Brevet FR2962077A1 — publié le 20120106

La présente invention se rapporte à un bac de batterie et un dispositif de refroidissement d'un bac de batterie, particulièrement adapté pour son positionnement sur un chargeur de batteries. Certains véhicules automobiles, comme les véhicules électriques ou hybrides, comprennent une batterie pour l'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique. Une telle batterie s'échauffe pendant son utilisation, à la fois en période de roulage du véhicule automobile qu'en période de recharge. Cet échauffement risque d'induire un vieillissement prématuré d'une batterie. Ainsi, les solutions de l'état de la technique utilisent des solutions de refroidissement de la batterie. Le document US2008/0121380 décrit par exemple le refroidissement de plusieurs batteries d'alimentation disposées dans un support par une circulation d'air, cette circulation étant aménagée avec des chicanes pour permettre un refroidissement équivalent de toutes les batteries, quel que soit leur éloignement de la source de ventilation d'air frais. L'inconvénient de cette solution provient du fait que le refroidissement obtenu reste globalement médiocre. D'autre part, il se révèle intéressant d'échanger une batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie chargée. Ceci peut être fait dans une station similaire à une station service dans laquelle on peut remplir un réservoir d'essence d'un véhicule automobile. Une telle solution rend toutefois plus complexe le refroidissement de la batterie car la solution choisie doit rester compatible avec le caractère amovible de la batterie, et permettre un nombre important d'opérations de montage/démontage de la batterie. Le but de l'invention est donc de fournir une solution améliorée de refroidissement d'une batterie d'un véhicule automobile, qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. Plus précisément, l'invention cherche à atteindre les objets suivants : Un premier objet de l'invention consiste à prévoir une solution de refroidissement de batterie d'un véhicule automobile qui mette en jeu un échange thermique performant, pour obtenir un refroidissement efficace à moindre coût. Un second objet de l'invention consiste à prévoir une solution de refroidissement de batterie d'un véhicule automobile compatible avec le caractère amovible d'une batterie. A cet effet, l'invention repose sur un dispositif de charge de batteries qui comprend une chambre d'eau dans laquelle circule un second fluide et un logement pour la fixation amovible d'un bac de batteries de sorte que le second fluide refroidit un premier fluide au travers la au moins une plaque. 20 Le bac de batterie pour véhicule automobile peut comprendre un échangeur de chaleur pour refroidir le bac de batterie à partir d'un premier fluide, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est délimité par au moins une première plaque délimitant un espace de circulation du premier fluide de 25 refroidissement du bac de batterie. L'espace peut être compris entre une paroi sensiblement plane de la surface du bac de batterie et la au moins une première plaque qui est plane ou comprend au moins un relief. 30 La au moins une première plaque peut former une succession de reliefs de section trapézoïdale ou ondulée. La au moins une première plaque peut comprendre au moins un relief de hauteur minimale égale à 2 centimètres. La au moins une première plaque peut présenter une succession de reliefs formant des éléments indépendants les uns des autres. La au moins une première plaque peut délimiter des canaux indépendants dans lesquels circule le premier fluide, ces canaux successifs étant reliés par des conduits reliant leurs extrémités. La au moins une première plaque peut être prolongée jusqu'à une surface du bac de batterie par une ou plusieurs plaquettes pleines ou ajourées dans sa partie centrale. La au moins une première plaque peut comprendre des ailettes conductrices s'étendant vers l'espace de circulation du premier fluide. Le premier fluide peut être un liquide de refroidissement. La au moins une première plaque peut comprendre au moins une zone de déformation pour améliorer son emboitement avec un plaque 25 correspondante. La au moins une première plaque peut être reliée au bac de batterie par au moins un moyen élastique. 