WO2020115428A1 - Modular battery comprising a thermal conditioning system - Google Patents

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heat transfer
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Matthieu Desbois-Renaudin
Jean-Noël CARMINATI
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Wattalps
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Definitions

  • the present invention relates to a modular battery comprising a thermal conditioning system.
  • a modular battery includes one or more battery modules connected to each other.
  • Each battery module comprises an assembly of electric accumulators connected to each other by electrical connection elements.
  • the challenge is to keep the electric accumulators in a temperature range as close as possible to 25 ° C (for example between 15 and 35 ° C), whatever the outside temperature (that -this being typically between -30 ° C and 50 ° C).
  • the battery therefore comprises a thermal conditioning system for electric accumulators which makes it possible to cool or heat the electric accumulators in order to improve the performance and the lifespan of the battery, depending on the temperature outside the battery.
  • thermal conditioning systems by air, by glycol water or by a dielectric fluid.
  • the heat transfer fluid is air
  • it has the advantage of being lighter but it provides less good heat exchange. It is therefore necessary to greatly reduce the air temperature and generate significant flow rates to allow correct cooling of the accumulators.
  • the fact that the air has very low thermal inertia means that the cooling must be dimensioned for power peaks.
  • the air is not used in a vacuum, it should be carefully filtered to avoid any entry of dust, which can significantly reduce the dielectric strength of the battery.
  • Brine is the most commonly used heat transfer fluid. Compared to air, glycol water provides better heat extraction but requires electrically isolating the lithium-ion cells from the coolant. Except to use expensive electrically insulating materials such as a thermal paste (“thermal pad” according to English terminology) or an encapsulation gel comprising a thermally conductive additive, a high temperature difference is necessary between the electric accumulators and the heat transfer fluid.
  • thermal paste thermal pad
  • encapsulation gel comprising a thermally conductive additive
  • a dielectric heat transfer fluid with phase change can be brought into direct contact with electric accumulators. This allows better heat exchange with accumulators (be it an intake or an extraction of calories). Consequently, a low flow rate is sufficient and the temperature difference between the accumulators and the heat transfer fluid is reduced. Furthermore, due to the thermal inertia of the heat transfer fluid, the dimensioning of the cooling can be based on the average power required in use. However, managing the volume expansion of the heat transfer fluid during its phase change is complex. In addition, due to their composition, dielectric phase change fluids pose pollution and toxicity problems, resulting in particular in a high global warming potential.
  • Heating is generally carried out by simple heating resistors. In a system equipped with reversible air conditioning, it is also possible to use said system in heating mode.
  • An object of the invention is to remedy the drawbacks of the above solutions and in particular to design a system for conditioning a battery which fulfills the following conditions:
  • the invention provides a battery comprising a stack of at least two battery modules in which electrical accumulators and a thermal conditioning system are arranged, said battery being characterized in that the thermal conditioning system comprises:
  • a box comprising an inlet orifice and an outlet orifice for a heat transfer liquid and a device for heating and / or cooling the heat transfer liquid, said case being arranged at a first end of the stack against a battery module,
  • a circuit of a dielectric heat transfer liquid said circuit being arranged so as to circulate the dielectric heat transfer liquid in the housing between the inlet port and the outlet port to thermally condition it and then to circulate said dielectric liquid conditioned through the stack, directly in contact with the accumulators in each module.
  • the housing of the thermal conditioning system comprises: a heat exchanger arranged opposite the inlet and outlet orifices and / or a thermoelectric cooling module having a cold face facing the heat exchanger,
  • thermoelectric cooling module a heat dissipation mechanism arranged opposite a hot face of the thermoelectric cooling module
  • the thermal conditioning system further comprises at least one heating resistor arranged in the housing to heat the heat transfer liquid.
  • the inlet port and the outlet port are arranged on the same face of the housing, said face being attached to a face of the adjacent battery module.
  • each module in which the through channel of each module is in fluid connection with the through channel of each adjacent module and with the inlet orifice of the housing of the thermal conditioning system, the distribution duct of each module is in fluid connection with the duct distribution of each adjacent module and with the outlet orifice of the housing of the thermal conditioning system, and the discharge conduit of each module is in fluid connection with the discharge conduit of each adjacent module.
  • the battery then further comprises two connections for connection to a reservoir and a circulation pump for the heat-transfer liquid, said connections being arranged at the second end of the stack of modules, a first connection being in fluid connection with the channel passing through modules and a second connector being in fluid connection with the module discharge pipe.
  • the battery also comprises at least one temperature sensor suitable for measuring a temperature outside the battery, a temperature sensor suitable for measuring a temperature inside each module and a temperature sensor suitable for measuring a temperature of the heat transfer liquid.
  • the battery advantageously comprises a thermal regulation system coupled to said temperature sensors and configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to cool the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
  • the thermal regulation system is configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to heat the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
  • the thermal regulation system is configured to activate the thermoelectric cooling module in reversible mode to heat the dielectric heat transfer liquid.
  • the thermal regulation system is configured to activate said heating resistor to heat the dielectric heat transfer liquid.
  • Another object of the invention relates to a vehicle comprising such a battery.
  • Another object of the invention relates to a process for thermal conditioning of said battery. This process includes activating the thermal conditioning system only in one or more of the following situations:
  • FIG. 1 is a block diagram of the circulation of the coolant in a battery according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 is another perspective view of the battery of Figure 2;
  • thermoelectric cooling module according to an embodiment of the invention
  • thermoelectric cooling module is a graph representing the heat output extracted by the thermoelectric cooling module as a function of the electric current supplied for different temperature differences between the hot face and the cold face of said module.
  • FIG. 1 is a block diagram of the thermal conditioning system according to the invention.
  • the battery comprises a plurality of stacked modules 1, which each contain accumulators.
  • the modules are in fluid connection with each other for the circulation of a dielectric heat transfer liquid intended to thermally condition (that is to say cool or warm) the accumulators arranged in each module.
  • the dielectric heat transfer liquid can be chosen from the group comprising a synthetic oil and a poly-alpha-olefin oil, a natural or synthetic ester, an electrical transformer mineral oil or any other liquid with a dielectric rigidity making it possible to isolate the accumulators. each other in all circumstances of use of the system.
  • the heat transfer dielectric liquid is chosen from the group comprising perfluorohexane, perfluoromethylcyclohexane, perfluoro-1, 3-dimethylcyclohexane, perfluorodecaline, perfluoromethyldecaline, trichlorofluoromethane, trichlorotrifluoroethane ethanol.
  • the system has good thermal inertia due to the high thermal capacity of the accumulator-dielectric liquid assembly.
  • the mass thermal capacity of lithium-ion accumulators is around 1000 J / (kg.K) while that of the dielectric liquid is around 2000 J / (kg.K).
  • the thermal conditioning system comprises a box 4 arranged at one end of the stack.
  • the box 4 is shown at a distance from the stack of modules, but, after assembly, the box is arranged against the module located at the end of the stack.
  • the housing 4 includes an inlet port 40 and an outlet port 41 for the dielectric liquid.
  • the housing 4 comprises components capable of heating or cooling the heat-transfer liquid to a determined temperature when it circulates from the inlet port to the outlet port.
  • the heat transfer liquid circuit is arranged in the modules and in the housing according to the diagram in FIG. 1.
  • the heat transfer liquid enters and leaves the battery through the end of the stack of modules opposite the housing 4.
  • the battery comprises, at this end, an inlet connector 20 adapted to be connected to a reservoir of heat transfer liquid (not shown), itself coupled to a pump (not shown) for circulating the liquid in the circuit, and an outlet connector 21 adapted to be connected to said reservoir for the return of the liquid after it has passed along accumulators.
  • the inlet connector 20 is in fluid connection with a through channel A arranged on one side of each module 1.
  • the through channel A therefore extends over the entire length of the stack, from the inlet connector 20 to the inlet port 40 of the housing 4.
  • the through channel is separated from the rest of the volume of the module and therefore does not communicate with the interior volume of the module containing the accumulators.
