Brevet FR2720860A1 — publié le 19951208

i L'invention se rapporte à une batterie fonctionnant à température élevée, en particulier d'alimentation en énergie de véhicules électriques, comprenant une enveloppe thermiquement isolante ainsi qu'un système de refroidissement comprenant un corps refroidisseur disposé à l'intérieur de l'enveloppe, balayé par un fluide réfrigérant, comprenant des tubulures d'admission et de sortie qui passent à travers la paroi de l'enveloppe qui est isolante thermiquement et qui se compose d'éléments en forme de plaques disposés parallèlement, constitués de corps creux et balayés par un agent réfrigérant, les éléments de la batterie devant être refroidis étant disposés dans l'espace séparant les éléments parallèles du corps refroidisseur. Il faut conserver une fenêtre étroitement délimitée de température, par exemple de 280-350 C pour un système de batterie au chlorure de sodium et au nickel, car d'une part il ne faut pas que les éléments de la batterie soient surchauffés pendant la charge, mais d'autre part il ne faut pas que la température des éléments tombe sous un seuil inférieur, car sinon le rendement de la batterie chute. Une demande antérieure de brevet allemand P 43 09 621.2-16 qui a été publiée entre temps décrit un système de refroidissement destiné à limiter la température lors de la charge de la batterie ainsi que pendant le prélèvement de courant. Un corps refroidisseur balayé à l'air, qui est prévu pour l'évacuation de chaleur de la batterie, comprend des tubulures d'admission et d'évacuation d'air qui passent à travers l'enveloppe thermiquement isolante. Le corps refroidisseur est d'une construction plate en forme de plaque et il est disposé sur le côté supérieur ou le côté inférieur de l'enveloppe. Les concepts de refroidissement suivant lesquels seul le côté supérieur ou le côté inférieur de la batterie est refroidi ont l'inconvénient qu'il se produit un étagement très défavorable de température en raison de la faible conductibilité thermique des éléments et de leur grande hauteur et qu'il est difficile de conserver la fenêtre de température mentionné ci-dessus. Il peut ainsi se produire que la température des éléments soit déjà trop basse dans certaines circonstances sur le côté refroidi, tandis que les températures qui règnent sur le côté opposé sont trop élevées. De plus, un tel concept de refroidissement est très lent en raison des inerties thermiques des éléments de la batterie ainsi que de leur mode d'exécution en forme de barreaux (grande hauteur par rapport aux faibles sections transversales), car il faut que le refroidissement agisse sur la totalité de la hauteur des éléments pour pouvoir en refroidir également l'autre extrémité. Donc ce concept ne convient pas notamment pour un refroidissement provoqué en cas de nécessité, c'est à dire uniquement pour le cas d'une surchauffe éventuelle et non pas d'un refroidissement continu, car le système ne réagit pas suffisamment vite. DE 32 42 901 Al décrit une batterie fonctionnant à température élevée et telle que spécifiée en préambule, dont le système de refroidissement convient en particulier pour des éléments en forme de barreaux. Le refroidissement produit le long des grandes surfaces latérales des éléments de la batterie permet d'obtenir une distribution très homogène de la température à l'intérieur de ces éléments ainsi qu'une réponse relativement rapide du refroidissement. Le principe de la circulation à contre- courant est utilisé à l'intérieur des éléments du corps refroidisseur, ce qui doit permettre en principe d'obtenir un refroidissement réparti de manière homogène sur la surface des éléments du corps refroidisseur qui a une activité réfrigérante. L'invention a pour objet une batterie fonctionnant à température élevée, telle que spécifiée dans le préambule et perfectionnée de manière à améliorer encore l'effet de refroidissement du système aux températures élevées. Selon une particularité essentielle de l'invention, chaque élément du corps refroidisseur comprend sur le côté étroit tourné vers les tubulures d'admission et d'évacuation au moins un orifice d'admission et au moins un orifice d'évacuation, une trémie d'admission qui s'élargit vers l'aval dans la direction de la largeur du corps répartissant l'agent réfrigérant entrant par la tubulure d'admission sur les orifices d'admission de tous les éléments du corps et une trémie d'évacuation qui se rétrécit vers l'aval dans la direction de la