lors d'une sollicitation du véhicule hybride en roulage électrique ou hybride telle que la seule aspiration par le pulseur batterie 108 de l'air habitacle ne suffit plus à refroidir la batterie 102 (par exemples lors d'un usage de la batterie très sollicitant même si la température habitacle est à 20 ou 25 °C ou d'une sollicitation moyenne de la batterie alors que l'habitacle est à plus de 30 °C en conditions extérieures sollicitantes : T°extérieure > 30 °C avec ensoleillement maximal et limitation acoustique du débit pulseur batterie ou encore en phase de pré- ou post-ventilation de la batterie) et alors que le chargeur 1 10 est inactif (aucune calorie n'en est donc émise et son pulseur 1 12, par défaut inopérant, peut alors être mis à profit pour aider à thermoréguler la batterie 102), l'ouverture du volet 1 14 du conduit d'admission 104 permet, par l'aspiration opérée par le pulseur batterie 108 :
- soit de refroidir partiellement l'air admis dans la batterie (on aspire alors toujours de l'air chaud en provenance de l'habitacle et l'ouverture du volet permet de mélanger cet air chaud avec un air plus frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur, donc entre dans la batterie un air plus ou moins tiède selon la proportion d'air frais) ;
- soit, par la condamnation simultanée de l'admission d'air chaud en provenance de l'habitacle (flèche barrée), de faire entrer dans la batterie de l'air frais provenant exclusivement de la zone d'implantation du chargeur. Comme explicité précédemment, selon le lieu d'implantation du chargeur et le lieu d'aspiration de son air de refroidissement, un filtrage de cet air peut s'avérer indispensable avant que celui-ci n'entre dans le système de thermorégulation (pour la fiabilité et la durée de vie, en premier lieu de la batterie, mais aussi de son pulseur), ce qui génère, dans la configuration décrite par la figure 2(b), de la perte de charge aéraulique, réduisant d'autant le débit d'air aspiré par le pulseur batterie en provenance de la zone d'implantation du chargeur. Cet inconvénient peut être au moins partiellement résolu, en plus de l'ouverture du volet, par la mise en action du pulseur 1 12 du chargeur 1 10 (celui-ci étant toujours inactif puisqu'en dehors de toute phase de recharge) afin d'aider l'aspiration par le pulseur batterie 108 d'air frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur 1 1 0, par le refoulement par le pulseur 1 12 du chargeur 1 10 dans le conduit d'admission 104 de la batterie 102 de cet air de la zone d'implantation du chargeur 1 10. Comme explicité plus haut, le degré d'ouverture du volet 1 14 et le pilotage en débit d'air des pulseurs batterie 108 et chargeur 1 12 sont ajustés (commandes préférentiellement proportionnelles) afin d'assurer le refroidissement de la batterie sans dégrader le confort thermique et acoustique dans l'habitacle et sont assistés, si nécessaire, d'une action adéquate sur le groupe de climatisation de l'habitacle (pulseur et/ou volets d'entrée d'air extérieur dans l'habitacle) en fonction notamment de la température extérieure, de la température habitacle et du besoin de confort thermique éventuellement exprimé par l'utilisateur du véhicule, en plus de la température batterie.
Les figures 2(c) et 2(d) ci-après, qui explicitent les configurations nominales prises par le système en phase de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur, que la batterie ait ou non besoin d'être alors thermorégulée, sont analogues aux figures 1 (c) et 1 (d) associées à la première architecture, et les descriptions pouvant être faites du fonctionnement du système de thermorégulation dans ces situations de vie sont alors identiques. Le pulseur 1 12 du chargeur 1 10 aspire, pour le refroidir, de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur 1 10, qu'il refoule, chaud, en partie supérieure, dans la même zone. Le système conserve cette configuration jusqu'à ce que, à l'identique de la configuration prise par le système de thermorégulation de la variante 1 explicitée par la figure 1 (c), la température chargeur devient excessive et que la température air en entrée chargeur 1 10 ne parvient plus à le refroidir et qu'il devient nécessaire de l'assister par le pulseur 108 de la batterie 102 via le pilotage du volet 1 14 implanté ici dans le conduit d'admission 104. Dans ce cas, comme le montre la figure 2(d) ci-dessous, le volet 1 14 pratiqué dans le conduit d'admission 104 permet, par son ouverture calibrée, d'aspirer par la mise en action du pulseur batterie 108 jusqu'alors inactif, l'air en sortie du pulseur 1 12 du chargeur 1 10 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur. Le pulseur de la batterie 108 aspire l'air dans la cavité autour du chargeur et le refoule à l'extérieur. Cependant, comme pour la première architecture présentée en figure 1 (c), l'activation du pulseur batterie génère dans la batterie une circulation parasite inutile d'air prélevé dans l'habitacle. L'architecture 2 présente l'inconvénient, par rapport à la variante 1 , de générer un débit d'air dans la batterie non seulement supérieur à ce qu'il peut être dans l'architecture 1 et de surcroît chaud car au moins en partie en provenance du chargeur, et de requérir une commande du pulseur d'air batterie (voire aussi du pulseur chargeur) supérieure car ici la batterie et le chargeur sont placés en série, le deuxième en amont de la première (cf. figure 2(e)) dont il s'agit de vaincre les pertes de charge aérauliques engendrées par cette association. Ceci n'est pour autant pas préjudiciable à la deuxième architecture et comme en figure 1 (c), cette circulation est, par défaut et en référence, maintenue. Ainsi l'air chaud en provenance de la zone chargeur se mélange plus ou moins (selon l'ouverture du volet 1 14 et les flux d'air générés par les pulseurs batterie 108 et chargeur 1 12) à l'air en provenance de l'habitacle, ce qui permet d'admettre dans la batterie un air encore suffisamment frais pour en assurer le cas échéant le refroidissement. On voit également (cf. figure 2(e)) qu'il est alors facilement possible d'assurer, quand nécessaire, le réchauffage de la batterie 102 grâce aux calories prélevées au chargeur 1 10 lors de son refroidissement en phase de recharge, sans nécessairement recourir aux artifices et/ou stratégies mises en œuvre dans la cadre de l'architecture 1 . En variante, l'intégration du volet 1 14 dans le conduit d'admission 104 en air de la batterie 102 permet, tout en ouvrant l'aspiration d'air dans l'environnement du chargeur 1 10, de fermer l'aspiration d'air habitacle, afin dans ce cas d'inhiber toute circulation dans la batterie d'air prélevé dans l'habitacle. Cette variante offre au système un levier supplémentaire pour assurer, quand nécessaire et possible, le réchauffage (cf. figure 2(e)) de la batterie 102 grâce aux calories prélevées au chargeur 1 10 lors de son refroidissement en phase de recharge. Cependant, l'air en entrée de la batterie peut n'être plus aussi frais que ce qu'il est lorsqu'il est directement prélevé dans l'habitacle. Cela constitue la principale contrainte de cette variante non préférentielle de la deuxième architecture, par rapport aux première et troisième architectures.
De même que dans le cadre de la première architecture, le pulseur chargeur 1 12 et/ou le volet 1 14 sont pilotés (en TOR mais préférentiellement en façon proportionnelle) soit par le chargeur 1 10 selon sa température, soit préférentiellement par le BMU grâce à l'information température chargeur. Dans tous les cas, le pulseur de la batterie 108 (jusqu'alors inactif puisque la batterie n'a alors de son côté pas besoin d'être thermo régulée) est actionné dès l'ouverture du volet 1 14 à une vitesse déterminée (compromis entre le besoin fonctionnel d'évacuer l'air chaud dans la cavité autour du chargeur et les bruits alors générés par la mise en action des pulseurs batterie et chargeur ensemble) et stoppé dès que le besoin disparaît (par exemple, via la refermeture du volet 1 14 et/ou via l'information de la température interne du chargeur).
La deuxième architecture de thermorégulation de la batterie dispose, par sa configuration présentée en figure 2(f) ci-après, d'un levier supplémentaire afin d'assurer, grâce aux calories prélevées au chargeur lors de son refroidissement en phase de recharge, le réchauffage de la batterie quand c'est nécessaire (par exemple en pré-ventilation avant l'utilisation du véhicule) et possible (si la recharge s'est achevée peu de temps avant et que l'air ambiant dans la zone d'implantation du chargeur est encore chaud, en tout cas suffisamment plus que la température batterie). Ce levier éclaire en particulier les stratégies d'adaptation du profil de recharge évoquées en relation avec la première architecture.
