Brevet FR2745422A1 — publié le 19970829

CONTENEUR POUR BATTERIES D'ACCUMULATEURS La présente invention concerne un conteneur pour ranger des batteries d'accumulateurs, notamment pour permettre d'embarquer ces dernières à bord d'un véhicule à propulsion électrique. L'alimentation électrique des véhicules automobiles à propulsion électrique est généralement réalisée au moyen de blocs d'accumulateurs, de types divers (Pb, Ni-Cd), montés en série et/ou en parallèle de manière à constituer une source d'alimentation électrique apte à délivrer une puissance nominale donnée. Les batteries d'accumulateurs sont généralement disposées dans des compartiments auxquels on accède par un couvercle amovible. Le champ des températures à l'intérieur du compartiment est généralement très variable, la différence de température entre deux batteries voisines, et à fortiori si elles sont éloignés l'une de l'autre, peut se révéler assez importante. Or, une batterie est très sensible aux conditions extérieures qui lui sont imposées et notamment la température du milieu dans laquelle elle baigne, ce paramètre influant notamment considérablement sur sa capacité résiduelle. On comprend donc aisément que deux batteries soumises à des températures sensiblement différentes puissent présenter des caractéristiques de charge et de décharge fort différentes, ce qui dégrade le fonctionnement global de la source d'alimentation électrique. Un fonctionnement optimum d'un ensemble d'alimentation composé de plusieurs batteries nécessite de faire opérer chaque batterie dans des conditions, notamment en température, sensiblement identiques de telle sorte qu'elles se chargent et se déchargent de manière relativement égale. En outre, en l'absence d'une régulation en température, les batteries exposées à des températures excessives vieillissent prématurément. La présente invention a notamment pour objet d'homogénéiser le champ des températures à l'intérieur d'un compartiment à batteries. La présente invention a aussi pour objet de limiter la rétention au sein du bac des effluents gazeux dégagés notamment lors des phases de charge des batteries. On comprendra mieux les buts, aspects et caractéristiques de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure l est une vue de dessus du compartiment intérieur d'un conteneur à batteries selon l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne I-I de la figure l. - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne II-II de la figure 2. - les figures 4 et 5 représentent la circulation forcée de l'air au sein du conteneur. En référence à la figure 1, on a représenté un conteneur l dans lequel sont rangées des batteries 6 d'accumulateurs. Ces batteries sont montées en série et/ou en parallèle afin de délivrer en sortie une puissance nominale donnée, par exemple suffisante pour alimenter un moteur électrique de traction. Le conteneur l comprend un bac dont les parois délimitent un compartiment de rangement, et un couvercle 7 de fermeture de ce compartiment. Le conteneur représenté à la figure 1 est de forme générale parallélépipédique mais l'invention ne s'applique pas limitativement à ce seul type de conteneur. Le conteneur est dimensionné en fonction du nombre de batteries à contenir. Le bac comporte deux parois latérales (101,102) s'étendant parallèlement entre elles selon la direction longitudinale du bac, et deux parois (103,104) respectivement antérieure et postérieure, disposées au droit des parois latérales s'étendant donc transversalement au bac. Les parois internes du bac et le couvercle 7 sont constituées d'un matériau non conducteur de l'électricité, ceci afin d'éviter tout courtcircuit pouvant résulter du contact des cosses d'une ou plusieurs des batteries avec la surface interne desdites parois. Ce matériau peut en outre être recouvert d'une couche de protection, par exemple à base de résine, apte à résister à l'agression des solutions utilisées dans les divers types de batteries existantes. De manière préférentielle, le conteneur 1 est constitué d'un matériau composite renforcé de fibres de verre. Le couvercle 7 permet d'obtenir une fermeture étanche du compartiment. A cet effet, un joint solidaire du couvercle 7 est monté entre ce dernier et le pourtour défini par les extrémités supérieures des diverses parois du bac. Le couvercle 7 peut être monté pivotant sur la bac ou être totalement amovible. En position de fermeture, le couvercle est solidarisé au bac par des moyens de verrouillage autorisant tant une ouverture qu'une fermeture aisées du couvercle sur le bac. La figure 1 représente un ensemble de 40 batteries 6 logées dans le compartiment du bac. Selon l'exemple représenté, ces batteries 6 sont disposées en 4 rangées juxtaposées et sont électriquement raccordées entre elles en série et/ou en parallèle pour obtenir un ensemble d'alimentation électrique présentant en sortie des caractéristiques données tant en tension qu'en courant. Ces batteries 6 peuvent être de tout type