Brevet FR2778271A1 — publié le 19991105

-1- DISPOS1TIF DE RECHAUFFAGE A AIR POUR UNE BATTERIE DE VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention concerne le domaine du véhicule électrique et hybride et plus particulièrement la gestion thermique de la batterie. Il est admis que les véhicules électriques ou hybrides sont équipés d'une batterie composée d'éléments d'accumulateurs montés en série/parallèle dont la fonction principale est de fournir à la chaîne de traction l'énergie et la puissance nécessaire. o Les performances des batteries dépendent cependant fortement de leur température: - En charge, cela se traduit le plus souvent par une perte de rendement ou par une interdiction de la charge si la température est trop élevée ou trop basse. - En décharge et en pause, une température de batterie trop élevée ou trop basse se traduit par une autodécharge importante voire une dégradation de la durée de vie et de l'autonomie. Aussi est-il nécessaire de prévoir un système de gestion thermique de la batterie qui puisse permettre de refroidir la batterie quand elle est trop chaude et de la réchauffer quand elle est trop froide. Ce système peut même interdire l'utilisation de la batterie si sa température interne dépasse des seuils haut et bas du domaine de fonctionnement autorisé. A cet effet, il est connu de l'état de la technique propose de chauffer et de refroidir une batterie à l'aide d'un liquide caloporteur qui circule dans double enveloppe entourant de la batterie. Le principal inconvénient d'une telle solution réside dans le fait que la gestion thermique de la batterie n'est assurée, compte tenu de la puissance nécessaire, que lorsque cette dernière est en phase de recharge ou en cours de roulage. Ainsi, un véhicule qui est resté longtemps stocké sur un parking extérieur avec une température ambiante très froide reste indisponible pendant un temps qui dépend de la différence de température à rattraper, de la puissance dissipée par le dispositif de chauffage du liquide caloporteur et surtout de la vitesse des échanges thermiques au niveau de l'enveloppe entre le fluide caloporteur et la batterie. Expérimentalement, ce sont ces vitesses d'échange qui constituent l'étape lente du processus. Typiquement, le temps d'indisponibilité du véhicule se compte en heures, ce qui limite fortement l'utilisation d'un véhicule électrique lors d'hivers froids. -2- I1 semble donc préférable de ne pas laisser la batterie se refroidir plutôt que de devoir la réchauffer. Le bilan énergétique d'une batterie de traction utilisée pour des véhicules électriques ou hybride, présentant par exemple une masse de 300 kg, une capacité calorifique de 1 J/g. C d'une capacité en pleine charge est de 20 kWh, permet d'envisager une telle solution. 1o En effet, une telle batterie va mettre environ 48 heures pour atteindre une température ambiante froide, par exemple, pour passer de 20 C à une température extérieure de - 10 C. Compte tenu de la masse et de la capacité calorifique, cette évolution correspond à une puissance calorifique moyenne de 50W échangée entre la batterie et le milieu extérieur. Il suffit donc de compenser ces pertes en continu pour que la batterie conserve sa température ou du moins reste dans un domaine utilisable. Il serait possible d'utiliser le circuit caloporteur existant pour réaliser ce maintien en température. Toutefois, un tel processus aurait deux inconvénients: - Le premier est lié à la consommation de la pompe qui est typiquement de l'ordre de 100W, ainsi pour diffuser 50W thermique, le système doit prélever 100W à la batterie par l'intermédiaire du réseau 12V. - Le deuxième est lié à la durée de vie des pompes utilisées pour le refroidissement des batteries. Issues de la technique automobile, cellesci ont des durées de vie limitées par rapport à la demande d'un véhicule électrique et maintenir une batterie chaude demande des dizaines d'heures de fonctionnement supplémentaires. Pour ces deux raisons, nous pensons obtenir le maintien en température de la batterie en utilisant un système à air chaud. Selon l'invention, le dispositif de contrôle thermique d'une batterie d'accumulateurs destiné notamment un ensemble de traction pour véhicule électrique, la batterie étant disposée dans une double enceinte, dont l'espace interstitiel contient un liquide caloporteur en contact thermique avec une source froide par des tubulures, l'enceinte étant placée dans un bac calorifugé, est caractérisé en ce que le chauffage de la batterie est -3- assuré par une circulation d'air chaud entre la paroi interne de la caisse et la paroi extérieure de l'enceinte. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'air chaud est maintenu confiné entre la paroi interne de la caisse et la paroi extérieure de l'enceinte. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'air est chauffé par des moyens de chauffage disposés à l'intérieur solidaire de la caisse. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de chauffage sont commandés par un système de gestion thermique de la batterie. Selon une autre caractéristique de l'invention, la circulation de l'air chaud est assurée par un ventilateur. 