Brevet FR2963581A1 — publié le 20120210

DISPOSITIF D'ISOLATION THERMIQUE ET DE REFROIDISSEMENT D'UN GROUPE DE SUPER-CONDENSATEURS POUR VEHICULE ET VEHICULE ASSOCIE L'invention se rapporte à un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs pour un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride. L'invention se rapporte en outre à un véhicule équipé d'un tel dispositif. Pour des raisons économiques et environnementales, l'industrie automobile actuelle s'oriente vers le développement de véhicules à chaînes de traction hybrides ou électriques. De tels véhicules électriques ou hybrides sont équipés généralement d'un groupe de super-condensateurs permettant d'emmagasiner une forte puissance électrique et une faible énergie pour alimenter tout ou partie de l'électricité consommée par une chaîne de traction hybride électrique. Un tel groupe de super-condensateurs embarque un électrolyte liquide qui est dangereux en cas de fuite. En outre, ce liquide ne doit pas être soumis à un échauffement intempestif qui pourrait générer une ébullition brutale, voire explosive. En particulier la température du super-condensateur doit être maintenue sous une température de l'ordre de 80°C. Pour palier ce problème d'échauffement, dans la configuration actuelle de l'implantation du groupe de super-condensateurs dans un véhicule, ce dernier est positionné en dehors ou bien éloigné de l'environnement chaud du véhicule. Une autre solution consiste à isoler thermiquement le pack en le positionnant dans l'habitacle. Une autre possibilité consiste à intercaler un écran thermique entre le pack et les sources chaudes de manière à couper le flux radiatif d'échauffement. Ces solutions d'isolation thermique ne sont pas entièrement satisfaisantes et elles génèrent de surcroît les problèmes suivants. Le positionnement du groupe de super-condensateurs dans l'habitacle du véhicule pose trois problèmes majeurs : - il engendre des risques importants pour les passagers car les vapeurs d'électrolytes sont toxiques et par ce fait toute défaillance, ou perforation par exemple en cas d'accident de ce groupe de super-condensateurs peut entraîner une diffusion de vapeurs toxiques létales dans l'habitacle ; - Il nécessite de faire passer les câbles de puissance à travers les parois de l'habitacle. En particulier ceux qui raccordent le groupe de super-condensateurs à l'électronique de gestion de la chaîne de traction électrique; - Il nécessite une intervention supplémentaire et relativement complexe pour positionner le groupe de super-condensateurs lourd (de l'ordre de 70 kg) depuis l'intérieur du véhicule alors que le reste des organes de la chaîne de traction est monté sous le plancher. L'écartement d'un environnement chaud nécessite de positionner par exemple le groupe de super-condensateurs sous le rang de passager arrière, ce qui impose un réservoir de carburant spécifique à cette version d'hybride. Or pour des raisons de rationalisation industrielle, on cherche à limiter les impacts, sur les véhicules destinés à être hybridés sur le train arrière, à la zone arrière. On entend par zone arrière du véhicule, une zone comprise sous le plancher de coffre et située en arrière de la traverse de train reliant les deux longerons droite et gauche. De ce fait la densité en organes sous le plancher de coffre est importante et le groupe de super-condenseurs est particulièrement exposé à la proximité de la ligne d'échappement et du silencieux. Un écrantage thermique tel qu'il est par exemple préconisé actuellement sur un réservoir ou sur une chaîne de traction sur le train arrière ne permet pas de s'affranchir des phénomènes convectifs qui peuvent faire monter la température de l'air environnant le groupe de super-condenseurs. En particulier celui-ci peut avoir besoin d'évacuer une certaine quantité de chaleur liée à ces pertes, or un environnement convectif chaud (60-70°C) n'est pas compatible avec une dissipation thermique naturelle qui pourrait être suffisante dans un environnement plus froid, par exemple avec une température maximale de l'ordre de 40°C. La présente invention a donc pour objet de résoudre les problèmes décrits ci-dessus en proposant un dispositif qui permet d'isoler efficacement le groupe de super-condensateurs des sources chaudes tout en permettant une évacuation de la chaleur générée par ce groupe de super-condensateurs. Ce nouveau dispositif génère un coût de fabrication limité et un impact limité sur les organes du véhicule situés à proximité du groupe de super- condensateurs. Ce nouveau dispositif autorise une intégration du groupe de super-condensateurs en dehors de l'habitacle, améliorant ainsi la sécurité des passagers et entraînant une simplification de l'opération de montage et une réduction des coûts de fabrication. Un tel dispositif permet également de réduire la distance entre le groupe de super-condensateurs et les sources chaudes, améliorant ainsi la compacité dans le cadre d'une implantation des composants de la chaîne de traction hybride et/ou électrique sous le plancher du coffre. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs, ledit groupe étant destiné à venir équiper un véhicule. Selon l'invention, ledit dispositif comprend une gaine dans laquelle circule un fluide de refroidissement, ladite gaine comportant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide à ses extrémités pour permettre son alimentation en fluide froid, ladite gaine venant entourer au moins partiellement ledit groupe de super-condensateurs et étant agencée de manière à constituer un écran thermique entre ledit groupe et un ensemble de sources chaudes situé dans une zone environnante dudit groupe tout en permettant une dissipation thermique de la chaleur générée par ledit groupe de super-condensateurs. De cette façon, le dispositif de refroidissement permet d'isoler thermiquement le groupe de super-condensateurs par rapport aux sources chaudes tout en assurant l'évacuation de la chaleur générée par les super-condensateurs. Il n'est donc plus nécessaire d'implanter en plus un circuit de refroidissement utilisant par exemple l'air de l'habitacle ou un liquide de refroidissement, permettant ainsi de réduire le coût de fabrication et l'encombrement du groupe de super-condensateurs. En outre, le caractère isolant de la nappe d'air entourant le groupe de super-condensateurs permet d'isoler thermiquement ce dernier du reste des sources chaudes de la chaîne de traction, autorisant ainsi une plus grande proximité en toute sécurité. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit fluide étant de l'air frais provenant de l'extérieur dudit véhicule, lesdites entrée et sortie sont agencées l'une par rapport à l'autre de sorte que la circulation du flux d'air dans ladite gaine est assurée par le mouvement aérodynamique dudit véhicule. Ce mode de réalisation est particulièrement économique et simple à mettre en oeuvre. En outre, de par cette architecture ouverte de la gaine, l'eau qui entre dans la gaine est évacuée par la sortie en étant entraînée par le flux d'air. De préférence, ledit véhicule comprenant un plancher de coffre, ledit groupe de super-condensateurs est implanté sous le plancher de coffre, ladite entrée est située devant l'une des roues arrières du véhicule et ladite sortie dans une zone de dépression à l'arrière des roues. Avantageusement, ladite entrée d'air présente une forme d'écope pour maximiser le flux d'air entrant lorsque le véhicule est en mouvement. Selon une variante de réalisation de l'invention, le périmètre intégral dudit groupe de super-condensateurs est entouré par ladite gaine. Dans ce cas, ladite gaine comporte des passages étanches audit fluide par lesquels traversent des câbles de connexion reliant le groupe de super-condensateurs aux organes situés à l'extérieur de la gaine. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, une zone du périmètre du groupe de super-condensateurs est couverte par ladite gaine, ladite zone étant orientée face aux sources chaudes. De préférence, au moins un échangeur de chaleur est placé entre ledit groupe et ladite gaine pour la dissipation de la chaleur générée par le groupe de super-condensateurs. L'invention concerne encore un véhicule hybride ou électrique équipé d'un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs tel que défini ci-dessus. Selon une caractéristique préférée de l'invention, ledit véhicule comprenant un plancher de coffre, ledit groupe de super-condensateurs est implanté sous le plancher du coffre, les sources chaudes étant constituées par un réservoir de carburant, des organes de la chaîne de traction et l'échappement du véhicule. Ainsi grâce au dispositif d'isolation thermique selon l'invention, il est possible d'implanter le groupe de super-condensateurs sous le plancher du coffre du véhicule à proximité des sources