Troisième architecture: refroidissement du chargeur en amont de la batterie
Une troisième architecture, détaillée en figure 3 ci-après, présente une association alternative de la batterie 1002 et de son chargeur 1010, se distinguant des architectures 1 et 2 par la mise en œuvre d'un obturateur supplémentaire 1014 entre les conduits d'admission 1004 et intermédiaire 1006 qui permet de placer judicieusement le chargeur 1010 en amont ou en aval de la batterie 1002 selon la situation de vie vécue, avec les avantages et les libertés de thermorégulation de l'ensemble du système que l'on va détailler plus loin. Une circulation en C de l'air dans la batterie avec entrée et sortie du même côté du pack batterie, comme illustrée en figure 3, est ici préférable vis-à-vis de l'implantation de l'architecture 3 qui va être décrite ci-après. Néanmoins, cette architecture ne s'y limite pas et est applicable à tous les types de circulation. De même, la position du chargeur en figure 3 a été modifiée par rapport aux figures précédentes pour simplifier la représentation des flux d'air et la compréhension mais n'est bien-sûr pas plus contrainte par l'architecture 3 que les précédentes.
La description ci-dessous de l'architecture 3 se distingue des précédentes par les éléments suivants : - entre les conduits d'air admission 1004 et intermédiaire 1006 est ménagé un conduit de distribution de l'air qui peut ainsi suivre plusieurs trajets possibles : o de l'habitacle au pulseur batterie 1008 en traversant la batterie 1002 ; o du chargeur 1010 au pulseur batterie 1008 sans traverser la batterie 1002; o du chargeur 1010 au pulseur batterie 1008 en traversant la batterie
1002 ;
- ce conduit de distribution est managé par un obturateur 1014 qui réalise ces trajets en mettant alternativement en communication le conduit d'admission d'air habitacle 1004 ou le conduit d'admission de l'air refoulé par le chargeur 1022, avec la batterie 1002 et/ou le conduit intermédiaire 1006. Cet obturateur 1014 peut ainsi prendre trois positions et par convention, dans le présent mémoire, il est considéré : o « fermé » lorsqu'il obstrue le passage de l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur 1010 dans le circuit de thermorégulation de la batterie (exemple : figure 3(a)) : l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur ne peut alors qu'y rester, quelque soit le pilotage des pulseurs d'air chargeur et batterie ; o « ouvert vers le pulseur » lorsque l'obturateur bouche la traversée de la batterie et n'autorise l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur qu'à emprunter le conduit intermédiaire 1006 directement à l'aspiration du pulseur batterie 1008 (exemple : figure 3(e)) ; o « ouvert vers la batterie » lorsque l'obturateur autorise la traversée de la batterie à l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur (exemple : figure 3(b)) ;
- selon le lieu d'implantation du chargeur, le lieu d'aspiration de son air de refroidissement et le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie (voir plus haut la distinction faite entre une circulation directement au contact de ses constituants et une circulation dans un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories avec les éléments constitutifs de la batterie), un filtre 1018, représenté à la figure 3 et positionné dans le conduit de distribution entre le chargeur 1010 et la batterie 1002 dans le sens de circulation de l'air, s'avère ici encore justifié afin de s'affranchir que l'air en provenance de la zone d'implantation du chargeur et potentiellement souillé (poussières, eau plus ou moins polluée, sels de déneigement, boue, insectes, pollen, ...) ne traverse la batterie, avec les conséquences évoquées sur sa fiabilité et sa durabilité.
Bien que cette troisième architecture génère elle aussi et selon le mode de circulation de l'air de thermorégulation dans la batterie, une source de surcoût, de maintenance périodique (colmatage) et un supplément de pertes de charge aérauliques (mais pas dans toutes les situations de vie, contrairement à la variante 2) par ce filtre, elle présente également des avantages par rapport aux première et deuxième architectures en vue de thermo réguler la batterie, que la description des figures ci-après va détailler.
De même que pour les première et deuxième architectures, une variante non préférentielle présente un conduit supplémentaire installé entre le conduit d'admission de l'air refoulé par le chargeur 1022 et le pulseur d'air chargeur 1012, afin, le cas échéant et si nécessaire, d'améliorer l'aspiration par le pulseur d'air batterie 1008 de l'air refoulé par le pulseur d'air chargeur 1012 dans le conduit de distribution. De même que les figures 1 (a) et 2(a), la figure 3(a) ci-après présente le fonctionnement du système de l'architecture 3 en phase de thermorégulation (refroidissement ou réchauffage) de la batterie lors d'un roulage tout électrique ou hybride. La description faite précédemment dans le cadre des figures 1 (a) et 2(a) s'applique également à la figure 3(a) ci-dessous.
Ici, le refroidissement du chargeur 1010 n'étant pas nécessaire (chargeur inactif car véhicule en roulage donc non en phase de recharge de la batterie), le pulseur d'air 1012 du chargeur 1010 ne fonctionne pas et l'obturateur 1014 est fermé. Ainsi la mise en action du pulseur d'air 1008 de la batterie 1002 pour la thermo réguler aspire l'air issu de l'habitacle, lui fait traverser le conduit d'admission d'air batterie 1004, puis la batterie 1002, puis le conduit intermédiaire 1006, puis enfin le pulseur batterie 1008 qui le refoule à l'extérieur. En particulier, le filtre 1018 étant judicieusement positionné dans le conduit de distribution entre le chargeur 1010 et la batterie 1002, la position fermée de l'obturateur, dans la configuration décrite figure 3(a), permet à l'air de thermorégulation (ici issu de l'habitacle) de ne pas traverser ce filtre 1018 (sans utilité puisque l'air habitacle est déjà filtré à la traversée du groupe de climatisation) et donc de ne pas rencontrer de pertes de charge aéraulique supplémentaires que le pulseur d'air batterie 1008 aurait eu à vaincre.
Comme pour les figures 1 (a) et 2(a), la configuration décrite ci-dessus présente le système de thermorégulation de la batterie dans sa phase de refroidissement de celle-ci et la figure 3(a) et sa description restent identiques dans la phase de réchauffage de la batterie, à ceci près qu'alors l'air habitacle est plus chaud que la batterie.
A l'image de la figure 2(b) dans le cadre de l'architecture 2, la position « ouvert vers la batterie » de l'obturateur 1014 permet (cf. figure 3(b)), en agissant dans un premier temps sur l'obturateur 1014 puis dans un deuxième temps sur le pulseur chargeur 1012 alors que le chargeur 1010 est inactif (situation de vie roulage électrique ou hybride), de suppléer un refroidissement de la batterie 1002 selon la figure 3(a) s'avérant insuffisant par la seule aspiration d'air habitacle (alors trop chaud pour refroidir seul la batterie) en admettant, par la position prise par l'obturateur 1014, de l'air plus frais en entrée de la batterie 1002. La description faite précédemment dans le cadre de la figure 2(b) s'applique également à la figure 3(b) ci-dessous, lorsque la seule aspiration par le pulseur batterie de l'air habitacle ne suffit plus à refroidir la batterie. Ainsi, alors que le chargeur est inactif 1010 (pulseur 1012 inopérant et émission d'aucune calorie), la position prise alors par l'obturateur 1014 permet, par l'aspiration opérée par le pulseur batterie 1008, de refroidir l'air admis dans la batterie 1002 (on aspire alors toujours de l'air chaud en provenance de l'habitacle et la position prise par l'obturateur 1014 permet de mélanger cet air chaud avec un air plus frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur 1010, donc un air plus ou moins tiède, selon la proportion d'air frais, entre dans la batterie). L'éventuelle filtration (indispensable selon les lieux d'implantation du chargeur et d'aspiration de son air de refroidissement) peut être au moins partiellement contrée par la mise en action du pulseur 1012 du chargeur 1010 (celui-ci étant toujours inactif puisqu'en dehors de toute phase de recharge) afin d'aider l'aspiration par le pulseur batterie 1008 de l'air frais en provenance de la zone d'implantation du chargeur, par le refoulement par le pulseur 1012 du chargeur 1010 dans le conduit d'admission 1004 de la batterie 1002 de cet air provenant de la zone d'implantation du chargeur. Le pilotage en débit d'air des pulseurs batterie 1008 et chargeur 1012 est ajusté (commandes préférentiellement proportionnelles) afin d'assurer le refroidissement de la batterie 1002 sans dégrader le confort thermique et acoustique dans l'habitacle et est assisté, si nécessaire, d'une action adéquate sur le pulseur et sur les volets de climatisation en fonction notamment de la température extérieure, de la température habitacle et du besoin de confort thermique éventuellement exprimé par l'utilisateur du véhicule, en plus de la température batterie.
