WO2023203188A1 - Système de régulation thermique d'une batterie - Google Patents

Système de régulation thermique d'une batterie Download PDF

Info

Publication number
WO2023203188A1
WO2023203188A1 PCT/EP2023/060408 EP2023060408W WO2023203188A1 WO 2023203188 A1 WO2023203188 A1 WO 2023203188A1 EP 2023060408 W EP2023060408 W EP 2023060408W WO 2023203188 A1 WO2023203188 A1 WO 2023203188A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery module
detection element
control unit
heat transfer
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/060408
Other languages
English (en)
Inventor
Rémi LASSON
Nicolas DERANGERE
Cosmin Barsan
Original Assignee
Plastic Omnium Clean Energy Systems Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plastic Omnium Clean Energy Systems Research filed Critical Plastic Omnium Clean Energy Systems Research
Publication of WO2023203188A1 publication Critical patent/WO2023203188A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation

Definitions

  • the invention relates to the field of thermal regulation systems and in particular such systems for a battery.
  • a first disadvantage lies in the energy efficiency of the battery which varies significantly depending on the temperature and the number of cycles carried out (charges and discharges already carried out). It was thus observed that outside an optimal temperature range for the battery, generally between 25°C and 40°C, energy efficiency drops significantly and comparatively much more than with a thermal engine. Exceeding the ideal temperature range can in particular lead to thermal runaway which can lead to a significant drop in energy efficiency or even at least partial irreversible damage to the electrical energy storage cells.
  • a second disadvantage is that, the higher the current consumed from the battery, the greater the power discharged by the battery (the Joule effect increasing according to the square of the discharge current) and the more the user is encouraged to use a terminal fast charging (the Joule effect increasing according to the square of the charging current).
  • the invention aims in particular to propose a thermal regulation system for a motor vehicle battery making it possible to use a battery even of high power which is safer and more reliable for optimized and robust operation of the battery.
  • the regulation system is of the type by at least partial immersion of the electrical energy storage cells of the battery by a dielectric heat transfer fluid and, preferably, by total immersion.
  • immersion is more effective for heat exchanges because the specific exchange surface is greater and, on the other hand, the evacuation outside each module by circulation of the dielectric heat transfer fluid is fast, which allows great efficiency and responsiveness of regulation capable of satisfying both the charging (at a fast charging terminal) and the discharging (electrical consumption of the motor vehicle at high load) of high electrical power of the battery.
  • regulation by immersion is also safer against the propagation of possible fire from the battery in the motor vehicle.
  • thermal regulation system makes it possible to maintain the electrical energy accumulation cells at their optimal temperature in order to guarantee optimized operation (maintaining the best energy efficiency) and robust operation (optimal charging and discharging for a longer lifespan) of the battery whatever the external conditions in which the motor vehicle operates, that is to say even if it is very cold or very hot.
  • the fluid network is permanently monitored in order to avoid a malfunction of the organs of the regulation system such as a disturbance to the circulation of the dielectric heat transfer fluid, a deficit of heating and/or cooling or a drive insufficient flow of dielectric heat transfer fluid which could make the thermal regulation of the electrical energy accumulation cells present in the module less effective.
  • the regulation system according to the invention therefore allows safer operation (maintaining the quality of regulation) and more reliable (maintaining the safe operating conditions of the entire regulation system - battery allowing a duration longer life overall). It can be concluded that the phenomena of thermal runaway of the battery will be avoided thanks to the thermal regulation system according to the invention which will limit the situations in which irreversible damage to electrical energy accumulation cells could be caused.
  • Each temperature measured in each battery module is preferably continuously monitored and as soon as one of the temperatures drifts beyond predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature, the control unit respectively activates the mode cooling and heating mode. If each of the temperature measurements remains within the interval of the predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature, the control unit activates the free circulation mode which simply drives the dielectric heat transfer fluid into the network fluidic without heating or cooling it.
  • the predetermined target temperature and the predetermined thresholds may be different for each battery module depending on its configuration and/or its location in the motor vehicle.
  • the control unit is preferably configured to activate the heating device when the value measured by the temperature detection element is lower than the predetermined target temperature of the battery module in order to, in heating mode, heat at least part of the electrical energy storage cells included in the battery module up to the predetermined target temperature of the battery module.
  • the control unit activates or deactivates the heating mode depending on the predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature (which are not necessarily equal).
  • the heating intensity provided to the dielectric heat transfer fluid is not adjusted from the same temperature detection element as that used to choose the operating mode of the thermal regulation system.
  • This advantageously allows, according to the invention, to control the intensity of the heating device from a temperature measurement upstream of the battery module.
  • this makes it possible to precisely adjust the temperature upstream of the battery module, that is to say before interaction with the electrical energy storage cells, and, on the other hand, the battery being preferably planned to comprise several modules, this makes it possible to give a homogeneous entry temperature of the dielectric heat transfer fluid into each module.
  • the control unit of the thermal regulation system is immediately capable of detecting whether, in fact, the dielectric heat transfer fluid has actually been heated by the heating device but also, whether a drop in temperature between the upstream and downstream of the battery module is observed, that the electrical energy storage cells have been heated.
  • the regulation system therefore offers a simple solution and high responsiveness for detecting failure of the heating device making it possible to use a battery even of high power which is safer and more reliable for operation. optimized and robust battery.
  • the control unit is preferably configured to activate the cooling device when the value measured by the temperature detection element is greater than the predetermined target temperature of the battery module in order to, in cooling mode, cool at least part of the electrical energy storage cells included in the battery module up to the predetermined target temperature of the battery module.
  • the control unit activates or deactivates the cooling mode depending on the predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature (which are not necessarily equal, nor necessarily identical to those of the heating mode).
  • the cooling intensity provided to the dielectric heat transfer fluid is not adjusted from the same temperature detection element as that used to choose the operating mode of the thermal regulation system.
  • This advantageously allows, according to the invention, to control the intensity of the cooling device from a temperature measurement upstream of the battery module.
  • this makes it possible to precisely adjust the temperature upstream of the battery module, that is to say before interaction with the electrical energy storage cells, and, on the other hand, the battery being preferably planned to comprise several modules, this makes it possible to give a homogeneous entry temperature of the dielectric heat transfer fluid into each module.
  • the control unit of the thermal regulation system is immediately capable of detecting whether, in fact, the dielectric heat transfer fluid has really been cooled by the cooling device but also, if a rise in temperature between the upstream and downstream of the battery module is observed, that the electrical energy storage cells have been cooled.
  • the regulation system therefore offers a simple solution and high responsiveness for detecting failure of the cooling device making it possible to use a battery even of high power which is safer and more reliable for operation. optimized and robust battery.
  • the control unit and the temperature detection elements can be shared to manage both the heating mode and cooling mode without increasing the complexity of the instrumentation.
  • the invention may also include one or more of the following optional features, taken alone or in combination.
  • the fluid network preferably comprises several battery modules mounted in parallel, which presents several advantages. First of all, it is simpler to regulate several battery modules in parallel than a single volume comprising the same number of electrical energy storage cells. It is also simpler to install several battery modules in parallel in the motor vehicle than a single volume comprising the same number of electrical energy storage cells. Finally, it is simpler to be able to change a module containing faulty electrical energy storage cells rather than changing the entire battery for only a small portion of faulty electrical energy storage cells.
  • the control unit is preferably configured to diagnose an obstruction of a battery module when the variations in values of each temperature detection element inside each battery module are different.
  • the battery modules being in parallel and powered by the same dielectric heat transfer fluid at the same temperature, a variation in the temperature of a module beyond a predetermined threshold above the average temperature of the other modules battery, may lead to the conclusion that a circulation fault is present in the module where the temperature variation changes more markedly than in the others.
  • diagnosis of the control unit will make it possible to quickly check any faulty electrical energy storage cells or obstructions by already knowing the battery module to be checked.
  • the control unit is preferably configured to vary the flow rate of the pumping element as a function of the electrical charging or discharging power of the battery in order to adapt the circulation flow of the dielectric heat transfer fluid in the fluid network in depending on battery operation.
  • the higher the charging or discharging power of the battery the higher the flow rate of the pumping element thus, the volume per unit of time of dielectric heat transfer fluid passing through each module is higher to increase the thermal regulation capacity of the system.
  • the variation in flow rate of the pumping element could be proportional to the charging or discharging power of the battery.
  • the thermal regulation system may include at least one flow detection element downstream of the battery module electrically connected to the control unit in order to selectively control the pumping element as a function of the value measured by the detection element. flow. Indeed, it may be interesting to measure the effective flow after the pressure losses experienced in each battery module to, possibly, correct the control of the pumping element to obtain the actually desired thermal regulation power depending on the volume per unit of time of dielectric heat transfer fluid passing through each module.
  • the thermal regulation system comprises at least one pressure detection element between the downstream of the pumping element and the upstream of the battery module and electrically connected to the control unit in order to diagnose, by comparing the value measured by the pressure detection element in relation to the pressure estimated from the operating conditions of the pumping element, a leak or on the contrary an obstruction of the fluid network.
  • this diagnosis would not be necessary.
  • the invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises a thermal regulation system as presented above, each battery module of which comprises electrical energy storage cells.
  • a thermal regulation system as presented above, each battery module of which comprises electrical energy storage cells.
  • all the characteristics and technical effects of the thermal regulation system make it possible to guarantee optimal operation of the exchanges of electrical energy between the battery and the components of the motor vehicle such as, for example, during the driving of the motor vehicle or during recharging with electrical energy while the motor vehicle is parked.
  • FIG. 1 is a schematic top view of an example of a vehicle in which a thermal regulation system according to the invention is mounted;
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an example of a thermal regulation system according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of the electrical and fluidic connections of an example of a thermal regulation system according to the invention.
  • orientations are the orientations of the figures.
  • the terms “upper”, “lower”, “left”, “right”, “above”, “below”, “forward” and “backward” are generally understood to be in relation to the meaning of representation of the figures.
  • upstream and downstream are understood in relation to the direction of circulation of the dielectric heat transfer fluid in the fluid network of the thermal regulation system.
  • the invention applies to any type of thermal regulation system 1 by battery immersion, in particular those intended to equip a motor vehicle 4 of the tourism type, SUV ("Sport Utility Vehicles"), two wheels (in particular motorcycles), airplanes , industrial vehicles chosen from vans, "heavy goods vehicles” - i.e. metro, bus, road transport machinery (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles such as agricultural or engineering machinery civil -, or other transport or handling vehicles.
  • SUV Sport Utility Vehicles
  • two wheels in particular motorcycles
  • airplanes industrial vehicles chosen from vans, "heavy goods vehicles” - i.e. metro, bus, road transport machinery (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles such as agricultural or engineering machinery civil -, or other transport or handling vehicles.
  • the automobile vehicle 4 can be of the electric type, that is to say with at least one electric motor powered by at least one battery, of the hybrid type, that is to say with at least one internal combustion engine powered by at least one fuel (petrol, liquefied petroleum gas, diesel, natural gas for vehicles, bio-fuel such as ethanol obtained from plant material, etc.) and assisted by at least one electric motor powered by at least one at least one battery and/or the on-board network of the automobile vehicle 4, of the fuel cell type, that is to say at least one electric motor powered by at least one battery and/or by a fuel cell powered by dihydrogen and dioxygen, or even of the rechargeable hybrid type, that is to say with at least one internal combustion engine powered by at least one fuel (petrol, liquefied petroleum gas, diesel, natural gas for vehicles, bio- fuel such as for example ethanol obtained from plant material, etc.) and at least one electric motor powered by the on-board network of the automobile vehicle 4 and/or at least one rechargeable battery by connection with an external electrical network to the vehicle 4 automobile.
  • thermo regulation system 1 we mean all types of systems 1 making it possible to manage the flow, temperature and pressure of a dielectric heat transfer fluid intended, by moving said dielectric heat transfer fluid around a part of the cells 9 accumulation of electrical energy of a battery 3 (exchange by immersion in the dielectric heat transfer fluid), to be thermally exchanged with said part of the cells 9 for accumulating electrical energy in order to control its temperature, i.e. say typically heating and/or cooling, following predetermined control, said part of the electrical energy accumulation cells 9 immersed in the dielectric heat transfer fluid.
  • dielectric heat transfer fluid is meant a fluid intended to remain in liquid form in the fluid network 6 of the thermal regulation system 1 in order to exchange by contact the cold and/or the heat of at least part of the cells 9 accumulation of electrical energy of a battery 3.
  • the dielectric heat transfer fluid can circulate around all or part of the cells 9 of accumulation of electrical energy by at least partial filling of a module 7 of battery 3.
  • the dielectric heat transfer fluid is monophasic, that is to say it will not change phase (will remain liquid) in the temperature range considered in normal operation such as, for example, between -40° C and 60°C.
  • the heat transfer fluid is dielectric, that is to say it preferably has an electrical resistivity ⁇ at least equal to 1 ⁇ 10 9 ohm meters (1 G ⁇ m) at a temperature of 300 kelvins (300 K) or, conversely, an electrical conductivity ⁇ at most equal to 1 ⁇ 10 - 9 siemens per meter (1 nS ⁇ m - 1 ) at a temperature of 300 kelvins (300 K), so as not to disrupt the electrical connections between in particular the cells 9 present in the same module 7 of battery 3.
  • This type of dielectric heat transfer fluid can be similar to those used for electrical transformers. It will therefore not be further described in this description because it is known in itself.
  • the dielectric heat transfer fluid can for example be a product of the Novec® 7500 type sold by the company 3M®, of the F18 or F20 type sold by the Total® company or of the DF7 or DFK type sold by the MiVolt® company.
  • electrical energy accumulation cell 9 we mean all types of electrochemical accumulators capable of storing electrical energy and, in a reversible manner, of restoring the stored electrical energy.
  • battery module 7 is meant a box intended to group together at least two electrical energy storage cells 9 electrically connected in series or in parallel.
  • a circulation of dielectric heat transfer fluid in at least one module 7 of battery 3 in order to thermally regulate at least part of the cells 9 for accumulating electrical energy capable of being received in the battery module 7 3.
  • battery 3 we mean all of the modules 7 electrically connected in series or in parallel and, incidentally, all of the electrical energy accumulation cells 9 included in the modules 7.
  • powertrain 2 we mean the assembly comprising the engine(s) intended to directly or indirectly drive the wheels of the automobile vehicle 4 as well as the accessories of each engine such as, for example, the alternator, cooling system, gearbox or lubrication system.
  • a system 1 for thermal regulation of a battery 3 is mounted in a motor vehicle 4.
  • an electrical connection element 5 is provided on the body of the automobile vehicle 4 to allow the battery 3 to be recharged.
  • the thermal regulation system 1 and/or the battery 3 can be fluidly and/or electrically connected to the powertrain 2.
