Brevet FR3007584A1 — publié le 20141226

SYSTEME DE REGULATI ON EN TEMPERATURE DES CELLULES D'UNE BATTERI E L'invention se rapporte à un système de régulation en température des cellules d'une batterie. Lors de la charge d'un véhicule électrique (VE), la batterie peut recevoir une puissance importante qui entraine un échauffement de celle-ci, dû aux pertes dans chaque cellule. Pour éviter que la batterie ne surchauffe, des systèmes de refroidissement ont été développés pour refroidir l'ensemble du pack batterie. Cependant, une difficulté rencontrée pour refroidir efficacement une telle batterie, est que la répartition des températures dans ladite batterie n'est pas homogène. Par conséquent, un système de refroidissement global par air peut créer un gradient de température entre l'entrée d'air et la sortie. De plus, les cellules de la batterie ne sont pas toutes identiques et certaines génèrent plus de perte que d'autres, et donc chauffent plus que d'autres. Cet écart de température peut augmenter le déséquilibrage des cellules de la batterie, car ce sont ces cellules à perte plus importantes qui vont chauffer en premier et se dégrader plus vite que celles générant moins de pertes. A titre d'exemple, un système existant de régulation en température d'une batterie et qui est décrit dans la demande W0201256276, se fonde sur une circulation d'eau parcourant toutes les cellules de la batterie pour les refroidir. Un tel système demeure général en impliquant le même fluide de refroidissement pour toutes les cellules, et s'il permet d'abaisser efficacement la température moyenne de la batterie, il n'est pas conçu en revanche pour gommer les hétérogénéités de températures entrevues au niveau des différentes cellules de ladite batterie. Un système de régulation en température des cellules d'une batterie selon l'invention propose un refroidissement rapide et indépendant de chacune desdites cellules, de façon à assurer une certaine homogénéité en température de toute la batterie. Il en découle des performances optimales de la batterie sur un temps beaucoup plus long. Pour la suite de la description, un « élément thermoélectrique à effet Peltier » sera dénommé « élément Peltier ». L'invention a pour objet un système de régulation en température d'une batterie électrique comportant au moins une cellule. La principale caractéristique d'un système de régulation selon l'invention, est qu'il comprend un élément thermoélectrique à effet Peltier associé à chacune desdites cellules et une pièce support conductrice thermique en liaison avec une source froide, chaque élément Peltier étant au contact à la fois d'une cellule et de ladite pièce support, et permettant de mesurer la différence de température entre une cellule et ladite pièce et de refroidir ladite cellule si ladite différence dépasse une valeur seuil. La particularité d'un système de régulation selon l'invention, est qu'il met en oeuvre au moins un élément Peltier qui est utilisé pour deux fonctions distinctes, l'une étant de mesurer la température relative ou absolue de la cellule contre laquelle il est au contact, et l'autre étant de refroidir ladite cellule si la température de celle-ci est trop élevée. La température d'une cellule est supposée élevée lorsqu'elle atteint une valeur seuil prédéterminée, qui peut être ajustée en fonction d'un certain nombre de paramètres, comme la température ambiante, les caractéristiques intrinsèques de la cellule en termes de dimension, de géométrie et de constitution. Généralement, une batterie comporte plusieurs cellules, et avantageusement, un système de régulation de la température selon l'invention, possède autant d'éléments Peltier qu'il n'y a de cellules dans ladite batterie. De cette manière, un système de régulation selon l'invention peut gérer la température de chaque cellule individuellement. Il en résulte que le refroidissement de la batterie est homogène et bien maitrisé. La pièce support est préférentiellement placée autour des cellules, pour les isoler de l'extérieur et donc les protéger. Avantageusement, la pièce support est au contact de la source froide et est destinée à acquérir la température de ladite source par conduction thermique. La source froide possède préférentiellement une température inférieure ou égale à la température ambiante, et peut, par exemple, être constituée par un fluide pouvant être de l'eau. Si la température de cette source froide est connue avec précision, il demeure possible de connaitre la température absolue de chaque cellule grâce à