Les figures 3(c) et 3(d) ci-après, qui explicitent les configurations nominales prises par le système en phase de recharge de la batterie avec refroidissement autonome du chargeur, que la batterie ait ou non besoin d'être alors thermo régulée, sont analogues aux figures 2(c), 2(d) et 1 (b), 1 (d) associées respectivement aux architectures 1 et 2, et les descriptions pouvant être faites du fonctionnement du système de thermorégulation dans ces situations de vie sont alors identiques.
Le pulseur 1012 du chargeur 1010 aspire, pour le refroidir, de l'air frais dans ou à proximité de la zone d'implantation du chargeur, qu'il refoule, chaud, en partie supérieure, dans la même zone. Le système conserve cette configuration jusqu'à ce que, à l'identique de la configuration prise par le système de thermorégulation des variantes 1 et 2 explicitées en figure 1 (c) et 2(e), la température air en entrée chargeur ne parvient plus à le refroidir et qu'il devient nécessaire de l'assister par le pulseur de la batterie 1008 via le pilotage de l'obturateur 1014. Dans ce cas, comme le montre la figure 3(e), l'obturateur 1014 en position « ouvert vers le pulseur » permet d'aspirer par le pulseur batterie 1008 l'air en sortie du pulseur 1012 du chargeur 1010 et de renouveler ainsi l'air au voisinage du chargeur. Le pulseur 1008 de la batterie aspire l'air dans la cavité autour du chargeur 1010 et le refoule à l'extérieur.
Là encore, l'activation du pulseur batterie 1008 génère dans la batterie 1002 une circulation parasite car inutile d'air prélevé dans l'habitacle. La description de cette configuration est analogue à celle faite dans le cadre de la figure 1 (c) et l'architecture 3 ne présente pas les contraintes posées par l'architecture 2 et explicitées à l'occasion de sa description. Le système conserve la même configuration lorsque, en phase de recharge, le refroidissement du chargeur est nécessaire alors que le refroidissement de la batterie l'est également (cf. figure 3(f)).
On voit également (cf. figure 3(g)) qu'il est là encore alors facilement possible d'assurer, quand nécessaire (pendant ou après une recharge), le réchauffage de la batterie 1002 par les calories prélevées lors de son refroidissement au chargeur 1010 en phase de recharge, sans nécessairement recourir aux artifices et/ou stratégies mises en œuvre dans la cadre de l'architecture 1 . Il suffit alors d'amener l'obturateur 1014 dans sa position « ouvert vers batterie ». Cette opportunité offre au système un levier supplémentaire pour assurer, quand nécessaire et possible, le réchauffage de la batterie grâce aux calories prélevées au chargeur lors de son refroidissement en phase de recharge.
Stratégies de pilotage du système de thermorégulation
L'état du véhicule hybride peut prendre, de façon disjointe, l'une des trois situations de vie ci-dessous:
- roulage électrique ou hybride ;
- recharge de la batterie sur le secteur domestique ou public;
- stationnement (véhicule non fonctionnant).
Les figures 4 et 5 ci-après présentent, pour les trois architectures explicitées plus haut, les différentes configurations possibles prises par le système de thermorégulation lors de l'utilisation du véhicule dans les trois situations de vie ci- avant, selon la température de la batterie, la température de l'air habitacle et la température du chargeur, ainsi que le pilotage associé des pulseurs d'air de la batterie et du chargeur, du volet ou de l'obturateur, et du réchauffeur dans le cas où le système en comporte un en entrée du circuit de thermorégulation de la batterie en amont de celle-ci. Les valeurs numériques des températures évoquées ci-après sont des exemples pour mieux appréhender le fonctionnement du système de thermorégulation.
Le domaine A est défini par une température batterie > 60 °C quelle que soit la température habitacle. Dans ce domaine, la température batterie est trop élevée. Dans ce cas, le réchauffeur, si présent, est toujours désactivé et le BMU :
- soit ne prévoit pas d'utilisation de la batterie (qui est donc rendue indisponible) et considère son refroidissement inutile : les pulseurs de la batterie et du chargeur sont désactivés et le volet ou l'obturateur sont fermés ; - soit laisse possible l'utilisation de la batterie : son refroidissement doit alors être forcé à son maximum par précaution et sécurité. Priorité est donnée au refroidissement de la batterie par l'air habitacle : le pulseur de la batterie est activé à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, le pulseur du chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés. Si la température habitacle est trop élevée :
- dans le cas de l'architecture 1 , il n'y a pas d'autre levier possible, hormis celui, commun aux trois architectures et donc également envisageable pour les architectures 2 et 3, de faire aspirer dans l'habitacle l'air extérieur par l'action du système de thermorégulation sur le groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, mais encore faut-il que T°ext < T¾atterie et qu'il n'y ait pas de conflit entre le refroidissement de la batterie et le confort thermique habitacle ; d'autre part ce processus peut prendre un certain temps, compte- tenu notamment du volume de l'habitacle et des inerties thermiques : le pulseur de la batterie est maintenu à sa vitesse maximale, le pulseur du chargeur étant désactivé et le volet fermé. - dans le cas de l'architecture 2, si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (T°<T "batterie et T°<T°habitacle), alors le refroidissement de la batterie peut être au moins partiellement assuré par ce biais : le pulseur à air de la batterie est maintenu tournant à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, le volet est ouvert et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur ;
- de même dans le cas de l'architecture 3 : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet, le pulseur à air de la batterie est maintenu tournant à sa vitesse maximale en désactivant toute limitation acoustique, l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur.
Le domaine B défini par une température habitacle < -30 °C est considéré comme étant peu probable, en particulier si le moteur thermique est démarré pour assurer la traction du véhicule et le chauffage de l'habitacle.
Le domaine C est défini par 20 °C < T°batterie < 28 °C : la batterie est alors dans sa plage de température optimale de fonctionnement et il n'est pas nécessaire de la refroidir ou de la réchauffer. Dans ce cas, le BMU désactive les pulseurs de la batterie et du chargeur, ferme le volet ou l'obturateur et n'active pas le réchauffeur.
Le domaine D est défini par 28 °C < T°batterie < 32 °C et T°habitacle < T¾atterie : la batterie nécessite alors un léger refroidissement afin de maintenir par la suite sa température inférieure à une plage de 40 à 50 °C si elle venait à s'échauffer, pour préserver sa durée de vie et ses capacités de stockage et de déstockage d'énergie électrique. L'air habitacle, par sa température inférieure à celle de la batterie, peut être le vecteur de ce refroidissement. Dans ce cas, le pulseur batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine D, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine D. La limitation acoustique du pulseur batterie est active. Le pulseur chargeur et le réchauffeur (si présent) sont désactivés et le volet ou l'obturateur sont fermés. Le domaine E est défini par 28 °C < T°batterie < 32 °C et T°habitacle > T¾atterie : la batterie nécessite comme dans le domaine D un léger refroidissement mais l'air habitacle, par sa température supérieure à celle de la batterie, ne peut pas l'assurer. Dans ce cas :
- Pour l'architecture 1 , il n'y a pas d'autre levier possible, hormis celui, commun aux trois architectures et donc également envisageable pour les architectures 2 et 3, de faire aspirer dans l'habitacle l'air extérieur par l'action du système de thermorégulation sur le groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, mais encore faut-il que T°ext < T°batterie et qu'il n'y ait pas de conflit entre le refroidissement de la batterie et le confort thermique habitacle ; d'autre part ce processus peut prendre un certain temps, compte-tenu notamment du volume de l'habitacle et des inerties thermiques : le pulseur du chargeur étant alors désactivé et le volet fermé, le pilotage du pulseur de la batterie est analogue à ce qu'il est dans le domaine D.