  • all the characteristics and technical effects of the thermal regulation system 1 make it possible to guarantee optimal operation of the exchanges of electrical energy between the battery 3 and the components of the vehicle 4 automobile such as, for example, while the motor vehicle is driving or during recharging with electrical energy while the motor vehicle is parked.
  • the thermal regulation system 1 is, advantageously according to the invention, of the immersion type of the electrical energy accumulation cells 9, that is to say that each battery module 7 3 comprises a housing 8 intended to enclose cells 9 for accumulating electrical energy in dielectric heat transfer fluid.
  • the electrical energy accumulation cells 9 of each module 7 of battery 3 are totally immersed in dielectric heat transfer fluid.
  • immersion is more effective for heat exchanges because the specific exchange surface is greater and, on the other hand, the evacuation outside each battery module 7 3 by circulation of the dielectric heat transfer fluid is fast, which allows great efficiency and reactivity of regulation capable of satisfying both the charging (at the fast charging terminal) and the discharge (electrical consumption of the automobile vehicle 4 at high load) of high electrical power of the battery .
  • the heat exchange is very efficient because it takes place directly by convection of the heat transfer fluid on the envelope of each electrical energy accumulation cell 9.
  • regulation by immersion is also safer against the propagation of possible fire from the battery 3 in the automobile vehicle 4.
  • the thermal regulation system 1 makes it possible to maintain the electrical energy accumulation cells 9 at their optimal temperature in order to guarantee optimized (maintaining the best energy efficiency) and robust (charging and discharging) operation. optimal for a longer lifespan) of the battery 3 whatever the external conditions in which the automobile vehicle 4 operates, that is to say even if it is very cold or very hot.
  • the thermal regulation system 1 thus comprises a closed fluid network 6 in which a flow of dielectric heat transfer fluid in the liquid phase is formed using at least one PUMP01 pumping element.
  • the fluid network 6 therefore includes in particular all the modules 7 of the battery 3 (three at the ) so that the electrical energy accumulation cells 9 can be thermally regulated by the circulation of dielectric heat transfer fluid in each housing 8.
  • the fluid network 6 thus comprises a structure of pipes on which a set of instrumentations is mounted allowing the control unit 11 of the thermal regulation system 1 manages the circulation of the dielectric heat transfer fluid.
  • the fluidic network 6 preferably comprises several battery modules 7 3 mounted in parallel, which presents several advantages. First of all, it is simpler to regulate several battery modules 7 3 in parallel than a single volume comprising the same number of electrical energy storage cells 9. It is also simpler to install several battery modules 7 in parallel in the automobile vehicle 4 than a single volume comprising the same number of cells 9 for storing electrical energy. Finally, it is simpler to be able to change a module 7 comprising faulty electrical energy accumulation cells 9 rather than changing the entire battery 3 for only a small part of faulty electrical energy accumulation cells 9.
  • the PUMP01 pumping element makes it possible to raise the dielectric heat transfer fluid under pressure and thus to circulate it through the fluid network 6.
  • the PUMP01 pumping element must therefore ensure a given flow rate and overcome the pressure losses present in the fluid network 6.
  • the control unit 11 sometimes called in English "battery thermal management system” or "BTMS" according to the measurements of the set of network instrumentations 6 fluidics.
  • FILT01, FILT02 filtration elements have the role of protecting the organs of the thermal regulation system 1 from external contamination.
  • the FILT01 filtration element makes it possible to protect the PUMP01 pumping element from particles resulting from the filling of the fluid network 6 with dielectric heat transfer fluid or generated by the electrical energy accumulation cells 9 (in the event of thermal runaway for example ).
  • the FILT02 filtration element ensures protection of the electrical energy accumulation cells 9 by blocking, for example, the particles that may be generated by the PUMP01 pumping element during its running-in phase.
  • valve BV01, BV03 make it possible to purge the fluid network 6, with a view to replacing the dielectric heat transfer fluid or changing a member of the thermal regulation system 1. To do this, valve BV03 must first be opened in order to vent the fluid network 6. It is then necessary to open the valve BV01 to allow the dielectric heat transfer fluid to flow out of the fluid network 6.
  • the valve BV03 is located above, that is to say at a higher altitude relative to ground level, than most of the fluid network 6 and, conversely, the valve BV01 is located below , that is to say at a lower altitude relative to ground level, than most of the fluid network 6, which makes it possible to facilitate the evacuation of the dielectric heat transfer fluid with the help of gravity.
  • the fluid network 6 can then be filled again via the BV03 valve (having previously closed the BV01 valve).
  • the valve BV03 communicates with the fluidic network 6 via the expansion tank VES03 which makes it possible to simplify the filling and easily adjust the volume of dielectric heat transfer fluid in the fluidic network 6.
  • the BV04 valve allows the system to be purged in the event of poor filling. Indeed, as will be better explained below, when there is a fluid filling error, the fluid is contained between the controllable proportional valves VA03 and VA04. The BV04 valve therefore makes it possible to empty this portion of the fluid network 6 of the fluid inserted by mistake.
  • the VES03 expansion tank is located downstream of the VA03 valve, so that the latter can be functional.
  • the first functionality of the VES03 expansion tank is to compensate for thermal expansions of the dielectric heat transfer fluid, or any other variation in volume that may occur in the fluidic network 6.
  • the dielectric heat transfer fluid being considered incompressible, this makes it possible to protect the fluid network 6 against the pressures and depressions of the dielectric heat transfer fluid which could damage the organs or alter their functionality.
  • an inert gas located in the VES03 expansion tank will expand or compress to follow the variations in the dielectric heat transfer fluid. This gas will therefore rise or fall in pressure.
  • the VES03 expansion tank will also act as a reserve of dielectric heat transfer fluid to supply the fluidic network 6 and mitigate this reduction in volume.
  • the VES03 expansion tank also participates in the cooling of the dielectric heat transfer fluid in the fluidic network 6.
  • the fluidic network 6 passing through the expansion tank VES03, the thermal inertia of the cold dielectric heat transfer fluid located in the expansion tank VES03 makes it possible to absorb part of the calories of the hot dielectric heat transfer fluid coming from the modules 7 of battery 3 This natural cooling thus makes it possible to reduce the energy consumption of the EXCH05 cooling device necessary for the proper regulation of the temperature of the dielectric heat transfer fluid.
  • the VES03 expansion tank has a level detection element L04 located inside. It allows the control unit 11 to be warned when the level of dielectric heat transfer fluid in the VES03 expansion tank is too low, which could in particular mean a leak for example. It can be an all-or-nothing sensor sending a signal only when the level becomes critical, or a sensor sending back the liquid level in real time using, for example, a float moved by the level of dielectric heat transfer fluid in the VES03 expansion tank.
  • the OPR03 pressure relief valve is a valve that opens at high pressure. It protects the system from pressure increases too great to be compensated by the VES03 expansion tank, in particular overpressures induced by a release of gas from an electrical energy accumulation cell 9 in the event of thermal runaway . This prevents the system from exploding under this increase in pressure.
  • the pressure relief valve OPR03 will therefore open under the effect of too much pressure, release the gas into the atmosphere in order to reduce the internal pressure of the fluid network 6, and close when the pressure reaches a level again. acceptable. The gas must be expelled far enough from users so as not to endanger them.
  • the pressure threshold allowing the triggering of the pressure relief valve OPR03 is preferably dependent on the operating pressure of the fluid network 6, that is to say it must not be triggered at a pressure too close to the operating pressure.
  • the pressure threshold can be, for example, between 3.0 bars and 3.5 bars if the operating pressure of the fluid network 6 is 2 bars, that is to say for example equal to 3.0 bars , 3.1 bar, 3.2 bar, 3.3 bar, 3.4 bar or 3.5 bar.
  • the pressure threshold allowing the OPR03 relief valve to close can be, for example, between 2.5 bars and 3.0 bars, that is to say for example equal to 2.5 bars, 2.6 bars , 2.7 bar, 2.8 bar, 2.9 bar or 3.0 bar.
  • the difference between the values of the pressure thresholds between the opening and closing of the pressure relief valve OPR03 can be, for example, between 0.5 bar and 1 bar, that is to say for example equal to 0.5 bar, 0.6 bar, 0.7 bar, 0.8 bar, 0.9 bar or 1.0 bar.
  • these values can vary depending on the operating pressure of the fluid network 6.
  • the VA03 valve preferably of the controllable proportional type, is placed between the modules 7 of battery 3 and the expansion tank VES03. It is also placed, preferably, upstream of the BV03 valve.
  • the valve VA03 is controlled by the control unit 11 according to the selected mode of the thermal regulation system 1 as will be explained below.
  • the VA03 valve allows partial bypass of the VES03 expansion tank. This bypass must be partial in order not to lose the functionality of the VES03 expansion tank, namely to compensate for the thermal expansions of the dielectric heat transfer fluid (this makes it possible to protect the thermal regulation system 1 against the pressures and depressions of the dielectric heat transfer fluid which may damage its organs or alter their functionality).
  • the partial bypass is intended to limit, in heating mode, the quantity of "hot" dielectric heat transfer fluid passing through the VES03 expansion tank in order to limit the cooling of the dielectric heat transfer fluid by heat exchange with the fluid present in the expansion tank.
  • expansion VES03. The bypass proportion, in heating mode, of the VA03 valve can be, for example, between 10% and 80% towards the expansion tank VES03, that is to say for example equal to 10%, 20% , 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, or 80%, and the rest to valve VA04.
  • the bypass proportion is managed by the control unit 11 as a function of the temperature difference between the fluid inside the expansion tank VES03 (using a temperature sensor mounted in the expansion tank VES03) and the temperature measured by the third temperature detection element T03 upstream of the expansion tank VES03. More precisely, the higher the temperature difference, the more preferentially the proportion of bypass towards the VES03 expansion tank decreases.
  • the normal position of the VA03 valve is normally fully open towards the VES03 expansion tank.
  • the dielectric heat transfer fluid is automatically directed towards the expansion tank VES03, which makes it possible to benefit from the thermal inertia provided by the tank to cool the dielectric heat transfer fluid.
  • This makes it possible to secure the system in the event of thermal runaway of an electrical energy accumulation cell 9 while being certain not to supply hot dielectric heat transfer fluid to the electrical energy accumulation cells 9, which would increase the phenomenon of thermal runaway.
  • the VA04 valve preferably of the controllable proportional type, is preferably located between the VES03 expansion tank and the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices. More precisely, the VA04 valve allows the dielectric heat transfer fluid to be selectively directed towards one or other of the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices. In the example shown in Figures 2 and 4, the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices are connected in parallel from the VA04 valve. This is an on/off type valve that can also be closed. We therefore understand that the dielectric heat transfer fluid can be entirely directed towards one or other of the cooling devices EXCH05 and heating HEAT06 or not be able to pass the valve VA04.
  • valve VA04 depends on the strategy adopted by the control unit 11 (heating mode, free circulation mode, cooling mode) as will be explained below.
  • the normal position of the VA04 valve is fully open towards the EXCH05 cooling device.
  • the dielectric heat transfer fluid is automatically directed entirely towards the cooling device EXCH05. This makes it possible to secure the thermal regulation system 1 in the event of thermal runaway of an electrical energy accumulation cell 9 while being certain not to supply hot dielectric heat transfer fluid to the electrical energy accumulation cells 9 , which would accentuate the phenomenon of thermal runaway.
  • the parts of the fluidic network 6 in parallel comprising the cooling devices EXCH05 and heating HEAT06 from the valve VA04 are joined by a shuttle valve SV01 upstream of the element PUMP01 of pumping.
  • the latter is preferably a mechanical valve opening under the pressure of the fluid. The purpose of this valve, when one of the free circulation or heating modes is activated, is to prevent the pumping element PUMP01 from sucking up dielectric heat transfer fluid located in the cooling circuit, which would have the effect of not change the temperature of the dielectric heat transfer fluid to the desired value.
  • the EXCH05 cooling device is preferably made up of a cooling element and a heat exchanger with the dielectric heat transfer fluid in order to selectively cool the dielectric heat transfer fluid to a set temperature controlled by the control unit 11 before its arrival at the shuttle flap SV01.
  • the cooling element can advantageously be the cold circuit of a cooling system of the powertrain 2 of the automobile vehicle 4 or a dedicated cooler (sometimes known by the English name "chiller").
  • the HEAT06 heating device is located in parallel with the EXCH05 cooling device. It preferably comprises a heating element and a heat exchanger with the dielectric heat transfer fluid in order to selectively heat the dielectric heat transfer fluid up to a set temperature controlled by the control unit 11 before its arrival at the shuttle valve SV01.
  • the heating element can advantageously be the hot circuit of a cooling system of the powertrain 2 of the automobile vehicle 4 or a dedicated driver (sometimes known by the English name "heater").
  • the heating element is preferentially activated only in heating mode, it is turned off when the other modes are selected.
  • the battery modules 7 3 constitute the heart of the thermal regulation system 1 and form part of the fluid network 6. They are intended to contain the electrical energy accumulation cells 9 which must be thermally regulated. Preferably, several battery modules 7 3 are fluidly connected to the rest of the fluid network 6 by hydraulic connections to a common input ramp 10 and to a common output ramp 12. In the example illustrated in Figures 2 to 4, the modules 7 of battery 3 (three in Figures 2 and 3) are placed in parallel in the fluid network 6 in order to allow a fair and homogeneous supply of dielectric heat transfer fluid for each of the modules 7 of battery 3, thus guaranteeing homogeneous thermal regulation of the electrical energy storage cells 9. This parallel arrangement also allows the reduction of pressure losses in the fluidic network 6.
  • the fluidic connection section between the common input ramp 10 and its module 7 of associated battery 3 is of different size depending on its distance relative to its connection to the fluid network 6 in order to obtain an equivalent flow of dielectric heat transfer fluid between the modules 7 of battery 3.
  • the section of each connection will increase as the connection moves away from the lateral connection 10a.
  • a front 10b connection (but also above or below) is also possible.
  • the section of the connections will be similarly adapted in order to obtain an equivalent flow of dielectric heat transfer fluid between the modules 7 of battery 3.
  • the ramps 10, 12 also make it possible to position and maintain the battery modules 7 3 in position so that the forces do not pass through the fluidic connections.
  • the battery modules 7 3 also allow the electrical connection of the electrical energy accumulation cells 9 to the rest of the automobile vehicle 4 in order to guarantee its supply of electrical energy. These electrical connections are made by waterproof connectors.
  • the battery modules 7 3 each comprise a housing 8 formed of a lower recessed base 8b (receiving the electrical energy accumulation cells 9) closed by an upper cover 8a in a sealed manner in order to offer protection to the cells 9 for accumulation of electrical energy against mechanical incidents (crash, mechanical shock, etc.) as well as protection in the event of fire (limits the progression of flames external to each battery module 7 3 so that the latter do not reach the electrical energy accumulation cells 9).
  • the set of instrumentations of the fluidic network 6 comprises temperature detection elements T01, T02, T03, T04, pollution C02, flow F03, quality Q04 and pressure P01 (in addition to the level detection element L04 of the expansion tank VES03) allowing the control unit 11 of the thermal regulation system 1 to manage the circulation of the dielectric heat transfer fluid.
  • the control unit 11 thus comprises a processing module 11a, that is to say a programmable intelligence, as a function of the measurements received by the module 11b for receiving the set of instrumentations of the fluidic network 6 in order to manage the thermal regulation system 1 as a function of the measurements of the set of instrumentations of the fluidic network 6.
  • the set of instrumentations could include more or fewer detection elements depending on the applications and/or the desired complexity of the thermal regulation system 1.
  • the pressure detection element P01 makes it possible to measure the pressure of the dielectric heat transfer fluid in the fluid network 6 at the outlet of the pumping element PUMP01. In order to avoid possible pressure losses that could distort the pressure measurement, it is preferably located as close as possible downstream of the PUMP01 pumping element.
  • the value measured by the pressure detection element P01 is transmitted to the control unit 11 which analyzes it and makes it possible to manage a possible correction of the control of the pumping element PUMP01 (rotation speed, flow rate, etc.). ) and/or to diagnose problems in the fluid network 6 (leaks or obstructions (at least partial blockage) of the fluid network 6).