largeur du corps recueillant l'agent réfrigérant qui sort des orifices d'évacuation de tous les éléments du corps et le dirigeant sur la tubulure d'évacuation. L'amélioration du refroidissement par rapport au débit de l'agent réfrigérant s'obtient par le fait que la circulation d'air est optimisée dans le corps refroidisseur par réduction des tourbillonnements et des décollements du courant. L'invention va être décrite plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation que représentent les dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble de la batterie fonctionnant à température élevée, la figure 2a est une vue en perspective du corps refroidisseur selon l'invention (sans la trémie d'évacuation), la figure 2b est une vue en perspective complémentaire du corps refroidisseur selon l'invention (sans la trémie d'admission), la figure 3 représente une variante de réalisation d'un élément du corps refroidisseur. La batterie fonctionnant à température élevée, que représente la figure 1 et qui peut être formée d'éléments au chlorure de sodium et au nickel, comprend une enveloppe 2 thermiquement isolante afin d'éviter des pertes de chaleur. L'isolation est en général produite par un vide. Un grand nombre d'éléments de batterie 5 en forme de barreaux sont étroitement juxtaposés à l'intérieur de l'enveloppe 2, par exemple 13 éléments dans la direction y et 17 dans la direction x, un seul étant représenté à titre d'exemple. Le corps refroidisseur 6 selon l'invention se trouve à l'intérieur de l'enveloppe 2 et il est en contact thermique avec les éléments 5. De plus, l'air de refroidissement est dirigé de l'extérieur sur le corps refroidisseur 6 par une tubulure d'admission 3 et il en est évacué par une tubulure correspondante 4. Les tubulures 3 et 4 d'admission et d'évacuation d'air ont une section transversale circulaire et passent à travers l'enveloppe isolante 2. Après avoir passé dans le corps refroidisseur 6, l'air réchauffé peut être utilisé au moyen d'un échangeur de chaleur pour la climatisation de l'habitacle du véhicule. Le corps refroidisseur selon l'invention et la circulation d'air dans celui-ci, qui est indiquée par des flèches, sont représentés sur les figures 2a et 2b. La figure 2a représente le corps refroidisseur 6 selon l'invention, la tubulure d'évacuation d'air et une trémie correspondante d'évacuation qui recueille l'air s'écoulant vers l'extérieur n'étant pas représentés par souci de clarté du dessin. Le corps refroidisseur 6 se compose d'éléments 7 en forme de plaques disposés parallèlement et entre lesquels se trouve une rangée simple ou une rangée double 5' d'éléments de batterie, selon le mode de réalisation. Ainsi, les éléments 5, 5' de la batterie sont refroidis sur une grande surface, c'est à dire au moins sur une surface latérale. Une trémie d'admission 8 de conception particulière assure la transmission de l'air de la tubulure d'admission 3 aux éléments 7 du corps refroidisseur ainsi que la meilleure uniformité possible de son introduction: les surfaces transversales de la trémie 8 qui sont balayées momentanément du haut en bas sont pratiquement constantes le long du trajet. Ainsi, les décollements du courant qui provoquent des pertes sont avantageusement évités et la distribution de la circulation d'air dans la direction y de la largeur de l'élément refroidisseur est bien homogène. La constance des sections transversales s'obtient par le fait que l'épaisseur (direction x) de la trémie d'admission 8 diminue de haut en bas, tandis que sa largeur (direction y) augmente pour atteindre la totalité de la largeur du corps refroidisseur 6. Chaque élément 7 du corps refroidisseur comporte du côté tourné vers la tubulure d'admission 3 un orifice d'admission 9 disposé centralement ainsi que deux orifices extérieurs de sortie 10. L'orifice d'admission 9 par lequel l'air froid parvient dans l'élément 7 constituant un corps refroidisseur a une section transversale notablement plus faible que celle des orifices de sortie 10. Il est ainsi possible d'éviter avantageusement que l'air dispose d'une trop grande surface de refroidissement et s'échauffe déjà suffisamment fort sur son trajet d'aller dans le canal 12 conformé en diffuseur pour qu'il ne puisse plus produire aucun refroidissement sur son trajet de retour dans un élément 7. Plusieurs déflecteurs 11 sont disposés à l'intérieur de l'élément 7 pour obtenir dans celui-ci un effet aussi optimal que possible de diffuseur, c'est