Brevet FR2987499A1 — publié le 20130830

SYSTEME DE CLIMATISATION POUR UNE BATTERIE DE SERVITUDE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un système de climatisation pour une 5 batterie de servitude d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel système de climatisation. Les véhicules automobiles comportent généralement des batteries au plomb reliées au réseau de bord, appelées aussi batteries de servitude, pour alimenter les équipements de ces véhicules, notamment le démarreur du 10 moteur thermique. Ces batteries au plomb comprenant généralement une tension de 12V, sont couramment utilisées car elles comportent un coût réduit. Les réseaux de bord peuvent comporter une seule batterie, ou plusieurs batteries associées, qui seront appelées par la suite d'une manière générale « batterie ». 15 Toutefois les batteries au plomb pesant environ 20 à 25kg, sont relativement lourdes par rapport à la quantité d'énergie électrique stockée. De plus elles font pour l'instant l'objet d'une dérogation par rapport à la législation de la commission européenne qui interdit le plomb. Cette dérogation pourrait être supprimée un jour, interdisant la vente de ces 20 batteries, ce qui oblige les constructeurs à prévoir des solutions de remplacement. Les batteries au lithium-ion « Li-ion », notamment la technologie Fer-Phosphate comportant un niveau de tension proche de celui actuel en associant quatre cellules en série, pourraient remplacer les batteries au 25 plomb. Cependant, ce type de batteries pose des problèmes liés à la température de fonctionnement. En effet, les batteries au lithium-ion ont des performances limitées avec des températures négatives, et les températures élevées les dégradent rapidement. 30 Pour améliorer leur fonctionnement à froid, on peut modifier les matériaux des électrodes, ou l'électrolyte, mais ces solutions peuvent dégrader certaines performances des batteries, notamment à chaud, ce qui réduit leur durée de vie. On peut aussi prévoir un nombre plus important de cellules en parallèle. Ces différentes solutions augmentent notablement les coûts des batteries. Une autre solution consiste à réguler la température de ces batteries. Un système de régulation connu, présenté notamment par le document US-B1-6407533, comporte des ventilateurs qui font circuler de l'air venant de l'extérieur pour refroidir les batteries, ou qui récupèrent des calories sur les circuits électroniques de commande de ces batteries pour les réchauffer, en faisant circuler l'air sur ces circuits. Un problème qui se pose avec ce système de régulation, est que les circuits électroniques n'étant pas conçus pour s'échauffer fortement, ils comportent une faible puissance de chauffage. Les possibilités de pré-conditionnement pour chauffer les batteries avant le démarrage du véhicule, sont très limitées. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système de climatisation pour une batterie du réseau de bord d'un véhicule automobile, comprenant un réceptacle fermé prévu pour recevoir la batterie, et un ventilateur qui aspire de l'air frais de l'extérieur du réceptacle, pour générer un premier flux d'air dans ce réceptacle afin de refroidir la batterie, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une résistance électrique se trouvant en amont d'un deuxième flux d'air pulsé par le ventilateur dans ce réceptacle, permettant de réchauffer la batterie. Un avantage de ce système de climatisation est qu'avec un même ventilateur, on peut réaliser suivant les besoins, le refroidissement de la batterie, ou son chauffage qui peut être rapide et efficace grâce à la résistance. Le système de climatisation selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon un mode de réalisation, la résistance se trouve dans le réceptacle. En particulier, la résistance peut se trouver devant le ventilateur. Avantageusement, le réceptacle comporte sur un côté un boîtier interne comprenant une ouverture donnant sur l'extérieur, le ventilateur placé dans ce boîtier étant prévu pour aspirer l'air par cette ouverture, et le pulser dans le réceptacle par un passage du boîtier. Avantageusement, deux ouvertures formant une entrée et une sortie d'air du réceptacle, se trouvent sur deux côtés opposés de ce réceptacle. Avantageusement, une électronique de contrôle et de commande du système de climatisation, est intégrée dans le réceptacle. En particulier, la résistance électrique peut être utilisée pour d'autres fonctions de chauffage sur le véhicule. L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d'un système de climatisation comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui dans un mode de refroidissement de la batterie, commande la rotation du ventilateur dans un sens sans alimenter la résistance électrique, et dans un mode de réchauffage de cette batterie, commande la rotation du ventilateur dans l'autre sens en alimentant la résistance électrique. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comprenant un système de climatisation d'une batterie qui alimente le réseau de bord basse tension de ce véhicule, comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, la batterie peut comporter des cellules utilisant la technologie lithium-ion. 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 climatisation contenant une batterie, présentant un flux d'air de refroidissement de cette batterie ; et - la figure 2 est une vue de ce système de climatisation, présentant un flux d'air de chauffage de la batterie. La figure 1 présente un système de climatisation 1 comprenant un réceptacle fermé 2 recevant une batterie au Lithium-ion 4 qui possède une forme allongée globalement parallélépipédique. Le réceptacle 2 entoure la batterie 4 avec un volume restant libre sur les différents côtés de cette batterie. D'une manière générale, la batterie contenue dans le réceptacle 2 du système de climatisation, pourrait être un ensemble composé de plusieurs batteries élémentaires qui sont associées ensemble. Le réceptacle 2 comporte au dessus de la batterie 4, une électronique de contrôle et de commande 8 du système de climatisation 1, qui forme un ensemble plat placé au dessus de cette batterie. La batterie 4 comporte sur le dessus deux cosses de connexion 6 qui sortent au dessus du réceptacle 2, pour réaliser le raccordement de cette batterie au réseau de bord du véhicule automobile, et permettre un courant de décharge ou de recharge de la batterie. La tension délivrée par la batterie 4 peut être de 12V ou de 24V, suivant ce qui est couramment utilisé pour les réseaux de bord. Avantageusement, les cosses de connexion 6 sont identiques à celles généralement utilisées pour les batteries au plomb, de manière à garder une standardisation des connecteurs pour les différentes technologies de batteries. Le réceptacle 2 comporte sur un de ses petits côtés, un conduit 10 dépassant vers l'extérieur, qui met en communication le volume intérieur de ce réceptacle avec l'air extérieur. Le réceptacle 2 comporte sur le petit côté opposé au conduit 10, un boîtier interne 12 comportant successivement une ouverture 20 donnant sur l'air extérieur, un ventilateur 14 disposé devant cette ouverture, une résistance électrique 16 disposée en face de ce ventilateur, et un passage interne 22 débouchant dans le réceptacle 2. Le ventilateur 14 et la résistance électrique 16 sont reliés par un faisceau de fils électriques 18 passant dans le réceptacle 2, à l'électronique de contrôle et de commande 8 qui pilote ces éléments. Le ventilateur 14 peut comme présenté figure 1 aspirer l'air extérieur par le conduit 10, cet air contournant la batterie 4 comme indiqué par les flèches, puis entrant dans le boîtier 12 par son passage interne 22, et enfin traversant la résistance 16 pour être éjecté dehors par l'ouverture 20. Le ventilateur 14 peut aussi comme présenté figure 2, en le faisant tourner dans l'autre sens, prélever l'air extérieur par l'ouverture 20, le pulser au travers de la résistance 16 et du passage interne 22, dans le réceptacle 2 où il contourne la batterie 4 comme indiqué par les flèches, et enfin sort par le conduit 10. On obtient ainsi deux sens de flux d'air, avec une possibilité de réglage de l'intensité de ces flux par une variation de la vitesse du ventilateur 14, qui 20 est gérée par l'électronique de contrôle et de commande 8. La batterie 4 et l'électronique de contrôle et de commande 8 comporte des moyens de mesure de paramètres physiques de fonctionnement de cette batterie, comme la température de ses cellules internes, ou le courant délivré par ces cellules. 25 L'électronique de contrôle et de commande 8 reçoit de plus des informations du réseau de bord, de manière à piloter le ventilateur 14 et la résistance 16 en fonction des besoins de chauffage ou de refroidissement des cellules de la batterie 4, pour assurer par exemple la délivrance d'une puissance électrique demandée, la sécurité de fonctionnement ou la durée 30 de vie de cette batterie. 