  • Each battery module 7 3 preferably comprises at least one pollution detection element C02 as close as possible to the electrical energy accumulation cells 9 in order to detect the deterioration of at least one of its energy accumulation cells 9 electric. More precisely, each C02 pollution detection element is intended to detect if at least one gas escapes from the electrical energy accumulation cells 9 when at least one of them is subjected to thermal runaway.
  • an exhaust valve is generally provided, often formed by a frangible part intended to break from a predetermined internal pressure, to let the overpressure communicate outside the cell 9 for accumulating water. electric energy. Once the exhaust valve is open, the electrical energy storage cell 9 is therefore no longer functional.
  • Each C02 pollution detection element can therefore be a composition, pressure, transparency or conductivity sensor to determine whether a gas has escaped from at least one of the electrical energy accumulation cells 9 of the module 7 battery to diagnose thermal runaway.
  • the control unit 11 can force the shutdown of the thermal regulation system 1 and send an alert identifying each faulty module 7 before a cell 9 for storing electrical energy does not catch fire. Once the faulty module has been identified, it can then be replaced without impacting the other modules.
  • the flow detection element F03 is preferably mounted at the end of the common outlet ramp 12 as close as possible upstream of the VA03 valve. By placing it after the modules 7 of battery 3, it is possible to know the overall flow rate passing through all the modules 7 of battery 3, even in the event of a leak between the flow detection element F03 and the element PUMP01 pumping.
  • the flow detection element F03 may consist of a flow meter.
  • the flow detection element F03 allows the control unit 11 to manage a possible correction of the control of the pumping element PUMP01 (rotation speed, flow rate, etc.) in order to provide the cells 9 with accumulation of electrical energy the flow rate necessary to cool them and/or to estimate the possible thermal regulation power.
  • each temperature detection element T01, T02, T03, T04 is provided to monitor the temperature of the dielectric heat transfer fluid at several predetermined locations of the fluid network 6.
  • Each temperature detection element T01, T02, T03, T04 may include at least one temperature sensor, for example of the thermocouple type or of another type.
  • a first temperature detection element T01 may be intended to measure the temperature of the fluid upstream of the battery modules 7 3 and downstream of the pumping element PUMP01. In order to have the most precise value possible of the temperature of the dielectric heat transfer fluid entering the modules 7 of battery 3, the first temperature detection element T01 must be located as close as possible upstream of the inlet of the modules 7 of battery 3. It is also preferably located downstream of the pumping element PUMP01 in order to be able to take into account the possible heating of the dielectric heat transfer fluid by the pumping element PUMP01.
  • the first temperature detection element T01 allows the control unit 11 to manage the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices and/or to diagnose a malfunction of the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices (with a other temperature detection element T03, T04 as explained below) and/or to diagnose the presence of flames external to the thermal regulation system 1.
  • Each battery module 7 3 preferably comprises at least a second temperature detection element T02 (three at the ) as close as possible to the electrical energy storage cells 9.
  • Each second temperature detection element T02 allows the control unit 11 to manage the operating mode of the thermal regulation system 1 (heating mode, free circulation mode or cooling mode) and/or to diagnose the presence of flames external to the thermal regulation system 1.
  • a third temperature detection element T03 can be located as close as possible to the output of the battery modules 7 3 so that the measurement is as representative as possible of the temperature of the dielectric heat transfer fluid at the output of the battery modules 7 3.
  • the third temperature detection element T03 allows the control unit 11 to diagnose poor heat exchange between the electrical energy accumulation cells 9 and the dielectric heat transfer fluid (unexpected temperature variation) and/or to diagnose a malfunction of the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices and/or to diagnose the presence of flames external to the thermal regulation system 1.
  • a fourth temperature detection element T04 can be located between the expansion tank VES03 and the valve VA04.
  • the fourth temperature detection element T04 allows the control unit 11 to diagnose a malfunction of the EXCH05 cooling and HEAT06 heating devices and/or to diagnose the presence of flames external to the thermal regulation system 1.
  • the fluid network 6 is therefore constantly monitored in order to avoid a malfunction of the organs of the regulation system 1 such as a disturbance to the circulation of the dielectric heat transfer fluid, a deficit in heating and/or cooling or insufficient entrainment of the flow of dielectric heat transfer fluid which could make the thermal regulation of the electrical energy accumulation cells 9 present in the battery module 3 less effective.
  • the regulation system 1 therefore allows safer operation (maintaining the quality of regulation) and more reliable (maintaining the safe operating conditions of the regulation system 1 - battery 3 assembly allowing a longer lifespan of the assembly). It can be concluded that the phenomena of thermal runaway of the battery 3 will be avoided thanks to the thermal regulation system 1 which will limit the situations in which irreversible damage to cells 9 for accumulating electrical energy could be caused.
  • the thermal regulation system 1 can comprise at least a second element T02 for detecting the temperature inside the battery module 7 3 electrically connected to the control unit 11 in order to selectively control the mode operation of the thermal regulation system 1 as a function of the value measured by the second temperature detection element T02 and a predetermined target temperature of the battery module 7 3.
  • Each temperature measured in each battery module 7 3 is preferably monitored permanently and as soon as one of the temperatures drifts beyond predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature, the control unit 11 activates the cooling mode and the heating mode respectively.
  • the control unit 11 activates the free circulation mode which simply drives the dielectric heat transfer fluid into the 6 fluidic network without heating or cooling it.
  • the predetermined target temperature and the predetermined thresholds may be different for each battery module 7 3 depending on its configuration and/or its location in the automobile vehicle 4.
  • the predetermined target temperature may be between 15°C and 30°C, that is to say for example equal to 15°C, 20°C, 25°C or 30°C.
  • the predetermined thresholds between 10% and 30%, that is to say for example equal to 10%, 15%, 20%, 25% or 30%, of the predetermined target temperature.
  • control unit 11 is preferably configured according to the invention to switch the valve VA04 to the heating device HEAT06 by activating the latter when the value measured by the second temperature detection element T02 is lower than the target temperature predetermined temperature of the battery module 7 3 in order to, in heating mode, heat at least part of the electrical energy storage cells 9 included in the battery module 7 3 up to the predetermined target temperature of the battery module 7 3
  • the control unit 11 activates or deactivates the heating mode depending on the predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature (which are not necessarily equal).
  • control unit 11 is preferentially according to the invention configured to switch the valve VA04 towards the cooling device EXCH05 by activating the latter when the value measured by the second temperature detection element T02 is greater than the predetermined target temperature of battery module 7 3 in order to, in cooling mode, refresh at least part of the electrical energy accumulation cells 9 included in battery module 7 3 up to the predetermined target temperature of module 7 of battery 3.
  • the control unit 11 activates or deactivates the cooling mode depending on the predetermined thresholds above or below the predetermined target temperature (which are not necessarily equal, nor necessarily identical to those of the heating mode).
  • the thermal regulation system 1 makes it possible, advantageously according to the invention, to adapt continuously to the external conditions in which the automobile vehicle 4 operates, that is to say also to cold conditions (heating of the cells 9) than in hot conditions (cooling of cells 9). It is also immediate that the control unit 11 can thus, initially, heat each module 7 of battery 3 to arrive at the optimal operating temperature of the battery 3 such as, for example, thirty degrees Celsius and, in a second step, thermally regulate (heat or cool) each module 7 of battery 3 to maintain the optimal operating temperature of battery 3.
  • control unit 11 selectively controls, in heating mode, the activation intensity of the heating device HEAT06 as a function of the value measured by the first temperature detection element T01.
  • the heating intensity provided to the dielectric heat transfer fluid is not adjusted from the same temperature detection element T01 as that T02 used to choose the operating mode of the thermal regulation system 1. This makes it possible to control the intensity of the HEAT06 heating device from a temperature measurement upstream of module 7 of battery 3.
  • the control unit 11 selectively controls the activation intensity of the cooling device EXCH05 as a function of the value measured by the first temperature detection element T01 (which can be the same as that used for heating mode).
  • the cooling intensity provided to the dielectric heat transfer fluid is not adjusted from the same temperature detection element T01 as that T02 used to choose the operating mode of the thermal regulation system. This makes it possible to control the intensity of the cooling device EXCH05 from a temperature measurement upstream of module 7 of battery 3.
  • this allows the control unit 11 to precisely adjust the temperature upstream of the battery module 7 3, that is to say before interaction with the electrical energy accumulation cells 9 , and, on the other hand, the battery 3 being preferably designed to comprise several modules 7, this makes it possible to give a homogeneous entry temperature of the dielectric heat transfer fluid into each module 7.
  • the control unit 11 can, advantageously according to the invention, diagnose a failure of the heating device HEAT06 if the value measured by the fourth temperature detection element T04 is not lower than the measured value by the first temperature detection element T01 (if the relationship T04 ⁇ T01 is verified).
  • the control unit 11 of the thermal regulation system 1 is immediately capable of detecting whether, in effect, the dielectric heat transfer fluid has really been heated by the HEAT06 heating device.
  • the control unit 11 can, advantageously according to the invention, diagnose a failure of the cooling device EXCH05 if the value measured by the temperature detection element T04 is not greater than to the value measured by the first temperature detection element T01 (if the relationship T04 ⁇ T01 is verified).
  • the control unit 11 of the thermal regulation system 1 is immediately capable of detecting whether, effectively, the dielectric heat transfer fluid has really been cooled by the cooling device EXCH05.
  • the control unit 11 is preferably configured according to the invention to diagnose an obstruction of a module 7 of battery 3 when the variations in values of the second temperature detection elements T02 inside each module 7 of battery 3 are different. Indeed, the modules 7 of battery 3 being in parallel and powered by the same dielectric heat transfer fluid at the same temperature, a variation in the temperature of a module 7 of battery 3 beyond a predetermined threshold above the average temperature of the other modules 7 of battery 3, can lead to the conclusion that a circulation fault is present in the module 7 of battery 3 where the temperature variation changes more markedly than in the others.
  • the diagnosis of the control unit 11 will make it possible to quickly check possible faulty electrical energy accumulation cells 9 or obstructions by already knowing the battery module 7 to be checked.
  • the control unit 11 is preferably configured according to the invention to vary the flow rate of the pumping element PUMP01 as a function of the electrical charging or discharging power of the battery 3 in order to adapt the circulation flow of the fluid dielectric heat transfer in the fluidic network 6 as a function of the operation of the battery 3.
  • the higher the charging or discharging power of the battery 3 the higher the flow rate of the pumping element PUMP1 thus, the volume per unit of time of dielectric heat transfer fluid passing through each module 7 of battery 3 is higher to increase the thermal regulation capacity of the system 1.
  • the variation in flow rate of the pumping element PUMP01 could be proportional to the charging or discharging power of the battery 3.
  • control unit 11 can selectively control the pumping element PUMP01 as a function of the value measured by the flow detection element F03. Indeed, it may be interesting to measure the effective flow rate after the load losses experienced in each module 7 of battery 3 to, possibly, correct the control of the pumping element PUMP01 to obtain the actually desired thermal regulation power depending on the volume per unit of time of dielectric heat transfer fluid passing through each module 7 of battery 3.
  • the control unit 11 can, advantageously according to the invention, diagnose, by comparing the value measured by the pressure detection element P01 in relation to the pressure estimated from the operating conditions of the pumping element PUMP01, a leak or, on the contrary, an obstruction of the fluid network.
  • a leak or, on the contrary an obstruction of the fluid network.
  • the control unit 11 of the regulation system is also configured to monitor the quality of the dielectric heat transfer fluid in order to guarantee the proper functioning of the battery 3.
  • the dielectric heat transfer fluid surrounding the electrical energy accumulation cells is permanently monitored in order to prevent pollution from being brought to the battery module 7 3 by the circulation of the dielectric heat transfer fluid, which could make thermal regulation less effective or lead to short circuits between the storage cells 9. electrical energy present in the battery module 7 3.
  • the thermal regulation system 1 therefore allows safer operation (maintaining the quality of the regulation) and more reliable (maintaining the safe operating conditions of the regulation system 1 assembly - battery allowing a longer lifespan of the assembly). It can be concluded that the phenomena of thermal runaway of the battery 3 will be avoided thanks to the thermal regulation system 1, which will limit the situations in which irreversible damage to electrical energy accumulation cells could be caused.
  • the thermal regulation system 1 may include at least one element Q04 for detecting at least one physical value of the dielectric heat transfer fluid mounted on the fluid network 6 and electrically connected to the control unit 11. Thus, it can capture both pollution induced by poor filling but also pollution in the thermal regulation system 1 itself (for example coming from the electrical energy accumulation cells 9). If quality detection element Q04 was located only on the filling circuit, internal pollution would not be detectable.
  • the control unit 11 can thus selectively control the operation of the thermal regulation system 1 as a function of the physical value of the dielectric heat transfer fluid measured by the detection element Q04.
  • This configuration makes it possible to permanently determine the presence or absence of pollution in the dielectric heat transfer fluid by simply monitoring one of its physical values without having to intervene on the fluid network 6, that is to say typically without having to carry out samples of dielectric heat transfer fluid in the fluid network 6. It is also possible to immediately detect if the liquid used for filling the fluid network 6 is not that expected.
  • the processing unit 11 blocks the circulation of the dielectric heat transfer fluid in the fluid network 6 by stopping at least the pumping element PUMP014 to avoid the entry of any pollution in each battery module 7 3.
  • the detection element Q04 is an electrical conductivity sensor (or, conversely, an electrical resistivity sensor) so that the control unit 11 selectively determines whether there is a risk of thermal deregulation (less efficient heat exchange) and/or a risk of short circuit (electrical connection possible by the dielectric heat transfer fluid) is incurred in the module 7 of battery 3 by the presence of the dielectric heat transfer fluid.
  • pollution is generally associated with a variation in electrical conductivity (the electrical resistivity being the inverse of the electrical conductivity) and this physical value has important consequences for the electrical connections in the module 7 of battery 3 and, more generally , for the operation of the battery 3.
  • the detection element Q04 can be an electrode sensor.
  • the quality threshold of the control unit 11 that is to say the threshold from which the control unit 11 will consider that pollution is no longer negligible, can for example be an electrical conductivity ⁇ at plus equal to 1 nS ⁇ m - 1 or an electrical resistivity ⁇ at least equal to 1 G ⁇ m at a temperature of 300 K. Indeed, depending on the temperature of the dielectric heat transfer fluid, the electrical conductivity and, incidentally, the electrical resistivity, vary.
  • the detection element Q04 is preferably mounted on the fluid network 6 outside the battery module 7 3 allowing the control unit 11 to stop the circulation of the dielectric heat transfer fluid before the latter arrives at each module 7 battery 3 when a predetermined threshold, such as the quality threshold above, is exceeded by the measurement of detection element Q04.
  • the detection element Q04 is preferentially installed downstream and as close as possible to this filling inlet to maximize the speed of detection of 'an error in filling the fluid, that is to say in particular if the liquid introduced into the fluid network 6 is not the expected dielectric heat transfer fluid and sufficiently upstream of each battery module 7 3 so that the inertia of the thermal regulation system 1 does not result in the arrival of each battery module 7 3 after the shutdown controlled by the control unit 11.
  • the control unit 11 stops the main organs of the thermal regulation system 1 (PUMP01 pumping element, EXCH05 cooling device, HEAT06 heating device, etc.). In addition, the control unit 11 can completely close the valve VA03 or prevent the poor quality dielectric heat transfer fluid from reaching the modules 7 of battery 3 (opening only between upstream and downstream of the expansion tank VES03 ). In addition, the control unit 11 can completely close the VA04 valve, or redirect the fluid into the cooling circuit. In the absence of pressure, the latter will be blocked by the shuttle valve SV01. The goal is also to prevent poor quality fluid from reaching battery modules 7 3.