30 L'invention porte aussi sur une partie d'un dispositif de refroidissement d'un bac de batterie pour véhicule automobile tel que décrit précédemment,20 comprenant un espace pour la circulation d'un second fluide, caractérisée en ce que cet espace est délimité par au moins une seconde plaque dont la forme est apte à pouvoir épouser la forme de la au moins une première plaque du bac de batterie lors de leur emboîtement. L'espace pour la circulation du second fluide peut être compris entre une embase sensiblement plane et la au moins une seconde plaque qui est plane ou comprend au moins un relief. 10 La au moins une seconde plaque peut former une succession de reliefs de section trapézoïdale ou ondulée. La au moins une seconde plaque peut présenter une succession de reliefs formant des éléments indépendants les uns des autres. La au moins une seconde plaque peut délimiter des canaux indépendants dans lesquels circule le second fluide, ces canaux étant reliés par des conduits reliant leurs extrémités. 20 La au moins une seconde plaque peut être prolongée jusqu'à l'embase sensiblement plane par une ou plusieurs plaquettes pleines ou ajourées dans sa partie centrale. La au moins une seconde plaque peut comprendre des ailettes conductrices 25 s'étendant vers l'espace de circulation du second fluide. Le second fluide peut être un liquide de refroidissement. La au moins une seconde plaque peut comprendre au moins une zone de 30 déformation pour améliorer son emboitement avec un plaque correspondante. 15 La au moins une seconde plaque peut être reliée à l'embase sensiblement plane par au moins un moyen élastique. La au moins une seconde plaque peut délimiter des canaux indépendants dans lesquels circule le second fluide, ces canaux étant soumis à des moyens élastiques de type ressorts indépendants. Cette partie d'un dispositif de refroidissement d'un bac de batterie pour véhicule automobile peut appartenir à un véhicule automobile ou à un dispositif de charge de batteries. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend une partie d'un dispositif de refroidissement d'un bac de batterie tel que décrit précédemment. Le véhicule automobile peut comprendre un bac de batteries amovible tel que décrit précédemment, de sorte que le second fluide refroidit le premier fluide au travers les au moins deux plaques. L'invention porte aussi sur un dispositif de charge de batteries, caractérisé en ce qu'il comprend une partie d'un dispositif de refroidissement d'un bac de batterie tel que décrit précédemment. 25 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :20 La figure 1 représente une vue schématique de côté en coupe d'un véhicule automobile dont la batterie est reliée au véhicule de manière amovible et comprend un dispositif de refroidissement selon l'invention. La figure 2 représente une vue de côté en coupe d'un véhicule automobile dont la batterie est reliée au véhicule de manière amovible et comprend un dispositif de refroidissement selon l'invention. La figure 3 représente une vue agrandie de côté en coupe du dispositif de refroidissement de batterie selon l'invention. La figure 4 représente une vue de côté en coupe du dispositif de refroidissement de batterie selon l'invention. La figure 5 représente une vue de côté en coupe du dispositif de refroidissement de batterie selon l'invention. La figure 6 représente schématiquement une vue de dessus du dispositif de refroidissement de batterie selon l'invention. La figure 7 représente une vue de côté en coupe du dispositif de refroidissement de batterie selon l'invention. La figure 8 représente une vue de côté en coupe d'un dispositif de 25 refroidissement selon l'invention. La figure 9 représente une vue de côté en coupe d'un dispositif de refroidissement de batterie sur une station de recharge de batterie selon un mode d'exécution de l'invention. 30 La figure 10 représente une vue de côté en coupe d'un dispositif de refroidissement de batterie sur une station de recharge de batterie selon une variante du mode d'exécution de l'invention. Les figures 11 a et 11 b représentent deux phases d'un emboîtement d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. La figure 12 représente l'emboîtement d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Dans les différentes figures, les mêmes références seront utilisées pour désigner les mêmes composants ou composants équivalents, afin de faciliter leur compréhension. 