- Dans le cas de l'architecture 2, si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (T°<T°batterie), alors le refroidissement de la batterie peut être de plus assuré par ce biais : le pulseur de la batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine E, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine E, le volet est ouvert et, afin de favoriser l'aspiration par le pulseur de la batterie de l'air dans la zone d'implantation du chargeur, le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe sur tout le domaine E, soit croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine E. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active.
- De même dans le cas de l'architecture 3 : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet, le pulseur à air de la batterie est activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine E, l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon l'évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine E. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active.
Le domaine F est défini par 32 °C < T¾atterie < 60 °C et T°habitacle < T°batterie : un refroidissement maximal de la batterie est nécessaire, que ce soit pendant ou après (par post-ventilation) l'usage du véhicule et l'air de l'habitacle, par sa température inférieure à celle de la batterie, peut alors en être le vecteur. Le BMU actionne le pulseur batterie à sa consigne maximale autorisée par la limitation acoustique et la vitesse de rotation du pulseur pourra progressivement augmenter ou diminuer dans cette limite à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue. Au-delà d'une température batterie de par exemple 40 °C, la limitation acoustique sera désactivée afin de favoriser le refroidissement de la batterie. Le réchauffeur et le pulseur chargeur sont toujours maintenus désactivés à l'intérieur du domaine F et le volet ou l'obturateur fermés. En alternative, si à l'intérieur du domaine F la température de l'habitacle n'est inférieure à celle de la batterie que de quelques degrés (au plus 3°C) et si la température de l'air dans la zone d'implantation du chargeur est inférieure à la température de l'habitacle, alors, dans le cas des architectures 2 et 3 uniquement, l'air prélevé dans la zone d'implantation du chargeur permet, respectivement par l'ouverture adéquate du volet ou de l'obturateur, d'assister le refroidissement de la batterie en amenant en entrée de la batterie de l'air plus frais que ce qu'il est par la seule aspiration d'air depuis l'habitacle. Le pulseur du chargeur est si nécessaire activé à une vitesse intermédiaire, soit fixe, soit croissante ou décroissante selon l'évolution de la température batterie à l'intérieur du domaine F. La limitation acoustique des pulseurs batterie et chargeur est active.
Le domaine G est défini par 32 °C < T¾atterie < T°habitacle, ce qui est le cas par exemple pour un véhicule stationné en plein soleil l'été. Un refroidissement par postventilation de la batterie peut s'avérer nécessaire afin d'anticiper une sollicitation prochaine par exemple avec un roulage tout électrique, ou afin de limiter l'impact de cette température élevée sur la température moyenne de la batterie, qui détermine en grande partie sa durée de vie. L'air habitacle ne peut alors pas refroidir la batterie: en référence le BMU requiert du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, l'ouverture des volets d'entrée d'air dans cet habitacle et la mise en rotation du pulseur d'air du groupe de climatisation, afin d'y faire entrer de l'air venant de l'extérieur qui se trouve alors à une température inférieure. L'air habitacle ainsi renouvelé sert alors à refroidir la batterie si aspiré par son pulseur, en utilisant des vitesses intermédiaires de rotation du pulseur pour optimiser le bilan énergétique et réduire les nuisances acoustiques. En variante si le groupe de climatisation de l'habitacle dispose d'un système de climatisation qui refroidit l'air, il peut être utilisé pour activer la réfrigération de cet habitacle et l'amener rapidement dans une plage de température de 20 à 25 °C, pour réaliser un refroidissement important de la batterie. Cependant cette variante n'est pas privilégiée à cause de l'importante consommation énergétique, qui réduit fortement l'autonomie et la disponibilité du roulage en mode tout électrique. Cependant, cette opération peut ne pas être optimale pour le confort thermique habitacle, si par exemple des positions différentes des volets d'entrée d'air dans l'habitacle sont requises (ex : recirculation). Dans ce cas :
Pour l'architecture 1 , il n'y a pas d'autre levier possible et il peut y avoir conflit de position des volets d'entrée d'air entre les requêtes formulées par le BMU et la fonction confort thermique habitacle.
Les architectures 2 et 3 disposent d'un levier supplémentaire avant d'arriver à cette situation de conflit : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (ce qui peut être le cas si par exemple l'air refroidissant le chargeur est l'air extérieur prélevé sous caisse), alors le refroidissement de la batterie peut être assuré par ce biais : o le pulseur de la batterie est activé préférentiellement (afin d'optimiser le bilan énergétique de l'opération et de limiter les nuisances acoustiques associées, surtout s'il s'agit d'un véhicule stationné : un bruit émanant du véhicule peut s'avérer incompréhensible et non nécessaire puisque la batterie n'est plus sollicitée) à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine G, ou en variante croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine G, o le volet est ouvert (dans le cas de l'architecture 2) ou l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » (dans le cas de l'architecture 3) ; et o le pulseur du chargeur est si nécessaire activé, préférentiellement à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine G (pour les raisons acoustiques et énergétiques évoquées ci-avant), ou croissante ou décroissante à mesure que la température batterie respectivement augmente ou diminue à l'intérieur du domaine G.
Concernant la post-ventilation, la température batterie moyenne (à maintenir entre 20 et 40 °C) a une influence majeure sur sa durée de vie, avec la part prépondérante qu'y occupe la température batterie en phase de stationnement ou de stockage par rapport à la température en utilisation. L'objectif d'un post-refroidissement est multiple : o baisser la température batterie pour en limiter le vieillissement qui s'accélère exponentiellement avec la température ; o assurer la fonctionnalité de la batterie au redémarrage après la coupure .
Avec pour objectifs en température batterie après arrêt : o un seuil d'entrée en derating (pour lequel débute la réduction par le BMU des performances de la batterie, par ex : 50 °C) ; o un seuil d'ouverture des contacteurs (par ex : 60 °C) pour lequel la batterie n'est plus disponible ; o et un critère de 40 °C sur la température batterie au redémarrage (à la fin de la post-ventilation). La fonction de post-ventilation est active dès que la température batterie atteint et dépasse un certain seuil au moment du key-off (par ex : 32 °C par analogie avec la définition ci-avant des domaines F et G).
Le domaine H est défini par T°batterie < 20 °C < T°habitacle : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température de l'air habitacle, qui lui est supérieure, permet de réchauffer cette batterie. Ainsi le BMU peut chauffer la batterie par l'air habitacle, en activant le pulseur d'air de la batterie, ce chauffage étant d'autant plus important que l'écart de température entre la batterie et l'air habitacle est élevé. Le pulseur chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés. En variante le BMU peut privilégier l'auto-échauffement de la batterie en désactivant le pulseur d'air de la batterie, afin notamment de réduire sa consommation électrique : dans ce cas, le pulseur d'air de la batterie est inactif, tout comme le pulseur du chargeur, et le volet ou l'obturateur sont fermés. Selon une autre variante, si le réchauffeur est présent, le BMU peut réchauffer la batterie grâce aux calories dissipées dans le circuit de thermorégulation par ce réchauffeur en amont de la batterie. Le pulseur d'air de la batterie est alors activé à une vitesse intermédiaire de manière à véhiculer les calories dissipées par le réchauffeur vers la batterie et de sorte à optimiser le bilan énergétique de cet échange de calories, tout en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur batterie. Ici encore, le pulseur chargeur est désactivé et le volet ou l'obturateur sont fermés. Dans toutes ces variantes, les limitations acoustiques sur la vitesse de rotation du pulseur sont actives, à des fins non seulement acoustiques mais aussi énergétiques.
