Brevet FR2965667A1 — publié le 20120406

INSTALLATION DE REFROIDISSEMENT DE BATTERIES POUR UN VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention concerne une installation de refroidissement de batteries pour un véhicule électrique ou hybride, ainsi qu'un véhicule électrique ou hybride adapté pour une telle installation. Les véhicules électriques, ou hybrides utilisant l'énergie électrique, comportent des moyens de stockage de l'énergie comme des accumulateurs électrochimiques ou des condensateurs de forte capacité, appelés par la suite batteries, comprenant des séries d'éléments qui peuvent se recharger en accumulant une énergie électrique, et la restituer en alimentant une machine électrique de traction. La capacité de stockage d'énergie des batteries est une caractéristique importante qui conditionne notamment l'autonomie du véhicule dans le cas d'un véhicule électrique, ou la consommation de carburant et les émissions de gaz polluants dans le cas d'un véhicule hybride. Les différents types de batterie couramment utilisés, comme par exemple les batteries électrochimiques du type Li-ion, Ni-MH ou NI-Zn, comportent des caractéristiques qui se dégradent en fonction de leur élévation de température. En particulier pour une utilisation ou un stockage à des températures supérieures à un seuil d'environ 40°C, on peut constater un vieillissement plus rapide comprenant notamment une diminution de la capacité de stockage, ainsi qu'une augmentation de la résistance interne et de l'impédance, ce vieillissement s'accélérant en fonction du niveau de température atteint et de la durée d'exposition à cette température. On peut constater notamment pour un véhicule à l'arrêt qui est exposé à un fort rayonnement solaire, une température intérieure du véhicule et aussi des batteries, pouvant s'élever nettement au dessus de 40 °C, et dans certains cas dépasser 70°C. Les caractéristiques des batteries se dégradent, et le prix de revient du kilométrage parcouru par ce véhicule augmente d'autant plus que ces batteries comportent toujours un coût élevé. De plus si le véhicule se trouve à l'arrêt avec ses batteries en cours de charge sur une borne de recharge, le passage du courant ainsi que les réactions électrochimiques dus à cette recharge génèrent des calories qui échauffent ces batteries, le problème du refroidissement est d'autant plus important. Une solution connue pour refroidir les batteries sur un véhicule à l'arrêt consiste à utiliser la climatisation de ce véhicule, ce qui pose un problème car les dispositifs de climatisation consommant une énergie importante, le bilan énergétique global est dégradé. Un autre système de refroidissement connu pour des batteries d'un véhicule, présenté notamment dans le document FR-A1-2941568, comprend une prise d'air extérieur disposée sous le véhicule sensiblement au centre de celui-ci, de manière à prélever de l'air se trouvant à l'ombre qui est relativement plus frais quand le véhicule est exposé au soleil, pour venir refroidir ces batteries. Ce système peut améliorer le refroidissement des batteries, mais même à l'ombre l'air prélevé peut comporter une température relativement élevée, ce qui fait que la capacité de refroidissement qui est proportionnelle au carré de l'écart de température, reste faible. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer une installation de refroidissement des batteries pour un véhicule à l'arrêt, qui soit simple, efficace et économique. Elle propose à cet effet une installation de refroidissement de batteries pour un véhicule électrique ou hybride garé à une place de parking, utilisant un flux d'air de refroidissement qui réalise un échange thermique avec ces batteries au moyen d'un échangeur, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit d'air comprenant au moins une canalisation de refroidissement d'air prélevé dans le milieu ambiant, qui est enterrée dans le sol à une certaine profondeur, et une bouche de sortie du flux d'air comprenant un moyen de raccordement sur le véhicule, pour conduire ce flux vers l'échangeur thermique des batteries. Un avantage de cette installation de refroidissement, est que la canalisation de refroidissement enterrée à une certaine profondeur permet de bénéficier d'un sol à une température sensiblement constante restant à environ 12°C, qui refroidit l'air conduit dans ces canalisations, ce