  • a conduit B for distributing the heat transfer liquid is arranged in each module, over the entire length of the stack, in fluid connection with the outlet orifice 41 of the housing 4.
  • the conduit B extends substantially parallel to the channel A, on the same side of the stack.
  • a pipe C for discharging the heat transfer liquid extends in each module, over the entire length of the stack, and opens into the outlet connector 21.
  • the pipe C extends substantially parallel to the pipe B, on the opposite side of the stack relative to the interior volume of the modules containing the accumulators.
  • the conduits B and C are in fluid connection with the interior volume of each module, so that part of the liquid entering each module through the conduit B flows into said interior volume, bathes the accumulators and comes out of the module through conduit C.
  • the heat transfer fluid circuit within the battery is as follows:
  • the heat transfer liquid having bathed the accumulators is collected by the discharge pipe C, and routed to the outlet connection 21.
  • the box in which the thermal conditioning of the heat transfer liquid is ensured is arranged as close as possible to the battery modules.
  • the heat transfer liquid circuit is fully integrated in the stack of modules and the housing, which minimizes heat losses.
  • thermal conditioning system is that it is particularly robust since it is neither subject to the risk of breakage of moving mechanical parts, nor to the risk of gas leaks.
  • the volume required to install the components enabling the liquid to be thermally conditioned is relatively small, so that the size of the housing vis-à-vis the battery is small.
  • Figures 2 and 3 are perspective views of a modular battery comprising a thermal conditioning system according to an embodiment of the invention.
  • brackets 2 On either side of the stack are arranged two brackets 2 which in particular allow the battery to be fixed to the chassis of a vehicle or machine.
  • the modules are kept stacked on top of each other by tie rods 3 which pass through all the modules 1 and brackets 2.
  • Each module is in fluid connection with the adjacent module (s) for the circulation of the dielectric heat transfer liquid.
  • each module has, on each of its faces intended to be attached to another module, an inlet orifice, respectively for outlet from the through channel A, an outlet or outlet, respectively for the distribution duct B (these orifices preferably being on the same side of the module) and an outlet or inlet respectively of the discharge conduit C, arranged on the side of the module opposite to channel A .
  • the orifices are arranged so that the channel A and the conduits B and C extend parallel to the longitudinal axis of the stack of modules.
  • the housing 4 of the thermal conditioning system is arranged at the end of the stack opposite to the connections 20, 21 for entering and leaving the heat-transfer liquid in the battery.
  • the bracket 2 being interposed between the housing and the adjacent module, it is provided with two orifices 10, 1 1 arranged opposite the orifices 40, 41 of the housing on the one hand and of the through channel A and of the distribution duct B on the other hand.
  • Figure 4 is an exploded view of the housing 4 of the thermal conditioning system.
  • the casing 4 is made up of a cold plate 12 in which the orifices 40, 41 for entering and leaving the heat-transfer liquid are arranged, and a protective sheet 17 comprising perforations 170 for evacuating the heat.
  • the cold plate 12 and the protective sheet 17 form a closed enclosure in which the other thermal conditioning components are arranged.
  • the housing contains in particular a thermoelectric cooling module comprising a plurality of Peltier modules 14, the cold face of which is arranged opposite the cold plate 12 (which also plays the role of heat exchanger).
  • the thermoelectric module is mounted on the cold plate 12 by an intermediate piece 13 in the form of a frame.
  • thermoelectric module On the side of the hot face of the thermoelectric module are arranged a heat dissipation mechanism (for example a fan 15) and a device 16 for dissipating heat opposite the fan.
  • the device 16 may for example be a finned or spiked dissipator.
  • Seals 42 are arranged around the orifices 40, 41 to ensure fluid tightness with the stack of modules 1.
  • the cold plate 12 is pressed directly against the bracket 2, the orifices 40, 41 being opposite the orifices 10, 1 1 formed in the bracket 2 which open respectively in the through channel A and in the distribution duct B.
  • Both the heat exchanger and the thermoelectric cooling module are low-power systems. They can optionally be used alone and not combined as in the embodiment of FIG. 4.
  • the operation of the thermal conditioning system is as follows.
  • the battery is equipped with one or more temperature sensors.
  • at least one sensor is arranged so as to measure the temperature outside the battery (called ambient temperature). This sensor can possibly be offset, that is to say not fixed directly on the battery but in an adequate zone of the chassis of the vehicle.
  • Each module is also equipped with a sensor adapted to measure the temperature inside said module, at the level of the accumulators.
  • the heat transfer liquid circuit is provided with at least one sensor suitable for measuring the temperature of the liquid. Said sensors are coupled to a thermal regulation system which is configured to selectively activate the thermal conditioning system based on the measurement data from the sensors.
  • the thermal conditioning system includes a cooling mode and a heating mode. As indicated above, the thermal conditioning system is controlled to maintain the electric accumulators in a temperature range as close as possible to 25 ° C (for example between 15 and 35 ° C), whatever the outside temperature.
  • the cooling mode is typically implemented when the temperature of the accumulators exceeds a determined maximum temperature, or when the ambient temperature becomes lower than the temperature of the heat transfer liquid.
  • the detection of an ambient temperature lower than the temperature of the coolant (which often occurs overnight) triggers the circulation of the liquid and its passage to through the heat exchanger which is dimensioned to cool the liquid to a temperature at most 5 ° C above room temperature.
  • the Peltier modules which compose it are dimensioned for, for example for an ambient temperature of 30 ° C, maintain a temperature of the accumulators of the order of 25 ° C; the temperature on the cold side is around 20 ° C and the temperature on the hot side is around 40 ° C.
  • the reheating mode is typically implemented when the temperature of the accumulators becomes lower than a determined minimum temperature.
  • thermoelectric cooling module being reversible, the heating mode can be activated by the control system by commanding a reversal of the operation of the thermoelectric cooling module.
  • the transition from cooling mode to heating mode is carried out by stopping the thermoelectric cooling module and activating the heating resistor so as to heat the heat transfer liquid.
  • the thermal regulation system is configured to initiate the heating or cooling mode during a battery charging operation.
  • the energy consumed for heating the heat transfer liquid comes from the electrical network to which is connected to the battery during its charge, and not from the battery itself.
  • FIG. 5 indeed illustrates the evolution of the coefficient of performance (COP) as a function of the intensity I of the electric current supplied to the thermoelectric module for different temperature differences (DeltaT). It is thus observed that it is the deviations of 10 and 20 ° C which provide the best coefficient of performance.
  • COP coefficient of performance

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Abstract

The invention relates to a battery comprising a stack of at least two battery modules (1) in which there are arranged electric accumulators and a thermal conditioning system, the said battery being characterized in that the thermal conditioning system comprises: - a housing (4) comprising an inlet orifice (40) and an outlet orifice (41) for a heat-transfer liquid and a device for heating and/or cooling the heat-transfer liquid, the said housing being arranged at a first end of the stack against one battery module, - a dielectric heat-transfer liquid circuit, the said circuit being arranged in such a way as to cause the dielectric heat-transfer liquid to circulate through the housing (4) between the inlet orifice (40) and the outlet orifice (41) in order to thermally condition this housing and then cause the said conditioned dielectric liquid to circulate through the stack, in direct contact with the accumulators of each module (1).

Description

BATTERIE MODULAIRE COMPRENANT UN SYSTEME DE CONDITIONNEMENT MODULAR BATTERY INCLUDING A CONDITIONING SYSTEM
THERMIQUE THERMAL
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne une batterie modulaire comprenant un système de conditionnement thermique. The present invention relates to a modular battery comprising a thermal conditioning system.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Une batterie modulaire comprend un ou plusieurs modules de batterie connectés entre eux. Chaque module de batterie comprend un assemblage d'accumulateurs électriques connectés entre eux par des éléments de connexion électrique. A modular battery includes one or more battery modules connected to each other. Each battery module comprises an assembly of electric accumulators connected to each other by electrical connection elements.