connu, mais présentent préférentiellement des caractéristiques électriques semblables. Les pôles positif et négatif de l'ensemble d'alimentation ainsi constitué sont connectés électriquement à des bornes fixées à la paroi du bac et coopérant avec une prise montée à la surface extérieure du bac. L'ensemble d'alimentation peut ainsi être aisément raccordé à une charge, par exemple une chaîne de traction (groupe motopropulseur électrique et ses organes de commande), par une broche de connexion de forme complémentaire à la prise. les batteries 6 sont de forme générale parallélépipédique comportent une enveloppe externe composée de deux parois longitudinales reliées entre elles par deux parois transversales, ainsi que d'un fond et d'un couvercle. Chaque batterie comprend des plaques d'électrodes (non représentées) disposées, de manière connue en soi, en vis-à-vis transversalement à l'intérieur de l'enveloppe externe de chaque batterie. Les parois longitudinales et le fond de l'enveloppe doivent donc dissiper dans l'atmosphère des flux thermiques plus importants que les parois transversales et le couvercle de la batterie. Une cartographie des échanges thermiques de la batterie avec son environnement fait apparaître que l'essentiel des échanges thermiques s'effectue par les faces longitudinales et le fond de la batterie. Les batteries 6 sont conformées en deux blocs de 20 batteries 6 disposés de part et d'autre de axe transversal médian du conteneur 1. Les extrémités adjacentes des deux blocs, le couvercle et le fond du bac délimitent un couloir central 3'. Chacun des blocs de batteries 6 est constitué d'au moins une file 61 de batteries. Selon l'exemple de réalisation proposé, chaque bloc comprend 4 files de 5 batteries chacune. L'espace entre deux batteries adjacentes d'une même file 61 est obturé par un élément intercalaire 9 de même surface frontale que la section transversale de la file 61. Des plaques 11" de mêmes dimensions que les intercalaires 9 viennent s'appuyer contre les faces transversales libres des batteries extrêmes de chaque file 61. Ces plaques 11" d'extrémité comportent des supports (non représentés), constitués par exemple par des éléments en forme de L, s'étendant vers l'extérieur du bloc dans un plan vertical perpendiculaire à la surface de la plaque 11". L'une des extrémités du support en L est fixée sur la plaque 11". Les plaques 11" situées d'un même côté du bloc sont reliées entre elles par un tirant 1 1 transversal qui vient s'engager dans les supports des plaques 11". Les deux bandes transversales d'un même bloc sont reliées par une série de tirants longitudinaux 11' s'étendant horizontalement entre chaque file 61 adjacente de batteries 6. A cet effet, les bords supérieurs des tirants 1 1 transversaux comportent des entailles au fond desquelles viennent s'appuyer les tirants longitudinaux 11'. Chaque tirant longitudinal 11' possède une extrémité filetée, l'autre extrémité étant fixée à un élément parallélépipédique (non représenté) faisant saillie de part et d'autre de l'axe longitudinal du tirant 11' sur une distance supérieure à la largeur de l'entaille. L'élément parallélépipédique vient en appui contre la face opposée à la plaque 11" du tirant transversal 11, un écrou vissé à l'extrémité filetée du tirant complète la solidarisation des bandes et des tirants et assure ainsi la cohésion de l'ensemble des batteries d'un même bloc. Chaque file de batterie est immobilisée par deux cales (8,8') adjacentes respectivement inférieures et supérieures. La distance 2a entre deux files de batteries d'un même bloc est le double de la distance a entre chaque paroi longitudinale du conteneur et la file de batteries adjacente correspondante. La distance entre la face inférieure des batteries et le fond du bac est égale à la distance a entre chaque paroi longitudinale du conteneur 1 et la file de batteries adjacente correspondante. La face inférieure de chacune des batteries 6 est maintenue espacée du fond du bac d'une distance a par des cales 8 qui s'étendent dans le sens longitudinal du bac. Le nombre de cales est égal au nombre de rangées plus une. Les cales 8 sont régulièrement espacées entre elles dans le sens transversal du bac, les cales d'extrémité venant s'appuyer sur l'une des parois latérales longitudinales du conteneur 1. Chacune des batteries 6 d'une file vient s'appuyer sur des épaulements portées par deux cales inférieures adjacentes. Selon l'exemple de réalisation représenté, ces épaulements sont constitués d'entailles longitudinales réalisées sur chacune des cales, et symétriques par rapport à l'axe longitudinal médian de chacune des cales. Les cales d'extrémité ne comportent qu'un seul épaulement. Des cales 8' semblables aux précédentes sont disposées au niveau de la partie supérieure des batteries. Ces cales 8' supérieures viennent en appui contre la surface intérieure du couvercle. Les faces latérales longitudinales des batteries 6 de deux files 61 adjacentes de batteries et