Abstract

L'invention se rapporte à un système (1) de régulation thermique d'une batterie (3) pour véhicule automobile du type par immersion comportant une unité (11) de contrôle configurée pour surveiller l'efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3).

Description

Système de régulation thermique d’une batterie Domaine technique de l’invention
L’invention concerne le domaine des systèmes de régulation thermique et notamment de tels systèmes pour une batterie.
 Arrière-plan technique
Les véhicules automobiles ont de plus en plus besoin de capacité de stockage en énergie électrique notamment à cause des normes antipollution imposées par les législations locales. Si l’utilisation d’une batterie permet effectivement de substituer par un moteur électrique tout ou partie d’un moteur thermique et la pollution afférente à sa combustion, elle ne permet pas de le remplacer selon les mêmes conditions d’utilisation.
Un premier inconvénient réside dans le rendement énergétique de la batterie qui varie sensiblement en fonction de la température et du nombre de cyclages effectués (charges et décharges déjà effectuées). Il a ainsi été constaté qu’en dehors d’une plage de températures optimale à la batterie, généralement comprise entre 25°C et 40°C, le rendement énergétique baisse fortement et comparativement beaucoup plus qu’avec un moteur thermique. Le dépassement de la plage de températures idéale peut notamment entraîner un emballement thermique pouvant mener à la chute importante du rendement énergétique voire l’endommagement irréversible au moins partiel des cellules d’accumulation d’énergie électrique.
Cet inconvénient a déjà été soulevé dans les documents US 2020/052356, WO 2012/003209, US 2013/209838, US 2020/313255, US 2022/034746 et DE 10 2013 221137.
Un deuxième inconvénient est que, plus le courant consommé de la batterie est élevé, plus la puissance déchargée par la batterie est importante (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de décharge) et plus l’utilisateur est incité à utiliser une borne de charge rapide (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de charge).
Il ressort que le refroidissement par convection forcée ou le refroidissement par échangeur thermique peuvent ne plus suffire pour limiter la température de la batterie. La régulation thermique de la batterie devient donc un enjeu majeur pour les véhicules automobiles destinés à respecter les normes de pollution toujours plus drastiques.
L'invention a notamment pour but de proposer un système de régulation thermique pour une batterie de véhicule automobile permettant d’utiliser une batterie même de forte puissance qui soit plus sûr et plus fiable pour un fonctionnement optimisé et robuste de la batterie.
À cet effet, l’invention a pour objet un système de régulation thermique pour une batterie de véhicule automobile comportant un réseau fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément de pompage, le réseau fluidique comportant au moins un module de batterie apte à recevoir des cellules d’accumulation d’énergie électrique destinées à être régulées thermiquement par remplissage au moins partiel du module de batterie par le fluide caloporteur diélectrique, caractérisé en ce que le système de régulation comporte :
  • une unité de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie ;
  • au moins un élément de détection de la température à l’intérieur du module de batterie relié électriquement à l’unité de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de température et d’une température cible prédéterminée du module de batterie.
Avantageusement selon l'invention, le système de régulation est du type par immersion au moins partielle des cellules d’accumulation d’énergie électrique de la batterie par un fluide caloporteur diélectrique et, préférentiellement, par immersion totale. En effet, d’une part, l’immersion est plus efficace pour les échanges thermiques car la surface spécifique d’échange est plus grande et, d’autre part, l’évacuation en dehors de chaque module par circulation du fluide caloporteur diélectrique est rapide ce qui permet des grandes efficacité et réactivité de régulation propres à satisfaire aussi bien la charge (en borne de charge rapide) que la décharge (consommation électrique du véhicule automobile à forte charge) de grande puissance électrique de la batterie. De manière connexe, la régulation par immersion est également plus sûre contre la propagation du feu éventuel de la batterie dans le véhicule automobile. On comprend donc que le système de régulation thermique selon l'invention permet de maintenir les cellules d’accumulation d’énergie électrique à leur température optimale afin de garantir un fonctionnement optimisé (maintien au meilleur rendement énergétique) et robuste (charge et décharge optimales pour une durée de vie plus longue) de la batterie quelles que soient les conditions extérieures dans lesquelles évolue le véhicule automobile, c'est-à-dire même s’il fait très froid ou très chaud.
Avantageusement selon l'invention, le réseau fluidique est surveillé en permanence afin d’éviter un disfonctionnement des organes du système de régulation tel qu’une perturbation pour la circulation du fluide caloporteur diélectrique, un déficit de chauffage et/ou de refroidissement ou un entraînement insuffisant du flux de fluide caloporteur diélectrique ce qui pourrait rendre moins efficace la régulation thermique des cellules d’accumulation d’énergie électrique présentes dans le module. On comprend que le système de régulation selon l'invention permet donc un fonctionnement plus sûr (maintien de la qualité de la régulation) et plus fiable (maintien dans les conditions de sécurité de fonctionnement de l’ensemble système de régulation - batterie permettant une durée de vie plus longue de l’ensemble). On peut en conclure que les phénomènes d’emballement thermique de la batterie seront évités grâce au système de régulation thermique selon l'invention ce qui limitera les situations dans lesquelles un endommagement irréversible de cellules d’accumulation d’énergie électrique pourrait être occasionné.
Chaque température mesurée dans chaque module de batterie est préférentiellement surveillée en permanence et dès que l’une des températures dérive au-delà de seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité de contrôle active respectivement le mode refroidissement et le mode chauffage. Si chacune des mesures de température reste dans l’intervalle des seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité de contrôle active le mode circulation libre qui se contente d’entraîner le fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique sans le réchauffer ni le refroidir. Bien entendu, la température cible prédéterminée et les seuils prédéterminés peuvent être différents pour chaque module de batterie suivant sa configuration et/ou sa localisation dans le véhicule automobile.
Selon un premier aspect de l’invention, le système de régulation comporte en outre :
  • un dispositif de chauffage du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau fluidique en amont de l’élément de pompage ;
  • au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode chauffage, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif de chauffage en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie ;
  • au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de chauffage et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode chauffage, diagnostiquer une défaillance du dispositif de chauffage si la valeur mesurée par l’élément de détection de la température entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de chauffage n’est pas inférieure à la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie.
L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour activer le dispositif de chauffage quand la valeur mesurée par l’élément de détection de température est inférieure à la température cible prédéterminée du module de batterie afin de, en mode chauffage, réchauffer au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module de batterie jusqu’à la température cible prédéterminée du module de batterie. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux), l’unité de contrôle active ou désactive le mode chauffage.
On comprend que l’intensité de chauffage apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément de détection de température que celui utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Cela permet avantageusement selon l'invention de piloter l’intensité du dispositif de chauffage à partir d’une mesure de température en amont du module de batterie. Ainsi, d’une part, cela permet de régler précisément la température en amont du module de batterie, c'est-à-dire avant interaction avec les cellules d’accumulation d’énergie électrique, et, d’autre part, la batterie étant prévue préférentiellement pour comporter plusieurs modules, cela permet de donner une température homogène d’entrée du fluide caloporteur diélectrique dans chaque module.
Par une instrumentation simple, l’unité de contrôle du système de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été chauffé par le dispositif de chauffage mais également, si une baisse de température entre l’amont et l’aval du module de batterie est observée, que les cellules d’accumulation d’énergie électrique ont été réchauffées. Selon le premier aspect de l’invention, le système de régulation offre donc une solution simple et une haute réactivité de détection de défaillance du dispositif de chauffage permettant d’utiliser une batterie même de forte puissance qui soit plus sûr et plus fiable pour un fonctionnement optimisé et robuste de la batterie.
Selon un deuxième aspect de l’invention, le système de régulation comporte en outre :
  • un dispositif de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau fluidique en amont de l’élément de pompage ;
  • au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle (qui peut être le même que celui utilisé pour le mode chauffage) afin de, en mode refroidissement, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif de refroidissement en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie ;
  • au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de refroidissement (qui peut être le même que celui utilisé pour le mode chauffage) et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode refroidissement, diagnostiquer une défaillance du dispositif de refroidissement si la valeur mesurée par l’élément de détection de la température entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de refroidissement n’est pas supérieure à la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie.
L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour activer le dispositif de refroidissement quand la valeur mesurée par l’élément de détection de température est supérieure à la température cible prédéterminée du module de batterie afin de, en mode refroidissement, rafraîchir au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module de batterie jusqu’à la température cible prédéterminée du module de batterie. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux, ni forcément identiques à ceux du mode chauffage), l’unité de contrôle active ou désactive le mode refroidissement.
On comprend donc que l’intensité de refroidissement apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément de détection de température que celui utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Cela permet avantageusement selon l'invention de piloter l’intensité du dispositif de refroidissement à partir d’une mesure de température en amont du module de batterie. Ainsi, d’une part, cela permet de régler précisément la température en amont du module de batterie, c'est-à-dire avant interaction avec les cellules d’accumulation d’énergie électrique, et, d’autre part, la batterie étant prévue préférentiellement pour comporter plusieurs modules, cela permet de donner une température homogène d’entrée du fluide caloporteur diélectrique dans chaque module.
Par une instrumentation simple, l’unité de contrôle du système de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été refroidi par le dispositif de refroidissement mais également, si une hausse de température entre l’amont et l’aval du module de batterie est observée, que les cellules d’accumulation d’énergie électrique ont été refroidies. Selon le deuxième aspect de l’invention, le système de régulation offre donc une solution simple et une haute réactivité de détection de défaillance du dispositif de refroidissement permettant d’utiliser une batterie même de forte puissance qui soit plus sûr et plus fiable pour un fonctionnement optimisé et robuste de la batterie.
Dans la mesure où le système de régulation comporte aussi bien un dispositif de refroidissement qu’un dispositif de chauffage, il est immédiat que l’unité de contrôle et les éléments de détection de la température peuvent être partagés pour gérer aussi bien le mode chauffage que le mode refroidissement sans augmentation de la complexité de l’instrumentation.
L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.
Le réseau fluidique comporte préférentiellement plusieurs modules de batterie montés en parallèle ce qui présente plusieurs avantages. Il est tout d’abord plus simple de réguler plusieurs modules de batterie en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Il est également plus simple d’implanter dans le véhicule automobile plusieurs modules de batterie en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Enfin, il est plus simple de pouvoir changer un module comportant des cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes plutôt que de changer la batterie entière pour seulement une faible partie de cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes. L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour diagnostiquer une obstruction d’un module de batterie quand les variations de valeurs de chaque élément de détection de la température à l’intérieur de chaque module de batterie sont différentes. En effet, les modules de batterie étant en parallèle et alimentés par le même fluide caloporteur diélectrique à la même température, une variation de la température d’un module au-delà d’un seuil prédéterminé au-dessus de la température moyenne des autres modules de batterie, peut entraîner la conclusion qu’un défaut de circulation est présent dans le module où la variation de température change de manière plus marquée que dans les autres. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité de contrôle permettra de rapidement faire vérifier d’éventuelles cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes et où des obstructions en connaissant déjà le module de batterie à vérifier.
L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour faire varier le débit de l’élément de pompage en fonction de la puissance électrique de charge ou de décharge de la batterie afin d’adapter le flux de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique en fonction du fonctionnement de la batterie. On comprend donc que plus la puissance de charge ou de décharge de la batterie est élevée, plus le débit de l’élément de pompage est élevé ainsi, le volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module est plus élevé pour augmenter la capacité de régulation thermique du système. Selon un exemple, la variation de débit de l’élément de pompage pourrait être proportionnelle à la puissance de charge ou de décharge de la batterie.
Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection du débit en aval du module de batterie relié électriquement à l’unité de contrôle afin de sélectivement piloter l’élément de pompage en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection du débit. En effet, il peut être intéressant de mesurer le débit effectif après les pertes de charges subies dans chaque module de batterie pour, éventuellement, corriger le pilotage de l’élément de pompage pour obtenir la puissance de régulation thermique réellement souhaitée dépendante du volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module.
Le système de régulation thermique comporte au moins un élément de détection de la pression entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de diagnostiquer, en comparant la valeur mesurée par l’élément de détection de pression par rapport à la pression estimée à partir des conditions de fonctionnement de l’élément de pompage, une fuite ou au contraire une obstruction du réseau fluidique. Ici encore, si le réseau fluidique n’a aucun défaut, ce diagnostic ne serait pas nécessaire. Toutefois, s’agissant d’un système de régulation thermique embarqué dans un véhicule automobile, il peut être intéressant de mesurer la pression effective entre l’élément de pompage et chaque module de batterie pour déterminer, si la pression est plus élevée qu’un seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément de pompage, que la circulation du fluide caloporteur diélectrique est entravée dans le réseau fluidique ou, au contraire, pour déterminer, si la pression est plus basse qu’un certain seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément de pompage, qu’une partie du fluide caloporteur diélectrique s’échappe du réseau fluidique. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité de contrôle permettra de rapidement faire vérifier le réseau fluidique avant que des cellules d’accumulation d’énergie électrique deviennent défaillantes à cause d’une mauvaise régulation thermique.
L’invention se rapporte également à un véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système de régulation thermique tel que présenté plus haut dont chaque module de batterie comporte des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Avantageusement selon l'invention, toutes les caractéristiques et effets techniques du système de régulation thermique permettent de garantir un fonctionnement optimal des échanges d’énergie électrique entre la batterie et les organes du véhicule automobile comme, par exemple, pendant le roulage du véhicule automobile ou pendant un rechargement en énergie électrique pendant un stationnement du véhicule automobile.
 Brève description des figures
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
est une vue schématique de dessus d’un exemple de véhicule dans lequel un système de régulation thermique selon l’invention est monté ;
est une vue schématique en perspective d'un exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
est une vue partielle agrandie de la centrée sur la batterie ;