sol constituant une source froide toujours disponible et ne consommant pas d'énergie. L'installation de refroidissement selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la canalisation enterrée se trouve à au moins environ 1,20m du niveau de ce sol. Avantageusement, le circuit d'air de refroidissement comporte un moyen de ventilation faisant circuler l'air dans ce circuit. Avantageusement, le moyen de ventilation est mis en route à la demande d'un système de surveillance des batteries installé sur les véhicules. En particulier, l'installation de refroidissement peut ne pas comporter de moyen de ventilation du circuit d'air, et utiliser un moyen de ventilation propre au véhicule pour faire circuler l'air dans ce circuit. Selon un mode de réalisation, l'installation de refroidissement comporte une unique canalisation enterrée conduisant l'air vers une borne de distribution, qui répartit le flux d'air vers plusieurs bouches de sortie pouvant alimenter chacune un véhicule. Selon un autre mode de réalisation, l'installation de refroidissement comporte plusieurs canalisations enterrées, disposant d'une entrée commune ou d'entrées particulières, chaque canalisation enterrée conduisant un flux d'air vers une bouche de sortie pouvant alimenter un véhicule. En particulier, le moyen de raccordement de la bouche de sortie peut utiliser un tuyau télescopique qui coulisse verticalement, pour raccorder la sortie du circuit d'air de refroidissement à une entrée d'air située en dessous du véhicule. La bouche de sortie peut être disposée de manière concentrique avec une bobine primaire d'induction, qui transmet l'énergie électrique au véhicule dans le cas d'une recharge par induction. L'invention a aussi pour objet un véhicule électrique ou hybride, utilisant un flux d'air de refroidissement pour réaliser un échange thermique avec ses batteries au moyen d'un échangeur, et disposant d'une entrée de ce flux d'air comprenant un moyen de raccordement avec une bouche de sortie d'une installation de refroidissement comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un circuit enterré de circulation d'air, utilisé par une installation de refroidissement selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma présentant en vue de dessus, un parking comprenant une installation de refroidissement selon l'invention ; et - les figures 3 et 4 sont des schémas du parking comprenant des installations de refroidissement réalisées suivant des variantes. La figure 1 présente le sol en terre 2 vu en coupe, dans lequel est enterrée une canalisation sensiblement horizontale 4, comportant à une extrémité une partie verticale 6 remontant à la surface, qui se termine par une prise d'air constituant une entrée 8 protégée des intempéries par un chapeau. L'autre extrémité de la canalisation enterrée 4 se termine aussi par une partie verticale 10, comprenant en surface un ventilateur d'extraction d'air 12 qui dirige l'air venant de l'entrée 8, vers une bouche de sortie 14. La canalisation enterrée 4 comporte une petite pente, se terminant en partie basse par un purgeur 16 permettant d'évacuer de l'eau de condensation qui pourrait se former sur les parois de cette canalisation. On constate que la terre à partir d'une profondeur d'environ 1,20m, comporte une température d'environ 12°C qui devient à peu près constante toute l'année. La circulation d'air chaud venant de l'entrée 8 et forcé par le ventilateur d'extraction d'air 12 dans la canalisation 4 enterrée à cette profondeur, provoque au contact des parois un rafraichissement de cet air. En ajustant les paramètres de longueur et de diamètre de la canalisation enterrée 4 qui sert d'échangeur thermique, et de vitesse du flux d'air, on peut obtenir un rafraichissement conséquent. L'air extérieur entrant par exemple à la température de 30°C, peut sortir à une température comprise entre 15 et 20°C, la masse de la terre constituant une forte capacité thermique permettant un fonctionnement en continu de cette installation de refroidissement. On réalise ainsi de manière économique et écologique, avec un apport d'énergie très faible du essentiellement à l'alimentation du ventilateur d'extraction d'air 12, un moyen de refroidissement simple, économe et efficace, qui est aussi appelé puits provençal. La figure 2 présente un parking 20 comportant quatre places de parking 22, pouvant recevoir