chaudes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une représentation schématique d'une vue de profil d'un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : une représentation schématique d'une vue de dessus du dispositif de la figure 1 ; - Figure 3 : une représentation schématique d'une vue de profil du dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un autre mode de réalisation de l'invention. Un véhicule de type automobile présente une partie avant et une partie arrière, ainsi qu'un habitacle dans lequel sont installés un poste de conduite et des sièges pour les passagers. Cette partie avant abrite les moyens de motorisation du véhicule alors que la partie arrière comporte un logement formant un coffre. La Figure 1 montre une vue de profil d'une zone arrière du véhicule. Un plancher 10 sépare l'habitacle du véhicule de l'extérieur. On entend par zone arrière, une zone comprise sous le plancher de coffre, en arrière de la traverse de train, reliant les deux longerons droit et gauche 13, 14 (cf Figure 2). Un groupe de super-condensateurs 2 est implanté sous ce plancher 10 de coffre. Ce groupe de super-condensateurs se présente sous forme de plusieurs cellules de super-condensateur contenues dans un boîtier de forme parallélépipédique. De par son implantation, ce groupe de super-condensateurs est positionné à proximité d'un réservoir de carburant 6, des organes de la chaîne de traction 7 et de l'échappement 8. Lorsque le véhicule est en fonction, toutes ces sources émettent des rayonnements thermiques. Il est donc nécessaire d'isoler thermiquement les 25 super-condensateurs de ces sources chaudes. En outre, les super-condensateurs génèrent de la chaleur lorsqu'ils sont en fonction, cette chaleur pouvant faire monter la température de l'air environnant le groupe par les phénomènes de convection. Il est également nécessaire de réguler la température de l'air environnant le groupe dans des 30 limites acceptables afin d'assurer au groupe une température de fonctionnement optimale. La Figure 1 et la Figure 2 montrent un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comprend une gaine 3 entourant intégralement le groupe 35 de super-condensateurs 2. Un flux d'air froid circule dans cette gaine de manière à créer un écran thermique entre le groupe et les sources chaudes 6, 7, 8 situées à proximité des super-condensateurs. Cette gaine 3 est alimentée en flux d'air froid de la façon suivante. Elle comporte une entrée d'air froid 4 située en avant du véhicule et une sortie d'air 5 à l'arrière du véhicule. Lorsque le véhicule est en mouvement dans l'air, le sens du mouvement étant représenté sur la Figure 1 par une flèche 9, il apparaît un écoulement d'air qui se déplace de l'avant vers l'arrière dans le sens opposé au mouvement du véhicule. L'air froid entre dans la gaine par l'entrée 4 et est refoulé par la sortie 5 après avoir circulé dans la gaine 3. Ainsi la gaine est alimentée naturellement en air froid provenant de l'extérieur de l'habitacle pendant les phases de motricité du véhicule. De ce fait, il n'est plus nécessaire d'équiper la gaine d'une ventilation, le flux d'air est mis en circulation naturellement dans la gaine par le mouvement aérodynamique du véhicule. De par sa structure, le dispositif selon l'invention permet de faire évacuer facilement la chaleur générée par le groupe de super-condensateurs par le flux d'air introduit dans la gaine. Il n'est donc plus nécessaire de mettre en oeuvre un circuit de refroidissement par convection forcée. Par ailleurs, l'eau qui entre dans la gaine est également rejetée par la sortie 5. La Figure 1 montre un exemple d'implantation du groupe de super- condensateurs sous le plancher du coffre 10 dans la partie arrière du véhicule. Dans cet exemple, pour bénéficier une alimentation optimale en air froid, l'entrée 4 est située devant l'une des roues arrières 11, 12 et la sortie 5 située derrière les roues arrières, dans une zone soumise à une forte dépression lorsque le véhicule est en mouvement. Les termes «devant » et « arrière » sont entendus par rapport à la position des trains avant et arrière du véhicule. Avantageusement, l'entrée d'air 4 se présente sous une forme d'écope permettant de maximiser le flux d'air entrant lorsque le véhicule est en mouvement. Les Figures 1 et 2 montrent un exemple de réalisation dans lequel le dispositif comporte une entrée et une sortie mais il est également