les barres supérieures 8' et inférieures 8 séparant lesdites files délimitent un couloir de ventilation 5. Les files de batteries adjacentes sont séparées par un couloir de ventilation 5' délimité par les surfaces en vis-à-vis des deux files ainsi que les barres inférieures 8 et supérieures 8' disposées entre ces files. Le fond du conteneur, la face inférieure d'une file de batteries et les barres inférieures 8 correspondantes délimitent un couloir de ventilation 51. Les couloirs 5, 5' et 51 débouchent dans le couloir central 3' situé entre les deux blocs de batterie et les parois transversales du bac. Le couloir central 3' et lesdits passages communiquent entre eux par des passages périphériques longitudinaux 5 délimités par les blocs et les parois du bac en vis-àvis. Le fond du bac présente des ouvertures (2,3) qui mettent le volume intérieur du conteneur en communication avec l'atmosphère. Ces ouvertures (2,3) s'étendent sensiblement transversalement au conteneur. Deux de ces ouvertures 2, sont pratiquées à proximité des parois postérieure et antérieure du bac entre lesdites parois et les batteries extrêmes des blocs. Une troisième ouverture 3, d'extraction de l'air du conteneur, est située au niveau du couloir 3'. L'extraction de l'air de l'intérieur du conteneur 1 vers l'extérieur est forcée par des ventilateurs 4 actionnés par des moteurs électriques commandés par une unité centrale. Les moteurs électriques sont reliés de manière connue en soi à une source d'alimentation électrique. Les ventilateurs sont dimensionnés en fonction du type et du nombre de batteries 6 disposées dans le conteneur 1. Comme représenté sur les figures 4 et 5, les ventilateurs 4 en fonctionnement provoquent une circulation forcée de l'air qui pénètre par les ouvertures 2 vers la bouche d'extraction 3. Lors de son parcours entre les ouvertures 2 et la bouche d'extraction 3, l'air circule dans les premières (5,5') et deuxièmes veines 51 précédemment définies et vient lécher les surfaces des batteries 6. Ainsi, les parois des batteries par lesquelles s'effectuent l'essentiel des échanges thermiques, d'origine interne à la batterie, avec l'extérieur sont léchées de manière égale par le flux d'air, et chaque batterie l'est de manière égale, ce qui permet d'assurer une homogénéité thermique des différentes batteries entre elles. Les premières veines de largeur a évacuent le flux thermique sortant par une paroi de la batterie alors que les deuxièmes veines de largeur 2a évacuent les flux thermiques sortant par deux parois. Une partie du flux total est dirigé vers le dessus des batteries pour éliminer les gaz, notamment l'hydrogène, éventuellement présent. Le débit et la régulation du flux d'air vers la partie supérieure des batteries est contrôlé par un élément 10 horizontal s'étendant transversalement dans le conteneur, respectivement entre les parois antérieure 103 et postérieure 104 et les extrémités correspondantes des blocs de batteries 61. Cet élément comporte une fente sensiblement parallèle aux ouvertures 2. La fente peut être recouverte d'un filtre, de type connu en soi, (non représenté), assurant la filtration de l'air avant sa circulation dans l'espace situé entre les batteries et le couvercle. Un tel filtre empêche les impuretés en suspension dans l'air extérieur de se déposer sur la partie supérieure des batteries, notamment au niveau des bornes et des moyens de connexion desdites batteries avec leur environnement. Chaque élément 10 est solidarisé à la paroi antérieure ou postérieure correspondante. Des capteurs (non représentés) de températures reliés à l'unité centrale sont disposés en divers endroits du conteneur. Ils délivrent à l'unité centrale des signaux représentatifs de la température locale au niveau de leur lieu d'implantation et permettent de dresser une cartographie du champ des températures à l'intérieur du conteneur. De manière préférentielle, les capteurs sont disposés sur différentes batteries et au niveau des ouvertures (2,3) L'unité centrale gère en permanence le fonctionnement des ventilateurs selon la stratégie détaillée ci-après qui consiste à maintenir les batteries dans une plage de température correspondant à un fonctionnement optimal des batteries. Cette plage peut varier selon le type de batterie utilisé. A titre d'exemple, pour des batteries Ni-Cd, la plage de température d'utilisation préférentielle va de 00C à 40"C. Dans la suite de la description, l'expression température-batterie désignera la valeur la plus élevée des températures des batteries équipées de capteurs; quant l'expression température nominale, elle correspond à la température moyenne de la plage préférentielle d'utilisation desdites batteries, soit 200C. 1) Lors d'une phase de charge des batteries Si la température-batterie est inférieure ou égale à la température nominale, la charge est autorisée. Si la température-batterie est comprise entre la température nominale et la température maximale en charge et que la température-batterie