l'élément Peltier qui lui est associé. Ainsi, une mesure de la différence des températures entre une cellule et la pièce support, peut être équivalente à une mesure de la température absolue de la cellule. Avantageusement, la pièce support enserre chaque cellule avec un élément Peltier associé, ladite pièce support possédant au moins une face qui est au contact de la source froide. Pour cette configuration, la source froide refroidit la pièce support par conduction thermique. Préférentiellement, la batterie comprend au moins un empilement de plusieurs cellules au contact les unes des autres, chaque élément Peltier étant inséré entre une cellule et la surface interne de la pièce support de façon à être à la fois au contact de ladite cellule et de ladite pièce support. De cette manière, chaque élément Peltier possède une face au contact d'une cellule et une autre face au contact de la pièce support, qui est approximativement à la même température que la source froide. De façon préférentielle, un système de régulation selon l'invention, comporte un capteur de température placé au niveau de la source froide et permettant de connaitre à chaque instant la température de la pièce support qui est au contact de ladite source. Même si la température de la pièce support peut directement être déduite de la température de la source froide, il est préférable d'utiliser un capteur de température pour évaluer avec précision la température de ladite pièce support. Avantageusement, un système de régulation de la température selon l'invention, comprend une unité de contrôle connectée à chaque élément Peltier, pour mesurer la différence de température entre une cellule et la pièce support, et pour alimenter en courant chaque élément Peltier pour refroidir la cellule associée, si la différence de température détectée dépasse une valeur seuil. Ainsi, par défaut, l'unité de contrôle permet de mesurer la différence de température entre une cellule et la pièce support à travers un élément Peltier auquel elle est connectée, et permet, lorsque la température de la cellule atteint une valeur seuil, de déclencher l'élément Peltier pour qu'il refroidisse ladite cellule. Il est supposé que chaque élément Peltier est connecté électriquement à l'unité de contrôle. De façon préférentielle, la source froide est choisie de manière à ce que sa température soit connue, de façon à pouvoir déduire la température absolue de chaque cellule de la batterie grâce à la mesure de la différence de température entre chaque cellule et la pièce support par l'élément Peltier. Il est supposé que la pièce support est approximativement à la même température que la source froide. De façon préférentielle, la batterie est une batterie électrique de véhicule et la source froide est constituée par un radiateur. Généralement la température du radiateur d'un véhicule est constante et peut être connue avec précision. Un radiateur constitue, au sein d'un véhicule, une source froide pour la batterie, et qui est placée à proximité immédiate de ladite batterie. L'invention a pour deuxième objet un procédé de régulation de la température de chaque cellule d'une batterie électrique à partir d'un système de régulation de la température selon l'invention. La principale caractéristique d'un procédé de régulation selon 20 l'invention, est qu'il comprend les étapes suivantes : une étape de mesure par chaque élément pelletier de la différence de température entre une cellule de la batterie et la pièce support, une étape d'alimentation en courant électrique de chaque 25 élément Peltier pour lequel la différence de température mesurée dépasse une valeur seuil prédéfinie, - une étape de refroidissement de chaque cellule par l'élément Peltier alimenté en courant. De cette manière, le refroidissement des cellules s'effectue « à la carte », de façon individuelle, pour tenir compte du chauffage spécifique de chaque cellule. L'étape de refroidissement est quasiment simultanée avec l'étape d'alimentation en courant de l'élément Peltier concerné. Avantageusement, un procédé de gestion de la température selon l'invention comprend une étape de mesure de la température de la source froide. Cette étape, qui peut avantageusement être conduite grâce à un capteur de température placé au sein de la source froide, permet d'accéder avec précision à la température absolue de chaque cellule par l'intermédiaire de la différence de température mesurée par chaque élément Peltier. Ainsi, le critère permettant de déclencher le refroidissement d'une cellule ne s'effectuera