est une vue schématique des connexions électrique et fluidique d’un exemple de système de régulation thermique selon l'invention.
 Description détaillée
Dans tout ce qui suit, les orientations sont les orientations des figures. En particulier, les termes « supérieur », « inférieur », « gauche », « droit », « au-dessus », « en-dessous », « vers l’avant » et « vers l’arrière » s’entendent généralement par rapport au sens de représentation des figures. En outre, les termes « amont » et « aval » s’entendent par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique du système de régulation thermique.
Dans la présente description, pour clarifier l’explication de l’invention des éléments de détection de température (T01, T02, etc.), de présence (C02), de flux (F03), de qualité (Q04), de pression (P01) ou de niveau (L04) sont déclarés arbitrairement comme un premier élément de détection, un deuxième élément de détection, etc. Il s’agit d’une simple nomenclature pour différencier et dénommer des différents éléments du système 1 de régulation thermique. Cette nomenclature n’implique pas une priorité d’un élément de détection par rapport à un autre et on peut aisément intervertir de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette nomenclature n’implique pas non plus un ordre, c'est-à-dire qu’un troisième élément de détection pourrait être utilisé sans qu’un premier élément de détection et/ou un deuxième élément de détection soit nécessaire pour la mise en œuvre de l’invention.
L'invention s'applique à tout type de système 1 de régulation thermique par immersion de batterie, notamment ceux destinés à équiper un véhicule 4 automobile de type tourisme, SUV (« Sport Utility Vehicles »), deux roues (notamment motos), avions, véhicules industriels choisis parmi camionnettes, « Poids - lourds » - c'est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil -, ou autres véhicules de transport ou de manutention.
Le véhicule 4 automobile peut être du type électrique, c'est-à-dire à au moins un moteur électrique alimenté par au moins une batterie, du type hybride, c'est-à-dire à au moins un moteur à explosion alimenté par au moins un carburant (essence, gaz de pétrole liquéfié, diesel, gaz naturel pour véhicule, bio-carburant comme par exemple de l’éthanol obtenu à base de matière végétale, etc.) et assisté par au moins un moteur électrique alimenté par au moins une batterie et/ou le réseau de bord du véhicule 4 automobile, du type pile à combustible, c'est-à-dire à au moins un moteur électrique alimenté par au moins une batterie et/ou par une pile à combustible alimentée par du dihydrogène et du dioxygène, ou encore du type hybride rechargeable, c'est-à-dire à au moins un moteur à explosion alimenté par au moins un carburant (essence, gaz de pétrole liquéfié, diesel, gaz naturel pour véhicule, bio-carburant comme par exemple de l’éthanol obtenu à base de matière végétale, etc.) et au moins un moteur électrique alimenté par le réseau de bord du véhicule 4 automobile et/ou au moins une batterie rechargeable par connexion avec un réseau électrique externe au véhicule 4 automobile. Bien entendu, l’invention ne se limite aux exemples ci-dessus de véhicules 4 automobiles mais s’applique à tout type de véhicule 4 automobile comportant au moins une batterie sans sortir du cadre de l’invention.
Par « système 1 de régulation thermique », on entend tous les types de systèmes 1 permettant de gérer le flux, la température et la pression d’un fluide caloporteur diélectrique destiné, par déplacement dudit fluide caloporteur diélectrique autour d’une partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique d’une batterie 3 (échange par immersion dans le fluide caloporteur diélectrique), à échanger thermiquement avec ladite partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique afin de contrôler sa température, c'est-à-dire typiquement réchauffer et/ou refroidir, suivant un pilotage prédéterminé, ladite partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique immergée dans le fluide caloporteur diélectrique.
Par « fluide caloporteur diélectrique », on entend un fluide destiné à rester sous forme liquide dans le réseau fluidique 6 du système 1 de régulation thermique afin d’échanger par contact le froid et/ou la chaleur d’au moins une partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique d’une batterie 3. Typiquement, le fluide caloporteur diélectrique peut circuler autour de tout ou partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique par remplissage au moins partiel d’un module 7 de batterie 3. Comme expliqué ci-dessus, le fluide caloporteur diélectrique est monophasique, c'est-à-dire qu’il ne changera pas de phase (restera liquide) dans la plage de températures considérée en fonctionnement normal comme, par exemple, entre -40°C et 60°C. Selon l’invention, le fluide caloporteur est diélectrique, c'est-à-dire présente préférentiellement une résistivité électrique ρ au moins égale à 1∙109 ohms mètres (1 GΩ∙m) à une température de 300 kelvins (300 K) ou, inversement, une conductivité électrique σ au plus égale à 1∙10 -   9 siemens par mètre (1 nS∙m -   1) à une température de 300 kelvins (300 K), afin de ne pas perturber les connexions électriques entre notamment les cellules 9 présentes dans un même module 7 de batterie 3. Ce type de fluide caloporteur diélectrique peut être semblable à ceux utilisés pour les transformateurs électriques. Il ne sera donc pas davantage décrit dans la présente description car connu en soi. À titre d'exemple nullement limitatif, le fluide caloporteur diélectrique peut par exemple être un produit du type Novec® 7500 vendu par la société 3M®, du type F18 ou F20 vendus par la société Total® ou du type DF7 ou DFK vendus par la société MiVolt®.
Par « cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique », on entend tous les types d’accumulateurs électrochimiques capables de stocker de l’énergie électrique et, de manière réversible, de restituer l’énergie électrique stockée.
Par « module 7 de batterie 3 », on entend un boîtier destiné à regrouper au moins deux cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique connectées électriquement en série ou en parallèle. Dans le cadre de l’invention, il est prévu une circulation de fluide caloporteur diélectrique dans au moins un module 7 de batterie 3 afin de réguler thermiquement au moins une partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique aptes à être reçues dans le module 7 de batterie 3.
Par « batterie 3 », on entend l’ensemble des modules 7 connectés électriquement en série ou en parallèle et, incidemment, l’ensemble des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique comprises dans les modules 7.
Par « groupe motopropulseur 2 », on entend l’ensemble comportant le (ou les) moteur(s) destiné(s) à entraîner directement ou indirectement des roues du véhicule 4 automobile ainsi que les accessoires de chaque moteur tels que, par exemple, l’alternateur, le système de refroidissement, la boîte de vitesses ou le système de lubrification.
Dans l’exemple illustré à la , un système 1 de régulation thermique d’une batterie 3 est monté dans un véhicule 4 automobile. Dans cet exemple, un élément 5 de connexion électrique est prévu sur la carrosserie du véhicule 4 automobile pour permettre le rechargement de la batterie 3. Comme cela sera expliqué ci-dessus, le système 1 de régulation thermique et/ou la batterie 3 peut être relié fluidiquement et/ou électriquement au groupe motopropulseur 2. Avantageusement selon l'invention, toutes les caractéristiques et effets techniques du système 1 de régulation thermique permettent de garantir un fonctionnement optimal des échanges d’énergie électrique entre la batterie 3 et les organes du véhicule 4 automobile comme, par exemple, pendant le roulage du véhicule automobile ou pendant un rechargement en énergie électrique pendant un stationnement du véhicule automobile.
Le système 1 de régulation thermique est, avantageusement selon l'invention, du type à immersion des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique, c'est-à-dire que chaque module 7 de batterie 3 comporte un boîtier 8 destiné à enfermer des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique dans du fluide caloporteur diélectrique. Préférentiellement, les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique de chaque module 7 de batterie 3 sont totalement immergées dans du fluide caloporteur diélectrique.
En effet, d’une part, l’immersion est plus efficace pour les échanges thermiques car la surface spécifique d’échange est plus grande et, d’autre part, l’évacuation en dehors de chaque module 7 de batterie 3 par circulation du fluide caloporteur diélectrique est rapide ce qui permet des grandes efficacité et réactivité de régulation propres à satisfaire aussi bien la charge (en borne de charge rapide) que la décharge (consommation électrique du véhicule 4 automobile à forte charge) de grande puissance électrique de la batterie. En outre, l’échange thermique est très efficace car il se fait directement par convection du fluide caloporteur sur l’enveloppe de chaque cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique. De manière connexe, la régulation par immersion est également plus sûre contre la propagation du feu éventuel de la batterie 3 dans le véhicule 4 automobile. On comprend donc que le système 1 de régulation thermique selon l'invention permet de maintenir les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique à leur température optimale afin de garantir un fonctionnement optimisé (maintien au meilleur rendement énergétique) et robuste (charge et décharge optimales pour une durée de vie plus longue) de la batterie 3 quelles que soient les conditions extérieures dans lesquelles évolue le véhicule 4 automobile, c'est-à-dire même s’il fait très froid ou très chaud.
Le système 1 de régulation thermique comporte ainsi un réseau 6 fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément PUMP01 de pompage. Dans l’exemple illustré aux figures 2 à 4, le réseau 6 fluidique comprend donc notamment tous les modules 7 de la batterie 3 (trois à la ) afin que les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique puissent être régulées thermiquement par la circulation de fluide caloporteur diélectrique dans chaque boîtier 8. Le réseau 6 fluidique comporte ainsi une structure de canalisations sur laquelle un ensemble d’instrumentations est monté permettant à l’unité 11 de contrôle du système 1 de régulation thermique de gérer la circulation du fluide caloporteur diélectrique.
Le réseau 6 fluidique comporte préférentiellement plusieurs modules 7 de batterie 3 montés en parallèle ce qui présente plusieurs avantages. Il est tout d’abord plus simple de réguler plusieurs modules 7 de batterie 3 en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique. Il est également plus simple d’implanter dans le véhicule 4 automobile plusieurs modules 7 de batterie 3 en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique. Enfin, il est plus simple de pouvoir changer un module 7 comportant des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique défaillantes plutôt que de changer la batterie 3 entière pour seulement une faible partie de cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique défaillantes.
L’élément PUMP01 de pompage permet de monter le fluide caloporteur diélectrique en pression et ainsi de le faire circuler à travers le réseau 6 fluidique. L’élément PUMP01 de pompage doit donc assurer un débit donné et vaincre les pertes de charges présentes dans le réseau 6 fluidique. Comme cela sera plus précisément expliqué ci-dessus, il est directement piloté par l’unité 11 de contrôle (parfois appelé en anglais « battery thermal management system » ou « BTMS ») en fonction des mesures de l’ensemble d’instrumentations du réseau 6 fluidique.
Dans l’exemple illustré aux figures 2 à 4, on peut voir que de part et d’autre de l’élément PUMP01 de pompage sont présents des éléments FILT01, FILT02 de filtration. Les éléments FILT01, FILT02 de filtration ont pour rôle de protéger les organes du système 1 de régulation thermique des contaminations extérieures. L’élément FILT01 de filtration permet de protéger l’élément PUMP01 de pompage des particules issues du remplissage du réseau 6 fluidique en fluide caloporteur diélectrique ou générées par les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique (en cas d’emballement thermique par exemple). L’élément FILT02 de filtration assure une protection des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique en bloquant par exemple les particules pouvant être générées par l’élément PUMP01 de pompage lors de sa phase de rodage.
Les vannes BV01, BV03 préférentiellement pilotables permettent de réaliser la purge du réseau 6 fluidique, en vue du remplacement du fluide caloporteur diélectrique ou du changement d’un organe du système 1 de régulation thermique. Pour ce faire, la vanne BV03 doit d’abord être ouverte afin de réaliser la mise à l’air du réseau 6 fluidique. Il faut ensuite ouvrir la vanne BV01 pour laisser s’écouler le fluide caloporteur diélectrique hors du réseau 6 fluidique. Préférentiellement, comme illustré dans l’exemple de la , la vanne BV03 est située au-dessus, c'est-à-dire à une altitude supérieure par rapport au niveau du sol, que la plupart du réseau 6 fluidique et, à l’inverse, la vanne BV01 est située au-dessous, c'est-à-dire à une altitude inférieure par rapport au niveau du sol, que la plupart du réseau 6 fluidique, ce qui permet de faciliter l’évacuation du fluide caloporteur diélectrique par l’aide de la gravité. Le réseau 6 fluidique peut ensuite être rempli de nouveau via la vanne BV03 (en ayant refermé au préalable la vanne BV01). On s’aperçoit que la vanne BV03 communique avec le réseau 6 fluidique via le vase d’expansion VES03 ce qui permet de simplifier le remplissage et le régler facilement le volume de fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique.
En outre, la vanne BV04 permet de réaliser la purge du système en cas de mauvais remplissage. En effet, comme cela sera mieux expliqué ci-après, lorsqu’il y a une erreur de remplissage de fluide, le fluide est contenu entre les vannes proportionnelles pilotables VA03 et VA04. La vanne BV04 permet donc de pouvoir vider cette portion du réseau 6 fluidique du fluide inséré par erreur.
Le vase d’expansion VES03 est situé en aval de la vanne VA03, pour que cette dernière puisse être fonctionnelle. La première fonctionnalité du vase d’expansion VES03 est de compenser les dilatations thermiques du fluide caloporteur diélectrique, ou tout autre variation de volume pouvant se produire dans le réseau 6 fluidique. Le fluide caloporteur diélectrique étant considéré comme incompressible, cela permet de protéger le réseau 6 fluidique contre les pressions et dépressions du fluide caloporteur diélectrique pouvant endommager les organes ou altérer leur fonctionnalité. En cas de variation de volume du fluide caloporteur diélectrique, un gaz inerte situé dans le vase d’expansion VES03 va se dilater ou se comprimer pour suivre les variations du fluide caloporteur diélectrique. Ce gaz va donc monter ou descendre en pression. Cela signifie également qu’en cas de réduction du volume du fluide dans le circuit, le vase d’expansion VES03 va également agir comme une réserve de fluide caloporteur diélectrique pour alimenter le réseau 6 fluidique et atténuer cette réduction de volume.
Le vase d’expansion VES03 participe également au refroidissement du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique. Le réseau 6 fluidique passant par le vase d’expansion VES03, l’inertie thermique du fluide caloporteur diélectrique froid situé dans le vase d’expansion VES03 permet d’absorber une partie des calories du fluide caloporteur diélectrique chaud provenant des modules 7 de batterie 3. Ce refroidissement naturel permet ainsi de réduire la consommation énergétique du dispositif EXCH05 de refroidissement nécessaire à la bonne régulation de la température du fluide caloporteur diélectrique.
En outre, le vase d’expansion VES03 comporte un élément L04 de détection de niveau situé à l’intérieur. Il permet à l’unité 11 de contrôle d’être averti lorsque le niveau de fluide caloporteur diélectrique dans le vase d’expansion VES03 est trop bas, ce qui pourrait notamment signifier une fuite par exemple. Il peut s’agir d’un capteur tout ou rien n’envoyant un signal que lorsque le niveau devient critique, ou d’un capteur renvoyant le niveau de liquide en temps réel à l’aide par exemple d’un flotteur déplacé par le niveau de fluide caloporteur diélectrique dans le vase d’expansion VES03.
Le clapet de surpression OPR03 est une vanne s’ouvrant à une pression élevée. Il permet de protéger le système des augmentations de pression trop grandes pour être compensées par le vase d’expansion VES03, notamment les surpressions induites par un relâchement de gaz d’une cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique en cas d’emballement thermique. Cela permet ainsi d’éviter que le système explose sous cette augmentation de pression. Le clapet de surpression OPR03 va donc s’ouvrir sous l’effet d’une trop grande pression, libérer le gaz dans l’atmosphère afin de diminuer la pression interne du réseau 6 fluidique, et se refermer lorsque la pression attendra de nouveau un niveau acceptable. Le gaz doit être expulsé suffisamment loin des utilisateurs pour ne pas les mettre en danger. Le seuil de pression permettant le déclenchement du clapet de surpression OPR03 est préférentiellement dépendant de la pression de fonctionnement du réseau 6 fluidique, c'est-à-dire ne doit pas se déclencher à une pression trop proche de la pression de fonctionnement. Le seuil de pression peut être, par exemple, compris entre 3,0 bars et 3,5 bars si la pression de fonctionnement du réseau 6 fluidique est de 2 bars, c'est-à-dire par exemple égale à 3,0 bars, 3,1 bars, 3,2 bars, 3,3 bars, 3,4 bars ou 3,5 bars. Le seuil de pression permettant la fermeture du clapet de surpression OPR03 peut être, par exemple, compris entre 2,5 bars et 3,0 bars, c'est-à-dire par exemple égale à 2,5 bars, 2,6 bars, 2,7 bars, 2,8 bars, 2,9 bars ou 3,0 bars. Préférentiellement, la différence entre les valeurs des seuils de pression entre l’ouverture et la fermeture du clapet de surpression OPR03 peut être, par exemple, comprise entre 0,5 bar et 1 bar, c'est-à-dire par exemple égale à 0,5 bar, 0,6 bar, 0,7 bar, 0,8 bar, 0,9 bar ou 1,0 bar. Bien entendu, ces valeurs peuvent varier suivant la pression de fonctionnement du réseau 6 fluidique.