est supérieure à une valeur égale à la température ambiante plus 5"C, la charge n'est pas autorisée et l'unité centrale commande la mise en route des ventilateurs pour ventiler le compartiment, jusqu'à ce que l'une des conditions suivantes se réalise - température batterie = température nominale, - température batterie = température ambiante + 5"C, - temps maximal prédéfini de ventilation atteint. Si la température-batterie est supérieure ou égale à la température maximale en charge, la charge n'est pas autorisée et l'unité centrale commande la ventilation du compartiment jusqu'à ce que l'une des conditions suivantes se réalise - température-batterie = température nominale, - température-batterie = température ambiante + 5"C, - temps maximal prédéfini de ventilation atteint. Pendant la charge des batteries, la ventilation est maintenue quelque soit la température-batterie ou la température ambiante, de façon à éliminer les gaz éventuellement produits lors de la charge et homogénéiser la température au sein du compartiment. 2) Lors d'une phase de roulage ou de non utilisation du véhicule, hors phase de charge, I'unité centrale commande la ventilation du compartiment dès que la température de la batterie est au-delà de la température nominale et que la différence entre la température batterie et la température extérieure est supérieure à 5"C. Le dispositif selon l'invention permet d'assurer simplement et à faible coût l'homogénéité thermique des différentes batteries entre elles ainsi que leur utilisation dans une plage de température garantissant, d'une part, un fonctionnement optimal de ces dernières et, d'autre part, un accroissement sensible de leur durée de vie par rapport à des batteries non ventilées. Les effluents gazeux, notamment d'hydrogène, dégagés lors du fonctionnement de certains types de batteries ne restent pas stagner dans le compartiment et sont évacués dans l'atmosphère par la circulation d'air autour des batteries, la concentration en hydrogène gazeux au sein du compartiment peut ainsi être maintenue quasiment nulle. L'invention peut en outre être aisément adaptée pour des batteries de type et de dimensions divers. Le conteneur peut en outre être monté indifféremment à l'extérieur ou à l'intérieur du véhicule et le système de ventilation ne demande pas d'entretien particulier. Bien entendu, I'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, I'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1) Ensemble d'alimentation électrique, notamment pour véhicule à propulsion électrique, comprenant une pluralité de batteries (6) reliées en série et/ou en parallèle disposées au sein d'un conteneur (1) constitué d'un bac muni d'un couvercle (7), caractérisé en ce que les batteries (6) sont agencées en deux blocs disposés de part et d'autre d'un couloir central et en ce que des moyens de régulation maintiennent une température sensiblement uniforme au sein du conteneur (t). 2) Ensemble d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régulation comprennent des moyens de ventilation (2,3,4) commandés par des signaux représentatifs, d'une part, du champ de température au sein du conteneur (1) et, d'autre part, de la température extérieure audit conteneur. 3) Ensemble d'alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de ventilation (2,3,4) comprennent des ouvertures (2,3) faisant communiquer l'intérieur du conteneur avec l'extérieur de ce dernier, associées à des moyens (4) de mise en circulation de l'air dans le conteneur (1). 4) Ensemble d'alimentation électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de mise en circulation de l'air comprennent des ventilateurs. 5) Ensemble d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bloc de batteries se compose de plusieurs files (61) parallèles. 6) Ensemble d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace entre deux batteries adjacentes d'une même file est obturé par un élément intercalaire (9). 7) Ensemble d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces de chaque bloc disposées en vis-à-vis des parois du conteneur (1) sont séparées de ce dernier par un couloir de ventilation périphérique (5). 8) Ensemble d'alimentation électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce deux files adjacentes de batteries d'un même bloc sont séparées par un couloir de ventilation (5') d'une largeur double de celle du couloir de ventilation périphérique (5). 9) Ensemble d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une armature solidarise et positionne chaque bloc de batterie au sein du conteneur (1). 10) Ensemble d'alimentation électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'armature comprend - des cales d'immobilisation (8,8') des batteries constitutives d'un même file, - des moyens de solidarisation (11,11') des files d'un même bloc entre elles, lesdits moyens de solidarisation comprenant des tirants longitudinaux (11') dont les extrémités coopèrent avec des tirants transversaux (11).