Brevet FR2986744A1 — publié le 20130816

SYSTEME DE BATTERIES DE VEHICULE, DISPOSANT D'UN SUPPORT FORMANT UN PLATEAU La présente invention concerne un système de batteries pour véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule hybride ou électrique équipé d'un tel système. Les véhicules hybrides ou électriques comportent généralement des accumulateurs d'énergie comprenant des cellules électrochimiques, appelés par la suite batteries, qui peuvent être réalisés suivant différentes technologies connues. Suivant la technologie, ces batteries peuvent nécessiter un système de refroidissement pour assurer les performances, la durée de vie ainsi que la sécurité. En particulier les cellules au lithium-ion disposant d'une forte densité d'énergie en fonction de la masse, nécessitent un suivi important de leurs conditions de fonctionnement, comme la tension ou la température, et un système de refroidissement pour les maintenir dans une plage de température réduite. Par ailleurs suivant la technologie utilisée, en cas de forte élévation accidentelle de la température, les cellules peuvent émettre une quantité importante de gaz chauds ou de liquides sous pression, qui sont toxiques ou inflammables. Afin de limiter les risques, on dispose sur la paroi de chaque cellule un opercule fermant le volume intérieur, qui forme une soupape de sécurité s'ouvrant quand la pression interne est trop forte, pour libérer le fluide ou les gaz vers une sortie ne comportant pas de risque. A titre d'exemple, un accumulateur au lithium-ion qui surchauffe peut libérer brutalement un volume important de gaz comprenant de l'hydrogène, du monoxyde d'azote, du dioxyde d'azote ou du méthane, à une température maximum de 450°C. Afin d'assurer le refroidissement des cellules, on utilise en particulier pour des raisons de coût, un système de refroidissement comportant un flux d'air frais pulsé, qui représente une solution économique. Un tel type de système de refroidissement connu pour un véhicule hybride, présenté notamment par le document JP-A-2006182264, utilise un flux d'air frais prélevé dans l'habitacle, qui traverse les batteries par un premier circuit d'air contournant les cellules afin de les refroidir, pour déboucher ensuite dans l'atmosphère. Un deuxième circuit indépendant relié aux différents opercules des cellules, débouche dans la ligne d'échappement du moteur thermique afin de conduire les fluides s'échappant en cas de problème sur ces cellules. Un autre système de système de refroidissement, présenté notamment par le document US-A1-2011/0027632, comporte un flux d'air frais pulsé qui est utilisé à la fois pour refroidir les cellules, et pour chasser un éventuel jet de gaz sortant de ces cellules. Toutefois, ces systèmes de refroidissement ne présentent pas de solution simple et économique pour réaliser de manière séparée les circuits des différents flux, notamment dans le cas de l'assemblage de modules similaires comportant les batteries. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système de batteries de véhicule, disposant d'un support formant un plateau recevant dessus des modules de batteries équipés de cellules électrochimiques, comportant un dispositif de refroidissement faisant circuler de l'air dans ces modules, ces cellules comprenant sur leurs parois des opercules permettant d'éjecter en dehors des fluides sous pression, caractérisé en ce que le plateau comporte deux circuits séparés pour la circulation de l'air de refroidissement et pour l'évacuation des fluides éjectés, comprenant chacun des entrées, chaque module disposant de sorties distinctes pour cet air et pour ces fluides, se raccordant individuellement sur des entrées de ces deux circuits. Un avantage de ce système de batteries, est que grâce aux sorties distinctes des modules, se raccordant individuellement sur des entrées pour alimenter les deux circuits séparés, on obtient une sécurité en séparant nettement ces deux circuits, et une grande flexibilité de montage des modules sur le plateau, qui permet de réaliser facilement et de manière économique différentes configurations d'assemblage. Le système de batteries selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la jonction entre les sorties d'air de refroidissement et de fluides éjectés, et les entrées des circuits, comportent un joint d'étanchéité. Avantageusement, les sorties d'air de refroidissement et de fluides éjectés se trouvent sous la face inférieure d'une base des modules, qui repose sur le plateau. En particulier, chaque module peut comporter une unique sortie d'air de refroidissement, et une unique sortie de fluides éjectés. Avantageusement, les