Brevet FR3052300A1 — publié le 20171208

Dispositif de refroidissement pour une batterie d'un véhicule 1. Domaine de l'invention L'invention se rapporte au refroidissement par eau d'une ou de batteries d'un véhicule, en particulier d'un véhicule électrique ou hybride, utilisant une pile à combustible. 2. Art antérieur Les moteurs électriques des véhicules tout-électrique ou hybrides sont alimentés en énergie par des batteries devant être efficacement refroidies. Il est en effet important de maintenir d'une telle batterie en dessous d'un certain seuil, car ceci permet de la protéger et de prolonger sa durée de vie, et/ou de garantir un rendement satisfaisant. Dans la suite de la divulgation, on utilisera le mot « batterie » indifféremment pour désigner une batterie d'un véhicule électrique ou hybride Différentes technologies sont utilisées pour refroidir les batteries : le refroidissement par air, selon lequel de l'air frais éventuellement rafraichi ou extrait de l'habitacle du véhicule est projeté sur la batterie pour la refroidir ; le refroidissement par réfrigération directe, selon lequel le système de climatisation du véhicule est utilisé pour refroidir directement la batterie disposée sur un plateau au sein duquel circule le fluide réfrigérant ; le refroidissement par eau, selon lequel une boucle de refroidissement comprenant une pompe et un radiateur est utilisée pour refroidir la batterie. Ce système est limité par la température ambiante. L'invention se rapporte à un dispositif de refroidissement par eau, et plus généralement par liquide caloporteur. Dans le reste de la divulgation on appelle eau tout liquide caloporteur, généralement un mélange d'eau et d'antigel ; et système ou dispositif de 3052300 2 refroidissement à ou par eau respectivement tout dispositif ou système de refroidissement utilisant un tel liquide caloporteur. Lorsque la température ambiante devient trop élevée, il n'est plus possible d'avoir de l'eau suffisamment froide pour refroidir la ou les batteries à une température 5 acceptable. Une solution existante consiste alors à utiliser un système réfrigérant, par exemple celui utilisé pour la climatisation du véhicule, afin de refroidir l'eau du dispositif de refroidissement, comme proposé dans le document W02011083976. Lorsque le système réfrigérant est utilisé, il devient souvent plus efficace d'isoler le radiateur du circuit de refroidissement par eau. C'est en particulier le cas lorsque la 10 température ambiante est supérieure à la température de l'eau dans le système de refroidissement. Le radiateur n'est alors plus utilisé. L'invention vise à proposer un dispositif de refroidissement optimisé. 3. Résumé de l'invention 15 Afin d'atteindre tout ou partie des objectifs l'invention propose un dispositif de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule, comprenant des moyens de sélection entre au moins deux modes de refroidissement de ladite batterie. Dans un premier mode de refroidissement, la batterie est connectée à un premier circuit de refroidissement (C1), comprenant au moins un premier radiateur, 20 destiné au refroidissement de la batterie; et dans un deuxième mode de refroidissement la batterie est connectée à un deuxième circuit de refroidissement (C2) comprenant un dispositif de réfrigération. Les moyens de sélection assurent, dans ledit deuxième mode de refroidissement, une connexion du premier radiateur à au moins un autre élément du 25 véhicule nécessitant un refroidissement. Ainsi, les moyens de sélections assurent non seulement que le mode de refroidissement de la batterie est le plus adapté aux conditions, mais également que le premier radiateur est toujours utilisé pour refroidir au moins un élément du véhicule : la batterie dans le premier mode de fonctionnement, et dans le deuxième mode de 30 fonctionnement au moins un autre élément nécessitant un refroidissement. Les 3052300 3 capacités de refroidissement du premier radiateur sont donc utilisées dans tous les modes de fonctionnement. Dans un mode de réalisation particulier conforme à l'invention, le premier radiateur refroidit en plus de la batterie également au moins un autre élément du 5 véhicule dans le premier mode de refroidissement ; cet autre élément étant toujours refroidi par le premier radiateur dans le deuxième mode de fonctionnement. Ainsi, dans les différents modes de fonctionnement le nombre d'éléments à refroidir est adapté à la capacité de refroidissement du premier radiateur, ce qui permet d'utiliser cette capacité de refroidissement utilisée de façon optimale. 10 Optionnellement, le dispositif selon ce mode de réalisation peut comporter une pompe dédiée à la circulation d'un liquide de refroidissement refroidi par ledit premier radiateur dans le deuxième mode de refroidissement. Ainsi une bonne circulation du liquide de refroidissement est assurée dans les différents modes, permettant d'utiliser de façon efficace les capacités de 15 refroidissement du premier radiateur. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, dans le deuxième mode de refroidissement le premier radiateur est connecté à un troisième circuit de refroidissement (C3) comprenant au moins un deuxième radiateur. Le premier radiateur et le deuxième radiateur pouvant être reliés en série, ou en parallèle. 20 Ainsi, les capacités de refroidissement du premier radiateur sont toujours utilisées là où elles sont le plus efficaces, en étant associées aux capacités d'un autre radiateur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le premier radiateur est monté dans un module de face avant de véhicule devant au moins un deuxième radiateur, de façon 25 à faciliter les échanges thermiques. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, les moyens de sélection pilotent des vannes (V1, V2, V3, V4) permettant de modifier la circulation du liquide de refroidissement selon les modes de refroidissement. Alternativement, les moyens de sélection font partie de thermostats (V1, V2, V3, V4) permettant de modifier la 30 circulation du liquide de refroidissement selon les modes de refroidissement. 3052300 4 Ainsi, dans les différents modes de refroidissement, le liquide de refroidissement circule dans les différents circuits de refroidissement correspondants, de façon à utiliser au mieux les capacités de refroidissements du premier radiateur. Conformément à l'invention, les autres éléments du véhicule refroidis par le 5 premier radiateur dans le deuxième mode de refroidissement appartiennent au groupe comprenant : les moteurs électriques ; les condenseurs ; les modules électroniques ; 10 l'huile de transmission ; l'air de suralimentation. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif de refroidissement comprend un condenseur principal et un condenseur additionnel, le condenseur additionnel étant refroidi par le premier radiateur au moins dans le deuxième mode de 15 refroidissement. Ainsi les capacités de refroidissement du premier radiateur sont utilisées là où elles sont le plus efficaces. L'invention concerne également un procédé de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule, comprenant une étape de sélection entre au moins deux modes de refroidissement de ladite batterie : 20 un premier mode de refroidissement dans lequel ladite batterie est connectée à un premier circuit de refroidissement, comprenant au moins un premier radiateur, destiné au refroidissement de ladite batterie ; et un deuxième mode de refroidissement dans lequel ladite batterie est 25 connectée à un deuxième circuit de refroidissement comprenant un dispositif de réfrigération, Selon l'invention l'étape de sélection assure, dans le deuxième mode de refroidissement, une connexion du premier radiateur à au moins un autre élément du véhicule nécessitant un refroidissement. 3052300 5 Ainsi le procédé selon l'invention assure que les capacités de refroidissement du premier radiateur sont utilisées efficacement dans tous les modes de fonctionnement, pour s'adapter aux conditions de fonctionnement et aux besoins de refroidissement de la batterie et des différents éléments du véhicule. 5 4. Figures D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de la divulgation, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels 10 : Fig. 1 et Fig. 2 présentent de façon schématique un dispositif de refroidissement selon l'invention; Fig. 3 et Fig. 4 présentent de façon schématique un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 15 Fig. 5 et Fig. 6 présentent de façon schématique d'une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention. 5. Modes de réalisation particuliers L'invention propose donc d'optimiser l'utilisation des moyens de 20 refroidissement, selon les différents modes de refroidissement mis en oeuvre pour la ou les batteries. En particulier, on distingue au moins deux modes de refroidissement de la batterie : un premier mode de refroidissement dans lequel on met en oeuvre un premier circuit de refroidissement mettant en oeuvre un premier 25 radiateur ; un deuxième mode de refroidissement, sélectionné lorsque la température est trop importante et que le premier circuit de refroidissement avec radiateur n'est plus efficace, et mettant en oeuvre des moyens de réfrigération. 3052300 6 Ainsi, s'il convient de maintenir la température du liquide au niveau de la batterie par exemple à 25°, il est possible de le refroidir avec un radiateur par exemple tant que l'air ambiant est à une température inférieure à 20°. Ensuite, un autre moyen doit être mis en oeuvre. 