Les architectures 2 et 3 offrent une opportunité supplémentaire : si la température de la zone d'implantation du chargeur le permet (ce qui peut être le cas si par exemple une recharge de la batterie vient de s'achever peu de temps avant et que l'air dans la zone d'implantation du chargeur est encore chaud à cause des calories évacuées pour le refroidir ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle), alors le réchauffage de la batterie peut être assuré par ce biais et alors : o le pulseur de la batterie est activé préférentiellement (afin d'optimiser le bilan énergétique de l'opération et de limiter les nuisances acoustiques associées, surtout s'il s'agit d'un véhicule stationné : un bruit émanant du véhicule peut s'avérer incompréhensible et non nécessaire puisque la batterie n'est pas sollicitée) à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine H et tant que la température de la zone d'implantation du chargeur est supérieure à celle de la batterie ou à celle de l'habitacle, o le volet est ouvert (dans le cas de l'architecture 2) ou l'obturateur est en position « ouvert vers la batterie » (dans le cas de l'architecture 3) ; o et le pulseur du chargeur est si nécessaire activé, préférentiellement à une vitesse intermédiaire fixe sur tout le domaine H (pour les raisons acoustiques et énergétiques évoquées ci-avant).
Le domaine I est défini par T°batterie < T°habitacle < 20 °C : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température habitacle, bien que supérieure à celle de la batterie, est toutefois insuffisante pour amener par ce seul biais la batterie dans sa plage optimale de température de fonctionnement. Le BMU peut activer le réchauffeur, s'il est présent, ainsi que le pulseur d'air de la batterie afin d'amener la température batterie jusqu'à 25 °C, à une vitesse intermédiaire de sorte à optimiser le bilan énergétique (en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur) et les nuisances acoustiques. Le pulseur d'air du chargeur reste désactivé et le volet ou l'obturateur fermés. Au delà de 25 °C, le BMU désactive le réchauffeur et le pulseur d'air de la batterie : on se trouve alors dans le domaine C. En l'absence de réchauffeur, le réchauffage de la batterie est possible soit par son auto- échauffement (le pulseur d'air de la batterie étant désactivé), soit par un réchauffage (même insuffisant) assuré par l'air habitacle, en activant le pulseur d'air de la batterie à des vitesses intermédiaires pour optimiser le bilan énergétique et réduire les nuisances acoustiques.
Tout comme dans le domaine H, les architectures 2 et 3 offrent de plus l'opportunité de pouvoir réchauffer la batterie par aspiration d'air dans la zone d'implantation du chargeur si sa température le permet (par exemple juste après une recharge de la batterie grâce aux calories évacuées pour refroidir le chargeur ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle). Dans ce cas, le pilotage des pulseurs batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, est préférentiellement identique à celui effectué dans le domaine H dans ces configurations. Le domaine J est défini par T°habitacle < T°batterie < 20 °C : la batterie se trouve alors à une température inférieure à sa plage optimale de fonctionnement et la température de l'air habitacle ne permet pas de la réchauffer. Si le réchauffeur est présent, Le BMU peut l'activer ainsi que le pulseur d'air de la batterie afin d'amener la température batterie jusqu'à 25 °C, à une vitesse intermédiaire de sorte à optimiser le bilan énergétique (en réduisant au minimum la consommation électrique du réchauffeur et du pulseur) et les nuisances acoustiques. Le pulseur d'air du chargeur reste désactivé et le volet ou l'obturateur fermés. Au delà de 25 °C, le BMU désactive le réchauffeur et le pulseur d'air de la batterie : on se trouve alors dans le domaine C. En l'absence de réchauffeur, le réchauffage de la batterie reste possible par son auto-échauffement (le pulseur d'air de la batterie étant désactivé).
Tout comme dans les domaines H et I, les architectures 2 et 3 offrent de plus l'opportunité de pouvoir réchauffer la batterie par aspiration d'air dans la zone d'implantation du chargeur si sa température le permet (par exemple juste après une recharge de la batterie grâce aux calories évacuées pour refroidir le chargeur ; en particulier, la température de la zone d'implantation du chargeur peut même être supérieure à celle de l'habitacle). Dans ce cas, le pilotage des pulseurs batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, est préférentiellement identique à ceux effectués dans les domaines H et I dans ces configurations.
Dans chacun des domaines A à J, la commande des pulseurs d'air batterie et chargeur anticipe les évolutions de température de la batterie et de l'air habitacle, comportant une hystérésis due notamment aux inerties thermiques, afin de réaliser une régulation stable de la température de la batterie sans pic de consommation électrique lié à la mise en rotation du pulseur d'air batterie (et dans certains cas du pulseur chargeur), sans nuisance acoustique associée à un fonctionnement variable de ces pulseurs, qui semblerait aléatoire.
La figure 5 ci-après présente en fonction de la température batterie et de la température chargeur, les différentes configurations possibles prises par le système de thermorégulation lors de la recharge de la batterie sur le réseau électrique extérieur. On déduira de ces configurations le pilotage associé des pulseurs d'air batterie et chargeur et du volet ou de l'obturateur, et du réchauffeur si le système en est équipé. Les valeurs numériques des température évoquées ci-après sont des exemples pour mieux appréhender le fonctionnement du système de thermorégulation. Le domaine K défini par T°batterie > 50 °C quelle que soit la température chargeur : la recharge de la batterie est interdite par le BMU, pour des raisons de sécurité et de durée de vie de la batterie. Il est alors nécessaire préalablement à une recharge de la batterie, de la refroidir selon des stratégies décrites plus haut pour les domaines A, F ou G, afin d'amener sa température dans une plage autorisant la recharge par le chargeur.
Le domaine L est défini par T°batterie < 20 °C quelle que soit la température chargeur : la recharge de la batterie est interdite par le BMU, pour des raisons de durée de vie de la batterie. Il est nécessaire préalablement à une recharge de la batterie, de la réchauffer selon les stratégies décrites plus haut pour les domaines H, I ou J, afin d'amener sa température dans une plage autorisant la recharge par le chargeur.
Le domaine M comporte, pour 20 °C < T°batterie < 50 °C, deux parties où la température chargeur < Tel (par ex : -20 °C) ou > Tc4 (par ex : 100°C) : soit la puissance électrique alors délivrée par le chargeur est nulle, soit ce chargeur ne peut alors pas être mis en service pour éviter de l'endommager. La recharge de la batterie n'est alors pas possible même si sa température l'autorise. Il est alors nécessaire, préalablement à une recharge de la batterie, de respectivement réchauffer ou refroidir le chargeur afin de lui permettre de délivrer une puissance pour recharger la batterie. Les stratégies mises en œuvre pour respectivement réchauffer ou refroidir le chargeur sont identiques à celles employées dans les domaines N et O qui sont décrites ci-dessous.
Le domaine N est défini, pour 20 °C < T°batterie < 50 °C, par Tel ≤ T°chargeur < Tc2 (avec par exemple Tc2 = -10°C), telles qu'au-dessus de Tc2, le chargeur peut délivrer sa puissance électrique maximale, qu'en-dessous de Tel il ne peut pas délivrer de puissance, et qu'entre ces deux valeurs la puissance délivrée est modulée de manière proportionnelle. Dans ce domaine, pour augmenter la puissance délivrée par le chargeur, une première solution consiste à laisser le chargeur se réchauffer par auto-échauffement : son pulseur est alors désactivé, le pulseur d'air batterie également et le volet ou l'obturateur est fermé. Une autre solution consiste, selon le lieu d'implantation du chargeur et le lieu d'aspiration de son air de thermorégulation, à réchauffer le chargeur grâce, selon le cas, à la température de l'air dans la zone d'implantation du chargeur ou à la température de l'air au lieu d'aspiration pour sa thermorégulation, si toutefois ces températures sont supérieures à celle du chargeur. Dans ce cas, le pulseur d'air chargeur est activé et :
- soit le volet ou l'obturateur est fermé et le pulseur d'air batterie est désactivé, - soit pour suppléer l'aspiration d'air par le pulseur chargeur, le volet est ouvert ou l'obturateur est ouvert en position « ouvert vers le pulseur batterie » et le pulseur batterie est activé.
Le domaine O est défini, pour 20 °C < T°batterie < 50 °C, par Tc3 < T°chargeur < Tc4 (avec par exemple Tc3 = 80 °C), telles qu'en-dessous de Tc3 le chargeur peut délivrer sa puissance électrique maximale, qu'au-dessus de Tc4 le chargeur ne peut pas délivrer de puissance, et qu'entre ces deux valeurs la puissance délivrée est modulée de manière proportionnelle.