Pour une batterie de type lithium-ion, l’enjeu est de maintenir les accumulateurs électriques dans une plage de température aussi proche que possible de 25°C (par exemple entre 15 et 35°C), quelle que soit la température extérieure (celle-ci étant typiquement comprise entre -30°C et 50°C). For a lithium-ion type battery, the challenge is to keep the electric accumulators in a temperature range as close as possible to 25 ° C (for example between 15 and 35 ° C), whatever the outside temperature (that -this being typically between -30 ° C and 50 ° C).
La batterie comprend donc un système de conditionnement thermique des accumulateurs électriques qui permet de refroidir ou de réchauffer les accumulateurs électriques afin d'améliorer les performances et la durée de vie de la batterie, selon la température extérieure à la batterie. The battery therefore comprises a thermal conditioning system for electric accumulators which makes it possible to cool or heat the electric accumulators in order to improve the performance and the lifespan of the battery, depending on the temperature outside the battery.
II existe des systèmes de conditionnement thermique par air, par eau glycolée ou par un fluide diélectrique. There are thermal conditioning systems by air, by glycol water or by a dielectric fluid.
Lorsque le fluide caloporteur est de l’air, il présente l’avantage d’être plus léger mais il procure un échange thermique moins bon. Il est donc nécessaire de diminuer fortement la température de l’air et de générer des débits importants pour permettre un refroidissement correct des accumulateurs. Par ailleurs, le fait que l’air présente une très faible inertie thermique impose de dimensionner le refroidissement pour les pics de puissance. Enfin, si l’air n’est pas utilisé en vase clos, il convient de soigneusement le filtrer pour éviter toute entrée de poussières, qui peuvent nettement diminuer la tenue diélectrique de la batterie. When the heat transfer fluid is air, it has the advantage of being lighter but it provides less good heat exchange. It is therefore necessary to greatly reduce the air temperature and generate significant flow rates to allow correct cooling of the accumulators. Furthermore, the fact that the air has very low thermal inertia means that the cooling must be dimensioned for power peaks. Finally, if the air is not used in a vacuum, it should be carefully filtered to avoid any entry of dust, which can significantly reduce the dielectric strength of the battery.
L’eau glycolée est le fluide caloporteur le plus utilisé. Par rapport à l’air, l’eau glycolée procure une meilleure extraction de la chaleur mais nécessite d’isoler électriquement les cellules lithium-ions du fluide de refroidissement. Sauf à utiliser des matériaux électriquement isolants onéreux tels qu’une pâte thermique (« thermal pad » selon la terminologie anglo-saxonne) ou un gel d’encapsulation comprenant un additif thermiquement conducteur, un écart de température élevé est nécessaire entre les accumulateurs électriques et le fluide caloporteur. Brine is the most commonly used heat transfer fluid. Compared to air, glycol water provides better heat extraction but requires electrically isolating the lithium-ion cells from the coolant. Except to use expensive electrically insulating materials such as a thermal paste (“thermal pad” according to English terminology) or an encapsulation gel comprising a thermally conductive additive, a high temperature difference is necessary between the electric accumulators and the heat transfer fluid.
Un fluide caloporteur diélectrique à changement de phase peut être mis en contact direct des accumulateurs électriques. Cela permet un meilleur échange thermique avec les accumulateurs (qu’il s’agisse d’un apport ou d’une extraction de calories). Par conséquent, un débit faible est suffisant et l’écart de température entre les accumulateurs et le fluide caloporteur est réduit. Par ailleurs, du fait de l’inertie thermique du fluide caloporteur, le dimensionnement du refroidissement peut être basé sur la puissance moyenne nécessaire en utilisation. Cependant, la gestion de l’expansion volumique du fluide caloporteur lors de son changement de phase est complexe. De plus, de par leur composition, les fluides diélectriques à changement de phase posent des problèmes de pollution et de toxicité, se traduisant notamment par un potentiel de réchauffement global élevé. A dielectric heat transfer fluid with phase change can be brought into direct contact with electric accumulators. This allows better heat exchange with accumulators (be it an intake or an extraction of calories). Consequently, a low flow rate is sufficient and the temperature difference between the accumulators and the heat transfer fluid is reduced. Furthermore, due to the thermal inertia of the heat transfer fluid, the dimensioning of the cooling can be based on the average power required in use. However, managing the volume expansion of the heat transfer fluid during its phase change is complex. In addition, due to their composition, dielectric phase change fluids pose pollution and toxicity problems, resulting in particular in a high global warming potential.
Le chauffage est quant à lui généralement réalisé par de simples résistances chauffantes. Dans un système équipé de climatisation réversible, il est également possible d’utiliser ledit système en mode chauffage. Heating is generally carried out by simple heating resistors. In a system equipped with reversible air conditioning, it is also possible to use said system in heating mode.
EXPOSE DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients des solutions précitées et en particulier de concevoir un système de conditionnement d’une batterie qui remplisse les conditions suivantes : An object of the invention is to remedy the drawbacks of the above solutions and in particular to design a system for conditioning a battery which fulfills the following conditions:
- permettre de maintenir les accumulateurs entre 15 et 35°C pour une température extérieure comprise entre -30 et 50°C ; - allow the accumulators to be kept between 15 and 35 ° C for an outside temperature between -30 and 50 ° C;
- impliquer une consommation électrique sur la batterie la plus faible possible ; - imply the lowest possible power consumption on the battery;
- présenter un volume limité ; - present a limited volume;
- être résistant aux chocs et aux vibrations. - be resistant to shock and vibration.
A cet effet, l’invention propose une batterie comprenant un empilement d’au moins deux modules de batterie dans lequel sont agencés des accumulateurs électriques et un système de conditionnement thermique, ladite batterie étant caractérisée en ce que le système de conditionnement thermique comprend : To this end, the invention provides a battery comprising a stack of at least two battery modules in which electrical accumulators and a thermal conditioning system are arranged, said battery being characterized in that the thermal conditioning system comprises:
- un boîtier comprenant un orifice d’entrée et un orifice de sortie d’un liquide caloporteur et un dispositif de chauffage et/ou refroidissement du liquide caloporteur, ledit boîtier étant agencé à une première extrémité de l’empilement contre un module de batterie, a box comprising an inlet orifice and an outlet orifice for a heat transfer liquid and a device for heating and / or cooling the heat transfer liquid, said case being arranged at a first end of the stack against a battery module,
- un circuit d’un liquide caloporteur diélectrique, ledit circuit étant agencé de sorte à faire circuler le liquide caloporteur diélectrique dans le boîtier entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie pour le conditionner thermiquement puis à faire circuler ledit liquide diélectrique conditionné au travers de l’empilement, directement au contact des accumulateurs dans chaque module. - A circuit of a dielectric heat transfer liquid, said circuit being arranged so as to circulate the dielectric heat transfer liquid in the housing between the inlet port and the outlet port to thermally condition it and then to circulate said dielectric liquid conditioned through the stack, directly in contact with the accumulators in each module.
Selon un mode de réalisation, le boîtier du système de conditionnement thermique comprend : - un échangeur de chaleur agencé en regard des orifices d’entrée et de sortie et/ou un module de refroidissement thermoélectrique présentant une face froide en regard de l’échangeur de chaleur, According to one embodiment, the housing of the thermal conditioning system comprises: a heat exchanger arranged opposite the inlet and outlet orifices and / or a thermoelectric cooling module having a cold face facing the heat exchanger,
- un mécanisme d’évacuation de la chaleur agencé en regard d’une face chaude du module de refroidissement thermoélectrique, - a heat dissipation mechanism arranged opposite a hot face of the thermoelectric cooling module,
- un dispositif de dissipation de la chaleur en regard du mécanisme d’évacuation de la chaleur. - a heat dissipation device opposite the heat dissipation mechanism.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend en outre au moins une résistance chauffante agencée dans le boîtier pour réchauffer le liquide caloporteur. According to one embodiment, the thermal conditioning system further comprises at least one heating resistor arranged in the housing to heat the heat transfer liquid.
