Brevet FR3028456A1 — publié le 20160520

DISPOSITIF POUR REFROIDIR UNE SOURCE D'ENERGIE DISPOSEE A BORD D'UN VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention concerne un dispositif pour refroidir un dispositif de fourniture d'énergie pour un véhicule électrique ou hybride. Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes étant toujours plus exigeantes en la matière. Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2. Différentes technologies ont été envisagées pour concevoir des batteries de traction pour véhicule électrique, chacune présentant des avantages et des inconvénients. La technologie lithium-ion (Li-ion) présente notamment l'avantage d'un excellent compromis entre la densité d'énergie, favorable à l'autonomie, et la densité de puissance, favorable aux performances notamment l'accélération. Mais elle présente également l'inconvénient d'être fortement exothermique et de nécessiter la mise en oeuvre de moyens de refroidissement performants et coûteux. Il s'agit là d'un inconvénient que la présente invention se propose de résoudre. Malgré le bon compromis entre autonomie et puissance obtenu grâce aux batteries Li-ion, l'autonomie des véhicules électriques reste encore limitée quand on la compare aux véhicules thermiques. Ceci génère de l'anxiété chez les conducteurs et constitue un frein à l'achat auprès des clients potentiels. Une solution connue à ce problème est d'équiper ces véhicules d'une source additionnelle d'énergie électrique. Lorsque la source additionnelle est sollicitée de manière occasionnelle dès que la source principale, par exemple une batterie Li-ion, passe en dessous d'un niveau plancher de charge, on parle de prolongateur d'autonomie ou de « range extender » selon la terminologie anglo-saxonne. La source additionnelle d'énergie peut alors être un moteur thermique de taille et de fonctionnement 3028456 optimisés ou une pile à combustible ou tout autre système pouvant remplir cette fonction. Lorsque la source additionnelle est sollicitée de manière intermittente selon une loi complexe de gestion de l'énergie, on parle alors de véhicule hybride. Il s'agit alors préférentiellement d'un moteur thermique, 5 toujours de taille et de fonctionnement optimisés, et on parle alors de véhicule hybride thermique-électrique, rechargeable ou non. Mais il peut s'agir également d'une pile à combustible ou d'une batterie d'un type différent, comme une batterie aluminium-air par exemple. Dans la suite de la présente demande, l'expression « véhicules électriques » désigne 10 indifféremment les véhicules électriques et les véhicules hybrides thermique-électrique ou autre forme hybridée, y compris les véhicules hybrides rechargeables. Toutefois, prolongateurs d'autonomie et véhicules hybrides présentent encore de nombreux inconvénients. Notamment, tout système fournissant de l'énergie induit un dégagement de chaleur (combustion dans 15 le moteur thermique, chaleur provenant des réactions chimiques dans une pile ou dans une batterie aluminium-air), qu'il est difficile de dissiper. Il s'agit là encore d'un inconvénient que la présente invention se propose de résoudre. 20 On connaît de la demande de brevet US 2007/0216371 Al un système de refroidissement d'une source d'énergie électrique disposée dans l'habitacle d'un véhicule électrique. La batterie est disposée dans un « pack » selon la terminologie anglo-saxonne, comportant une entrée d'air prélevé dans l'habitacle et une sortie d'air expulsé à l'extérieur de l'habitacle. La sortie d'air 25 est équipée d'un ventilateur pour forcer l'expulsion de l'air réchauffé vers l'extérieur, de sorte qu'une dépression d'air est créée dans le pack et que l'air frais de l'habitacle rentre naturellement dans le pack, par l'entrée d'air prévue à cet effet. Le principal inconvénient du système selon US 2007/0216371 Al est que, en cas de panne de l'unique ventilateur, non 30 seulement la batterie n'est plus refroidie correctement, puisque l'air n'est plus forcé dans le pack, mais aussi les éventuelles émanations toxiques de la batterie peuvent « remonter » vers l'habitacle. Un autre inconvénient est la gêne acoustique, l'air aspiré à l'intérieur de l'habitacle générant sans doute un bruit audible par les passagers. Encore un autre inconvénient concerne le mode de recyclage de l'air de l'habitacle, dans lequel l'air de l'habitacle 3028456 circule en boucle fermée. Avec le système selon US 2007/0216371 A1, l'air dans l'habitacle diminue en quantité, générant une dépression et la nécessité d'interrompre le mode de recyclage. Il s'agit là encore d'inconvénients que la présente invention se propose de résoudre. 