entrées d'air de refroidissement et de fluides éjectés sont réalisées sur deux types de collecteurs distincts, disposés sensiblement dans l'épaisseur du plateau. Selon un mode de réalisation, les modules sont disposés de manière symétrique sur le plateau, par rapport à un axe de symétrie principal. En particulier, les collecteurs peuvent comporter une forme allongée, disposée suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie. Les modules peuvent comporter une forme allongée disposée suivant une direction transversale par rapport à l'axe de symétrie, chaque module comprenant à son extrémité tournée vers cet axe, un ventilateur pour la circulation de l'air de refroidissement. Avantageusement, les modules sont assemblés par groupes de 30 modules accolés entre eux, chacun de ces groupes étant couvert par un capot comprenant une d'entrée d'air de refroidissement de ces modules. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique comprenant un système de batteries pour alimenter une machine électrique de traction, 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 et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'un système de batteries de véhicule selon 10 l'invention, comportant des modules posés sur un plateau, qui sont recouverts par des capots ; - la figure 2 est une vue de ce système de batteries sans les capots ; - la figure 3 est une vue de dessous des modules seuls ; et - la figure 4 est une vue du plateau seul. 15 Les figures 1 et 2 présentent un système de batteries 1 pour alimenter une machine électrique de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comportant un support formant un plateau 2 d'épaisseur réduite, recevant dessus des modules de batteries indépendants 4 disposés dans un même plan, suivant deux rangés symétriques par rapport à un axe principal 20 de ce système. Chaque rangée de modules 4 comporte des groupes de deux ou trois modules accolés entre eux, chacun de ces groupes étant couvert par un capot 10 comprenant sur le dessus une grille d'entrée d'air de refroidissement 8 de ces modules. Avantageusement, les entrées d'air 8 sont 25 prévues pour recevoir l'air de l'habitacle du véhicule, qui peut être climatisé, ce qui permet de disposer d'un air plus froid quand le la température de l'air extérieur est élevée. Les modules 4 sont tous similaires, comportant une forme parallélépipédique allongée suivant une direction transversale par rapport à 30 l'axe de symétrie. Chaque module 4 comporte une base plane 20, recevant 2 986 744 5 au dessus une série de cellules électrochimiques de forme cylindrique, disposées debout. Chacun des modules 4 comporte à son extrémité tournée vers l'axe de symétrie du système de batteries 1, un ventilateur 6 prélevant de l'air frais 5 sous le capot 10 de son groupe de modules, pour le faire circuler autour des différents éléments électrochimiques de ce module. L'air de refroidissement sort ensuite du module par une sortie d'air 12, qui se trouve en dessous du ventilateur 6. La figure 3 présente la face inférieure plane de la base 20 des modules 4, comportant la sortie d'air de refroidissement 12 qui se trouve sensiblement dans le plan de cette face inférieure. La partie inférieure de la paroi de chaque cellule électrochimique d'un module 4, comporte un opercule qui est reliée avec une étanchéité à un canal interne réalisé dans la base 20 de ce module. Le canal interne débouche sur une unique sortie de fluides 22 se trouvant sous la face inférieure de la base 12, pour permettre en cas de problèmes d'une ou plusieurs cellules d'évacuer des fluides sous pression éjectés hors du module 4. La figure 4 présente le plateau 2 comportant de chaque côté de son axe principal de symétrie, et parallèlement à cet axe, une rangée d'entrées d'air de refroidissement 30 tournées vers le haut, qui sont disposées sur un collecteur d'air plat 32 réalisé dans l'épaisseur de ce plateau, comportant une forme allongée suivant la rangée d'entrées. Le plateau 2 comporte aussi de chaque côté, à l'extérieur du collecteur d'air de refroidissement 32 par rapport à l'axe de symétrie, et parallèlement à cet axe, une rangée d'entrées de fluides 36 tournées vers le haut, qui sont disposées sur un collecteur de fluides plat 34 réalisé dans l'épaisseur de ce plateau, comportant de la même manière une forme allongée suivant la rangée d'entrées. Lors de l'assemblage du système de batteries 1, on dépose et fixe les modules 4 sur le plateau 2, ce qui aligne la sortie d'air de refroidissement 12 et la sortie de fluides 22 de la face inférieure de chaque base 20 de module, sur une entrée correspondante 30, 36 de chacun