Dans ce domaine, pour augmenter la puissance qui peut être délivrée par le chargeur 4, une solution consiste : - soit à différer la recharge de la batterie par le chargeur, en laissant se refroidir naturellement le chargeur jusqu'à ce qu'il revienne dans une plage de température autorisant la recharge de la batterie avec la puissance maximale, par exemple inférieure à 60 °C, pendant une certaine durée où il s'échauffe à cause de la recharge de la batterie avant d'atteindre la température de 80 °C où on change de domaine,
- soit à réduire la puissance de charge afin de ralentir la montée en température du chargeur, puis d'inverser l'évolution de cette température tout en maintenant pendant ce temps une recharge à puissance réduite.
Dans ces deux cas, le pulseur à air du chargeur est activé afin de maximiser son refroidissement et :
- soit le volet ou l'obturateur est fermé et le pulseur d'air batterie est désactivé,
- soit pour suppléer l'aspiration d'air par le pulseur chargeur, le volet est ouvert ou l'obturateur est ouvert en position « ouvert vers le pulseur batterie » et le pulseur batterie est activé. Les pulseurs seront préférentiellement activés à leurs consignes maximales sauf si des limitations acoustiques justifient la réduction des vitesses de rotation des pulseurs.
Le domaine P restant est défini, pour 20 °C < T°batterie < 50 °C, par Tc2 < T°chargeur < Tc3. La recharge de la batterie avec la puissance maximale est alors permise par les situations thermiques de la batterie et du chargeur. Le chargeur est alors dans sa plage optimale de fonctionnement. Toutefois si la température chargeur diminue et se rapproche de Tc2, il est judicieux d'anticiper son réchauffage comme décrit pour le domaine N, à partir de par exemple -5°C. De même, si la température chargeur augmente et se rapproche de Tc3, il est judicieux d'anticiper son refroidissement comme décrit pour le domaine O, au-delà de par exemple 60 °C. La capacité de thermorégulation peut alors être majoritairement dédiée pour la batterie, selon l'évolution de sa propre température liée à la puissance calorifique produite lors de sa recharge, et la température habitacle, suivant ce qui a été présenté précédemment par le diagramme de la figure 4. Dans le domaine P on peut également anticiper une utilisation de la batterie qui viendrait peu après la recharge, par exemple lors d'un roulage tout électrique, en profitant de cette recharge pour la refroidir, ce qui est facilité par le fait que cette batterie produit moins de calories en phase de recharge, qu'en phase d'utilisation, ou pour la réchauffer, grâce aux calories émises par le chargeur pendant le processus de recharge.
Dans la description qui a été faite des trois architectures de circulation d'air de refroidissement d'une batterie de traction et de son chargeur, la circulation de l'air de l'habitacle se passe directement au contact des différents constituants de la batterie (cellules, électronique, ...) à l'intérieur du pack batterie. En variante, l'air en provenance de l'habitacle peut circuler dans un échangeur thermique de type plaque échangeant des calories avec les éléments constitutifs de la batterie non plus par convection directe mais par conduction à travers cet échangeur. Bien que les échanges thermiques y soient sensiblement moins efficaces, cette variante, néanmoins moins préférentielle, permet de se passer dans certains cas d'un filtre, source de surcoût, de maintenance et de pertes de charge aérauliques supplémentaires. La circulation préférentielle de l'air en interne de la batterie est en « C » du haut vers le bas ou de bas en haut avec entrée et sortie du même petit côté du pack batterie. En variante, tous les types de circulation sont admis (« Z », « I », « trombone » avec entrée et sortie sur un même côté ou sur des côtés opposés ou adjacents, qu'il s'agisse des grands ou des petits côtés ; deux entrées et sorties séparant la batterie en deux demi-packs thermo-managés séparément ou ensemble par un même circuit d'air, ...), avec les conséquences associées en particulier sur l'écoulement d'air à l'intérieur du pack (pertes de charge, vitesses et débits d'air) et sur la durabilité de la batterie, sur l'implantation des conduits d'air et du dispositif décrit dans les différentes architectures qui ont été présentées.
Les cellules de la batterie présentent généralement une interface de type soupape ou opercule de sécurité qui pointe vers un circuit dédié de dégazage assurant l'évacuation des gaz, des vapeurs et de liquide (électrolyte) en cas d'emballement. Le circuit de dégazage de la batterie est ici préférentiellement séparé de son circuit de thermorégulation. En variante, ces deux circuits peuvent être confondus, le circuit de thermorégulation assurant également le dégazage de la batterie. Dans ce cas, entre autres précautions, la technologie des pulseurs est choisie de sorte à ne pas produire d'étincelles ou d'émissions électromagnétiques (propres à enflammer certains produits de dégradation des cellules de la batterie), le débouché du circuit de dégazage de la batterie est éloigné de toute source chaude (par exemple : échappement du moteur thermique), le circuit de thermorégulation de la batterie est conçu de sorte à ne pas autoriser le ruissellement dans l'habitacle de l'électrolyte et des autres produits de dégradation des cellules de la batterie, les différents composants du système (dont les conduits) ne produisent pas de décharge électrostatique et leurs matériaux sont ininflammables ou ignifugés.
La batterie et l'arrangement de ses composants internes à thermo-manager sera de forme globalement symétrique et parallélépipédique afin d'homogénéiser les débits, les vitesses et les pertes de charge d'air à l'intérieur. En variante, toutes les formes de pack batterie sont bien-sûr admises, mais avec les conséquences associées sur la répartition du flux d'air.
Les conduits d'air sont représentés en section rectangulaire et dont la largeur est négligeable devant la longueur : il s'agit d'une simplification. En effet, le recours à une section circulaire sera dès que possible privilégié dans le dessin des conduits (afin de limiter les pertes de charge) avec des coudes suffisamment rayonnés et sur des parcours les plus courts possibles, présentant de faibles angles de déviation et des évolutions douces de section le long des parcours. De plus, tout ou partie de ces conduits sera le cas échéant isolé acoustiquement et d'une porosité adéquate, en compromis optimisé entre pertes de charge et bruit de souffle ; en particulier, il n'y a préférentiellement pas de conduit poreux entre la batterie et son pulseur (tout ou partie du conduit d'air intermédiaire des vues ci-après) afin de ne pas altérer le fonctionnement du pulseur batterie et la thermorégulation de la batterie. L'extérieur des conduits sera également traité contre le rayonnement.