De manière particulièrement avantageuse, l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie sont agencés sur une même face du boîtier, ladite face étant accolée à une face du module de batterie adjacent. In a particularly advantageous manner, the inlet port and the outlet port are arranged on the same face of the housing, said face being attached to a face of the adjacent battery module.
Chaque module comprend avantageusement : Each module advantageously includes:
- un canal traversant pour conduire le liquide caloporteur d’une seconde extrémité de l’empilement opposée à la première extrémité vers le boîtier du système de conditionnement thermique, - a through channel for conducting the heat transfer liquid from a second end of the stack opposite the first end towards the housing of the thermal conditioning system,
- un conduit de répartition du liquide caloporteur, et a pipe for distributing the heat-transfer liquid, and
- un conduit de refoulement du liquide caloporteur, en liaison fluidique avec le conduit de répartition au travers d’un volume contenant les accumulateurs, - a delivery pipe for the heat transfer liquid, in fluid connection with the distribution pipe through a volume containing the accumulators,
dans lequel le canal traversant de chaque module est en liaison fluidique avec le canal traversant de chaque module adjacent et avec l’orifice d’entrée du boîtier du système de conditionnement thermique, le conduit de répartition de chaque module est en liaison fluidique avec le conduit de répartition de chaque module adjacent et avec l’orifice de sortie du boîtier du système de conditionnement thermique, et le conduit de refoulement de chaque module est en liaison fluidique avec le conduit de refoulement de chaque module adjacent. in which the through channel of each module is in fluid connection with the through channel of each adjacent module and with the inlet orifice of the housing of the thermal conditioning system, the distribution duct of each module is in fluid connection with the duct distribution of each adjacent module and with the outlet orifice of the housing of the thermal conditioning system, and the discharge conduit of each module is in fluid connection with the discharge conduit of each adjacent module.
La batterie comprend alors en outre deux raccords de liaison à un réservoir et une pompe de circulation pour le liquide caloporteur, lesdits raccords étant agencés à la seconde extrémité de l’empilement de modules, un premier raccord étant en liaison fluidique avec le canal traversant des modules et un second raccord étant en liaison fluidique avec le conduit de refoulement des modules. The battery then further comprises two connections for connection to a reservoir and a circulation pump for the heat-transfer liquid, said connections being arranged at the second end of the stack of modules, a first connection being in fluid connection with the channel passing through modules and a second connector being in fluid connection with the module discharge pipe.
De manière particulièrement avantageuse, la batterie comprend en outre au moins un capteur de température adapté pour mesurer une température à l’extérieur de la batterie, un capteur de température adapté pour mesurer une température à l’intérieur de chaque module et un capteur de température adapté pour mesurer une température du liquide caloporteur. Par ailleurs, la batterie comprend avantageusement un système de régulation thermique couplé auxdits capteurs de température et configuré pour activer sélectivement le système de conditionnement thermique de sorte à refroidir le liquide caloporteur diélectrique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : In a particularly advantageous manner, the battery also comprises at least one temperature sensor suitable for measuring a temperature outside the battery, a temperature sensor suitable for measuring a temperature inside each module and a temperature sensor suitable for measuring a temperature of the heat transfer liquid. Furthermore, the battery advantageously comprises a thermal regulation system coupled to said temperature sensors and configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to cool the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, - a battery charging operation,
- une augmentation de la température des accumulateurs au-delà d’une température maximale déterminée, et - an increase in the temperature of the accumulators beyond a determined maximum temperature, and
- une diminution de la température extérieure à la batterie sous la température du liquide caloporteur. - a decrease in the temperature outside the battery below the temperature of the heat transfer liquid.
De manière particulièrement avantageuse, le système de régulation thermique est configuré pour activer sélectivement le système de conditionnement thermique de sorte à réchauffer le liquide caloporteur diélectrique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : In a particularly advantageous manner, the thermal regulation system is configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to heat the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, et - a battery charging operation, and
- une diminution de la température des accumulateurs en-deçà d’une température minimale déterminée. - a decrease in the temperature of the accumulators below a determined minimum temperature.
Selon une forme d’exécution, le système de régulation thermique est configuré pour activer le module de refroidissement thermoélectrique en mode réversible pour réchauffer le liquide caloporteur diélectrique. According to one embodiment, the thermal regulation system is configured to activate the thermoelectric cooling module in reversible mode to heat the dielectric heat transfer liquid.
Selon une autre forme d’exécution, le système de régulation thermique est configuré pour activer ladite résistance chauffante pour réchauffer le liquide caloporteur diélectrique. According to another embodiment, the thermal regulation system is configured to activate said heating resistor to heat the dielectric heat transfer liquid.
Un autre objet de l’invention concerne un véhicule comprenant une telle batterie. Another object of the invention relates to a vehicle comprising such a battery.
Enfin, un autre objet de l’invention concerne un procédé de conditionnement thermique de ladite batterie. Ce procédé comprend l’activation du système de conditionnement thermique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : Finally, another object of the invention relates to a process for thermal conditioning of said battery. This process includes activating the thermal conditioning system only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, - a battery charging operation,
- une augmentation de la température des accumulateurs au-delà d’une température maximale déterminée, - an increase in the temperature of the accumulators beyond a determined maximum temperature,
- une diminution de la température des accumulateurs en-deçà d’une température minimale déterminée, et - a decrease in the temperature of the accumulators below a determined minimum temperature, and
- une diminution de la température extérieure à la batterie sous la température du liquide caloporteur. - a decrease in the temperature outside the battery below the temperature of the heat transfer liquid.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the attached drawings in which:
- la figure 1 est un schéma de principe de la circulation du liquide caloporteur dans une batterie selon l’invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d’une batterie selon un mode de réalisation de l’invention ; - Figure 1 is a block diagram of the circulation of the coolant in a battery according to the invention; - Figure 2 is a perspective view of a battery according to an embodiment of the invention;
- la figure 3 est une autre vue en perspective de la batterie de la figure 2 ; - Figure 3 is another perspective view of the battery of Figure 2;
- la figure 4 est une vue éclatée du boîtier du système de conditionnement thermique comprenant un module de refroidissement thermoélectrique selon un mode de réalisation de l’invention ; - Figure 4 is an exploded view of the housing of the thermal conditioning system comprising a thermoelectric cooling module according to an embodiment of the invention;
- la figure 5 est un graphe représentant la puissance calorifique extraite par le module de refroidissement thermoélectrique en fonction du courant électrique fourni pour différents écarts de température entre la face chaude et la face froide dudit module. - Figure 5 is a graph representing the heat output extracted by the thermoelectric cooling module as a function of the electric current supplied for different temperature differences between the hot face and the cold face of said module.
Les signes de référence identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou remplissant la même fonction. Identical reference signs from one figure to another denote elements which are identical or fulfill the same function.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
La figure 1 est un schéma de principe du système de conditionnement thermique selon l’invention. Figure 1 is a block diagram of the thermal conditioning system according to the invention.
La batterie comprend une pluralité de modules 1 empilés, qui contiennent chacun des accumulateurs. Les modules sont en liaison fluidique les uns avec les autres pour la circulation d’un liquide caloporteur diélectrique destiné à conditionner thermiquement (c’est-à-dire refroidir ou réchauffer) les accumulateurs agencés dans chaque module. The battery comprises a plurality of stacked modules 1, which each contain accumulators. The modules are in fluid connection with each other for the circulation of a dielectric heat transfer liquid intended to thermally condition (that is to say cool or warm) the accumulators arranged in each module.