15 Le concept de l'invention repose sur un refroidissement du bac de batterie d'un véhicule automobile au travers au moins une plaque d'un bac de batterie qui coopère avec une chambre de refroidissement, comme cela va être détaillé par la suite. 20 Les figures 1 et 2 représentent un véhicule automobile 1 équipé d'un bac de batteries 3, comprenant plusieurs batteries 2, dans une configuration légèrement démontée du véhicule automobile 1 pour visualiser plus facilement le dispositif de refroidissement de batterie qui comprend une première partie 4 appartenant au bac de batterie 3 et coopérant avec une 25 seconde partie 5 fixée sur le véhicule automobile. La première partie 4 du dispositif de refroidissement, visible sur la figure 3, comprend une première plaque métallique 10 peu épaisse, qui peut s'étendre sur toute la surface supérieure du bac de batterie 3 et de section 30 formée par une multitude de trapèzes, qui délimite un espace unique 11 fermé et étanche entre la surface supérieure 6 du bac de batterie 3 et la10 plaque 10, formant un premier canal pour la circulation d'un premier fluide de refroidissement direct du bac de batterie 3. Pour améliorer l'échange thermique entre la plaque 10 et le premier fluide, la plaque 10 présente des ailettes 14 s'étendant vers l'intérieur de l'espace 11 où circule le premier fluide afin d'améliorer l'échange thermique entre ce fluide et la plaque 10. Cette première partie 4 du dispositif de refroidissement est donc en réalité un échangeur thermique permettant de refroidir le bac de batterie 3 par circulation d'un fluide autour d'au moins une de ses parois. En variante, ce premier fluide pourrait effectuer tout trajet autour et/ou à l'intérieur du bac de batterie, pour mettre en oeuvre son refroidissement. La seconde partie 5 du dispositif de refroidissement, fixée sur le véhicule automobile 1, comprend une seconde plaque métallique 20 peu épaisse, de section trapézoïdale et de dimensions prévues pour venir en parfait emboîtement théorique avec la plaque 10 du bac de batterie, pour garantir un contact optimal entre les deux plaques, nécessaire pour l'optimisation de l'échange thermique au travers des deux plaques comme cela sera détaillé par la suite. Les deux plaques sont ainsi mobiles l'une par rapport à l'autre dans une direction verticale V, pour permettre le montage et démontage du bac de batterie 3 du véhicule automobile 1, dans une direction verticale. La plaque 20 est reliée au véhicule automobile de manière élastique, par l'intermédiaire d'une embase plane 22 fixée sur le véhicule par un ou plusieurs ressorts 23. Cet agencement délimite un espace unique 21 fermé et étanche entre l'embase plane 22 et la plaque 20 formant un second canal pour la circulation d'un second fluide de refroidissement. En configuration de fixation du bloc de batterie 3 sur le véhicule automobile, les deux plaques 10, 20 sont en contact et un échange thermique s'établit entre les deux fluides de refroidissement. Le second fluide de l'espace 21 refroidit le premier fluide de l'espace 11 qui refroidit directement le bac de batterie. En remarque, la plaque 20 peut être équipée d'ailettes 24 s'étendant vers l'espace 21 de manière similaire à la première plaque 10. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention, les deux plaques 10, 20 présentent une forme correspondante non plane, en relief, permettant leur emboîtement le plus ajusté possible pour former globalement une surface d'échange importante, largement supérieure à une solution similaire qui utiliserait des plaques planes, comme illustré sur la figure 8 lors de la description d'un troisième mode d'exécution simplifié de l'invention. Le choix de reliefs en forme de trapèze est avantageux en ce que cette forme remplit une fonction d'auto-centrage qui facilite l'emboîtement des deux échangeurs, est bien adaptée à l'incertitude de positionnement entre le bac de batterie 3 et le véhicule 1 lors d'une phase de montage du bac de batterie. Les figures 11 a et 11 b illustrent à cet effet l'approche respective des deux plaques 10, 20. Dans une situation où l'approche initiale présente un certain décalage, matérialisé par la distance d sur la figure 11 a, la forme trapézoïdale des sections