2 9874 99 6 Pour un refroidissement de la batterie 4, comme présenté figure 1, avantageusement le ventilateur 14 prélève de l'air extérieur frais par le conduit 10, qui contourne la batterie 4 puis sort par l'ouverture 20, la résistance électrique 16 n'étant pas alimentée. 5 En variante, l'air extérieur frais peut être délivré par un système de climatisation de l'habitacle du véhicule, afin de bénéficier d'une température plus basse. Pour un réchauffage de la batterie 4, comme présenté figure 2, le ventilateur 14 prélève de l'air extérieur par l'ouverture 20, et le pulse au 10 travers de la résistance électrique 16 alimentée en courant qui le réchauffe, pour contourner ensuite la batterie 4, et ressortir par le conduit 10. En complément, l'air admis dans le réceptacle 2 est aussi réchauffé en contournant le faisceau de fils 18 et l'électronique 8 se trouvant dans ce réceptacle, qui comportent un échauffement interne dû au passage du 15 courant notamment pour l'alimentation du ventilateur 14 et de la résistance 16, ce qui augmente la puissance de chauffage. On notera que la batterie 4 comporte aussi un chauffage interne, par sa propre réaction chimique due à la production de courant destiné à alimenter le ventilateur 14 et la résistance 16, et à l'effet Joule causé par la résistance interne de cette batterie, qui s'ajoute aux autres moyens de chauffage. En particulier, le système de climatisation peut comporter un superviseur externe qui envoie à l'électronique de contrôle et de commande 8 des indications sur les besoins de chauffage ou de refroidissement de la batterie 4. Par exemple, on peut préparer un chauffage de la batterie 4 par temps froid dès que le conducteur commande l'ouverture de la porte du véhicule, de manière à anticiper le début de ce chauffage. On peut obtenir ainsi par exemple, par ce procédé de chauffage, la possibilité de préchauffer en 20 secondes une batterie se trouvant dans un milieu ambiant à -20°C, avec un courant dans la résistance électrique 16 qui est de l'ordre de 150 à 200A. Le superviseur externe peut servir aussi à d'autres fonctions, pour mutualiser ce système. On notera que la résistance 16 n'étant pas intégrée dans la batterie 4, si cette résistance fonctionne seule, elle ne peut pas chauffer fortement cette batterie. En cas de défaillance d'un élément du système de climatisation entraînant un chauffage de la résistance sans circulation d'air, la batterie 4 ne risque alors pas d'être chauffée exagérément. De plus, il est avantageux d'utiliser deux commandes distinctes pour le ventilateur 14 et pour la résistance 16, afin d'éviter une défaillance d'une 10 commande unique qui causerait un chauffage de la batterie non demandé, par déclenchement simultané de cette résistance et de ce ventilateur. En variante, la résistance peut être déportée, et se trouver à l'extérieur du réceptacle 2, dans le flux d'air aspiré par le ventilateur 14. On peut en particulier utiliser une résistance déportée qui sert à d'autres usages, comme 15 par exemple le chauffage de l'habitacle du véhicule. On peut aussi faire débiter le courant de la batterie 4 dans d'autres types de résistances ou de systèmes électriques consommant une quantité importante de courant, servant à différents usages dans le véhicule, afin de bénéficier de l'effet Joule dissipant une puissance thermique dans cette 20 batterie, pour la réchauffer. Par ailleurs la résistance électrique 16 peut remplir d'autres fonctions, comme par exemple la consommation d'un courant électrique prélevé sur une ou plusieurs des cellules de la batterie 4, afin de réaliser un équilibrage des niveaux de charge de ces cellules. 25 L'électronique de contrôle et de commande 8, peut aussi être commune pour d'autres fonctions du véhicule. Le système de climatisation peut être utilisé avantageusement avec des cellules de batteries au lithium-ion, comportant notamment la technologie Fer-Phosphate, mais aussi avec tous types de batteries électrochimiques 30 nécessitant une climatisation. On peut en particulier utiliser une même batterie pour répondre aux différents besoins à froid comme à chaud. Le système de climatisation est économique et compacte, réalisant à la fois les fonctions de chauffage et de refroidissement avec un nombre réduit de composants.