possible d'envisager un dispositif muni de deux entrées d'air ou plus situées à l'avant et de deux sorties ou plus situées à l'arrière pour maximiser le flux d'air. Selon l'invention, dans le cas où la gaine entoure intégralement le boîtier du groupe de super-condensateurs, des passages étanches sont réalisés le long de cette gaine de manière à permettre le passage des câbles reliant le groupe de super-condensateurs aux organes situés à l'extérieur du de la gaine tout en conservant sa fonction d'isolation thermique et de refroidissement. La Figure 3 représente le dispositif d'isolation et de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La gaine 3 couvre uniquement une zone sensible du groupe de super-condensateurs 2 qui est orientée face aux sources chaudes telles que le réservoir de carburant 6, la chaîne de traction électrique 7 et l'échappement 8. Comme dans le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, cette gaine comporte une entrée d'air 4 située devant une des roues arrières et une sortie 5 située dans une zone de dépression pour son alimentation en air froid sous l'effet de la motricité du véhicule. Sur la Figure 3, un échangeur de chaleur 15 de type à ailettes est prévu pour la dissipation thermique de la chaleur produite par le groupe de super-condensateurs pour maintenir la température de l'air environnant du groupe à une limite acceptable. Cet échangeur 15 est disposé au niveau de la zone orientée face aux sources chaudes. REVENDICATIONS1. Dispositif d'isolation thermique et de refroidissement (1) d'un groupe de super-condensateurs (2), ledit groupe étant destiné à venir équiper un véhicule, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une gaine (3) dans laquelle circule un fluide de refroidissement, ladite gaine comportant au moins une entrée (4) et au moins une sortie de fluide (5) à ses extrémités pour permettre son alimentation en fluide froid, ladite gaine (3) venant entourer au moins partiellement ledit groupe de super-condensateurs (2) et étant agencée de manière à constituer un écran thermique entre ledit groupe et un ensemble de sources chaudes (6, 7, 8) situé dans une zone environnante dudit groupe tout en permettant une dissipation thermique de la chaleur générée par ledit groupe de super-condensateurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide étant de l'air frais provenant de l'extérieur dudit véhicule, lesdites entrée (4) et sortie (5) sont agencées l'une par rapport à l'autre de sorte que la circulation du flux d'air dans ladite gaine (3) est assurée par le mouvement aérodynamique dudit véhicule. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le véhicule comprenant un plancher de coffre (10), ledit groupe de super-condensateurs est implanté sous le plancher de coffre (10), ladite entrée (4) est située devant l'une des roues arrières (11, 12) du véhicule et ladite sortie (5) dans une zone de dépression à l'arrière des roues (11, 12). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite entrée d'air (4) présente une forme d'écope pour maximiser le flux d'air entrant lorsque le véhicule est en mouvement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le périmètre intégral dudit groupe de super-condensateurs (2) est entouré par ladite gaine (3). 35 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gaine comporte des passages étanches audit fluide par lesquels traversent des30câbles de connexion reliant le groupe de super-condensateurs aux organes situés à l'extérieur de la gaine. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une zone du périmètre du groupe de super-condensateurs (2) est couverte par ladite gaine (3), ladite zone étant orientée face aux sources chaudes (6, 7, 8). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins un échangeur de chaleur (15) est placé au sein de ladite gaine (3) pour la dissipation de la chaleur générée par le groupe de super-condensateurs (2). 9. Véhicule hybride ou électrique équipé d'un dispositif d'isolation 15 thermique et de refroidissement (1) d'un groupe de super-condensateurs défini selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que le véhicule comprenant un plancher de coffre (10), ledit groupe de super-condensateurs 20 est implanté sous le plancher (10) de coffre, les sources chaudes étant constituées par un réservoir de carburant (6), des organes de la chaîne de traction (7) et l'échappement du véhicule (8).