5 La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités, notamment de fiabiliser le refroidissement d'une source d'énergie dans un véhicule électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif 10 pour refroidir une source d'énergie disposée à bord d'un véhicule. Le dispositif comporte une enceinte dans laquelle est disposée la source d'énergie, l'enceinte comportant une bouche d'entrée d'air apte à refroidir la source et une bouche de sortie dudit air après qu'il ait refroidi la source. La bouche d'entrée comporte des moyens pour aspirer l'air à l'extérieur de 15 l'enceinte et le souffler à l'intérieur de l'enceinte, de manière à créer un flux d'entrée de débit Di. La bouche de sortie comporte des moyens pour aspirer l'air à l'intérieur de l'enceinte et le souffler à l'extérieur de l'enceinte, de manière à créer un flux de sortie de débit D2. Le débit D2 est strictement supérieur au débit D1, de manière à créer une dépression dans l'enceinte. 20 Dans un mode de réalisation préférentiel, l'enceinte peut être étanche et disposée dans l'habitacle du véhicule, la bouche d'entrée pouvant être disposée de sorte à aspirer l'air à l'extérieur du véhicule et la bouche de sortie (16) pouvant être disposée de sorte à souffler l'air à l'extérieur du véhicule. 25 Avantageusement, l'enceinte peut comporter une semelle et un couvercle fermé par un joint d'étanchéité. Par exemple, les moyens pour aspirer et souffler l'air peuvent être des ventilateurs. La bouche d'entrée et la bouche de sortie ayant sensiblement les mêmes dimensions, les ventilateurs peuvent être identiques 30 et configurés de telle sorte que la vitesse de fonctionnement du ventilateur disposé à la bouche de sortie soit strictement supérieure à la vitesse de fonctionnement du ventilateur disposé à la bouche d'entrée. 3028456 L'invention a également pour objet un véhicule électrique comportant une batterie de traction refroidie par un dispositif définit tel que précédemment. L'invention a également pour objet un véhicule électrique comportant un prolongateur d'autonomie refroidi par un dispositif définit tel que précédemment. L'invention a également pour objet un véhicule hybride thermique-10 électrique dont le moteur thermique ou la batterie de traction est refroidi par un dispositif définit tel que précédemment. La présente invention a pour principal avantage de prévenir de 15 manière fiable toute odeur ou émanation de gaz dans l'habitacle, d'y empêcher toute nuisance sonore, ainsi que d'autoriser le mode de recyclage de l'air en toutes circonstances. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des figures la et b annexées qui représentent schématiquement un exemple de réalisation de l'invention, dans lequel un prolongateur d'autonomie 11 est disposé dans l'habitacle d'un véhicule électrique 1 alimenté par une batterie Li-ion 13 25 disposée sous sa caisse. Le prolongateur pourrait également être disposé dans le compartiment de charge d'un véhicule utilitaire. Par exemple, le prolongateur d'autonomie 11 peut être un moteur thermique, comme dans le présent exemple de réalisation, mais également une pile à combustible ou toute autre source d'énergie adaptée. Il faut noter que la présente invention 30 est particulièrement avantageuse dans ce type de configuration : le prolongateur d'autonomie 11 se trouvant dans l'habitacle 12 du véhicule 1, il devient essentiel d'évacuer efficacement la chaleur et de prévenir toute émanation de gaz toxique, notamment les gaz d'échappement dans le présent exemple où le prolongateur d'autonomie 11 est un moteur thermique. 