chacune un véhicule 26 qui est hybride ou électrique. Chaque place de parking 22 comporte une bouche de sortie d'air refroidi 14, qui se trouve sensiblement au centre de la place de manière à venir au milieu du véhicule 26 garé dessus. L'entrée d'air 8 constitue l'entrée d'une unique canalisation enterrée 4, qui débouche dans une borne de distribution 30 distribuant l'air refroidi dans quatre tuyaux flexibles d'alimentation 28 comportant chacun une bouche de sortie 14, la flexibilité de ces tuyaux permettant au conducteur de venir le raccorder de manière étanche sur son véhicule 24. Chaque tuyau d'alimentation 28 comporte un ventilateur d'extraction d'air 12, pour forcer le passage d'air dans la canalisation enterrée 4 et obtenir aux bouches de sortie 14 un débit d'air suffisant. Le véhicule 24 est garé sur sa place de parking 22 comportant en position centrale, une bobine primaire de recharge 26 qui est posée à plat à la surface du sol. Le véhicule 24 comporte au niveau de son plancher une bobine secondaire posée aussi à plat, qui vient se superposer sur la bobine primaire 26, pour transmettre par induction une énergie électrique de cette bobine primaire à la secondaire. L'énergie reçue par la bobine secondaire sert après une mise en forme du courant, à recharger les batteries du véhicule hybride ou électrique 24. Le véhicule 24 comporte sous le plancher une entrée d'air qui est ajustée au dessus de la bouche de sortie 14, l'air rafraichi sortant de cette bouche étant conduit vers un échangeur thermique refroidissant les batteries par un réchauffement de cet air, qui est ensuite rejeté vers l'extérieur. Le système de raccordement étanche peut être un système automatisé qui se raccorde quand le véhicule 24 vient en position sur sa place de parking 22. Pour faciliter le raccordement entre la bouche de sortie 14 et l'entrée d'air du véhicule 24, le tuyau d'alimentation 28 peut être rigide, et comporter une bouche de sortie comprenant un tuyau télescopique qui monte quand le véhicule est en place, pour venir au contact d'une partie adaptée de son entrée d'air et assurer une étanchéité du raccordement. On peut aussi à l'inverse disposer un tuyau télescopique sur le véhicule 24, qui descend pour venir au contact de la bouche de sortie 14 qui se trouve au sol. Avantageusement, le ventilateur d'extraction d'air 12 est mis en route à la demande du système de surveillance des batteries installé sur le véhicule 24, de manière à ne pas distribuer inutilement de l'air rafraichi. Le véhicule comporte alors une connexion pour échanger des informations avec le contrôle du moyen de ventilation 12. Le ventilateur d'extraction d'air 12 peut aussi être inclus dans le véhicule 24, et directement piloté par ce véhicule à la demande, ce qui simplifie la réalisation de l'installation de refroidissement au sol qui est alors entièrement passive. En variante, on pourrait utiliser un circuit complémentaire d'un liquide caloriporteur entre la borne de distribution 30 et le véhicule 24, qui se raccorde de manière étanche avec l'échangeur thermique du véhicule, ce liquide se réchauffant au niveau des batteries du véhicule, et se refroidissant avec l'air rafraichi au niveau de la borne de distribution. La figure 3 présente une première variante de l'installation de refroidissement pour le parking 20, comportant une unique entrée d'air 8 qui alimente simultanément quatre canalisations enterrées 4 indépendantes. Chaque canalisation enterrée 4 comporte son ventilateur d'extraction d'air 12, et se prolonge par un tuyau d'alimentation 28 pour alimenter chacune des bouches de sortie 14 du parking 20. On obtient ainsi un régime de circulation d'air dans les canalisations enterrées 4 qui est différent, avec un débit par canalisation réduit par rapport au cas précédent. La figure 4 présente une deuxième variante de l'installation de refroidissement pour le parking 20, comportant quatre entrées d'air distinctes 8 qui alimentent chacune de manière indépendante une canalisation enterrée 4. On peut ainsi utiliser des entrées d'air 8 de taille réduite, qui comportent un débit d'air moins important que dans le cas précédent. Sur cette figure, les bobines primaires au sol 50 des places de parking 22 entourent chacune une bouche de sortie 14 qui se trouve au centre, pour constituer un ensemble concentrique peu encombrant. De la même manière sous