Le liquide caloporteur diélectrique peut être choisi dans le groupe comprenant une huile synthétique et une huile poly-alpha-oléfine, un ester naturel ou synthétique, une huile minérale de transformateur électrique ou tout autre liquide avec une rigidité diélectrique permettant d’isoler les accumulateurs les uns des autres en toute circonstance d’utilisation du système. A titre d'exemple non limitatif, le liquide diélectrique caloporteur est choisi dans le groupe comprenant le perfluorohexane, le perfluorométhylcyclohexane, le perfluoro-1 ,3-diméthylcyclohexane, le perfluorodécaline, le perfluorométhyldécaline, le trichlorofluorométhane, le trichlorotrifluoroéthane, le méthanol et l'éthanol. The dielectric heat transfer liquid can be chosen from the group comprising a synthetic oil and a poly-alpha-olefin oil, a natural or synthetic ester, an electrical transformer mineral oil or any other liquid with a dielectric rigidity making it possible to isolate the accumulators. each other in all circumstances of use of the system. By way of nonlimiting example, the heat transfer dielectric liquid is chosen from the group comprising perfluorohexane, perfluoromethylcyclohexane, perfluoro-1, 3-dimethylcyclohexane, perfluorodecaline, perfluoromethyldecaline, trichlorofluoromethane, trichlorotrifluoroethane ethanol.
Un avantage d’un tel liquide diélectrique est qu’il peut être mis en contact direct avec les accumulateurs. Dans la mesure où il offre un très bon échange de chaleur avec les accumulateurs - surtout avec ceux de faible diamètre - il n’est pas nécessaire d’imposer un écart important de température entre le liquide caloporteur et les accumulateurs. An advantage of such a dielectric liquid is that it can be brought into direct contact with the accumulators. Insofar as it offers a very good heat exchange with the accumulators - especially with those of small diameter - it is not necessary to impose a significant difference in temperature between the heat transfer liquid and the accumulators.
Un autre avantage, par rapport aux fluides diélectriques à changement de phase précités, est que le liquide diélectrique reste en phase liquide, ce qui simplifie notablement le fonctionnement du système de conditionnement thermique. Par ailleurs, un tel liquide n’engendre pas de risque notable pour l’environnement. Another advantage, compared to the aforementioned phase change dielectric fluids, is that the dielectric liquid remains in the liquid phase, which considerably simplifies the operation of the thermal conditioning system. Furthermore, such a liquid does not pose a significant risk to the environment.
Enfin, le système présente une bonne inertie thermique du fait de la capacité thermique élevée de l’ensemble accumulateurs-liquide diélectrique. A titre indicatif, la capacité thermique massique des accumulateurs lithium-ions est de l’ordre de 1000 J/(kg.K) tandis que celle du liquide diélectrique est de l’ordre de 2000 J/(kg.K). Finally, the system has good thermal inertia due to the high thermal capacity of the accumulator-dielectric liquid assembly. As an indication, the mass thermal capacity of lithium-ion accumulators is around 1000 J / (kg.K) while that of the dielectric liquid is around 2000 J / (kg.K).
Le système de conditionnement thermique comprend un boîtier 4 agencé à une extrémité de l’empilement. Sur les figures 1 à 3, le boîtier 4 est représenté à distance de l’empilement de modules, mais, après assemblage, le boîtier est agencé contre le module situé à l’extrémité de l’empilement. The thermal conditioning system comprises a box 4 arranged at one end of the stack. In Figures 1 to 3, the box 4 is shown at a distance from the stack of modules, but, after assembly, the box is arranged against the module located at the end of the stack.
Le boîtier 4 comprend un orifice 40 d’entrée et un orifice 41 de sortie pour le liquide diélectrique. Le boîtier 4 comprend des composants aptes à réchauffer ou à refroidir le liquide caloporteur à une température déterminée lorsque celui-ci circule de l’orifice d’entrée à l’orifice de sortie. The housing 4 includes an inlet port 40 and an outlet port 41 for the dielectric liquid. The housing 4 comprises components capable of heating or cooling the heat-transfer liquid to a determined temperature when it circulates from the inlet port to the outlet port.
Le circuit de liquide caloporteur est agencé dans les modules et dans le boîtier selon le schéma de la figure 1. The heat transfer liquid circuit is arranged in the modules and in the housing according to the diagram in FIG. 1.
Le liquide caloporteur entre et sort de la batterie par l’extrémité de l’empilement de modules opposée au boîtier 4. A cet effet, la batterie comprend, à cette extrémité, un raccord d’entrée 20 adapté pour être relié à un réservoir de liquide caloporteur (non représenté), lui-même couplé à une pompe (non représentée) permettant de faire circuler le liquide dans le circuit, et un raccord de sortie 21 adapté pour être relié audit réservoir pour le retour du liquide après son passage le long des accumulateurs. The heat transfer liquid enters and leaves the battery through the end of the stack of modules opposite the housing 4. For this purpose, the battery comprises, at this end, an inlet connector 20 adapted to be connected to a reservoir of heat transfer liquid (not shown), itself coupled to a pump (not shown) for circulating the liquid in the circuit, and an outlet connector 21 adapted to be connected to said reservoir for the return of the liquid after it has passed along accumulators.
Le raccord d’entrée 20 est en liaison fluidique avec un canal traversant A agencé sur un côté de chaque module 1. Le canal traversant A s’étend donc sur toute la longueur de l’empilement, du raccord d’entrée 20 jusqu’à l’orifice d’entrée 40 du boîtier 4. Dans chaque module, le canal traversant est séparé du reste du volume du module et ne communique donc pas avec le volume intérieur du module contenant les accumulateurs. The inlet connector 20 is in fluid connection with a through channel A arranged on one side of each module 1. The through channel A therefore extends over the entire length of the stack, from the inlet connector 20 to the inlet port 40 of the housing 4. In each module, the through channel is separated from the rest of the volume of the module and therefore does not communicate with the interior volume of the module containing the accumulators.
Par ailleurs, un conduit B de répartition du liquide caloporteur est agencé dans chaque module, sur toute la longueur de l’empilement, en liaison fluidique avec l’orifice de sortie 41 du boîtier 4. Le conduit B s’étend sensiblement parallèlement au canal A, du même côté de l’empilement. Furthermore, a conduit B for distributing the heat transfer liquid is arranged in each module, over the entire length of the stack, in fluid connection with the outlet orifice 41 of the housing 4. The conduit B extends substantially parallel to the channel A, on the same side of the stack.
Enfin, un conduit C de refoulement du liquide caloporteur s’étend dans chaque module, sur toute la longueur de l’empilement, et débouche dans le raccord de sortie 21. Le conduit C s’étend sensiblement parallèlement au conduit B, du côté opposé de l’empilement par rapport au volume intérieur des modules contenant les accumulateurs. Contrairement au canal traversant A, les conduits B et C sont en liaison fluidique avec le volume intérieur de chaque module, de sorte qu’une partie du liquide entrant dans chaque module par le conduit B s’écoule dans ledit volume intérieur, baigne les accumulateurs et ressort du module par le conduit C. Finally, a pipe C for discharging the heat transfer liquid extends in each module, over the entire length of the stack, and opens into the outlet connector 21. The pipe C extends substantially parallel to the pipe B, on the opposite side of the stack relative to the interior volume of the modules containing the accumulators. Unlike the through channel A, the conduits B and C are in fluid connection with the interior volume of each module, so that part of the liquid entering each module through the conduit B flows into said interior volume, bathes the accumulators and comes out of the module through conduit C.
En d’autres termes, le circuit de liquide caloporteur au sein de la batterie est le suivant : In other words, the heat transfer fluid circuit within the battery is as follows:
- entrée dans le canal traversant A par le raccord d’entrée 20, - entrée dans le boîtier 4 par l’orifice d’entrée 40, - entry into the through channel A via the inlet connection 20, - entry into the housing 4 through the inlet port 40,
- circulation dans le boîtier 4, conditionnement thermique et sortie du boîtier par l’orifice de sortie 41 qui communique avec le conduit de distribution B, - circulation in the housing 4, thermal conditioning and exit from the housing through the outlet orifice 41 which communicates with the distribution duct B,
- circulation dans le conduit de distribution B, dans lequel une partie du liquide caloporteur conditionné thermiquement s’écoule dans le volume intérieur du module au contact des accumulateurs, et une autre partie dudit liquide caloporteur conditionné thermiquement est acheminé dans le module adjacent situé en aval, - circulation in the distribution duct B, in which a part of the heat-conditioned heat-transfer liquid flows into the interior volume of the module in contact with the accumulators, and another part of said heat-conditioned heat-transfer liquid is conveyed in the adjacent module located downstream ,
- le liquide caloporteur ayant baigné les accumulateurs est collecté par le conduit de refoulement C, et acheminé vers le raccord de sortie 21. - the heat transfer liquid having bathed the accumulators is collected by the discharge pipe C, and routed to the outlet connection 21.