des collecteurs 32, 34 du plateau. La jonction entre les sorties d'air de refroidissement 12 et de fluides éjectés 22, et les entrées des collecteurs 32, 34, comporte un joint qui assure lors de cet assemblage, une étanchéité entre la base 20 et ces collecteurs permettant de conduire les fluides vers l'extérieur sans fuite. Les deux collecteurs d'air de refroidissement 32 disposés de chaque côté de l'axe de symétrie du plateau 2, ont une extrémité reliée à une sortie commune d'air de refroidissement 14, qui refoule l'air chaud propulsé par les ventilateurs 6 des modules 4, vers l'atmosphère. Chaque collecteur de fluide 34 disposé parallèlement à l'axe de symétrie, comporte sa propre sortie 38 tournée vers l'extérieur, permettant d'évacuer en cas de problème des fluides sous pression expulsés hors des cellules électrochimiques des modules 4, dans des directions où ils ne risquent pas de causer d'incident. On peut réaliser avec ce système de batteries 1 un assemblage rapide, la mise en place des modules 4 sur le plateau 2 assurant en même temps les deux raccordements vers les deux collecteurs de fluides 32, 34 avec une bonne étanchéité. De plus les collecteurs 32, 34 disposés à plat sous les modules 4 sont simples et peu encombrants, et garantissent une bonne séparation de l'air de refroidissement, des fluides éjectés des cellules électrochimiques qui peuvent être dangereux. On peut avantageusement grâce à cette séparation, prélever l'air de refroidissement dans l'habitacle du véhicule sans risquer d'intoxiquer les passagers. Le système de batteries suivant l'invention peut être utilisé avantageusement avec des accumulateurs au lithium-ion, mais aussi avec tous types de cellules électrochimiques susceptibles d'éjecter des fluides. REVENDICATIONS1 - Système de batteries de véhicule, disposant d'un support formant un plateau (2) recevant dessus des modules de batteries (4) équipés de cellules électrochimiques, comportant un dispositif de refroidissement (6) faisant circuler de l'air dans ces modules, ces cellules comprenant sur leurs parois des opercules permettant d'éjecter en dehors des fluides sous pression, caractérisé en ce que le plateau (2) comporte deux circuits séparés (32, 34) pour la circulation de l'air de refroidissement et pour l'évacuation des fluides éjectés, comprenant chacun des entrées (30, 36), chaque module disposant de sorties distinctes pour cet air (12) et pour ces fluides (22), se raccordant individuellement sur les entrées de ces deux circuits. 2 - Système de batteries selon la revendication 1, caractérisé en ce que la jonction entre les sorties d'air de refroidissement (12) et de fluides éjectés (22), et les entrées (30, 36) des circuits (32, 34), comportent un joint d'étanchéité. 3 - Système de batteries selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sorties d'air de refroidissement (12) et de fluides éjectés (22) se trouvent sous la face inférieure d'une base (12) des modules (4), qui repose sur le plateau (2). 4 - Système de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque module (4) comporte une unique sortie d'air de refroidissement (12), et une unique sortie de fluides éjectés (22). 5 - Système de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrées d'air de refroidissement (30) et de fluides éjectés (36) sont réalisées sur deux types de collecteurs (32, 34) distincts, disposés sensiblement dans l'épaisseur du plateau (2). 6 - Système de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les modules (4) sont disposés demanière symétrique sur le plateau (2), par rapport à un axe de symétrie principal. 7 - Système de batteries selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les collecteurs (32, 34) comportent une forme allongée, disposée suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie. 8 - Système de batteries selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les modules (4) comportent une forme allongée disposée suivant une direction transversale par rapport à l'axe de symétrie, chaque module comprenant à son extrémité tournée vers cet axe, un ventilateur (6) pour la circulation de l'air de refroidissement. 9 - Système de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les modules (4) sont assemblés par groupes de modules accolés entre eux, chacun de ces groupes étant couvert par un capot (10) comprenant une entrée d'air de refroidissement (8) de ces modules. 10 - Véhicule automobile hybride ou électrique comprenant un système de batteries (1) pour alimenter une machine électrique de traction, caractérisé en ce que ce système est réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.20