des deux plaques va automatiquement les rapprocher en supprimant ce décalage lorsque leurs surfaces vont venir l'une contre l'autre, pour aboutir au schéma non décalé représenté sur la figure 11 b. D'autre part, pour améliorer encore l'emboîtement entre les deux plaques, un moyen élastique agit sur au moins l'une d'entre elle. Sur le mode d'exécution représenté, un moyen élastique est disposé sur la seconde partie 5 fixée sur le véhicule automobile. En variante, un moyen élastique peut être aménagé sur la première partie fixée au bac de batterie 2. Ce moyen élastique exerce une force qui favorise le rapprochement mutuel des deux plaques et favorise leur positionnement au plus proche puis leur maintien dans cette position, réduisant ainsi la présence d'air isolant entre les deux plaques et augmentant donc la performance de l'échange thermique entre les deux fluides. D'autre part, au moins l'une des plaques peut présenter une rigidité inférieure de sorte de pouvoir se déformer sous l'effort de contact avec la seconde plaque. Une telle caractéristique permet ainsi par déformation d'au moins une plaque d'obtenir un contact amélioré entre les deux plaques, de compenser un éventuel jeu, et donc d'éviter encore la présence d'air entre les deux plaques. En variante, toute autre solution permettant la déformation d'au moins une des deux plaques permet d'atteindre cet effet avantageux. Cette déformation peut être très légère, se présenter sous la forme d'une simple microdéformation pour suffire à augmenter significativement l'échange thermique au travers des deux plaques. La figure 12 illustre une telle solution dans laquelle les deux plaques 10, 20 présentent des imperfections, causées par les erreurs et dispersions de leurs procédés de fabrication, qui se traduisent par la présence de zones de jeu 31 lors de leur rapprochement. Dans ces zones de jeu, la géométrie initiale des plaques 10, 20, ne permet pas leur contact sur toute leur surface. Toutefois, des zones de déformation 30 sont prévues sur ces plaques 10, 20, qui vont automatiquement se déformer sous la force de pression lors du rapprochement des plaques de sorte que les surfaces des deux plaques 10, 20 vont avoir tendance à prendre des formes correspondantes permettant leur contact sur toute leur surface. La figure 2 représente un second mode d'exécution dans lequel les deux parties 4', 5' du dispositif de refroidissement comprennent deux plaques 10', 20' de section ondulaire, par exemple sinusoïdale. En variante, ces deux plaques peuvent présenter des reliefs de toute forme non plane, qui peuvent être une succession de motifs identiques ou différents, pour obtenir un résultat satisfaisant. Ces différents reliefs peuvent appartenir à une même plaque ou à des plaques distinctes. En remarque, un relief peut être obtenu par l'association de plusieurs plaques planes formant un ensemble équivalent à une plaque non plane. Chaque relief se définit par un ensemble non plan, non parallèle à la surface 6 du bac de batterie qui est en général plane. La forme des deux plaques est naturellement complémentaire pour permettre leur emboîtement lors de la fixation du bac de batterie 2 dans son logement. De plus, la plaque ou les plaques peuvent former plusieurs reliefs : à titre d'exemple, on peut choisir entre 6 à 12 reliefs dont les dimensions s'inscrivent dans un rectangle de 30 X 20 centimètres. De préférence, un relief présente des dimensions suffisantes pour augmenter de manière importante la surface d'échange sans toutefois trop augmenter l'encombrement. Un bon compromis consiste à choisir des reliefs dont la distance maximale du bac de batterie est comprise entre 2 et 20 centimètres. En fait, la plaque comprend ainsi de préférence au moins un relief de hauteur minimale égale à 2 centimètres. La figure 8 illustre toutefois un troisième mode d'exécution simplifié, dans lequel les deux plaques 10", 20" sont planes. Ce mode d'exécution permet de réduire le coût puisqu'il est beaucoup plus simple : toutefois, cette simplification se fait au détriment de la performance de l'échange thermique, qui est moins important que dans les modes d'exécution précédents puisque la surface d'échange est réduite. On note que le premier fluide circule au sein de l'espace Il" dans une direction opposée à celle du second fluide dans