Comme on le voit clairement sur la figure 1 , le boîtier dans lequel est assuré le conditionnement thermique du liquide caloporteur est agencé au plus près des modules de batterie. Ainsi, le circuit de liquide caloporteur est entièrement intégré dans l’empilement de modules et le boîtier, ce qui permet de minimiser les pertes thermiques. As can be clearly seen in FIG. 1, the box in which the thermal conditioning of the heat transfer liquid is ensured is arranged as close as possible to the battery modules. Thus, the heat transfer liquid circuit is fully integrated in the stack of modules and the housing, which minimizes heat losses.
Un autre avantage de ce système de conditionnement thermique est qu’il est particulièrement robuste puisqu’il n’est soumis ni à des risques de casse de pièces mécaniques en mouvement, ni à des risque de fuites de gaz. Another advantage of this thermal conditioning system is that it is particularly robust since it is neither subject to the risk of breakage of moving mechanical parts, nor to the risk of gas leaks.
Enfin, le volume nécessaire pour implanter les composants permettant de conditionner thermiquement le liquide est relativement réduit, de sorte que l’encombrement du boîtier vis-à-vis de la batterie est faible. Finally, the volume required to install the components enabling the liquid to be thermally conditioned is relatively small, so that the size of the housing vis-à-vis the battery is small.
Les figures 2 et 3 sont des vues en perspective d’une batterie modulaire comprenant un système de conditionnement thermique selon un mode de réalisation de l’invention. Figures 2 and 3 are perspective views of a modular battery comprising a thermal conditioning system according to an embodiment of the invention.
De part et d’autre de l’empilement sont agencées deux équerres 2 qui permettent en particulier de fixer la batterie au châssis d’un véhicule ou engin. On either side of the stack are arranged two brackets 2 which in particular allow the battery to be fixed to the chassis of a vehicle or machine.
Les modules sont maintenus empilés les uns sur les autres par des tirants 3 qui passent au travers de l’ensemble des modules 1 et des équerres 2. The modules are kept stacked on top of each other by tie rods 3 which pass through all the modules 1 and brackets 2.
Chaque module est en liaison fluidique avec le(s) module(s) adjacents pour la circulation du liquide caloporteur diélectrique. A cet effet, chaque module présente, sur chacune de ses faces destinées à être accolées à un autre module, un orifice d’entrée, respectivement de sortie du canal traversant A, un orifice de sortie, respectivement d’entrée, du conduit de distribution B (ces orifices étant de préférence sur un même côté du module) et un orifice de sortie, respectivement d’entrée, du conduit de refoulement C, agencés du côté du module opposé au canal A.. Les orifices sont agencés de telle sorte que le canal A et les conduits B et C s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal de l’empilement de modules. Each module is in fluid connection with the adjacent module (s) for the circulation of the dielectric heat transfer liquid. To this end, each module has, on each of its faces intended to be attached to another module, an inlet orifice, respectively for outlet from the through channel A, an outlet or outlet, respectively for the distribution duct B (these orifices preferably being on the same side of the module) and an outlet or inlet respectively of the discharge conduit C, arranged on the side of the module opposite to channel A .. The orifices are arranged so that the channel A and the conduits B and C extend parallel to the longitudinal axis of the stack of modules.
Le boîtier 4 du système de conditionnement thermique est agencé à l’extrémité de l’empilement opposée aux raccords 20, 21 d’entrée et de sortie du liquide caloporteur dans la batterie. L’équerre 2 étant interposée entre le boîtier et le module adjacent, elle est pourvue de deux orifices 10, 1 1 agencés en regard des orifices 40, 41 du boîtier d’une part et du canal traversant A et du conduit de distribution B d’autre part. The housing 4 of the thermal conditioning system is arranged at the end of the stack opposite to the connections 20, 21 for entering and leaving the heat-transfer liquid in the battery. The bracket 2 being interposed between the housing and the adjacent module, it is provided with two orifices 10, 1 1 arranged opposite the orifices 40, 41 of the housing on the one hand and of the through channel A and of the distribution duct B on the other hand.
La figure 4 est une vue éclatée du boîtier 4 du système de conditionnement thermique. Figure 4 is an exploded view of the housing 4 of the thermal conditioning system.
L’enveloppe du boîtier 4 est constituée d’une plaque froide 12 dans laquelle sont agencés les orifices 40, 41 d’entrée et de sortie du liquide caloporteur, et d’une tôle de protection 17 comprenant des perforations 170 pour l’évacuation de la chaleur. La plaque froide 12 et la tôle de protection 17 forment une enceinte fermée dans laquelle sont agencés les autres composants de conditionnement thermique. The casing 4 is made up of a cold plate 12 in which the orifices 40, 41 for entering and leaving the heat-transfer liquid are arranged, and a protective sheet 17 comprising perforations 170 for evacuating the heat. The cold plate 12 and the protective sheet 17 form a closed enclosure in which the other thermal conditioning components are arranged.
Le boîtier contient en particulier un module de refroidissement thermoélectrique comprenant une pluralité de modules Peltier 14, dont la face froide est agencée en regard de la plaque froide 12 (laquelle joue également le rôle d’échangeur de chaleur). Le module thermoélectrique est monté sur la plaque froide 12 par une pièce intermédiaire 13 en forme de cadre. The housing contains in particular a thermoelectric cooling module comprising a plurality of Peltier modules 14, the cold face of which is arranged opposite the cold plate 12 (which also plays the role of heat exchanger). The thermoelectric module is mounted on the cold plate 12 by an intermediate piece 13 in the form of a frame.
Du côté de la face chaude du module thermoélectrique sont agencés un mécanisme d’évacuation de la chaleur (par exemple un ventilateur 15) et un dispositif 16 de dissipation de la chaleur en regard du ventilateur. Le dispositif 16 peut être par exemple un dissipateur à ailettes ou à picots. On the side of the hot face of the thermoelectric module are arranged a heat dissipation mechanism (for example a fan 15) and a device 16 for dissipating heat opposite the fan. The device 16 may for example be a finned or spiked dissipator.
L’homme du métier est à même de choisir les composants adaptés et concevoir leur agencement en fonction des contraintes de performances et d’encombrement fixées pour le système de conditionnement thermique. Those skilled in the art are able to choose the appropriate components and design their arrangement according to the performance and space constraints set for the thermal conditioning system.
Des joints d’étanchéité 42 sont agencés autour des orifices 40, 41 pour assurer l’étanchéité fluidique avec l’empilement de modules 1. De manière avantageuse, la plaque froide 12 est plaquée directement contre l’équerre 2, les orifices 40, 41 étant en regard des orifices 10, 1 1 ménagés dans l’équerre 2 qui débouchent respectivement dans le canal traversant A et dans le conduit de répartition B. Seals 42 are arranged around the orifices 40, 41 to ensure fluid tightness with the stack of modules 1. Advantageously, the cold plate 12 is pressed directly against the bracket 2, the orifices 40, 41 being opposite the orifices 10, 1 1 formed in the bracket 2 which open respectively in the through channel A and in the distribution duct B.
Tant l’échangeur de chaleur que le module de refroidissement thermoélectrique sont des systèmes de faible puissance. Ils peuvent éventuellement utilisés seuls et non combinés comme dans le mode de réalisation de la figure 4. Both the heat exchanger and the thermoelectric cooling module are low-power systems. They can optionally be used alone and not combined as in the embodiment of FIG. 4.