Dans les trois architectures représentées dans les vues ci-avant ne figurent pas les faisceaux électriques internes au système, ni les capteurs de température (air amont et/ou aval batterie et/ou chargeur, air habitacle en amont du module de thermorégulation, interne et/ou surface batterie et/ou chargeur), ni les capteurs de tension et de courant. Mais ils sont bien présents et les informations qui sont issues des capteurs sont, grâce à une partie des faisceaux, acquises par le BMU (non représenté) afin de piloter, grâce à l'autre partie des faisceaux, les actionneurs (pulseurs air batterie et chargeur, volets, obturateur, voire en variante un réchauffeur) selon les cartographies évoquées plus haut. Le pilotage de ces actionneurs prendra aussi en compte :
- la commande du pulseur et des volets d'entrée d'air extérieur dans l'habitacle, du groupe de climatisation (conventionnellement situé au tableau de bord),
- le mode de fonctionnement de la chaîne de traction (tout électrique, hybride, chargeur branché sur le secteur électrique domestique ou public ...), - le régime de rotation du moteur thermique,
- la vitesse du véhicule,
- les températures évoquées ci-dessus, dont la température air habitacle au niveau des passagers aux places avant et arrière du véhicule, le courant fourni par/à la batterie, la tension à ses bornes, son état de charge (SOC pour « State of Charge ») et la profondeur de décharge (DoD pour « Depth of Discharge »), la puissance électrique (par exemple à partir du courant et de la tension) fournie par le chargeur,
- la tension d'alimentation des actionneurs (pulseurs, volet, obturateur), des capteurs et des calculateurs, afin de corriger leurs commandes en fonction des variations de cette tension et de les y rendre insensibles, y compris lors des démarrages et redémarrages (en mode hybride ou en stop & start) du moteur thermique,
- la précision des capteurs de température, qui sera d'autant plus grande que les coefficients d'échange convectif sont faibles. Typiquement, une précision de ±0,5 °C à ±1 °C sera recherchée, afin de ne pas générer de nuisance acoustique due aux dispersions des débits d'air résultants. Pour les quatre premiers paramètres, à des fins notamment de confort thermique et acoustique. En particulier, afin de privilégier la thermorégulation et plus spécialement le refroidissement de la batterie au détriment du confort acoustique ou en mode dégradé (température de la batterie ou DoD trop élevées ou erreurs de communication ou sur l'état des capteurs de température et de tension), la limitation acoustique du pilotage de son pulseur peut être inhibée, soit totalement à partir d'un seuil de température de la batterie, soit progressivement entre deux seuils de température batterie. D'autre part, les commandes des pulseurs d'air peuvent être filtrées à des fins d'acoustique : limitation de la pente de variation de consigne (en montée et en descente en régime), temporisations, bandes de fréquence interdites pour éviter certaines plages de régimes de rotation pouvant être sources de résonance, hystérésis pour éviter des déclenchements intempestifs. Dans tous les cas, selon la nature et l'implantation des capteurs de température, si les pulseurs d'air sont restés inactifs depuis un temps trop long, l'information associée peut ne pas être représentative : l'activation brève (caractérisée par un intervalle et une durée d'activation, un seuil d'inactivité et un débit) d'un ou des pulseurs d'air permet de rafraîchir l'information. Le système de thermorégulation présenté dans les trois déclinaisons d'architecture qui ont été décrites ci-avant, assure en particulier le thermo-management de la batterie dans d'autres situations de vie que les seules phases de recharge sur prise domestique ou publique et d'utilisation par le client en usage ZEV ou hybride, avec notamment :
- La pré-ventilation hors utilisation ou avant la recharge afin d'amener la batterie à sa température optimale avant le début respectivement de l'utilisation ou de la recharge, ceci en fonction de la température initiale de la batterie, de l'évolution de sa température et de la température de l'air habitacle en amont du module de thermorégulation. Cette fonction est particulièrement pertinente en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle, si une telle phase existe et est en cours ou vient d'avoir lieu, où de l'énergie électrique est consacrée sur volonté du client au réchauffage (CTP sur l'eau et/ou sur l'air, ...) ou à la réfrigération (compresseur électrique, ...) de l'air habitacle : il s'agit alors, si nécessaire, de consacrer la puissance thermique résiduelle encore disponible à également préconditionner (préchauffer ou pré-refroidir) la batterie.
- Selon la même optique que précédemment : la post-ventilation juste après la recharge ou une utilisation du véhicule, afin d'abaisser la température batterie ou contenir une élévation de celle-ci lors d'une relaxation de l'énergie thermique emmagasinée dans la batterie si sa ventilation est interrompue, et dans tous les cas garantir une T°batterie < 40 °C au redémarrage et en tirant profit de l'énergie résiduelle contenue dans l'air habitacle à l'arrêt ou pendant le stationnement du véhicule si celui-ci a été conditionné par le circuit de réfrigération. Cette stratégie est motivée par l'influence qu'a sa température moyenne (en utilisation, où la batterie est thermo régulée de façon active, mais aussi hors utilisation, par exemple en phase de stationnement du véhicule, qui peut représenter jusqu'à 80 à 90% de la durée de vie totale du véhicule et où cette thermorégulation est moins énergétiquement facile à mettre en œuvre) sur le vieillissement et la durée de vie de la batterie. Cette stratégie sera mise en œuvre pendant une durée plus ou moins longue à convenir au moment de l'arrêt du véhicule. - En utilisation, l'anticipation des fortes sollicitations (ex : passage en ZEV), qu'il est important de pouvoir détecter (par exemple à travers la demande de courant ou de puissance électrique) afin d'anticiper le refroidissement de la batterie et de maintenir sa température inférieure à par exemple 40 à 50 °C. Cette fonction sera toutefois assujettie aux mêmes contraintes qu'en usage conventionnel (par exemple : contraintes acoustiques liées à la vitesse du pulseur d'air).
D'autre part, les trois architectures représentées dans les vues ci-avant permettent aussi de réchauffer la batterie (thermorégulation de celle-ci et non juste refroidissement) par l'élévation de la température habitacle, par exemple en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle véhicule en recharge ou en stationnement ou pendant la phase de convergence thermique de l'habitacle alors que le véhicule est en utilisation. De plus, les calories dissipées dans le circuit de thermorégulation de la batterie peuvent également contribuer à réchauffer l'habitacle en phase de préconditionnement thermique de l'habitacle véhicule en recharge ou en stationnement ou pendant la phase de convergence thermique véhicule en utilisation, plutôt que le système ne rejette ces calories à l'extérieur du véhicule. Enfin, certaines configurations prises par certaines architectures présentées dans les vues ci-avant permettent, le cas échéant, de réchauffer la batterie également grâce aux calories dissipées par le chargeur en plus de l'air provenant de l'habitacle. En variante non préférentielle, un réchauffeur, par exemple de type électrique, peut être inséré, pour chaque variante et sans sortir du cadre de l'invention, en série avec la batterie et en amont de celle-ci ou directement au contact de ses cellules, afin de préchauffer la batterie si nécessaire (si son auto-échauffement ou si son réchauffage par l'air habitacle s'avèrent insuffisants ou trop lents, par ex en cas de commercialisation dans des pays de grand froid : Russie, Suède, Norvège, Finlande, ...) avant la recharge ou l'utilisation de la batterie proprement dites, jusqu'à ce que la batterie atteigne une T° de 20 à 25 °C par ex, pour les raisons qui seront explicitées plus bas. Enfin, dans tous les cas de ventilation (avant, pendant ou après la recharge de la batterie tout comme en cas de pré- ou post-ventilation de la batterie, respectivement avant et après utilisation), le système de thermorégulation pourra si nécessaire requérir l'ouverture (et le cas échéant, la refermeture) des volets d'entrée d'air du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule (selon la température air extérieur, température air habitacle entrée batterie et la température batterie) afin le cas échéant d'assurer une circulation de l'air dans la batterie sans mettre en dépression ou surpression l'habitacle et/ou le coffre (selon l'implantation du chargeur dans le véhicule) et/ou afin de renouveler l'air habitacle (qui est lui systématiquement filtré avant son entrée dans l'habitacle) sans envoyer dans la batterie de l'air habitacle potentiellement plus chaud que l'air extérieur et la batterie au cas où T°habitacle > T°extérieur (notamment en cas de stationnement prolongé du véhicule l'été en plein soleil par fort ensoleillement), dans ce dernier cas surtout s'il s'avère exclu d'aspirer l'air extérieur (dans cette phase de vie, via un volet sur l'admission d'air entre l'habitacle et l'extérieur) directement dans la batterie, notamment pour les raisons suivantes :
- sensibilité, pour un refroidissement direct d'air (par contact entre l'air extérieur et les cellules de la batterie, les contacteurs, etc., par opposition à une architecture avec cooling plate), aux poussières ou autres particules. La présence d'un filtre est alors indispensable mais génère une perte de charge aéraulique et un coût supplémentaires et la nécessité d'une maintenance périodique pour se prémunir de son colmatage;
- sensibilité à la présence d'humidité ou d'eau; - sensibilités ci-avant également valables pour les pulseurs d'air batterie et chargeur;
- influence d'une admission d'air sous caisse, même fermée, sur l'aérodynamique du véhicule;
- nécessité d'un volet pour gérer le lieu d'admission d'air extérieur / habitacle. Ainsi, par exemple, en phase de post-ventilation de la batterie, les volets d'entrée d'air du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule doivent pouvoir être ouverts quand nécessaire. En l'absence de ce besoin de ventilation de la batterie, alors les volets sont maintenus dans la position requise par la fonction thermique habitacle (et peuvent par exemple être fermés - en position de recirculation partielle ou totale d'air en interne habitacle - pour maintenir plus longtemps dans l'habitacle l'ambiance thermique telle qu'elle était lors de l'arrêt). Dans ce cas de recirculation, les pulseurs d'air climatisation et batterie doivent pouvoir assurer si nécessaire la thermorégulation de la batterie et le refroidissement du chargeur sans pour autant dégrader le confort thermique habitacle, qu'il soit en phase de convergence ou de maintien. Inversement, le système de thermorégulation de la batterie ne doit de son côté pas propager de chaleur au coffre ni à l'habitacle.