35 A cet effet, le prolongateur d'autonomie 11 est disposé dans une enceinte 14 formée par une semelle 141 et un couvercle 142, entre lesquels est disposé 3028456 un joint d'étanchéité 143: l'enceinte 14 assure non seulement une fonction de protection mécanique du prolongateur d'autonomie 11, mais également une fonction d'isolation thermique, électrique et phonique, ainsi qu'une fonction d'étanchéité aux fluides. L'avantage du couvercle 142 est qu'on peut 5 l'ouvrir pour accéder au prolongateur 11 durant les opérations de maintenance. Ainsi, les effluves incommodantes, comme les odeurs d'essence, ou toxiques, comme les gaz d'échappement, ne peuvent s'infiltrer dans l'habitacle 12. Le prolongateur 11 ainsi disposé dans l'enceinte 14 de manière étanche par rapport à l'habitacle 12, il est nécessaire d'évacuer la 10 chaleur dégagée à l'intérieur de l'enceinte 14, mais aussi d'y renouveler l'air. C'est pourquoi un dispositif d'aération selon l'invention permet de faire circuler efficacement l'air dans l'enceinte 14. Ce dispositif est constitué d'une bouche d'entrée d'air 15 pour faire rentrer dans l'enceinte 14 de l'air 15 frais (dans le sens où sa température est inférieure à la température dans l'enceinte 14) capté à l'extérieur du véhicule 1, et d'une bouche de sortie d'air 16 pour expulser l'air vers l'extérieur du véhicule 1, une fois qu'il est réchauffé et vicié. Dans le présent exemple de réalisation, les bouches 15 et 16 sont réalisées au niveau du plancher du véhicule 1, à des emplacements 20 où ils ne compromettent pas la structure du véhicule en cas de choc. Afin de renforcer encore l'étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 14 et l'habitacle 12, des joints d'étanchéité peuvent être disposés autour des bouches 15 et 16. La bouche d'entré d'air 15 comporte en outre un ventilateur 17 disposé de manière à aspirer l'air frais capté à l'extérieur du véhicule 1 et forcer son 25 entrée à l'intérieur de l'enceinte 14. La bouche de sortie d'air 16 comporte quant à elle un ventilateur 18 disposé de manière à aspirer l'air vicié capté à l'intérieur de l'enceinte 14 et forcer son expulsion vers l'extérieur du véhicule 1. Ce double dispositif d'aspiration selon l'invention génère au travers de l'enceinte 14 un puissant flux d'air illustré par des flèches sur la figure 1 b. 30 Le fonctionnement de ce dispositif d'aération repose sur le principe d'un gradient de vitesse : les ventilateurs 17 et 18 sont conçus de telle sorte que le débit D1 du flux d'air frais entrant par la bouche 15 soit inférieure au débit D2 du flux sortant vicié par la bouche 16, de manière à 35 créer une dépression dans l'enceinte 14: la pression à l'intérieur de 3028456 l'enceinte 1-4 est inférieure à la pression atmosphérique qui règne à l'extérieur du véhicule 1 ainsi qu'à l'intérieur de son habitacle 12. Dans le présent exemple de réalisation, les bouches 15 et 16 ayant les mêmes dimensions, cela revient à assurer que la vitesse cFu flux à l'entrée soit 5 inférieure à la vitesse du flux à la sortie. Les ventilateurs 17 et 18 étant identiques dans le présent exemple de réalisation, cela revient à assurer que la vitesse de fonctionnement du ventilateur 17 soit inférieure à celle du ventilateur 18. Ainsi, même dans le cas très improbable où l'étanchéité ne serait pas parfaite entre l'enceinte 14 et l'habitacle 12, par exemple en cas 10 de défaut du joint 143, l'air vicié présent dans l'enceinte 14 ne peut pas s'infiltrer vers l'habitacle 12, pour la simple raison que, dans ce cas, c'est l'air présent dans l'habitacle 12 qui s'infiltrerait dans l'enceinte 14, forçant encore davantage sa sortie par la bouche 16. Il pourrait même être envisagé, dans le cas où le prolongateur 15 d'autonomie 11 serait une pile à combustible, d'augmenter la pression d'air à l'intérieur de l'enceinte 14 durant des phases de vie particulière nécessitant un apport supplémentaire en oxygène. Cela nécessiterait toutefois de contrôler les ventilateurs 17 et 18 de manière inverse à ce qui est décrit précédemment, de manière à créer une surpression dans l'enceinte 14 au 20 lieu d'une dépression. Outre d'assurer un refroidissement efficace du prolongateur d'autonomie 11 et donc de protéger l'habitacle 12 contre toute élévation 25 intempestive de la température que pourrait entrainer le fonctionnement du prolongateur d'autonomie 