5 Selon l'invention, le premier circuit, et donc le premier radiateur, qui a été déconnecté de la batterie, est connecté à un troisième circuit de refroidissement associé à un ou plusieurs autres éléments ayant également besoin d'être refroidis. Ainsi, au lieu d'être déconnecté complètement, et donc inutile, le premier radiateur, est réutilisé pour une autre fonction. Ceci est d'autant plus important que le deuxième mode de 10 refroidissement est activé lorsque les températures sont élevées. Il est donc utile, en particulier dans cette situation, d'exploiter les capacités de refroidissement du premier radiateur. Cette autre fonction peut par exemple être le refroidissement, ou le complément de refroidissement, d'au moins un des éléments suivants : 15 les moteurs électriques ; les condenseurs ; les modules électroniques ; l'huile de transmission ; l'air de suralimentation 20 Ainsi, les moyens de sélection qui assurent le passage du premier mode de refroidissement au deuxième mode de refroidissement, par exemple en fonction d'un seuil de température dans le premier circuit de refroidissement ou dans la batterie (et respectivement pour le passage du deuxième au premier mode), assurent simultanément la connexion (et respectivement la déconnexion) à ce troisième circuit. 25 Le troisième circuit peut notamment être un circuit de refroidissement associé à un deuxième radiateur, classiquement placé derrière le premier radiateur dans un module de face avant de véhicule. Cette approche est illustrée par le mode de réalisation des Fig. 1 et Fig. 2, qui présentent de façon schématique un dispositif de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule conforme à l'invention, 30 comprenant un premier circuit de refroidissement à eau pour refroidir la batterie, un 3052300 7 deuxième circuit de refroidissement à eau pour refroidir au moins un autre élément du véhicule, un radiateur, et un dispositif de réfrigération. Dans le premier mode de refroidissement illustré Fig. 1 correspondant à une température ambiante peu élevée, le premier circuit de refroidissement à eau C1 5 comprend le premier radiateur 11 qui est suffisant pour maintenir la batterie 12 à une température acceptable, inférieure à un seuil prédéterminé. Dans ce premier mode de fonctionnement, le troisième circuit de refroidissement C3, connecté à un deuxième radiateur 13 permet de façon classique de refroidir au moins un autre élément du véhicule, par exemple un moteur électrique 14 10 et des condenseurs à eau principal 15 et additionnel 16. Dans ce mode de réalisation, ces trois éléments sont montés en parallèle. Une première pompe 17 assure la circulation de l'eau refroidie par le radiateur 11 dans le premier circuit Cl, et une deuxième pompe 19 assure la circulation de l'eau refroidie par le radiateur 13 dans le troisième circuit C3. 15 Le dispositif de réfrigération 18 (« chiller » en anglais), monté sur un deuxième circuit C2, n'est pas connecté à la batterie 12, dans ce premier mode de refroidissement. Des jeux de vannes V1, V2 et V3 configurent ces circuits Cl et C2, sous la commande de moyens de sélection (non représentés), en fonction de la température au niveau de la batterie 12 (et/ou de la température ambiante et le cas échéant d'autres 20 données). Lorsque cette température atteint un seuil prédéterminé, à partir duquel le refroidissement via le premier radiateur 11 n'est plus suffisant, ces moyens de sélection agissent sur les jeux de vannes V1 à V3, pour passer dans le deuxième mode de refroidissement représenté Fig. 2. La température ambiante étant trop élevée pour que le radiateur seul suffise à 25 maintenir la batterie à une température acceptable, le dispositif de réfrigération 18 est donc utilisé pour refroidir l'eau du premier circuit de refroidissement, ce qui permet de maintenir la batterie à une température acceptable. On créé donc, via la vanne V3 et la pompe 17, un deuxième circuit C2 pour le refroidissement de la batterie 12, mettant en oeuvre le dispositif de refroidissement 18. Le premier radiateur 11 n'est donc plus 30 connecté à la batterie 12. 3052300 8 Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le premier radiateur 11 est alors connecté au troisième circuit de refroidissement C3 via les vannes V1 et V2, et participe au refroidissement des autres éléments 14, 15 et/ou 16. Ainsi, le premier radiateur 11 ne fait plus partie du premier circuit Cl de 5 refroidissement, mais il n'est pas inutilisé pour autant. Il est monté en série avec le deuxième radiateur 13. Il représente en effet un pouvoir réfrigérant non négligeable qui aide à refroidir au moins un autre élément du véhicule dont la température de fonctionnement reste supérieure à la température ambiante. La vanne V1 relie l'entrée du premier radiateur 11 à la sortie du deuxième 10 radiateur 13, en aval de la pompe 19. La vanne V2 relie l'entrée du condenseur additionnel 16 à la sortie du premier radiateur 11. Le deuxième radiateur 13 abaisse la température d'un premier niveau, par exemple à environ 50°, puis le premier radiateur 11 refroidit encore plus le liquide. Ainsi le dispositif de refroidissement conforme à l'invention est plus efficace que 15 les dispositifs selon l'art antérieur, grâce à une meilleure utilisation de toutes les ressources permettant de refroidir les différents éléments du véhicule. Dans un mode de réalisation alternatif V1, V2 et V3 sont des thermostats intégrant les moyens de sélection, permettant ainsi au dispositif de changer de mode de fonctionnement sans nécessiter une mesure de température spécifique. 