à dire une distribution et un balayage homogènes de l'air de refroidissement. Ces déflecteurs forment un canal 12 qui s'élargit dans le sens de la circulation. Le flux d'air est subdivisé à l'extrémité du canal 12 pour être dirigé sur chacun des orifices d'évacuation 10 après avoir subi une inversion de circulation. D'autres dispositions des déflecteurs sont bien entendu possibles, par exemple celles du document spécifié en préambule DE 32 42 901 A1. Le principe utilisé de la circulation à contre-courant qui est avantageux et essentiel pour la disposition selon l'invention des déflecteurs permet d'obtenir une répartition par couches pratiquement homogène de la température des éléments refroidis de la batterie. Le principe de la circulation à contre-courant implique que l'air réchauffé est évacué par le même côté que celui par lequel l'air froid entre. La disposition des déflecteurs 11 qui est représentée sur les dessins offre par ailleurs l'avantage que l'augmentation de la surface active de refroidissement le long du trajet de l'air dans l'élément 7 compense pratiquement la diminution locale du refroidissement qui est due à l'échauffement de l'air le long de son parcours. Ainsi, le refroidissement qui est obtenu est très homogène sur la totalité de la surface réfrigérante de l'élément 7 du corps refroidisseur. La figure 2b, qui complète la figure 2a, représente la trémie d'évacuation 14 qui dirige l'air réchauffé vers l'extérieur par la tubulure correspondante 4. La trémie d'évacuation 14 a les mêmes caractéristiques avantageuses que celles de la trémie d'admission 8 que représente la figure 2a, mais qui a été supprimée sur la figure 2b par souci de clarté du dessin. La conformation spéciale des trémies 8 et 14 optimise la circulation d'air, comme déjà mentionné, et minimise les pertes de pression qui s'y produisent. Les deux trémies 8 et 14 sont décalées dans la direction de la largeur afin de permettre d'utiliser l'espace disponible de manière optimale. L'air transmis des éléments 7 du corps refroidisseur aux orifices d'évacuation 10 est tout d'abord dirigé dans une chambre de sortie 13 avant d'être évacué par la trémie 14. L'air réchauffé, qui sort par la partie inférieure de l'orifice d'évacuation 10, passant, après avoir été dévié vers le haut, à côté de l'air froid entrant par l'orifice d'admission 9, une isolation thermique ayant par exemple la forme d'un mince coussin d'air peut avantageusement être prévu entre les deux circuits d'air. La circulation de l'air dans le corps refroidisseur 6 selon l'invention va être décrite en résumé en regard des deux figures 2a et 2b: l'air froid parvient par la tubulure d'admission 3 dans la trémie correspondante 8. Après avoir été dévié à l'extrémité de la trémie 8, l'air pénètre par l'orifice correspondant d'admission 9 dans chacun des éléments 7 du corps refroidisseur. A l'extrémité du canal 12 formant un diffuseur, l'air reflue à contre-courant dans la partie supérieure et la partie inférieure de l'élément. L'air quitte les éléments 7 par les orifices d'évacuation 10 pour être tout d'abord dirigé dans la chambre de sortie 13 à l'extrémité supérieure de laquelle il est dévie pour être collecté dans la trémie d'évacuation 14. Il est finalement évacué par la tubulure 4. La figure 3 représente une variante de réalisation d'un élément 7' de corps refroidisseur dans lequel le principe de la circulation à contre-courant est utilisé en sens inverse. Un orifice d'évacuation 10' est disposé centralement dans le cas particulier et deux orifices d'admission 9' au haut et au bas. En conséquence, les déflecteurs 11' sont disposés différemment, à savoir de manière qu'il en résulte également un canal 12' qui s'élargit dans le sens de la circulation. Bien entendu, les trajets de conduction d'air de ce mode de réalisation de l'élément 7' de corps refroidisseur doivent être adaptés en conséquence pour l'admission et l'évacuation. Bien entendu, d'autres modes de réalisation des éléments 7 du corps refroidisseur, par exemple plusieurs orifices d'admission ou d'évacuation, entrent dans le cadre de la mise en oeuvre du principe technique décrit. Par ailleurs, la même disposition en parallèle ou une disposition analogue en parallèle des éléments du corps refroidisseur peut aussi être prévue pour une circulation de l'agent réfrigérant en direction transversale (direction y) ainsi qu'en direction en hauteur (direction z) des éléments de la batterie. Les éléments du corps refroidisseur