Brevet FR2977528A1 — publié le 20130111

Système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride, procédé et véhicules associés. s L'invention concerne principalement un système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention concerne également un procédé de refroidissement des batteries du dit véhicule. L'invention concerne en outre un véhicule automobile électrique et un io véhicule hybride comportant au moins un tel système de refroidissement des batteries. Les véhicules électriques ainsi que les véhicules hybrides comportent des batteries nécessaires à leur propulsion. Ces batteries doivent être refroidies, notamment lorsque la température ls extérieure est importante, mais également pendant les phases de roulage du véhicule et ce, pour toute température extérieure. Actuellement, le refroidissement des batteries s'effectue au moyen du système de climatisation, par exemple par dérivation du liquide frigorigène vers les batteries. 20 Mais cette solution est insatisfaisante en raison de la forte consommation de dioxyde de carbone engendrée. Dans ce contexte, la présente invention vise un système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride palliant les inconvénients précités. 25 A cet effet, le système de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système transporteur de chaleur apte à transférer l'énergie calorifique dégagée par les batteries vers l'évaporateur d'une pompe à chaleur régulant la température de l'habitacle du dit véhicule. 30 Le système de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - le système transporteur de chaleur est un caloduc. 2 - le caloduc est un caloduc gravitaire situé plus bas que l'évaporateur de la pompe à chaleur. - le caloduc gravitaire s'étend depuis les batteries jusqu'à la face avant d'entrée d'air de l'évaporateur de la pompe à chaleur. s - le système de l'invention comporte en outre un système de refroidissement direct des batteries qui est activé en fonctionnement à partir d'une température seuil extérieure qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C, de sorte qu'au delà de cette température seuil, les batteries sont refroidies par le système de refroidissement direct et qu'en deçà de cette température seuil, les batteries sont io refroidies par le caloduc gravitaire. - la pompe à chaleur comporte un système réversible d'évaporateur et de condenseur. L'invention concerne en outre un procédé de refroidissement des batteries d'un véhicule automobile électrique ou hybride qui est essentiellement caractérisé ls en ce qu'il comporte au moins une étape de transfert de l'énergie calorifique des batteries du dit véhicule vers l'évaporateur d'une pompe à chaleur régulant la température de l'habitacle du véhicule au moyen d'au moins un système transporteur de chaleur. Avantageusement, les batteries sont refroidies par un système de 20 refroidissement direct à partir d'une température seuil extérieure qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C, et les batteries sont refroidies par le système transporteur de chaleur en deçà de la dite température seuil extérieure. Enfin, l'invention concerne un véhicule automobile électrique ou hybride muni d'au moins un système de refroidissement des batteries tel que 25 précédemment décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique du système de l'invention, et 30 - la figure 2 est une représentation schématique en élévation d'un circuit d'une pompe à chaleur apte à contrôler la température dans l'habitable d'un véhicule automobile. En référence à la figure 1, le système de l'invention 1 comporte un caloduc gravitaire 2 qui s'étend depuis les batteries 3 d'un véhicule automobile électrique ou hybride jusqu'à la face avant 4 de l'évaporateur 5 d'une pompe à chaleur 6. Un caloduc permet, de façon connue, de transporter la chaleur d'un point s chaud à un point froid grâce au principe du transfert thermique par transition de phase d'un fluide. Un caloduc se présente sous la forme d'une enceinte hermétique renfermant un liquide en équilibre avec sa phase vapeur. L'enceinte hermétique peut être constituée d'un tube extrudé étanche en io cuivre ou en aluminium contenant un fluide tel que de l'ammoniac ou de l'eau. L'utilisation d'un caloduc est avantageuse puisque ce dernier est facile d'utilisation et de montage, qu'il présente une bonne fiabilité dans le temps et ne nécessite pas d'entretien. La première extrémité 7 du caloduc gravitaire 2 représenté sur la figure 1 est ls soumise à la chaleur dégagée par les batteries 3. Le liquide du caloduc 2 chauffe et se vaporise, puis se diffuse dans le caloduc 2 jusqu'à son extrémité opposée 8 en contact avec l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 formant source froide, où il se condense en cédant de l'énergie sous forme de chaleur. Le liquide condensé retourne vers l'extrémité 7 du caloduc gravitaire 2 20 proche de la source chaude constituée par les batteries 3 sous le double effet de la capillarité et de la gravité. On choisit un caloduc de type gravitaire pour favoriser les performances de conductibilité du caloduc. Ainsi, il est nécessaire que la source chaude, soit les batteries 3, soit située 25 plus bas que la source froide constituée par la face avant 4 de l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6. Selon l'invention, l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 est choisi comme source froide en raison des risques de givrages de la face avant 4 de l'évaporateur 5 lorsque la température extérieure est égale ou inférieure à o°C, ce 30 qui peut conduire à l'arrêt de la pompe à chaleur 1. Le transfert de l'énergie calorifique depuis les batteries 3 jusqu'à l'évaporateur 5 permet ainsi d'une part de refroidir les batteries 3, mais également d'éviter les risques de givrages de la face avant 14 de l'évaporateur 5. Le fonctionnement d'une pompe à chaleur 6 est décrit en référence à la figure 2. Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules électriques et hybrides, comportent une pompe à chaleur permettant d'assurer la régulation de s la température de l'habitacle. Un fluide frigorigène 10 est introduit dans l'évaporateur 5 et circule au sein de cet évaporateur 5 dans des tubes d'écoulement 11. L'évaporateur 5 est soumis à un flux d'air 12 qui est relativement plus chaud que le fluide frigorigène 10, ce qui provoque de façon concomitante l'évaporation io du fluide frigorigène 10 qui passe en phase gazeuse en devenant un gaz frigorigène 13, et le refroidissement du flux d'air chaud 12 en un flux d'air froid 14a qui est renvoyé dans l'habitable du véhicule. En sortie de l'évaporateur 5, le gaz frigorigène 13 passe dans un détendeur 14 puis circule dans les canalisations jusqu'à un compresseur 15 dans lequel il est is comprimé. Le gaz frigorigène haute pression 16 en sortie de compresseur 15 est introduit dans un condenseur 17 et circule au sein de ce condenseur 17 dans des tubes d'écoulement 18. Le condenseur 17 est soumis à un flux d'air refroidi 19 par exemple sous 20 l'effet de la vitesse du véhicule ou par des motos ventilateurs lorsque le véhicule est à l'arrêt, ce qui provoque de façon concomitante la transformation du gaz frigorigène haute pression 16 en fluide frigorigène 10 et le réchauffement du flux d'air refroidi 19 en un flux d'air chaud 20. Le fluide frigorigène 10 circule alors jusqu'au détenteur 14 à l'entrée de 25 l'évaporateur 5 pour recommencer une boucle de circulation. Dans le cas d'une boucle de réfrigération réversible en pompe à chaleur, l'échangeur thermique doit, selon le sens de circulation du fluide frigorigène, pouvoir remplir la fonction soit de condenseur pour un mode de fonctionnement de type réfrigération, soit d'évaporateur pour un mode de fonctionnement de type 30 chauffage. On dira que cet échangeur thermique est réversible. La pompe à chaleur bascule généralement en mode réfrigération à partir d'une température extérieure de 5 °C. 2977528 s Un tel échangeur thermique réversible est notamment avantageux en terme d'encombrement, de rendement global du système et donc de consommation d'énergie et d'autonomie de la batterie. Le système de l'invention s'applique ainsi à une pompe à chaleur 6 de type s réversible. En référence à la figure 1, le système de l'invention comporte en outre un système de refroidissement direct 22 des batteries constitué par un échangeur de chaleur impliquant la circulation d'un fluide frigorigène. Lorsque le système de refroidissement direct 22 est activé en Io fonctionnement, les batteries 3 sont refroidies par ce système de refroidissement direct 22 de façon à former une source froide relativement à la face avant 4 de l'évaporateur 5, rendant ainsi le caloduc gravitaire 2 inactif. Lorsque la pompe à chaleur 6 est en mode réfrigération, soit à partir de 5°C, le système de refroidissement direct 22 doit être actif de façon à éviter tout ls transfert de chaleur par le caloduc 2 depuis les batteries 3 vers l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 ce qui serait, dans ce mode réfrigération, pénalisant pour la pompe à chaleur 6. En revanche, pour une température extérieure T inférieure ou égale à 0°C, la face avant 4 de l'évaporateur 5 présente des risques de givrage. Le caloduc 20 gravitaire 2 doit alors assurer le transfert de chaleur des batteries 3 vers l'évaporateur 5. Ainsi, selon l'invention, le système de refroidissement direct 22 est activé en fonctionnement à partir d'une température seuil extérieure T1 qui est supérieure à 0°C et inférieure à 5°C. 25 Par conséquent, au delà de la température seuil T1, les batteries sont refroidies par le système de refroidissement direct 22 et la face avant 4 de la pompe à chaleur 6 ne présente pas de risques de givrage. En deçà de la température seuil T1, le système de refroidissement direct 22 est désactivé, de sorte que les batteries 3 forment source chaude entraînant 30 l'activation du caloduc gravitaire 2 qui transfert la chaleur des batteries 3 vers l'évaporateur 5. Ce transfert de chaleur sera ainsi effectif pour une température extérieure de 0°C à partir de laquelle la face avant 4 de l'évaporateur 5 présente des risques de givrage. 6 Selon une variante préférée, on choisit 3°C comme la température seuil extérieure T1 au-delà de laquelle le refroidissement des batteries 3 est assuré par le système de refroidissement direct 22 et en deçà de laquelle le refroidissement des batteries est assurée par le fonctionnement du caloduc gravitaire 2. s Par conséquent, ce système simple, peu couteux, et non polluant, permet de refroidir les batteries d'un véhicule automobile électrique tout en évitant le givrage de la face avant 4 de l'évaporateur 5 de la pompe à chaleur 6 lorsque la température extérieure est basse. Le rendement de la pompe à chaleur est ainsi amélioré. Io