11, la présente invention a pour principal avantage sa fiabilité, ceci même en situation de fonctionnement dégradé. En effet, si le ventilateur 17 tombe en panne, alors le ventilateur 18 continue à entretenir à lui seul une dépression dans l'enceinte 14, et donc la circulation flux d'air et 30 empêchant toute odeur ou gaz de s'introduire dans l'habitacle 12. De même, si le ventilateur 18 tombe en panne, il n'y a certes plus de dépression dans l'enceinte 14 mais le ventilateur 17 continue à entretenir à lui seul une circulation d'air dans l'enceinte 14. Enfin, si les ventilateurs 17 et 18 tombent tous les deux en panne simultanément, ce qui est très peu probable, il n'y a 35 certes plus de dépression dans l'enceinte 14 ni de circulation d'air, mais le 3028456 couvercle 142 et le joint 143 continuent à empêcher toute odeur ou émanation de passer de l'intérieur de l'enceinte 14 vers l'intérieur de l'habitacle 12. Dans ce cas, une commande d'arrêt pourrait être envoyée au prolongateur d'autonomie 11, afin d'interrompre tout dégagement de chaleur 5 dans l'enceinte 14. Enfin, les ventilateurs 17 et 18 étant à l'extérieur du véhicule et non pas à l'intérieur de l'habitacle 12, l'invention ne crée aucune nuisance sonore aux passagers. 10 Facile à mettre en oeuvre et robuste, l'invention a encore pour avantage qu'elle peut être facilement implantée dans un véhicule qui n'a pas initialement été conçu pour accueillir un prolongateur d'autonomie, dans son habitacle ou dans son compartiment de charge lorsqu'il s'agit d'un véhicule utilitaire. 15 Le présent exemple de réalisation illustre un prolongateur d'autonomie refroidit selon l'invention. Toutefois, tout système dégageant de la chaleur, notamment la batterie Li-ion et/ou le moteur thermique ou d'un 20 véhicule électrique ou hybride, peuvent être refroidit selon l'invention. REVENDICATIONS1 Dispositif pour refroidir une source d'énergie (11) disposée à bord d'un véhicule (1), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte (14) dans laquelle est disposée la source d'énergie, l'enceinte comportant une bouche d'entrée (15) d'air apte à refroidir la source et une bouche de sortie (16) dudit air après qu'il ait refroidi la source, la bouche d'entrée comportant des moyens pour aspirer l'air à l'extérieur de l'enceinte et le souffler à l'intérieur de l'enceinte, de manière à créer un flux d'entrée de débit D1, la bouche de sortie comportant des moyens pour aspirer l'air à l'intérieur de l'enceinte et le souffler à l'extérieur de l'enceinte, de manière à créer un flux de sortie de débit D2, le débit D2 étant strictement supérieur au débit D1, de manière à créer une dépression dans l'enceinte. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (14) est étanche et disposée dans l'habitacle (12) du véhicule (1), la bouche d'entrée (15) étant disposée de sorte à aspirer l'air à l'extérieur du véhicule et la bouche de sortie (16) étant disposée de sorte à souffler l'air à l'extérieur du véhicule. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enceinte (14) comporte une semelle (141) et un couvercle (142) fermé par un joint d'étanchéité (143). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour aspirer et souffler l'air sont des ventilateurs (17, 18). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, la bouche d'entrée (15) et la bouche de sortie (16) ayant sensiblement les mêmes dimensions, les ventilateurs sont identiques et configurés de telle sorte que la vitesse de fonctionnement du ventilateur (18) disposé à la bouche de sortie est strictement supérieure à la vitesse de fonctionnement du ventilateur (17) disposé à la bouche d'entrée. 3028456 6. Véhicule électrique comportant une batterie de traction, caractérisé en ce que ladite batterie est refroidie par un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Véhicule électrique (1) comportant un prolongateur d'autonomie (11), caractérisé en ce que ledit prolongateur est refroidi par un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Véhicule hybride thermique-électrique, caractérisé en ce que son moteur 10 thermique ou sa batterie de traction est refroidi par un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.