La vanne VA03, préférentiellement du type proportionnel pilotable, est placée entre les modules 7 de batterie 3 et le vase d’expansion VES03. Elle est également placée, de manière préférée, en amont la vanne BV03. La vanne VA03 est pilotée par l’unité 11 de contrôle en fonction du mode sélectionné du système 1 de régulation thermique comme cela sera expliqué ci-après. La vanne VA03 permet un contournement partiel du vase d’expansion VES03. Ce contournement doit être partiel afin de ne pas perdre la fonctionnalité du vase d’expansion VES03, à savoir compenser les dilatations thermiques du fluide caloporteur diélectrique (cela permet de protéger le système 1 de régulation thermique contre les pressions et dépressions du fluide caloporteur diélectrique pouvant endommager ses organes ou altérer leur fonctionnalité). Le contournement partiel est destiné à limiter, en mode chauffage, la quantité de fluide caloporteur diélectrique « chaud » passant par le vase d’expansion VES03 afin de limiter le refroidissement du fluide caloporteur diélectrique par échange thermique avec le fluide présent dans le vase d’expansion VES03. La proportion de contournement, en mode chauffage, de la vanne VA03 peut être, par exemple, compris entre 10 % et 80 % vers le vase d’expansion VES03, c'est-à-dire par exemple égale à 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, ou 80 %, et le reste vers la vanne VA04. De manière préférée, la proportion de contournement est gérée par l’unité 11 de contrôle en fonction de l’écart de température entre le fluide à l’intérieur du vase d’expansion VES03 (à l’aide d’un capteur de température monté dans le vase d’expansion VES03) et la température mesurée par le troisième élément T03 de détection de température en amont du vase d’expansion VES03. Plus précisément, plus l’écart de température est élevé, plus préférentiellement la proportion de contournement vers le vase d’expansion VES03 diminue.
La position normale de la vanne VA03 est normalement totalement ouverte vers le vase d’expansion VES03. Ainsi, en cas d’arrêt du système 1 de régulation thermique, le fluide caloporteur diélectrique est automatiquement dirigé vers le vase d’expansion VES03, ce qui permet de bénéficier de l’inertie thermique fournie par le vase pour refroidir le fluide caloporteur diélectrique. Cela permet de sécuriser le système en cas d’emballement thermique d’une cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique en étant certain de ne pas apporter de fluide caloporteur diélectrique chaud aux cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique, ce qui augmenterait le phénomène d’emballement thermique.
La vanne VA04, préférentiellement du type proportionnel pilotable, est située, de manière préférée, entre le vase d’expansion VES03 et les dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06. Plus précisément, la vanne VA04 permet de sélectivement diriger le fluide caloporteur diélectrique vers l’un ou l’autre des dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06. Dans l’exemple illustré aux figures 2 et 4, les dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 sont montés en parallèle à partir de la vanne VA04. Il s’agit d’une vanne de type tout ou rien pouvant également être fermée. On comprend donc que le fluide caloporteur diélectrique peut être intégralement dirigé vers l’un ou l’autre des dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 ou ne pas pouvoir passer la vanne VA04. La position de la vanne VA04 dépend de la stratégie adoptée par l’unité 11 de contrôle (mode chauffe, mode circulation libre, mode refroidissement) comme cela sera expliqué ci-dessous. La position normale de la vanne VA04 est totalement ouverte vers le dispositif EXCH05 de refroidissement. Ainsi, en cas d’arrêt du système 1 de régulation thermique, le fluide caloporteur diélectrique est automatiquement intégralement dirigé vers le dispositif EXCH05 de refroidissement. Cela permet de sécuriser le système 1 de régulation thermique en cas d’emballement thermique d’une cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique en étant certain de ne pas apporter de fluide caloporteur diélectrique chaud aux cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique, ce qui accentuerait le phénomène d’emballement thermique.
Dans l’exemple illustré aux figures 2 et 4, les parties de réseau 6 fluidique en parallèle comportant les dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 à partir de la vanne VA04 se rejoignent par un clapet navette SV01 en amont de l’élément PUMP01 de pompage. Ce dernier est préférentiellement une vanne mécanique s’ouvrant sous la pression du fluide. Cette vanne a pour but, lorsque l’un des modes circulation libre ou chauffage est activé, d’éviter que l’élément PUMP01 de pompage n’aspire du fluide caloporteur diélectrique situé dans le circuit de refroidissement, ce qui aurait pour effet de ne changer la température du fluide caloporteur diélectrique selon la valeur souhaitée.
Le dispositif EXCH05 de refroidissement est préférentiellement constitué d’un élément de refroidissement et d’un échangeur thermique avec le fluide caloporteur diélectrique afin de sélectivement refroidir le fluide caloporteur diélectrique jusqu’à une température de consigne pilotée par l’unité 11 de contrôle avant son arrivée au clapet navette SV01. L’élément de refroidissement peut être avantageusement le circuit froid d’un système de refroidissement du groupe motopropulseur 2 du véhicule 4 automobile ou un refroidisseur dédié (parfois connu sous le nom anglais « chiller »).
Le dispositif HEAT06 de chauffage est situé en parallèle du dispositif EXCH05 de refroidissement. Il comporte préférentiellement un élément de chauffage et d’un échangeur thermique avec le fluide caloporteur diélectrique afin de sélectivement chauffer le fluide caloporteur diélectrique jusqu’à une température de consigne pilotée par l’unité 11 de contrôle avant son arrivée au clapet navette SV01. L’élément de chauffage peut être avantageusement le circuit chaud d’un système de refroidissement du groupe motopropulseur 2 du véhicule 4 automobile ou un chauffeur dédié (parfois connu sous le nom anglais « heater »). L’élément de chauffage n’est activé préférentiellement qu’en mode chauffe, il est éteint lorsque les autres modes sont sélectionnés.
Les modules 7 de batterie 3 constituent le cœur du système 1 de régulation thermique et forment une partie du réseau 6 fluidique. Ils sont destinés à contenir les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique qui doivent être régulées thermiquement. Préférentiellement, plusieurs modules 7 de batterie 3 sont connectés fluidiquement au reste du réseau 6 fluidique par des connections hydrauliques à une rampe 10 d’entrée commune et à une rampe 12 de sortie commune. Dans l’exemple illustré aux figures 2 à 4, les modules 7 de batterie 3 (trois aux figures 2 et 3) sont placés en parallèle dans le réseau 6 fluidique afin de permettre un approvisionnement équitable et homogène en fluide caloporteur diélectrique pour chacun des modules 7 de batterie 3, garantissant ainsi une régulation thermique homogène des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique. Cette disposition en parallèle permet également la réduction des pertes de charge dans le réseau 6 fluidique. Afin d’homogénéiser les pertes de charge dans chacune des connexions des modules 7 de batterie 3 (et donc afin d’avoir des débits similaires dans chaque module), la section de connexion fluidique entre la rampe 10 d’entrée commune et son module 7 de batterie 3 associé est de taille différente suivant sa distance par rapport à son raccordement au réseau 6 fluidique afin d’obtenir un débit de fluide caloporteur diélectrique équivalent entre les modules 7 de batterie 3. Typiquement, dans le cas d’un raccordement 10a latéral de la rampe 10 d’entrée commune, la section de chaque connexion augmentera au fur et à mesure de l’éloignement de la connexion du raccordement 10a latéral. Il est également possible de prévoir un autre type de raccordement. À titre d'exemple nullement limitatif, un raccordement 10b frontal (mais également au-dessus ou en dessous) est également possible. La section des connexions sera de manière similaire adaptée afin d’obtenir un débit de fluide caloporteur diélectrique équivalent entre les modules 7 de batterie 3.
Les rampes 10, 12 permettent également de positionner et de maintenir en position les modules 7 de batterie 3 afin que les efforts ne transitent pas par les connexions fluidiques. Les modules 7 de batterie 3 permettent également la connexion électrique des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique au reste du véhicule 4 automobile afin de garantir son approvisionnement en énergie électrique. Ces connexions électriques sont faites par des connecteurs étanches. Les modules 7 de batterie 3 comportent chacun un boîtier 8 formé d’une base 8b en creux inférieur (recevant les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique) fermée par un couvercle 8a supérieur de manière étanche afin d’offrir une protection des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique contre les incidents mécaniques (crash, chocs mécaniques, etc.) ainsi qu’une protection en cas d’incendie (limite la progression des flammes extérieures à chaque module 7 de batterie 3 pour que ces dernières n’atteignent pas les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique).
Dans l’exemple illustré aux figures 2 et 4, l’ensemble d’instrumentations du réseau 6 fluidique comporte des éléments de détection de température T01, T02, T03, T04, de pollution C02, de flux F03, de qualité Q04 et de pression P01 (en plus de l’élément de détection de niveau L04 du vase d’expansion VES03) permettant à l’unité 11 de contrôle du système 1 de régulation thermique de gérer la circulation du fluide caloporteur diélectrique. L’unité 11 de contrôle comporte ainsi un module 11a de traitement, c'est-à-dire une intelligence programmable, en fonction des mesures reçues par le module 11b de réception de l’ensemble d’instrumentations du réseau 6 fluidique afin de gérer le système 1 de régulation thermique en fonction des mesures de l’ensemble d’instrumentations du réseau 6 fluidique. Bien entendu, l’ensemble d’instrumentations pourrait comporter davantage ou moins d’éléments de détection suivant les applications et/ou la complexité souhaitée du système 1 de régulation thermique
L’élément P01 de détection de pression permet de mesurer la pression du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique en sortie de l’élément PUMP01 de pompage. Afin de s’affranchir des éventuelles pertes de charge pouvant fausser la mesure de pression, il est préférentiellement situé au plus près en aval de l’élément PUMP01 de pompage. La valeur mesurée par l’élément P01 de détection de pression est transmise à l’unité 11 de contrôle qui l’analyse et permet de gérer une éventuelle correction du pilotage de l’élément PUMP01 de pompage (vitesse de rotation, débit, etc.) et/ou de diagnostiquer des problèmes dans le réseau 6 fluidique (fuites ou obstructions (bouchage au moins partiel) du réseau 6 fluidique).
Chaque module 7 de batterie 3 comporte préférentiellement au moins un élément C02 de détection de pollution au plus près des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique afin de détecter la détérioration d’au moins une de ses cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique. Plus précisément, chaque élément C02 de détection de pollution est destiné à détecter si au moins un gaz s’échappe des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique lorsqu’au moins l’une d’elles est soumise un emballement thermique. En effet, il est généralement prévu une soupape d’échappement, formée souvent par une partie frangible destinée à se briser à partir d’une pression interne prédéterminée, pour laisser communiquer la surpression à l’extérieur de la cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique. Une fois la soupape d’échappement ouverte, la cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique n’est donc plus fonctionnelle. Chaque élément C02 de détection de pollution peut donc être un capteur de composition, de pression, de transparence ou de conductivité pour déterminer si un gaz s’est échappé d’au moins une des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique du module 7 de batterie afin de diagnostiquer un emballement thermique. Ainsi, lorsque la présence de tels gaz de pollution est détectée dans un module 7 de batterie 3, l’unité 11 de contrôle peut imposer l’arrêt du système 1 de régulation thermique et envoyer une alerte identifiant chaque module 7 fautif avant qu’une cellule 9 d’accumulation d’énergie électrique ne prenne feu. Le module fautif étant identifié, il peut ensuite être remplacé sans impacter les autres modules.
L’élément F03 de détection de flux est monté préférentiellement à l’extrémité de la rampe 12 de sortie commune au plus près en amont de la vanne VA03. En le plaçant après les modules 7 de batterie 3, il est possible de connaître le débit global passant par l’ensemble des modules 7 de batterie 3, même en cas de fuite entre l’élément F03 de détection de flux et l’élément PUMP01 de pompage. L’élément F03 de détection de flux peut consister en un débitmètre. L’élément F03 de détection de flux permet, à l’unité 11 de contrôle, de gérer une éventuelle correction du pilotage de l’élément PUMP01 de pompage (vitesse de rotation, débit, etc.) afin de fournir aux cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique le débit nécessaire pour les refroidir et/ou d’estimer la puissance possible de régulation thermique.
Dans l’exemple illustré aux figures 2 à 4, plusieurs éléments T01, T02, T03, T04 de détection de température sont prévus pour surveiller la température du fluide caloporteur diélectrique à plusieurs endroits prédéterminés du réseau 6 fluidique. Chaque élément T01, T02, T03, T04 de détection de température peut comporter au moins un capteur de température par exemple du type thermocouple ou d’un autre type.
Un premier élément T01 de détection de température peut être destiné à mesurer la température du fluide en amont des modules 7 de batterie 3 et en aval de l’élément PUMP01 de pompage. Afin d’avoir une valeur la plus précise possible de la température du fluide caloporteur diélectrique entrant dans les modules 7 de batterie 3, le premier élément T01 de détection de température doit être situé au plus près en amont de l’entrée des modules 7 de batterie 3. Il est également préférentiellement situé en aval de l’élément PUMP01 de pompage afin de pouvoir tenir compte du possible échauffement du fluide caloporteur diélectrique par l’élément PUMP01 de pompage. Le premier élément T01 de détection de température permet, à l’unité 11 de contrôle, de gérer les dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 et/ou de diagnostiquer un défaut de fonctionnement des dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 (avec un autre élément T03, T04 de détection de température comme expliqué ci-dessous) et/ou de diagnostiquer la présence de flammes extérieures au système 1 de régulation thermique.
Chaque module 7 de batterie 3 comporte préférentiellement au moins un deuxième élément T02 de détection de température (trois à la ) au plus près des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique. Chaque deuxième élément T02 de détection de température permet, à l’unité 11 de contrôle, de gérer le mode de fonctionnement du système 1 de régulation thermique (mode chauffage, mode circulation libre ou mode refroidissement) et/ou de diagnostiquer la présence de flammes extérieures au système 1 de régulation thermique.
Un troisième élément T03 de détection de température peut être situé au plus proche de la sortie des modules 7 de batterie 3 afin que la mesure soit la plus représentative possible de la température du fluide caloporteur diélectrique en sortie des modules 7 de batterie 3. Le troisième élément T03 de détection de température permet, à l’unité 11 de contrôle, de diagnostiquer un mauvais échange thermique entre les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique et le fluide caloporteur diélectrique (variation de température non attendue) et/ou de diagnostiquer un défaut de fonctionnement des dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 et/ou de diagnostiquer la présence de flammes extérieures au système 1 de régulation thermique.
Un quatrième élément T04 de détection de température peut être situé entre le vase d’expansion VES03 et la vanne VA04. Le quatrième élément T04 de détection de température permet, à l’unité 11 de contrôle, de diagnostiquer un défaut de fonctionnement des dispositifs de refroidissement EXCH05 et de chauffage HEAT06 et/ou de diagnostiquer la présence de flammes extérieures au système 1 de régulation thermique.
Le réseau 6 fluidique est donc surveillé en permanence afin d’éviter un disfonctionnement des organes du système 1 de régulation tel qu’une perturbation pour la circulation du fluide caloporteur diélectrique, un déficit de chauffage et/ou de refroidissement ou un entraînement insuffisant du flux de fluide caloporteur diélectrique ce qui pourrait rendre moins efficace la régulation thermique des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique présentes dans le module 7 de batterie 3. On comprend que le système 1 de régulation permet donc un fonctionnement plus sûr (maintien de la qualité de la régulation) et plus fiable (maintien dans les conditions de sécurité de fonctionnement de l’ensemble système 1 de régulation - batterie 3 permettant une durée de vie plus longue de l’ensemble). On peut en conclure que les phénomènes d’emballement thermique de la batterie 3 seront évités grâce au système 1 de régulation thermique ce qui limitera les situations dans lesquelles un endommagement irréversible de cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique pourrait être occasionné.