plus par rapport à une différence de température, mais par rapport à la température absolue d'une cellule. De façon préférentielle, un procédé de régulation de la température selon l'invention, comprend une étape de réajustement des critères de refroidissement lorsque l'élément Peltier ne parvient pas à abaisser suffisamment la température de la cellule. Ce réajustement se fait automatiquement, dès lors que, au bout d'une période prédéfinie, la température de la cellule ne s'est pas abaissée à la température souhaitée. Les systèmes de régulation en température des cellules d'une batterie selon l'invention, présentent l'avantage de produire un refroidissement complet, efficace et homogène de ladite batterie, par l'intermédiaire d'un refroidissement individuel de chaque cellule, tout en demeurant simples à mettre en oeuvre et peu encombrants. Ils ont de plus l'avantage d'être d'un coût modéré grâce à la double fonction des éléments Peltier, qui est de mesurer la température de chaque cellule et de les refroidir si nécessaire, en s'affranchissant de la présence d'un capteur de température dans chaque cellule. On donne, ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un système de régulation en température des cellules d'une batterie selon l'invention, en se référant à la figure 1. La figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un pack de batterie dans lequel figure un système de régulation en température selon l'invention. En se référant à la figure 1, une batterie électrique 1 d'un véhicule automobile comprend généralement un empilement de cellules individuelles 2 au contact les unes des autres. Un système de régulation selon l'invention, permettant de refroidir lesdites cellules 2 lorsque celles-ci sont en surchauffe suite à une phase de roulage ou de charge du véhicule, comporte des éléments thermoélectriques 3 à effet Peltier, un boitier conducteur 4 thermique, une unité de contrôle 5 et un capteur de température permettant de mesurer la température d'une source froide en contact avec ledit boitier 4, en l'occurrence un radiateur dudit véhicule. Ainsi, à chaque cellule 2 de la batterie 1 est affecté un élément Peltier 3 connecté électriquement à l'unité ce contrôle 5. Plus précisément, chaque élément Peltier 3 est au contact d'une cellule 2 en étant placé autour de ladite cellule 2, et le boitier 4 enserre l'ensemble de toutes les cellules 2 associées à leurs éléments Peltier 3. De cette manière, chaque élément Peltier 3 se retrouve inséré entre une cellule 2 et ledit boitier 4 en étant au contact à la fois de ladite cellule 2 et dudit boitier 4. Le boitier 4, qui est conducteur thermique, est constitué par une paroi fine 6 en métal, dont une face est au contact du radiateur du véhicule. Le capteur de température permet de connaitre avec précision la température du radiateur et donc la température du boitier 4 qui est contact dudit radiateur. Par défaut, lorsque les éléments Peltier 3 ne sont pas alimentés avec un courant électrique, ils servent de capteurs de température, en mesurant un différentiel de température entre la cellule 2 contre laquelle il est au contact, et le boitier 4. La température dudit boitier 4 étant sensiblement connue car elle est analogue à celle du radiateur, chaque élément Peltier 3 permet de déterminer la température absolue de la cellule 2 à laquelle il est affecté. L'unité de contrôle 5 donne accès à la température de chaque cellule 2 de la batterie 1 en temps réel. Une valeur de température seuil à ne pas dépasser par les cellules 2 de la batterie 1 est préenregistrée dans l'unité de contrôle 5. Ainsi, en phase de roulage ou de charge du véhicule, lorsqu'un élément Peltier 3 mesure une température absolue de la cellule 2 qui est égale à cette valeur seuil, l'unité de contrôle envoie aussitôt du courant électrique à cet élément Peltier 3, afin qu'il refroidisse instantanément la cellule 2 incriminée en surchauffe. Un système de régulation en température selon l'invention, traite individuellement chaque cellule 2 de la batterie 1 de manière à ce qu'aucune desdites cellules 2 ne soit en surchauffe et ne dépasse une température seuil prédéterminée, qui pourrait lui être préjudiciable en matière d'usure prématurée et/ou de performances. Un procédé de régulation de la température de chaque cellule 2 d'une batterie électrique 1 à partir d'un système de régulation de la température 15 conforme à l'invention, comprend les étapes suivantes : - une étape préalable de mesure de la température absolue du radiateur au moyen