le véhicule 24, la bobine secondaire entoure l'entrée d'air de l'échangeur thermique pour conserver un alignement des ces éléments avec ceux disposés au sol, et réaliser un ensemble compact. D'une manière générale, le refroidissement des batteries est 30 avantageusement mis en oeuvre pendant la recharge de ces batteries, en particulier pendant les recharges rapides qui sont plus exothermiques, pour compenser l'échauffement provenant de cette charge. On peut ainsi refroidir pendant des longues périodes les batteries de véhicules 24 garés sur le parking 20, par exemple pendant une journée complète d'exposition au soleil pouvant chauffer des parties du véhicule à plus de 70°C, avec une consommation d'énergie très faible qui est sans rapport avec le transfert d'énergie thermique important réalisé au niveau des batteries. On limite ainsi de manière économique le vieillissement de la batterie, qui est accéléré par une exposition à des températures élevées. De plus les batteries étant maintenues refroidies en permanence, on dispose d'un véhicule bénéficiant dès le démarrage de bonnes performances qui ne pourraient être délivrées par des batteries se trouvant à une température plus élevée. REVENDICATIONS1 - Installation de refroidissement de batteries pour un véhicule électrique ou hybride (24) garé à une place de parking (22), utilisant un flux d'air de refroidissement qui réalise un échange thermique avec ces batteries au moyen d'un échangeur, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit d'air comprenant au moins une canalisation (4) de refroidissement d'air prélevé dans le milieu ambiant, qui est enterrée dans le sol (2) à une certaine profondeur, et une bouche de sortie (14) du flux d'air comprenant un moyen de raccordement sur le véhicule (24), pour conduire ce flux vers l'échangeur thermique des batteries. 2 - Installation de refroidissement de batteries suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la canalisation enterrée se trouve à au moins environ 1,20m du niveau de ce sol. 3 - Installation de refroidissement de batteries suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit d'air de refroidissement comporte un moyen de ventilation (12) faisant circuler l'air dans ce circuit. 4 - Installation de refroidissement de batteries suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen de ventilation (12) est mis en route à la demande du système de surveillance des batteries installé sur les véhicules (24). 5 - Installation de refroidissement de batteries suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle ne comporte pas de moyen de ventilation, et utilise un moyen de ventilation propre au véhicule (24) pour faire circuler l'air dans ce circuit. 6 - Installation de refroidissement de batteries suivant l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une unique canalisation enterrée (4) conduisant l'air vers une borne de distribution (30), qui répartit le flux d'air vers plusieurs bouches de sortie (14) pouvant alimenter chacune un véhicule (24). 7 - Installation de refroidissement de batteries suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs canalisations enterrées (4), disposant d'une entrée commune ou d'entrées particulières (8), chaque canalisation enterrée conduisant un flux d'air vers une bouche de sortie (14) pouvant alimenter un véhicule (24). 8 - Installation de refroidissement de batteries suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen de raccordement de la bouche de sortie (14) utilise un tuyau télescopique qui coulisse verticalement, pour raccorder la sortie du circuit d'air de refroidissement à une entrée d'air située en dessous du véhicule (24). 9 - Installation de refroidissement de batteries suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bouche de sortie (14) est disposée de manière concentrique avec une bobine primaire d'induction (50) qui transmet l'énergie électrique au véhicule (24) dans le cas d'une recharge par induction. 10 - Véhicule électrique ou hybride (24), utilisant un flux d'air de refroidissement pour réaliser un échange thermique avec ses batteries au moyen d'un échangeur, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée de ce flux d'air comprenant un moyen de raccordement avec une bouche de sortie (14) d'une installation de refroidissement réalisée suivant l'une quelconque des revendications précédentes.