Avantageusement selon l'invention, le système 1 de régulation thermique peut comporter au moins un deuxième élément T02 de détection de la température à l’intérieur du module 7 de batterie 3 relié électriquement à l’unité 11 de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système 1 de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par le deuxième élément de détection T02 de température et d’une température cible prédéterminée du module 7 de batterie 3. Chaque température mesurée dans chaque module 7 de batterie 3 est préférentiellement surveillée en permanence et dès que l’une des températures dérive au-delà de seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité 11 de contrôle active respectivement le mode refroidissement et le mode chauffage. Si chacune des mesures de température reste dans l’intervalle des seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité 11 de contrôle active le mode circulation libre qui se contente d’entraîner le fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique sans le réchauffer ni le refroidir. Bien entendu, la température cible prédéterminée et les seuils prédéterminés peuvent être différents pour chaque module 7 de batterie 3 suivant sa configuration et/ou sa localisation dans le véhicule 4 automobile. À titre d'exemple nullement limitatif, la température cible prédéterminée peut être comprise entre 15 °C et 30 °C, c'est-à-dire par exemple égale à 15 °C, 20 °C, 25 °C ou 30 °C, et les seuils prédéterminés compris entre 10 % et 30 %, c'est-à-dire par exemple égale à 10 %, 15 %, 20 %, 25 % ou 30 %, de la température cible prédéterminée.
En outre, l’unité 11 de contrôle est préférentiellement selon l'invention configurée pour basculer la vanne VA04 vers le dispositif HEAT06 de chauffage en activant ce dernier quand la valeur mesurée par le deuxième élément T02 de détection de température est inférieure à la température cible prédéterminée du module 7 de batterie 3 afin de, en mode chauffage, réchauffer au moins une partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module 7 de batterie 3 jusqu’à la température cible prédéterminée du module 7 de batterie 3. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux), l’unité 11 de contrôle active ou désactive le mode chauffage.
À l’inverse, l’unité 11 de contrôle est préférentiellement selon l'invention configurée pour basculer la vanne VA04 vers le dispositif EXCH05 de refroidissement en activant ce dernier quand la valeur mesurée par le deuxième élément T02 de détection de température est supérieure à la température cible prédéterminée du module 7 de batterie 3 afin de, en mode refroidissement, rafraîchir au moins une partie des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module 7 de batterie 3 jusqu’à la température cible prédéterminée du module 7 de batterie 3. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux, ni forcément identiques à ceux du mode chauffage), l’unité 11 de contrôle active ou désactive le mode refroidissement.
On comprend également que le système 1 de régulation thermique permet, avantageusement selon l'invention, de s’adapter en continu aux conditions extérieures dans lesquelles évolue le véhicule 4 automobile, c'est-à-dire aussi bien aux conditions froides (chauffage des cellules 9) qu’aux conditions chaudes (refroidissement des cellules 9). Il est également immédiat que l’unité 11 de contrôle peut ainsi, dans un premier temps, réchauffer chaque module 7 de batterie 3 pour arriver à la température optimale de fonctionnement de la batterie 3 telle que, par exemple, trente degrés Celsius et, dans un deuxième temps, réguler thermiquement (chauffer ou refroidir) chaque module 7 de batterie 3 pour maintenir la température optimale de fonctionnement de la batterie 3.
De plus, avantageusement selon l'invention, l’unité 11 de contrôle pilote sélectivement, en mode chauffage, l’intensité d’activation du dispositif HEAT06 de chauffage en fonction de la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de température. On comprend donc que l’intensité de chauffage apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément T01 de détection de température que celui T02 utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système 1 de régulation thermique. Cela permet de piloter l’intensité du dispositif HEAT06 de chauffage à partir d’une mesure de température en amont du module 7 de batterie 3.
À l’inverse, avantageusement selon l'invention, en mode refroidissement, l’unité 11 de contrôle pilote sélectivement l’intensité d’activation du dispositif EXCH05 de refroidissement en fonction de la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de la température (qui peut être le même que celui utilisé pour le mode chauffage). On comprend donc ici également que l’intensité de refroidissement apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément T01 de détection de température que celui T02 utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Cela permet de piloter l’intensité du dispositif EXCH05 de refroidissement à partir d’une mesure de température en amont du module 7 de batterie 3.
Ainsi, d’une part, cela permet à l’unité 11 de contrôle de régler précisément la température en amont du module 7 de batterie 3, c'est-à-dire avant interaction avec les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique, et, d’autre part, la batterie 3 étant prévue préférentiellement pour comporter plusieurs modules 7, cela permet de donner une température homogène d’entrée du fluide caloporteur diélectrique dans chaque module 7.
Enfin, en mode chauffage, l’unité 11 de contrôle peut, avantageusement selon l'invention, diagnostiquer une défaillance du dispositif HEAT06 de chauffage si la valeur mesurée par le quatrième élément T04 de détection de température n’est pas inférieure à la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de température (si la relation T04≥T01 est vérifiée). Par une instrumentation simple, l’unité 11 de contrôle du système 1 de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été chauffé par le dispositif HEAT06 de chauffage. Il est également immédiat que, si la valeur mesurée par le troisième élément T03 de détection de température n’est pas inférieure à la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de température (si la relation T03≥T01 est vérifiée), c'est-à-dire qu’une baisse de température entre l’amont et l’aval du module 7 de batterie 3 n’est pas observée, que les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique n’ont pas été réchauffées.
À l’inverse, en mode refroidissement, l’unité 11 de contrôle peut, avantageusement selon l'invention, diagnostiquer une défaillance du dispositif EXCH05 de refroidissement si la valeur mesurée par l’élément T04 de détection de la température n’est pas supérieure à la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de la température (si la relation T04≤T01 est vérifiée). Par une instrumentation simple, l’unité 11 de contrôle du système 1 de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été refroidi par le dispositif EXCH05 de refroidissement. Il est également immédiat que, si la valeur mesurée par le troisième élément T03 de détection de température n’est pas supérieure à la valeur mesurée par le premier élément T01 de détection de température (si la relation T03≤T01 est vérifiée), c'est-à-dire qu’une hausse de température entre l’amont et l’aval du module 7 de batterie 3 n’est pas observée, que les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique n’ont pas été refroidies.
L’unité 11 de contrôle est préférentiellement selon l'invention configurée pour diagnostiquer une obstruction d’un module 7 de batterie 3 quand les variations de valeurs des deuxièmes éléments T02 de détection de température à l’intérieur de chaque module 7 de batterie 3 sont différentes. En effet, les modules 7 de batterie 3 étant en parallèle et alimentés par le même fluide caloporteur diélectrique à la même température, une variation de la température d’un module 7 de batterie 3 au-delà d’un seuil prédéterminé au-dessus de la température moyenne des autres modules 7 de batterie 3, peut entraîner la conclusion qu’un défaut de circulation est présent dans le module 7 de batterie 3 où la variation de température change de manière plus marquée que dans les autres. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité 11 de contrôle permettra de rapidement faire vérifier d’éventuelles cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique défaillantes et où des obstructions en connaissant déjà le module 7 de batterie 3 à vérifier.
L’unité 11 de contrôle est préférentiellement selon l'invention configurée pour faire varier le débit de l’élément PUMP01 de pompage en fonction de la puissance électrique de charge ou de décharge de la batterie 3 afin d’adapter le flux de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique en fonction du fonctionnement de la batterie 3. On comprend donc que plus la puissance de charge ou de décharge de la batterie 3 est élevée, plus le débit de l’élément PUMP1 de pompage est élevé ainsi, le volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module 7 de batterie 3 est plus élevé pour augmenter la capacité de régulation thermique du système 1. Selon un exemple, la variation de débit de l’élément PUMP01 de pompage pourrait être proportionnelle à la puissance de charge ou de décharge de la batterie 3.
Avantageusement selon l'invention, l’unité 11 de contrôle peut piloter sélectivement l’élément PUMP01 de pompage en fonction de la valeur mesurée par l’élément F03 de détection de flux. En effet, il peut être intéressant de mesurer le débit effectif après les pertes de charges subies dans chaque module 7 de batterie 3 pour, éventuellement, corriger le pilotage de l’élément PUMP01 de pompage pour obtenir la puissance de régulation thermique réellement souhaitée dépendante du volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module 7 de batterie 3.
L’unité 11 de contrôle peut, avantageusement selon l'invention, diagnostiquer, en comparant la valeur mesurée par l’élément P01 de détection de pression par rapport à la pression estimée à partir des conditions de fonctionnement de l’élément PUMP01 de pompage, une fuite ou au contraire une obstruction du réseau fluidique. Ici encore, si le réseau 6 fluidique n’a aucun défaut, ce diagnostic ne serait pas nécessaire. Toutefois, s’agissant d’un système 1 de régulation thermique embarqué dans un véhicule 4 automobile, il peut être intéressant de mesurer la pression effective entre l’élément PUMP01 de pompage et chaque module 7 de batterie 3 pour déterminer, si la pression est plus élevée qu’un seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément PUMP01 de pompage, que la circulation du fluide caloporteur diélectrique est entravée dans le réseau 6 fluidique ou, au contraire, pour déterminer, si la pression est plus basse qu’un seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément PUMP01 de pompage, qu’une partie du fluide caloporteur diélectrique s’échappe du réseau 6 fluidique. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité 11 de contrôle permettra de rapidement faire vérifier le réseau 6 fluidique avant que des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique deviennent défaillantes à cause d’une mauvaise régulation thermique.
L’unité 11 de contrôle du système de régulation est également configurée pour surveiller de la qualité du fluide caloporteur diélectrique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie 3. Ainsi, le fluide caloporteur diélectrique entourant les cellules d’accumulation d’énergie électrique est surveillé en permanence afin d’éviter qu’une pollution ne soit amenée au module 7 de batterie 3 par la circulation du fluide caloporteur diélectrique ce qui pourrait rendre moins efficace la régulation thermique ou entraîner des courts-circuits entre les cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique présentes dans le module 7 de batterie 3. On comprend que le système 1 de régulation thermique permet donc un fonctionnement plus sûr (maintien de la qualité de la régulation) et plus fiable (maintien dans les conditions de sécurité de fonctionnement de l’ensemble système 1 de régulation - batterie permettant une durée de vie plus longue de l’ensemble). On peut en conclure que les phénomènes d’emballement thermique de la batterie 3 seront évités grâce au système 1 de régulation thermique ce qui limitera les situations dans lesquelles un endommagement irréversible de cellules d’accumulation d’énergie électrique pourrait être occasionné.
Le système 1 de régulation thermique peut comporter au moins un élément Q04 de détection d’au moins une valeur physique du fluide caloporteur diélectrique monté sur le réseau 6 fluidique et relié électriquement à l’unité 11 de contrôle. Ainsi, il peut capter à la fois les pollutions induites par un mauvais remplissage mais également une pollution dans le système 1 de régulation thermique lui-même (par exemple provenant des cellules 9 d’accumulation d’énergie électrique). Si l’élément Q04 de détection de qualité était situé uniquement sur le circuit de remplissage, la pollution interne ne serait pas détectable. L’unité 11 de contrôle peut ainsi sélectivement piloter le fonctionnement du système 1 de régulation thermique en fonction de la valeur physique du fluide caloporteur diélectrique mesurée par l’élément Q04 de détection. Cette configuration permet de déterminer en permanence la présence ou non de pollution dans le fluide caloporteur diélectrique par simple surveillance d’une de ses valeurs physiques sans avoir à intervenir sur le réseau 6 fluidique, c'est-à-dire typiquement sans avoir à effectuer des prélèvements de fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique. Il est également possible d’immédiatement détecter si le liquide utilisé pour le remplissage du réseau 6 fluidique n’est pas celui attendu. Préférentiellement, quand une pollution est déterminée, l’unité 11 de traitement bloque la circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau 6 fluidique par l’arrêt d’au moins l’élément PUMP014 de pompage pour éviter au plus tôt l’entrée de toute pollution dans chaque module 7 de batterie 3.
Préférentiellement, l’élément Q04 de détection est un capteur de conductivité électrique (ou, inversement, un capteur de résistivité électrique) afin que l’unité 11 de contrôle détermine sélectivement si un risque de dérégulation thermique (échange thermique moins efficace) et/ou un risque de court-circuit (connexion électrique possible par le fluide caloporteur diélectrique) est encouru dans le module 7 de batterie 3 par la présence du fluide caloporteur diélectrique. En effet, une pollution est généralement associée à une variation de conductivité électrique (la résistivité électrique étant l’inverse de la conductivité électrique) et cette valeur physique a des conséquences importantes pour les connexions électriques dans le module 7 de batterie 3 et, plus généralement, pour le fonctionnement de la batterie 3. À titre d'exemple nullement limitatif, l’élément Q04 de détection peut être un capteur à électrodes.
Le seuil de qualité de l’unité 11 de contrôle, c'est-à-dire le seuil à partir duquel l’unité 11 de contrôle considérera qu’une pollution n’est plus négligeable, peut par exemple être une conductivité électrique σ au plus égale à 1 nS∙m -   1 ou une résistivité électrique ρ au moins égale à 1 GΩ∙m à une température de 300 K. En effet, suivant la température du fluide caloporteur diélectrique, la conductivité électrique et, incidemment, la résistivité électrique, varient.
L’élément Q04 de détection est préférentiellement monté sur le réseau 6 fluidique en dehors du module 7 de batterie 3 permettant à l’unité 11 de contrôle d’arrêter la circulation du fluide caloporteur diélectrique avant que ce dernier n’arrive à chaque module 7 de batterie 3 quand un seuil prédéterminé, tel que le seuil de qualité ci-dessus, est dépassé par la mesure de l’élément Q04 de détection. Typiquement, si une entrée de remplissage du réseau 6 fluidique en fluide caloporteur diélectrique telle que la vanne BV03 est présente, l’élément Q04 de détection est préférentiellement installé en aval et au plus près de cette entrée de remplissage pour maximiser la rapidité de détection d’une erreur de remplissage du fluide, c'est-à-dire notamment si le liquide introduit dans le réseau 6 fluidique n’est pas le fluide caloporteur diélectrique attendu et suffisamment en amont de chaque module 7 de batterie 3 pour que l’inertie du système 1 de régulation thermique n’entraîne pas l’arrivée jusqu’à chaque module 7 de batterie 3 après l’arrêt piloté par l’unité 11 de contrôle.
Enfin, en cas de détection d’une mauvaise qualité de fluide par l’élément Q04 de détection de qualité, l’unité 11 de contrôle arrête les organes principaux du système 1 de régulation thermique (élément PUMP01 de pompage, dispositif EXCH05 de refroidissement, dispositif HEAT06 de chauffage, etc.). De plus, l’unité 11 de contrôle peut fermer complètement la vanne VA03 ou empêcher le fluide caloporteur diélectrique de mauvaise qualité d’atteindre les modules 7 de batterie 3 (ouverture uniquement entre l’amont et l’aval du vase d’expansion VES03). En outre, l’unité 11 de contrôle peut fermer complètement la vanne VA04, soit rediriger le fluide dans le circuit de refroidissement. En l’absence de pression, ce dernier sera bloqué par le clapet navette SV01. Le but est aussi d’empêcher le fluide de mauvaise qualité d’atteindre les modules 7 de batterie 3.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentés et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier. Ainsi, les modes de réalisation et variantes sont combinables entre eux sans sortir du cadre de l’invention. À titre nullement limitatif, il est possible qu’un autre type d’élément T01, T02, T03, T04, F03, P01 de détection sans sortir du cadre de l’invention.
Liste de références
1 - système de régulation thermique
2 - groupe motopropulseur
3 - batterie
4 - véhicule automobile
5 - élément de connexion électrique
6 - réseau fluidique
7 - module de batterie
8 - boîtier du module de batterie
8a - couvercle supérieur du boîtier
8b - base en creux inférieure du boîtier
9 - cellules d’accumulation d’énergie électrique
10 - rampe commune d’entrée
10a- entrée latérale
10b - entrée centrale
11 - unité de contrôle
11a - module de traitement
11b - module de réception
12 - rampe commune de sortie
T01 - élément de détection de la température
T02 - élément de détection de la température d’un module
T03 - élément de détection de la température
T04 - élément de détection de la température
C02 - élément de détection de pollution d’un module
F03 - élément de détection de débit du fluide caloporteur diélectrique
Q04 - élément de détection d’une valeur physique du fluide caloporteur diélectrique
P01 - élément de détection de pression
L04 - élément de détection de niveau dans le vase d’expansion
BV01 - vanne pilotable
BV03 - vanne pilotable
BV04 - vanne pilotable
VA03 - vanne proportionnelle pilotable
VA04 - vanne proportionnelle pilotable
SV01 - clapet navette
VES04 - vase d’expansion
OPR03 - clapet de surpression
FILT01 - élément de filtration
FILT02 - élément de filtration
PUMP01 - élément de pompage
EXCH05 - dispositif de refroidissement
HEAT06 - dispositif de chauffage