d'un capteur de température, une étape de mesure par chaque élément pelletier 3 de la différence de température entre une cellule 2 de la batterie 1 et 20 le boitier 4, - une étape de détermination de la température absolue de chaque cellule 2, une étape d'alimentation en courant électrique de chaque élément Peltier 3 pour lequel la température absolue de la cellule 25 2 dépasse une valeur seuil prédéfinie, - une étape de refroidissement de chaque cellule 2 par chaque élément Peltier 3 alimenté en courant. Dans le cas où le système de gestion en température selon l'invention, n'arrive pas à refroidir les cellules 2 à la valeur désirée, compte tenu par exemple de la température environnante et de la quantité d'énergie à évacuer, il est préconisé qu'au bout d'un certain temps, par exemple 5 minutes, si la température de certaines cellules 2 n'est toujours pas descendue à la valeur visée, on change la consigne pour la valeur de la cellule la plus haute. Certes, la batterie 1 sera globalement plus chaude, mais toutes les cellules 2 auront la même température éliminant, au moins partiellement, les phénomènes de déséquilibrage, et toutes les cellules 2 vieilliront à la même vitesse, de façon plus uniforme. REVENDICATIONS1. Système de régulation en température d'une batterie électrique (1) comportant au moins une cellule (2), caractérisé en ce qu'il comprend un élément (3) thermoélectrique à effet Peltier associé à chacune desdites cellules (2) et une pièce support (4) conductrice thermique en liaison avec une source froide, et en ce que chaque élément Peltier (3) est au contact à la fois d'une cellule (2) et de ladite pièce support (4), et permet de mesurer la différence de température entre une cellule (2) et ladite pièce (4) et de refroidir ladite cellule (2) si ladite différence dépasse une valeur seuil. 2. Système de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce support (4) enserre chaque cellule (2) avec un élément Peltier (3) associé, et en ce que ladite pièce support (4) possède au moins une face qui est au contact de la source froide. 3. Système de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la batterie (1) comprend au moins un empilement de plusieurs cellules (2) au contact les unes des autres, et en ce que chaque éléments Peltier (3) est inséré entre une cellule (2) et la surface interne de la pièce support (4) de façon à être au contact à la fois de ladite cellule (2) et de ladite pièce support (4). 4. Système de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de température placé au niveau de la source froide et permettant de connaitre à chaque instant la température de la pièce support (4) qui est au contact de ladite source. 5. Système de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de contrôle (5) connectée à chaque élément Peltier (3), pour mesurer la différence de température entre une cellule (2) et la pièce support (4), et pour alimenter encourant chaque élément Peltier (3) pour refroidir la cellule (2) associée, si la différence de température détectée dépasse une valeur seuil. 6. Système de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la source froide est choisie de manière à ce que sa température soit connue, de façon à pouvoir déduire la température absolue de chaque cellule (2) de la batterie (1) grâce à la mesure de la différence de température entre chaque cellule (2) et la pièce support (4) par l'élément Peltier (3). 7. Système de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la batterie (1) est une batterie électrique de véhicule et la source froide est constituée par un radiateur. 8. Procédé de régulation de la température de chaque cellule d'une batterie (1) électrique à partir d'un système de régulation de la température conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : une étape de mesure par chaque élément Peltier (3) de la différence de température entre une cellule (2) de la batterie (1) et la pièce support (4), une étape d'alimentation en courant électrique de chaque élément Peltier (3) pour lequel la différence de température mesurée dépasse une valeur seuil prédéfinie, - une étape de refroidissement de chaque cellule (2) par l'élément Peltier (3) alimenté en courant. 9. Procédé de régulation selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure de la température de la source froide. 10.Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réajustement des critèresde refroidissement lorsque l'élément Peltier ne parvient pas à abaisser suffisamment la température de la cellule.