l'espace 21", comme dans les autres modes d'exécution. Dans tous les cas, le concept consistant à juxtaposer deux plaques distinctes pour obtenir un échange thermique au travers de ces deux plaques permet de mettre en oeuvre un échange thermique à double flux, par deux fluides, ce qui est particulièrement adapté à une situation de démontage de bac de batterie, tout en permettant d'atteindre un échange thermique et donc un refroidissement satisfaisants. Les plaques seront de préférence dans un métal de bonne conductivité thermique comme un métal et de fine épaisseur, par exemple inférieure à 2 mm. De plus, ces plaques sont positionnées à l'extérieur du bac de batterie et du véhicule automobile, voire dans une partie périphérique, ou du chargeur pour rendre leur assemblage possible. La figure 4 illustre une première variante de réalisation du premier mode d'exécution dans laquelle les bases des différentes parties en relief des plaques 10, 20, c'est-à-dire des différents trapèzes, sont reliées respectivement à la surface supérieure 6 du bac de batterie et à l'embase plane 22 par des plaquettes 15, 25 afin d'augmenter la rigidité des plaques 10, 20, notamment dans leur zone centrale. De telles plaquettes 15, 25 séparent les espaces de circulation de fluides 11, 21 en plusieurs zones 11 a, 11 b, 11 c ; 21 a, 21 b, 21 c. Ces différentes zones peuvent être totalement indépendantes en utilisant des plaquettes pleines ou communiquer en utilisant des plaquettes ajourées. Dans la variante illustrée sur la figure 4, tous les reliefs sont séparés par des plaquettes. Naturellement, une autre solution serait d'utiliser des plaquettes pour séparer une partie seulement des reliefs. La figure 5 illustre une seconde variante de réalisation dans laquelle les différents canaux 11 a, 11 b, 11 c, 21 a, 21 b, 21c sont obtenus par six plaques trapézoïdales 10a, 10b, 10c, 20a, 20b, 20c indépendantes, directement montées sur leurs bases respectives. Les fluides circulent de manière séparée et à plus grande vitesse dans ces canaux, ce qui augmente le coefficient d'échange thermique au travers les plaques. La figure 6 illustre de dessus le parcours du premier fluide dans une hypothèse où la première partie du dispositif 4 présente sept canaux 11 a à 11 g. Chaque canal est relié au canal suivant sur une de ses extrémités par un conduit 17, ce qui permet un parcours continu du fluide qui effectue des allers-retours dans ces canaux entre une entrée 16 et une sortie 18. Un schéma similaire en sens opposé est organisé pour le second fluide. La figure 7 illustre une troisième variante de réalisation dans laquelle chaque canal 21a, 21b, 21c, relié au véhicule 1 est soumis à son propre effet élastique de manière indépendante par son propre moyen élastique comme respectivement des ressorts 23a, 23b, 23c. Pour cela, les canaux 21 a, 21 b, 21c sont formés de manière indépendante par des plaques 20a, 20b, 20c distinctes, comme dans la variante précédente, montées de plus sur des embases planes 22a, 22b, 22c distinctes, reliées au véhicule 1 par leurs ressorts 23a, 23b , 23c propres. Une telle variante de réalisation permet un meilleur ajustement et rattrapage des jeux entre les différents canaux supérieur et inférieur et donc un contact accru entre les différentes plaques, et une réduction de la résistance thermique formée par leur association. Les réalisations décrites précédemment permettent de former un dispositif de refroidissement de batterie par un double flux, un premier flux se trouvant au niveau du bac de batterie et soumis à un échange thermique avec un second flux aménagé sur le véhicule automobile. De manière similaire, un second flux peut être aménagé au niveau du logement recevant le bac de batterie dans une station de recharge. Ainsi, dans tous les exemples illustrés précédemment, il est possible d'obtenir une solution de chargeur de batterie en remplaçant le véhicule automobile 1 par un chargeur. De plus, l'invention permet avantageusement d'utiliser des liquides pour les deux fluides, ce qui permet d'atteindre une performance d'échange thermique supérieure à l'utilisation de gaz. Naturellement, elle reste compatible à une utilisation de gaz, comme de l'air, si cela est souhaité. La solution de l'invention présente finalement les avantages suivants : - elle présente un très bon