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 aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe illustrant un schéma de principe d'un dispositif de réchauffage à air selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail du dispositif de la figure 1. Conformément à la figure 1, le dispositif comprend un liquide caloporteur circule dans une double enveloppe qui entoure les éléments de la batterie, celle-ci est le siège d'échanges thermiques entre la batterie et le liquide caloporteur selon une certaine cinétique liée à la surface, à la qualité et à l'épaisseur des matériaux employés. Cet ensemble est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément. Il est symbolisé par le sous-ensemble noté (1). Ce sous-ensemble (1) est contenu dans un bac (2) dont il est solidaire. Ce bac (2) a pour fonction d'isoler électriquement et de protéger la batterie. Le bac est solidaire de la structure du véhicule. L'isolation du bac à batterie (2) est renforcée par une couche d'un matériau adéquat de façon à limiter au maximum les échanges thermiques avec l'extérieur. -4- Outre la double paroi du sous-ensemble (1), le circuit de refroidissement comprend au moins une pompe (3) commandée par le système de gestion de la batterie (7). Le circuit de refroidissement est composé également d'un sous-ensemble (5) qui comprend toutes les fonctions nécessaires aux échanges thermiques entre le fluide caloporteur et l'air extérieur. Ce sous- ensemble (5) qui comprend, entre autre, un radiateur et un groupe motoventilateur, est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément. L'alimentation des organes électriques se fait par le réseau électrique de bord. Celui-ci est supposé connu et ne sera pas décrit plus précisément. Un réchauffeur à air (6) est installé dans un endroit du bac qui permet de faire circuler l'air chaud dans l'ensemble du volume entre les parois internes du bac (2) et les parois externes du sous-ensemble (1). Nous comprendrons mieux le fonctionnement du réchauffeur (6) en étudiant la figure 2, le réchauffeur (6 se compose principalement des éléments suivants. Un ventilateur axial (61) de faible puissance (quelques Watt) assure, grâce à un carénage approprié, la circulation de l'air réchauffé dans l'ensemble du volume libre du bac à batterie (2). En règle générale, un système de gestion thermique pour véhicule électrique ou hybride est piloté par un calculateur électronique: le système de gestion de la batterie (7). Celui-ci calcule l'état de charge de la batterie, surveille la tension totale et éventuellement les tensions individuelles des éléments ainsi que la température de l'air ambiant et - celles en un ou plusieurs points de la batterie. -En fonction des phases de roulage, de pause et de charge, le système de gestion de la batterie (7) assure le refroidissement ou le chauffage de la batterie en agissant comme dans l'exemple suivant. Ce ventilateur est commandé par le système de gestion de la batterie (7). Une résistance chauffante électrique (62) est positionnée de façon à assurer le réchauffage de l'air circulant. Le fonctionnement de cette résistance chauffante se fait au travers d'un relais (63) commandé par le système de gestion de la batterie (7). En fonction de ces données et des phases de fonctionnement, le système de gestion (7) peut, à titre d'exemple, gérer de la manière indiquée ci- dessous, une batterie dont le domaine de fonctionnement est défini par: 5 - -5 C Si Tbac = température de l'air dans le bac à batteries. 1-Si Tbat > 50 C le système de gestion de la batterie (7) interdit le roulage et la charge et refroidit la batterie en faisant circuler le liquide 0o caloporteur dans l'échangeur (5). Le système (6) est stoppé. 2-Si +25 C liquide caloporteur dans l'échangeur (5). Le système (6) est stoppé. 3-Si +15 C en stoppant la pompe (3). Le système (6) est stoppé. 4-Si -5 C = + 15 C, pour maintenir la batterie dans sa zone de fonctionnement. 5-Si Tbat pour conserver une réserve minimum. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. -6 - REVENDICATIONS 1) Dispositif de contrôle thermique d'une batterie d'accumulateurs destiné notamment un ensemble de traction pour véhicule électrique, la batterie étant disposée dans une double enceinte (1), dont l'espace interstitiel contient un liquide caloporteur en contact thermique avec une source froide par des tubulures, l'enceinte étant placée dans un bac calorifugé (2), caractérisé en ce que le chauffage de la batterie est assuré par une circulation d'air chaud entre la paroi interne du bac et la paroi extérieure de l'enceinte. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air chaud est maintenu confiné entre la paroi interne du bac (2) et la paroi extérieure de l'enceinte (1). 3) Dispositif selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'air est chauffé par des moyens de chauffage (6) disposés à l'intérieur du bac et solidaires de ce dernier. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont commandés par un système de gestion thermique (7) de la batterie. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation de l'air chaud est assurée par un ventilateur (61).