Un nécessaire préconditionnement (impact important sur la durée de vie batterie) justifie la mise en œuvre possible de plusieurs stratégies :
- post ventilation de l'habitacle et de la batterie suite à la coupure contact ;
- ventilation habitacle et batterie en stationnement ; - post réfrigération de l'habitacle associée à une ventilation de la batterie suite à coupure contact ;
- ventilation habitacle associée à une ventilation batterie avant recharge ;
- réfrigération de l'habitacle associée à une ventilation de la batterie avant recharge. II peut alors être pertinent de par exemple ventiler d'abord l'habitacle, pendant une durée déterminée, en ouvrant le volet de recirculation vers l'air extérieur et en fonction de la distribution, pour ramener dans un premier temps l'habitacle à une température proche de la température extérieure. Dans un deuxième temps, le pulseur batterie sera actionné (à une consigne et pendant une durée déterminée, notamment selon l'inertie thermique de la batterie) en plus du fonctionnement du pulseur du groupe de climatisation, pour faire baisser la température habitacle. Il s'agira ensuite de post-ventiler la batterie tant que l'air habitacle est à une température inférieure à la batterie et pour une température batterie supérieure à une valeur nécessitant ce post-refroidissement, en utilisant d'abord le pulseur batterie pour aspirer l'air habitacle. A mesure que la température habitacle augmente, l'habitacle est ensuite ventilé pour en limiter l'augmentation de température. L'apport de ces stratégies sera à évaluer en fonction des situations de vie dimensionnantes.
Enfin, des synergies peuvent être dégagées entre la recharge de la batterie et quand nécessaire son réchauffage ou son refroidissement. Ainsi, le profil de puissance de la recharge peut être adapté (en répartition temporelle et/ou en amplitude) en fonction de principaux paramètres comme la température batterie, température chargeur, température extérieure, température habitacle. Par exemple, la recharge de la batterie pourra être effectuée à une puissance de charge réduite si la température de la batterie est trop élevée, afin de limiter son échauffement. Autre exemple, lors d'une recharge de la batterie par ambiance froide (par exemple sous - 10°C ; typiquement à -20 °C ; d'autant plus à mesure que la température batterie initiale et la T°ambiante sont faibles), le profil de la recharge est modulé afin que la batterie soit la plus proche (dans la mesure du possible) de sa plage optimale de fonctionnement lors du début d'utilisation du véhicule par le client. Ainsi, si le client a programmé l'horaire de son départ, il peut par exemple être judicieux de terminer la recharge le plus près possible de cet horaire, compte-tenu de l'inertie thermique de la batterie, afin que ce processus de recharge contribue à réchauffer la batterie pour la rendre davantage disponible que ce qu'elle aurait pu l'être avec une recharge effectuée juste au moment du branchement du chargeur sur le secteur, la batterie s'étant entretemps refroidie par convection naturelle avec l'ambiante. Le BMU gère la compatibilité de cette stratégie avec la maximisation des heures creuses, selon l'horaire de départ programmée par le client. Ainsi, dans cet exemple, il peut être possible de charger la batterie en au moins deux phases : une première phase maximisant la recharge pendant les heures creuses jusqu'à un seuil de SOC déterminé et une deuxième phase pouvant potentiellement se dérouler hors heures creuses et selon un profil de puissance en fonction du temps différent de la première phase afin d'accélérer la montée en température de la batterie tout en achevant sa recharge.

Claims

Revendications
1 . Dispositif de contrôle thermique d'équipement d'un véhicule automobile, l'équipement électrique comprenant une batterie de traction (2 ; 102 ; 1002) avec plusieurs éléments et un appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010), tel qu'un chargeur de la batterie, le dispositif comprenant : une première conduite d'air (4 ; 104 ; 1004) reliant d'un point de vue aéraulique la batterie à l'habitacle du véhicule ; une deuxième conduite d'air (6 ; 106 ; 1006) reliant d'un point de vue aéraulique la batterie avec l'extérieur du véhicule ; un premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) apte à générer un débit d'air au travers des première et deuxième conduites ; un deuxième ventilateur (12 ; 1 12 ; 1012) apte à générer un débit d'air au travers de l'appareil électrique ; caractérisé en ce que le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) est disposé au niveau de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006) de manière à générer un débit d'air par aspiration, la première et/ou la seconde conduite d'air (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) comprend un dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) de l'air de refroidissement de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) et la sortie du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est disposée à proximité de l'admission (14 ; 1 14 ; 1014) de manière à permettre un échappement libre dudit débit air lorsque l'admission est fermée.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage de l'air au niveau de la batterie assurant une répartition homogène sur ses différents éléments.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de guidage sont configurés de manière à ce que la circulation d'air au contact des éléments de la batterie décrive au moins un changement de direction d'au moins 90°.
4. Dispositif selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) est disposé dans la première conduite d'air (4 ; 104 ; 1004) de manière à au moins partiellement obstruer ladite conduite en amont de l'admission (14 ; 1 14 ; 1014) lorsque cette dernière est ouverte.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est disposé au droit de l'admission (14 ; 1 14 ; 1014) de manière à ce que l'échappement libre de son débit d'air soit dans l'environnement de l'appareil électrique.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième ventilateur (12 ; 1 12 ; 1012) est disposé d'un point de vue aéraulique entre l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) et le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle des premier et deuxième ventilateurs et du dispositif d'admission de l'air de refroidissement de l'appareil électrique.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour
- mettre en service le premier ventilateur (8 ; 108 ;1008), lorsque
- la température de la batterie est supérieure une valeur maximum ; et
- la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie ; ou lorsque
- la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure ; et
- la température de l'habitacle est supérieure à la température de la batterie.
9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour maintenir fermé le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique lorsque le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) est arrêté.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est configuré pour actionner le deuxième ventilateur (12 ; 1 12 ; 1012) lorsque la température de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est supérieure à une valeur maximale et configuré pour actionner en ouverture le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) lorsque la température ambiante de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est supérieure à une valeur maximale.
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique est disposé au niveau de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006), ladite admission étant disposée d'un point de vue aéraulique entre la batterie (2 ; 102 ; 1002) et le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 0, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est disposé au niveau de la première conduite (4 ; 104 ; 1004).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle des premier et deuxième ventilateurs et du dispositif d'admission, configuré pour
- mettre en service le premier ventilateur (8 ; 108 ; 1008) ; et
- ouvrir l'admission (14 ; 1 14 ; 1014) de l'air de refroidissement de l'appareil ; lorsque
- la température de la batterie est supérieure à une valeur maximum ; et
- la température de l'habitacle est inférieure à la température de la batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est inférieure à la température de la batterie ; ou lorsque
- la température de la batterie est inférieure à une valeur inférieure ; et
- la température de l'habitacle est supérieure à la température de la
batterie et/ou la température ambiante de l'appareil électrique est supérieure à la température de la batterie.
14. Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) est disposé au niveau de la première conduite (4 ; 104 ; 10004) et de la deuxième conduite (6 ; 106 ; 1006), de manière à pouvoir admettre ledit débit d'air de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010) sélectivement vers la première conduite ou la deuxième conduite.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les première et deuxième conduites (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) sont disposées côte à côte au moins aux endroits d'admission du débit d'air au travers de l'appareil électrique (10 ; 1 10 ; 1010), et en ce que le dispositif d'admission (14 ; 1 14 ; 1014) est en liaison avec les première et deuxième conduites (4 ; 104 ; 1004 ; 6 ; 106 ; 1006) et comporte une entrée du débit d'air de l'appareil électrique.
16. Véhicule équipé d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
17. Procédé de contrôle thermique d'une batterie de traction et d'un appareil électrique, tel qu'un chargeur de la batterie, le procédé comprenant l'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 15.
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