Le fonctionnement du système de conditionnement thermique est le suivant. The operation of the thermal conditioning system is as follows.
La batterie est équipée d’un ou plusieurs capteurs de température. De manière avantageuse, au moins un capteur est agencé de sorte à mesurer la température à l’extérieur de la batterie (dite température ambiante). Ce capteur peut éventuellement être déporté, c’est-à-dire non fixé directement sur la batterie mais en une zone adéquate du châssis du véhicule. Chaque module est par ailleurs équipé d’un capteur adapté pour mesurer la température à l’intérieur dudit module, au niveau des accumulateurs. Enfin, le circuit de liquide caloporteur est pourvu d’au moins un capteur adapté pour mesurer la température du liquide. Lesdits capteurs sont couplés à un système de régulation thermique qui est configuré pour activer sélectivement le système de conditionnement thermique en fonction des données de mesure des capteurs. The battery is equipped with one or more temperature sensors. Advantageously, at least one sensor is arranged so as to measure the temperature outside the battery (called ambient temperature). This sensor can possibly be offset, that is to say not fixed directly on the battery but in an adequate zone of the chassis of the vehicle. Each module is also equipped with a sensor adapted to measure the temperature inside said module, at the level of the accumulators. Finally, the heat transfer liquid circuit is provided with at least one sensor suitable for measuring the temperature of the liquid. Said sensors are coupled to a thermal regulation system which is configured to selectively activate the thermal conditioning system based on the measurement data from the sensors.
Le système de conditionnement thermique comprend un mode de refroidissement et un mode de réchauffage. Comme indiqué plus haut, le système de conditionnement thermique est piloté pour maintenir les accumulateurs électriques dans une plage de température aussi proche que possible de 25°C (par exemple entre 15 et 35°C), quelle que soit la température extérieure. The thermal conditioning system includes a cooling mode and a heating mode. As indicated above, the thermal conditioning system is controlled to maintain the electric accumulators in a temperature range as close as possible to 25 ° C (for example between 15 and 35 ° C), whatever the outside temperature.
Le mode de refroidissement est mis en oeuvre typiquement lorsque la température des accumulateurs excède une température maximale déterminée, ou lorsque la température ambiante devient inférieure à la température du liquide caloporteur. Par exemple, dans le cas où le refroidissement est assuré par un échangeur de chaleur, la détection d’une température ambiante inférieure à la température de liquide caloporteur (ce qui se produit souvent pendant la nuit) déclenche la circulation du liquide et son passage à travers l’échangeur de chaleur qui est dimensionné pour refroidir le liquide à une température au plus 5°C au-dessus de la température ambiante. Dans le cas où le refroidissement est assuré par un module thermoélectrique, les modules Peltier qui le composent sont dimensionnés pour, par exemple pour une température ambiante de 30°C, maintenir une température des accumulateurs de l’ordre de 25°C ; la température du côté froid est alors de l’ordre de 20°C et celle du côté chaud est de l’ordre de 40°C. The cooling mode is typically implemented when the temperature of the accumulators exceeds a determined maximum temperature, or when the ambient temperature becomes lower than the temperature of the heat transfer liquid. For example, in the case where the cooling is ensured by a heat exchanger, the detection of an ambient temperature lower than the temperature of the coolant (which often occurs overnight) triggers the circulation of the liquid and its passage to through the heat exchanger which is dimensioned to cool the liquid to a temperature at most 5 ° C above room temperature. In the case where the cooling is provided by a thermoelectric module, the Peltier modules which compose it are dimensioned for, for example for an ambient temperature of 30 ° C, maintain a temperature of the accumulators of the order of 25 ° C; the temperature on the cold side is around 20 ° C and the temperature on the hot side is around 40 ° C.
Le mode de réchauffage est mis en oeuvre typiquement lorsque la température des accumulateurs devient inférieure à une température minimale déterminée. The reheating mode is typically implemented when the temperature of the accumulators becomes lower than a determined minimum temperature.
Le module de refroidissement thermoélectrique étant réversible, le mode de réchauffage peut être activé par le système de régulation en commandant une inversion du fonctionnement du module de refroidissement thermoélectrique. The thermoelectric cooling module being reversible, the heating mode can be activated by the control system by commanding a reversal of the operation of the thermoelectric cooling module.
De manière alternative, si le boîtier du système de conditionnement thermique comprend une résistance chauffante, le passage du mode de refroidissement au mode de réchauffage est réalisé en arrêtant le module de refroidissement thermoélectrique et en activant la résistance chauffante de sorte à chauffer le liquide caloporteur. Alternatively, if the housing of the thermal conditioning system includes a heating resistor, the transition from cooling mode to heating mode is carried out by stopping the thermoelectric cooling module and activating the heating resistor so as to heat the heat transfer liquid.
De préférence, le système de régulation thermique est configuré pour enclencher le mode de réchauffage ou de refroidissement pendant une opération de charge de la batterie. Preferably, the thermal regulation system is configured to initiate the heating or cooling mode during a battery charging operation.
Ainsi, l’énergie consommée pour le réchauffage du liquide caloporteur provient du réseau électrique auquel est connectée à la batterie pendant sa charge, et non de la batterie elle-même. Thus, the energy consumed for heating the heat transfer liquid comes from the electrical network to which is connected to the battery during its charge, and not from the battery itself.
En outre, l’énergie fournie au système de conditionnement thermique en-dehors des périodes de charge est limitée à un simple maintien en température qui, compte tenu de l’inertie thermique du système, requiert peu d’énergie électrique. Enfin, dans le cas d’un maintien en température, l’écart de température entre les deux côtés du module thermoélectrique est minimisé, ce qui est favorable à son rendement. La figure 5 illustre en effet l’évolution du coefficient de performance (COP) en fonction de l’intensité I du courant électrique fourni au module thermoélectrique pour différents écarts de température (DeltaT). On observe ainsi que ce sont les écarts de 10 et 20°C qui procurent le meilleur coefficient de performance. In addition, the energy supplied to the thermal conditioning system outside the charging periods is limited to a simple temperature maintenance which, taking into account the thermal inertia of the system, requires little electrical energy. Finally, in the case of maintaining the temperature, the temperature difference between the two sides of the thermoelectric module is minimized, which is favorable to its performance. FIG. 5 indeed illustrates the evolution of the coefficient of performance (COP) as a function of the intensity I of the electric current supplied to the thermoelectric module for different temperature differences (DeltaT). It is thus observed that it is the deviations of 10 and 20 ° C which provide the best coefficient of performance.
Grâce à cette stratégie de régulation de la température, l’autonomie de la batterie est préservée. Thanks to this temperature regulation strategy, the battery life is preserved.

Claims

REVENDICATIONS
1. Batterie comprenant un empilement d’au moins deux modules de batterie (1 ) dans lequel sont agencés des accumulateurs électriques et un système de conditionnement thermique, ladite batterie étant caractérisée en ce que le système de conditionnement thermique comprend : 1. Battery comprising a stack of at least two battery modules (1) in which electrical accumulators and a thermal conditioning system are arranged, said battery being characterized in that the thermal conditioning system comprises:
- un boîtier (4) comprenant un orifice (40) d’entrée et un orifice (41 ) de sortie d’un liquide caloporteur et un dispositif de chauffage et/ou refroidissement du liquide caloporteur, ledit boîtier étant agencé à une première extrémité de l’empilement contre un module de batterie, a housing (4) comprising an inlet orifice (40) and an orifice (41) for the outlet of a heat-transfer liquid and a device for heating and / or cooling of the heat-transfer liquid, said case being arranged at a first end of stacking against a battery module,
- un circuit d’un liquide caloporteur diélectrique, ledit circuit étant agencé de sorte à faire circuler le liquide caloporteur diélectrique dans le boîtier (4) entre l’orifice d’entrée (40) et l’orifice de sortie (41 ) pour le conditionner thermiquement puis à faire circuler ledit liquide diélectrique conditionné au travers de l’empilement, directement au contact des accumulateurs dans chaque module (1 ). - A circuit of a dielectric heat transfer liquid, said circuit being arranged so as to circulate the dielectric heat transfer liquid in the housing (4) between the inlet orifice (40) and the outlet orifice (41) for the thermally condition and then circulate said conditioned dielectric liquid through the stack, directly in contact with the accumulators in each module (1).