peuvent être réalisés comme décrit en mode de construction fermée ou en variante ils peuvent être délimités directement par les surfaces latérales des éléments de la batterie (mode de construction ouverte), mais alors, dans ce cas, il convient d'assurer une isolation électrique correspondante. Par ailleurs, le corps refroidisseur peut aussi être balayé par un autre agent réfrigérant que l'air, par exemple par de l'huile. REVENDICATIONS 1. Batterie fonctionnant à température élevée, en particulier pour l'alimentation en énergie de véhicules électriques, comprenant une enveloppe isolante thermiquement ainsi qu'un système de refroidissement comprenant un corps refroidisseur disposé à l'intérieur de l'enveloppe, balayé par un agent réfrigérant, qui comprend des tubulures d'admission et d'évacuation passant à travers la cloison d'isolation thermique de l'enveloppe et qui se compose d'un montage en parallèle d'éléments en forme de plaques conformés en corps creux et balayés par l'agent réfrigérant, les éléments de la batterie qui doivent être refroidis étant disposés dans l'espace séparant les éléments parallèles du corps refroidisseur, caractérisée en ce que chaque élément (7) du corps refroidisseur comprend au moins un orifice d'admission (9) et au moins un orifice d'évacuation (10) sur le côté étroit tourné vers les tubulures d'admission et d'évacuation (3, 4), une trémie d'admission (8), qui s'élargit vers l'aval dans la direction de la largeur (y) de la batterie, répartissant l'agent réfrigérant entrant par la tubulure d'admission (3) sur les orifices d'admission (9) de tous les éléments (7) du corps refroidisseur et une trémie d'évacuation (14) qui se rétrécit vers l'aval dans la même direction de la largeur (y) collectant l'agent réfrigérant sortant de l'orifice d'évacuation (10) de tous les éléments (7) du corps refroidisseur et le dirigeant vers la tubulure d'évacuation (4). 2. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'une des surfaces latérales de chaque élément (5; 5') de batterie conformé en barreau qui est orientée dans la direction de la longueur est en contact thermique avec un élément (7) du corps refroidisseur. 3. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dimension des trémies d'admission et d'évacuation (8, 14) perpendiculairement à la direction de la largeur de la batterie est calculée de manière que la surface transversale momentanément balayée par le flux de l'agent réfrigérant lors de son passage par la trémie (8, 14) demeure pratiquement inchangée. 4. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 1, caractérisée en ce que des déflecteurs (11; 11') disposés à l'intérieur de chaque élément (7; 7') du corps refroidisseur répartissent l'agent réfrigérant entrant par un ou plusieurs orifice(s) d'admission (9; 9') à l'intérieur de l'élément (7; 7') et favorisent l'inversion du flux d'agent réfrigérant se dirigeant sur un ou plusieurs orifice(s) d'évacuation (10; '). 5. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface transversale par laquelle passe l'agent réfrigérant à son admission dans un élément (7; 7') du corps refroidisseur est plus petite que la surface transversale par laquelle il passe vers l'évacuation. 6. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 5, caractérisée en ce que les déflecteurs (11, 11') forment un canal (12) qui s'élargit dans le sens de la circulation de l'agent réfrigérant. 7. Batterie fonctionnant à température élevée selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la surface transversale balayée momentanément par le flux d'agent réfrigérant passant par l'élément (7; 7') du corps refroidisseur croît de manière monotone. 8. Batterie fonctionnant à température élevée selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 5, caractérisée en ce que chaque élément (7) du corps refroidisseur comporte un orifice d'admission (9) placé en position centrale et deux orifices d'évacuation (10) disposés extérieurement. 9. Batterie fonctionnant à température élevée 1 1 selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 5, caractérisée en ce que chaque élément (7) du corps refroidisseur comporte un orifice d'évacuation (10') placé en position centrale et deux orifices d'admission (9') disposés extérieurement. 10. Batterie fonctionnant à température élevée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent réfrigérant utilisé est soit un gaz, en particulier de l'air, soit un liquide, en particulier de l'huile.