échange thermique du fait de la possibilité d'utiliser des liquides de refroidissement, qui présentent 30 une meilleure performance que l'air ; - elle présente un très bon échange thermique du fait de la possibilité de choisir une grande surface d'échange thermique; - elle est parfaitement adaptée aux véhicules avec batterie démontable, notamment par un mouvement de translation verticale, puisqu'elle est formée par deux plaques distinctes venant simplement en contact. En remarque, la batterie a tendance à s'échauffer de manière plus importante lors d'une phase de charge, notamment une charge rapide, que lors du roulage d'un véhicule automobile. Pour cette raison, une station de charge de batterie peut être équipée d'une partie de refroidissement de batterie qui diffère des réalisations précédentes illustrées dans le cadre d'un véhicule automobile, afin d'obtenir un refroidissement plus important. Pour cela, un principe de chambre d'eau est implémenté. La figure 9 représente une station de charge de batterie avec chambre d'eau selon une première réalisation. Un bac de batterie 3 tel que décrit précédemment a été démonté d'un véhicule automobile et est positionné dans un logement prévu dans une station de recharge 40, qui comprend une chambre d'eau 41 dans laquelle est positionnée la première partie 4 du dispositif de refroidissement liée au bac de batterie 3, et notamment sa plaque 10 ou ses plaques 10a, 10b, 10c. Une circulation d'eau est organisée transversalement aux plaques 10i, selon la direction D, afin de refroidir le premier fluide directement au contact du bac de batterie 3. Des joints d'étanchéité 42 sont aménagés de chaque côté du bac de batterie pour fermer de manière étanche la chambre d'eau 41. Dans une telle réalisation, l'échange thermique entre les deux fluides présents respectivement dans les espaces Ili et 41 est amélioré puisque la résistance thermique les séparant ne comprend plus qu'une seule plaque 10i et est donc réduite.30 La figure 10 illustre une seconde réalisation dans laquelle la chambre d'eau 41 ne se trouve plus au-dessus du bac de batterie mais latéralement. Cette réalisation évite de positionner l'eau au-dessus du bac de batterie 3 et représente une solution sécurisée puisque l'eau n'entre pas en contact direct avec la surface du bac de batterie, au contraire de la réalisation précédente : si le bac de batterie 3 présente une faille d'étanchéité, alors l'eau ne s'écoule pas à l'intérieur du bac. La solution représentée aux figures 9 et 10 basée sur une chambre d'eau peut naturellement fonctionner avec tout autre fluide. De plus, elle pourrait aussi être implémentée de manière similaire sur un véhicule automobile, particulièrement dans un cas qui entraînerait des échauffements importants des batteries. L'invention a été décrite à partir d'un bac de batterie 3 comprenant plusieurs batteries 2 distinctes complémentaires. Naturellement, elle s'applique quel que soit le nombre de batteries, même pour une seule batterie. D'autre part, l'invention est particulièrement adaptée à un bac de batterie amovible, permettant son démontage d'un véhicule automobile pour son chargement dans une station de charge spécifique. Naturellement, elle reste efficace dans le cas d'un bac de batterie non démontable. REVENDICATIONS :1. Dispositif de charge de batteries (2), caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'eau (41) dans laquelle circule un fluide et en ce qu'il comprend un logement apte à une fixation amovible et étanche d'un bac de batteries (3) de sorte que le fluide refroidit un premier fluide du bac de batterie au travers au moins une plaque (10) d'échange. 2. Système de charge de batteries (2), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de charge selon la revendication précédente et un bac de batterie (3) comprenant un échangeur de chaleur (4) pour refroidir le bac de batterie (3) délimité par au moins une plaque (10) délimitant un espace (11) de circulation d'un premier fluide de refroidissement du bac de batterie (3), le fluide de la chambre d'eau étant apte au refroidissement du premier fluide au travers la au moins une plaque. 3. Système de charge de batteries selon la revendication précédente, 20 caractérisé en ce que la chambre d'eau se trouve au-dessus du bac de batterie ou sur le côté du bac de batterie. 25