20 Un deuxième mode de réalisation est représenté Fig. 3 et Fig. 4. Dans le premier mode de fonctionnement représenté Fig. 3, le premier circuit de refroidissement Cl pour refroidir la batterie 12 permet également de refroidir un autre élément 16 du véhicule, en l'occurrence un condenseur additionnel 16 monté en série avec la batterie. Ainsi dans le premier mode de fonctionnement, lorsque la température ambiante est 25 suffisamment basse, le premier radiateur 11 est utilisé dans le premier circuit de refroidissement pour refroidir plusieurs éléments du véhicule dont la batterie. Le troisième circuit C3 assure, à l'aide du deuxième radiateur 13, le refroidissement du moteur électrique 14 et du condenseur principal 15. Dans le deuxième mode de fonctionnement représenté Fig. 4, lorsque la 30 température ambiante est trop élevée pour que le premier mode de fonctionnement 3052300 9 maintienne la batterie 12 à une température acceptable, le refroidissement de la batterie 12 est assuré par le dispositif de réfrigération 18, la vanne V3 définissant un nouveau circuit C2 de refroidissement pour cette batterie. Le premier circuit de refroidissement Cl est déconnecté de la batterie 11, via la 5 vanne V2, mais reste connecté au condenseur additionnel 16, une pompe supplémentaire 20 assurant la circulation du liquide de refroidissement. Le deuxième circuit C2 reste inchangé. Dans un mode de réalisation alternatif V2 et V3 sont des thermostats intégrant les moyens de sélection, permettant ainsi au dispositif de changer de mode de 10 fonctionnement sans nécessiter une mesure de température spécifique. Fig. 5 et Fig. 6 présentent une version légèrement différente de ce deuxième mode de réalisation, fonctionnant de façon similaire mais sans nécessiter de pompe additionnelle 20, grâce à la présence de valves supplémentaires V4 permettant de changer les configurations des circuits de refroidissement lorsque le dispositif change de 15 mode de refroidissement, les deux radiateurs 11 et 13 étant en série dans le deuxième mode de refroidissement. Dans un mode de réalisation alternatif V1, V3 et V4 sont des thermostats intégrant les moyens de sélection, permettant ainsi au dispositif de changer de mode de fonctionnement sans nécessiter une mesure de température spécifique. 20 Selon d'autres montages, les deux radiateurs 11 et 13 peuvent être assemblés en parallèle, dans ce deuxième mode de refroidissement. Au vu de ces trois exemples de mise en oeuvre de l'invention, il est manifeste pour la personne du métier que de nombreuses configurations peuvent être imaginées 25 pour les différentes boucles de refroidissement, permettant d'utiliser au mieux les ressources disponibles pour refroidir les éléments du véhicule, dont naturellement la ou les batteries. De même, dans un autre mode de réalisation, le dispositif peut fonctionner dans un troisième mode, combinée, dans lequel le dispositif de réfrigération et le premier 30 radiateur sont combinés, en série ou en parallèle. 3052300 10 Ainsi pour un dispositif conforme à ce mode de réalisation, le radiateur 11 sera suffisant pour maintenir la batterie 12 à une température acceptable lorsque la température ambiante sera suffisamment basse, dans un premier mode de fonctionnement. Dans un deuxième mode de fonctionnement, le radiateur 11 sera 5 compris dans le deuxième circuit de refroidissement en particulier lorsque la température ambiante sera supérieure à la température de l'eau souhaitée dans le premier circuit de refroidissement. Et le dispositif pourra optionnellement utiliser le troisième mode de fonctionnement lorsque la température ambiante est trop élevée pour que le radiateur 10 11 suffise à maintenir seul la batterie 12 à une température acceptable, tout en restant inférieure à la température de l'eau souhaitée dans premier circuit de refroidissement. L'invention concerne également un procédé de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule comprenant un radiateur, un dispositif de réfrigération, et d'autres éléments devant être refroidis. 