Claims (7)

  1. Système (1) de régulation thermique pour une batterie (3) de véhicule (4) automobile comportant un réseau (6) fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément (PUMP01) de pompage, le réseau (6) fluidique comportant au moins un module (7) de batterie (3) apte à recevoir des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique destinées à être régulées thermiquement par remplissage au moins partiel du module (7) de batterie (3) par le fluide caloporteur diélectrique, caractérisé en ce que le système (1) de régulation comporte :
    • une unité (11) de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3) ;
    • au moins un élément (T02) de détection de la température à l’intérieur du module (7) de batterie (3) relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système (1) de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection de température et d’une température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) ;
    • un dispositif (HEAT06) de chauffage du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau (6) fluidique en amont de l’élément (PUMP01) de pompage, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour activer le dispositif (HEAT06) de chauffage quand la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection de température est inférieure à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) afin de, en mode chauffage, réchauffer au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3) jusqu’à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) ;
    • au moins un élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode chauffage, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif (HEAT06) de chauffage en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) ;
    • au moins un élément (T03, T04) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (HEAT06) de chauffage et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode chauffage, diagnostiquer une défaillance du dispositif (HEAT06) de chauffage si la valeur mesurée par l’élément (T03, T04) de détection de la température entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (HEAT06) de chauffage n’est pas inférieure à la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3).
  2. Système (1) de régulation thermique d’une batterie (3) pour véhicule (4) automobile comportant un réseau (6) fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément (PUMP01) de pompage, le réseau (6) fluidique comportant au moins un module (7) de batterie (3) apte à recevoir des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique destinées à être régulées thermiquement par remplissage au moins partiel du module (7) de batterie (3) par le fluide caloporteur diélectrique, caractérisé en ce que le système (1) de régulation comporte :
    • une unité (11) de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3) ;
    • au moins un élément (T02) de détection de la température à l’intérieur du module (7) de batterie (3) relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système (1) de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection de température et d’une température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) ;
    • un dispositif (EXCH05) de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau (6) fluidique en amont de l’élément (PUMP01) de pompage, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour activer le dispositif (EXCH05) de refroidissement quand la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection est supérieure à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) afin de, en mode refroidissement, rafraîchir au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3) jusqu’à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) ;
    • au moins un élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode refroidissement, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif (EXCH05) de refroidissement en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) ;
    • au moins un élément (T03, T04) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (EXCH05) de refroidissement et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode refroidissement, diagnostiquer une défaillance du dispositif (EXCH05) de refroidissement si la valeur mesurée par l’élément (T03, T04) de détection de la température entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (EXCH05) de refroidissement n’est pas supérieure à la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3).
  3. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le réseau (6) fluidique comporte plusieurs modules (7) de batterie (3) montés en parallèle, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour diagnostiquer une obstruction d’un module (7) de batterie (3) quand les variations de valeurs de chaque élément (T02) de détection de la température à l’intérieur de chaque module (7) de batterie (3) sont différentes.
  4. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité (11) de contrôle est configurée pour faire varier le débit de l’élément (PUMP01) de pompage en fonction de la puissance électrique de charge ou de décharge de la batterie (3) afin d’adapter le flux de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau (6) fluidique en fonction du fonctionnement de la batterie (3).
  5. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (F03) de détection du débit en aval du module (7) de batterie (3) relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter l’élément (PUMP01) de pompage en fonction de la valeur mesurée par l’élément (F03) de détection du débit.
  6. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (P01) de détection de la pression entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de diagnostiquer, en comparant la valeur mesurée par l’élément (P01) de détection de pression par rapport à la pression estimée à partir des conditions de fonctionnement de l’élément (PUMP01) de pompage, une fuite ou au contraire une obstruction du réseau (6) fluidique.
  7. Véhicule (4) automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes dont chaque module (7) de batterie (3) comporte des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique.
PCT/EP2023/060408 2022-04-22 2023-04-21 Système de régulation thermique d'une batterie WO2023203188A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2203771A FR3134922A1 (fr) 2022-04-22 2022-04-22 Système de régulation thermique d’une batterie
FRFR2203771 2022-04-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023203188A1 true WO2023203188A1 (fr) 2023-10-26

Family

ID=82100103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/060408 WO2023203188A1 (fr) 2022-04-22 2023-04-21 Système de régulation thermique d'une batterie

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3134922A1 (fr)
WO (1) WO2023203188A1 (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012003209A1 (fr) 2010-06-30 2012-01-05 Nissan North America, Inc. Système et procédé de régulation de température de batterie de véhicule
US20130209838A1 (en) 2012-02-15 2013-08-15 Ultralife Corporation Large format battery packaging system
DE102013221137B3 (de) 2013-10-17 2014-10-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlsystem für eine Fahrzeugbatterie
US20200052356A1 (en) 2017-03-09 2020-02-13 Zuta-Car Ltd. Systems and methods for thermal regulation
US20200313255A1 (en) 2017-09-30 2020-10-01 Byd Company Limited Temperature adjustment method and temperature adjustment system for vehicle-mounted battery
US20220034746A1 (en) 2020-07-28 2022-02-03 Hyundai Motor Company Method and apparatus for detecting leakage of coolant in battery cooling device for vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012003209A1 (fr) 2010-06-30 2012-01-05 Nissan North America, Inc. Système et procédé de régulation de température de batterie de véhicule
US20130209838A1 (en) 2012-02-15 2013-08-15 Ultralife Corporation Large format battery packaging system
DE102013221137B3 (de) 2013-10-17 2014-10-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlsystem für eine Fahrzeugbatterie
US20200052356A1 (en) 2017-03-09 2020-02-13 Zuta-Car Ltd. Systems and methods for thermal regulation
US20200313255A1 (en) 2017-09-30 2020-10-01 Byd Company Limited Temperature adjustment method and temperature adjustment system for vehicle-mounted battery
US20220034746A1 (en) 2020-07-28 2022-02-03 Hyundai Motor Company Method and apparatus for detecting leakage of coolant in battery cooling device for vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
FR3134922A1 (fr) 2023-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3166175B1 (fr) Batterie électrique comportant un système d'homogénéisation de sa température interne
EP2394325B1 (fr) Procédé de gestion thermique d'une batterie électrique
EP2394326B1 (fr) Procédé de gestion thermique d'une batterie électrique
WO2021116629A1 (fr) Dispositif de refroidissement d'un pack-batteries
EP3337963B1 (fr) Circuit et procede de refroidissement sur un vehicule
EP2705296B1 (fr) Vanne montée sur un réservoir contenant un gaz à haute pression
EP2655120A1 (fr) Procede et systeme de regulation de la temperature d'une batterie d'alimentation d'un vehicule a traction electrique et vehicule equipe d'un tel systeme
FR2988039A1 (fr) Systeme de batteries de vehicule comportant un conduit de ventilation.
FR2991258A1 (fr) Systeme de batteries de vehicule comportant un conduit d'eau comprenant un systeme d'obstruction
WO2023203188A1 (fr) Système de régulation thermique d'une batterie
WO2023203189A1 (fr) Système de régulation thermique d'une batterie
WO2021160970A1 (fr) Dispositif de stockage d'énergie électrique pour un véhicule automobile
FR3084322A1 (fr) Dispositif de protection d’une batterie de vehicule, a detection de dommage
WO2023203184A1 (fr) Module de batterie pour véhicule automobile
FR2868331A1 (fr) Systeme de filtration de liquide comprenant des moyens de chauffage de liquide
WO2021116297A1 (fr) Pack de batterie avec circuit de refroidissement
WO2021260324A1 (fr) Dispositif thermique a alimentation controlee en fluide fusible
EP3232492A1 (fr) Dispositif de protection multiple pour une batterie à cellule(s) de stockage
WO2020115428A1 (fr) Batterie modulaire comprenant un systeme de conditionnement thermique
EP3396290A1 (fr) Module thermique comprenant un boîtier et un echangeur thermique
FR2857630A1 (fr) Vehicule automobile muni d'un reservoir de gaz, a securite renforcee
FR2957857A1 (fr) Vehicule comportant un systeme de securisation d'une batterie, enceinte contenant une batterie apte a cooperer avec un tel systeme et procede de securisation correspondant
FR3138357A1 (fr) Système de chauffage pour habitacle de véhicule automobile et véhicule comportant un tel système
FR2895838A1 (fr) Batterie electrique conditionnee en temperature par un materiau a changement de phase
WO2022214573A1 (fr) Composant electrique et/ou electronique pour un systeme electronique comprenant une pluralite de moyens de traitement thermique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23721638

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1