2. Batterie selon la revendication 1 , dans laquelle le boîtier (4) du système de conditionnement thermique comprend : 2. Battery according to claim 1, in which the housing (4) of the thermal conditioning system comprises:
- un échangeur de chaleur (12) agencé en regard des orifices d’entrée et de sortie - a heat exchanger (12) arranged opposite the inlet and outlet orifices
(40, 41 ), (40, 41),
- un module (14) de refroidissement thermoélectrique présentant une face froide en regard de l’échangeur de chaleur (12), - a thermoelectric cooling module (14) having a cold face facing the heat exchanger (12),
- un mécanisme (15) d’évacuation de la chaleur agencé en regard d’une face chaude du module de refroidissement thermoélectrique, - a heat dissipation mechanism (15) arranged opposite a hot face of the thermoelectric cooling module,
- un dispositif (16) de dissipation de la chaleur en regard du mécanisme d’évacuation de la chaleur. - a device (16) for dissipating heat opposite the heat dissipation mechanism.
3. Batterie selon la revendication 2, dans laquelle le système de conditionnement thermique comprend en outre au moins une résistance chauffante agencée dans le boîtier (4) pour réchauffer le liquide caloporteur. 3. Battery according to claim 2, wherein the thermal conditioning system further comprises at least one heating resistor arranged in the housing (4) for heating the heat transfer liquid.
4. Batterie selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle l’orifice d’entrée (40) et l’orifice de sortie (41 ) sont agencés sur une même face du boîtier (40), ladite face étant accolée à une face du module de batterie (1 ) adjacent. 4. Battery according to one of claims 1 to 3, in which the inlet orifice (40) and the outlet orifice (41) are arranged on the same face of the housing (40), said face being contiguous with one face of the adjacent battery module (1).
5. Batterie selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque module (1 ) comprend : - un canal traversant (A) pour conduire le liquide caloporteur d’une seconde extrémité de l’empilement opposée à la première extrémité vers le boîtier du système de conditionnement thermique, 5. Battery according to one of claims 1 to 4, in which each module (1) comprises: - a through channel (A) for conducting the heat transfer liquid from a second end of the stack opposite the first end towards the housing of the thermal conditioning system,
- un conduit (B) de répartition du liquide caloporteur, et a pipe (B) for distributing the heat transfer liquid, and
- un conduit (C) de refoulement du liquide caloporteur, en liaison fluidique avec le conduit de répartition (B) au travers d’un volume contenant les accumulateurs, - a pipe (C) for discharging the heat transfer liquid, in fluid connection with the distribution pipe (B) through a volume containing the accumulators,
dans lequel le canal traversant (A) de chaque module est en liaison fluidique avec le canal traversant de chaque module adjacent et avec l’orifice d’entrée (40) du boîtier (4) du système de conditionnement thermique, le conduit de répartition (B) de chaque module est en liaison fluidique avec le conduit de répartition de chaque module adjacent et avec l’orifice de sortie (41 ) du boîtier (4) du système de conditionnement thermique, et le conduit de refoulement (C) de chaque module est en liaison fluidique avec le conduit de refoulement de chaque module adjacent. in which the through channel (A) of each module is in fluid connection with the through channel of each adjacent module and with the inlet orifice (40) of the housing (4) of the thermal conditioning system, the distribution conduit ( B) of each module is in fluid connection with the distribution duct of each adjacent module and with the outlet orifice (41) of the housing (4) of the thermal conditioning system, and the discharge duct (C) of each module is in fluid connection with the discharge conduit of each adjacent module.
6. Batterie selon la revendication 5, comprenant en outre deux raccords (20,6. Battery according to claim 5, further comprising two fittings (20,
21 ) de liaison à un réservoir et une pompe de circulation pour le liquide caloporteur, lesdits raccords étant agencés à la seconde extrémité de l’empilement de modules (1 ), un premier raccord (20) étant en liaison fluidique avec le canal traversant (A) des modules (1 ) et un second raccord (21 ) étant en liaison fluidique avec le conduit (C) de refoulement des modules. 21) for connection to a reservoir and a circulation pump for the coolant, said connections being arranged at the second end of the stack of modules (1), a first connection (20) being in fluid connection with the through channel ( A) modules (1) and a second connector (21) being in fluid connection with the conduit (C) for discharging the modules.
7. Batterie selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre au moins un capteur de température adapté pour mesurer une température à l’extérieur de la batterie, un capteur de température adapté pour mesurer une température à l’intérieur de chaque module et un capteur de température adapté pour mesurer une température du liquide caloporteur. 7. Battery according to one of claims 1 to 6, further comprising at least one temperature sensor adapted to measure a temperature outside the battery, a temperature sensor adapted to measure a temperature inside each module and a temperature sensor suitable for measuring a temperature of the heat transfer liquid.
8. Batterie selon la revendication 7, comprenant en outre un système de régulation thermique couplé auxdits capteurs de température et configuré pour activer sélectivement le système de conditionnement thermique de sorte à refroidir le liquide caloporteur diélectrique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : 8. Battery according to claim 7, further comprising a thermal regulation system coupled to said temperature sensors and configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to cool the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, - a battery charging operation,
- une augmentation de la température des accumulateurs au-delà d’une température maximale déterminée, et - an increase in the temperature of the accumulators beyond a determined maximum temperature, and
- une diminution de la température extérieure à la batterie sous la température du liquide caloporteur. - a decrease in the temperature outside the battery below the temperature of the heat transfer liquid.
9. Batterie selon la revendication 8, dans laquelle le système de régulation thermique est configuré pour activer sélectivement le système de conditionnement thermique de sorte à réchauffer le liquide caloporteur diélectrique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : 9. Battery according to claim 8, in which the thermal regulation system is configured to selectively activate the thermal conditioning system so as to heat the dielectric heat transfer liquid only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, et - a battery charging operation, and
- une diminution de la température des accumulateurs en-deçà d’une température minimale déterminée. - a decrease in the temperature of the accumulators below a determined minimum temperature.
10. Batterie selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 2, dans laquelle le système de régulation thermique est configuré pour activer le module de refroidissement thermoélectrique en mode réversible pour réchauffer le liquide caloporteur diélectrique. 10. Battery according to claim 9 in combination with claim 2, wherein the thermal regulation system is configured to activate the thermoelectric cooling module in reversible mode to heat the dielectric heat transfer liquid.
1 1 . Batterie selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle le système de régulation thermique est configuré pour activer ladite résistance chauffante pour réchauffer le liquide caloporteur diélectrique. 1 1. A battery according to claim 9 in combination with claim 3, wherein the thermal regulation system is configured to activate said heating resistor to heat the dielectric heat transfer liquid.
12. Véhicule comprenant une batterie selon l’une des revendications 1 à 1 1. 12. Vehicle comprising a battery according to one of claims 1 to 1 1.
13. Procédé de conditionnement thermique d’une batterie selon l’une des revendications 1 à 1 1 , comprenant l’activation du système de conditionnement thermique uniquement dans une ou plusieurs des situations suivantes : 13. A method of thermal conditioning of a battery according to one of claims 1 to 1 1, comprising activating the thermal conditioning system only in one or more of the following situations:
- une opération de charge de la batterie, - a battery charging operation,
- une augmentation de la température des accumulateurs au-delà d’une température maximale déterminée, - an increase in the temperature of the accumulators beyond a determined maximum temperature,
- une diminution de la température des accumulateurs en-deçà d’une température minimale déterminée, et - a decrease in the temperature of the accumulators below a determined minimum temperature, and
- une diminution de la température extérieure à la batterie sous la température du liquide caloporteur. - a decrease in the temperature outside the battery below the temperature of the heat transfer liquid.
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