15 Un tel procédé comprend une étape de mesure, directe ou indirecte, d'au moins une température (température ambiante, température de la batterie, température dans le circuit Cl et/ou C2), et une étape de sélection, en fonction de la ou des températures mesurées, d'une première ou d'une deuxième étape de refroidissement, correspondant respectivement au premier et au deuxième mode de refroidissement. La deuxième 20 étape de refroidissement comprend notamment la connexion du premier radiateur à au moins un autre élément que la batterie. La batterie est refroidie au moyen d'un premier circuit à eau comprenant le radiateur lorsque le radiateur est suffisant pour maintenir la batterie à une température acceptable ; sinon la batterie est refroidie au moyen d'un premier circuit dont l'eau est 25 réfrigérée et au moins un autre élément du véhicule est refroidi par un deuxième circuit à eau comprenant le radiateur. La mesure de température est directe lorsqu'elle est effectuée par des capteurs et utilisée par des moyens de sélections externes contrôlant des vannes à actionnement externe (électrique ou hydraulique), et indirecte lorsque des thermostats sont utilisés. 3052300 11 L'invention concerne également un véhicule, notamment électrique ou hybride utilisant une pile à combustible, comprenant un dispositif de refroidissement conforme à l'invention, et/ou dont au moins une batterie est refroidie selon le procédé de l'invention. 5 REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule, comprenant des moyens de sélection entre au moins deux modes de refroidissement de ladite batterie : un premier mode de refroidissement dans lequel ladite batterie (12) est connectée à un premier circuit de refroidissement (C1), comprenant au moins un premier radiateur (11), destiné au refroidissement de ladite batterie (12) ; et un deuxième mode de refroidissement dans lequel ladite batterie (12) est connectée à un deuxième circuit de refroidissement (C2) comprenant un dispositif de réfrigération (18), caractérisé en ce que lesdits moyens de sélection assurent, dans ledit deuxième mode de refroidissement, une connexion dudit premier radiateur (11) à au moins un autre élément (16) dudit véhicule nécessitant un refroidissement. 2. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le premier mode de refroidissement le premier radiateur (11) refroidit également au moins un autre élément (16) du véhicule, ledit au moins un autre élément (16) étant toujours refroidi par le premier radiateur (11) dans le deuxième mode de fonctionnement. 3. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe (20) dédiée à la circulation d'un liquide de refroidissement refroidi par ledit premier radiateur (11) , dans le deuxième mode de refroidissement. 4. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le deuxième mode de 3052300 5 5. 10 6. 15 7. 20 8. 25 9. 30 13 refroidissement ledit premier radiateur (11) est connecté à un troisième circuit de refroidissement (C3) comprenant au moins un deuxième radiateur (13). Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans le deuxième mode de refroidissement ledit premier radiateur (11) et ledit deuxième radiateur (13) sont reliés en série. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans le deuxième mode de refroidissement ledit premier radiateur (11) et ledit deuxième radiateur sont reliés en parallèle (13). Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit premier radiateur (11) est monté dans un module de face avant de véhicule, devant au moins un deuxième radiateur (13). Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de sélection pilotent des vannes (V1, V2, V3, V4) permettant de modifier la circulation du liquide de refroidissement selon les modes de refroidissement. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie (12) d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de sélection font partie de thermostats (V1, V2, V3, V4) permettant de modifier la circulation du liquide de refroidissement selon les modes de refroidissement. 3052300 14 10. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ou lesdits autres éléments du véhicule appartiennent au groupe comprenant : 5 les moteurs électriques ; les condenseurs ; les modules électroniques ; l'huile de transmission ; l'air de suralimentation. 10 11. Dispositif de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur principal (15) et un condenseur additionnel (16), et en ce que ledit condenseur additionnel (16) est refroidi par le premier radiateur (11), au moins dans le 15 deuxième mode de refroidissement. 12. Procédé de refroidissement d'au moins une batterie d'un véhicule, comprenant une étape de sélection entre au moins deux modes de refroidissement de ladite batterie : 20 un premier mode de refroidissement dans lequel ladite batterie est connectée à un premier circuit de refroidissement, comprenant au moins un premier radiateur, destiné au refroidissement de ladite batterie ; et un deuxième mode de refroidissement dans lequel ladite batterie est 25 connectée à un deuxième circuit de refroidissement comprenant un dispositif de réfrigération, caractérisé en ce que ladite étape de sélection assure, dans ledit deuxième mode de refroidissement, une connexion dudit premier radiateur à au moins un autre élément dudit véhicule nécessitant un refroidissement. 30