Brevet FR3080579A1 — publié le 20191101

STATION DE RECHARGE DE BATTERIE DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC FLUX D'AIR FRAIS DE REFROIDISSEMENT La présente invention concerne une station de recharge d'une batterie de traction d'un véhicule hybride ou électrique, ainsi qu'un procédé de recharge de la batterie de ce type de véhicule à partir de cette station. Les véhicules automobiles hybrides utilisant un moteur thermique et une motorisation électrique, ou les véhicules électriques, comportent pour la traction du véhicule un système de stockage d'énergie électrique, appelé par la suite batterie, comprenant des modules électrochimiques de stockage d'énergie. La motorisation électrique délivre un couple moteur de traction du véhicule en prélevant l'énergie dans la batterie, et un couple de freinage du véhicule en récupérant une énergie cinétique, qui recharge la batterie. Certains types de batteries de traction, en particulier les batteries au lithium-ion, doivent travailler dans une plage de température réduite afin de conserver leur capacité de charge et d'éviter un endommagement. En particulier leur température maximum admissible est de l'ordre de 40°C. De plus un échauffement important de cellules entraîne des risques de dégagement de gaz inflammables, et d'incendie ou d'explosion. Ces véhicules comportent généralement un système de régulation thermique de la batterie de traction, pouvant comprendre un circuit de circulation d'un fluide caloporteur activé par une pompe, pour prélever des calories sur la batterie et les délivrer à un échangeur thermique disposant d'un ventilateur activant un flux d'air extérieur de refroidissement. Dans le cas de batteries de traction rechargeables sur un réseau extérieur de distribution d'électricité, le véhicule est garé devant une station de recharge pour déployer un câble venant de cette station, et le brancher sur le véhicule afin de délivrer sur la batterie une énergie électrique. Toutefois lors d'une charge rapide de la batterie à partir d'une station délivrant une puissance électrique élevée, qui peut être de l'ordre d'une 2 centaine de kW, la puissance calorifique dégagée par la batterie en charge dépendant de l'intensité du courant de charge, est importante. Il est nécessaire de disposer d'une capacité de refroidissement suffisante de la batterie pour accepter cette puissance électrique. 5 Pour cela un type de station de recharge connu, présenté notamment par le document FR-A3-2934087, dispose d'un circuit de fluide de refroidissement équipé de connecteurs rapides de branchement sur le véhicule, afin de délivrer à la batterie de traction du véhicule un liquide réfrigérant pour évacuer ses calories dégagées pendant une charge rapide. 10 On peut obtenir suivant le débit et la température du fluide fourni par la station de recharge, une capacité de refroidissement importante de la batterie. Toutefois ce procédé nécessite l'installation d'un circuit sur le véhicule pouvant recevoir le liquide réfrigérant, comprenant des prises pour les connecteurs rapides, ce qui ajoute un encombrement dans le véhicule, augmente sa masse 15 et ajoute des coûts sur tous les véhicules. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet une station de recharge d'une batterie de traction d'un véhicule hybride ou électrique, comportant des câbles d'alimentation 20 électrique équipés de connexions électriques de branchement sur le véhicule, remarquable en ce qu'elle comporte un dispositif de soufflage d'un flux d'air frais projeté en direction du véhicule. Un avantage de cette station de recharge est que de manière simple et efficace, le dispositif de soufflage d'air frais permet de projeter un débit 25 important d'air sur la face avant du véhicule comportant un échangeur thermique de régulation de température de la batterie de traction, ce qui permet d'évacuer des calories générées par cette batterie lors de sa recharge rapide. On réalise de cette manière un investissement uniquement sur la station 30 de recharge pour l'équiper du dispositif de soufflage d'air frais sans modifier les véhicules comportant déjà un échangeur thermique avec l'air extérieur, ce 3 qui évite de multiplier les coûts sur chaque véhicule. L'investissement sur la station de recharge est amorti sur l'ensemble des véhicules qui viendront s'y recharger. La station de recharge selon l'invention peut de plus comporter une ou 5 plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la station de recharge comporte un pulseur d'air motorisé comprenant un ventilateur, assurant le soufflage du flux d'air frais. Avantageusement, la station de recharge comporte un système 10 frigorifique thermodynamique comprenant un évaporateur assurant un refroidissement de l'air frais. Avantageusement, la station de recharge comporte une veine assurant le guidage du flux d'air frais projeté vers le véhicule. Dans ce cas, la veine peut comporter des parties mobiles. 15 Selon un mode de réalisation, les parties mobiles de la veine comportent des volets latéraux pivotants ou coulissants. Selon un autre mode de réalisation, les parties mobiles de la veine comportent une gaine souple présentant un contour fermé. Avantageusement, la station de recharge comporte une commande 20 d'activation du flux d'air frais. Dans ce cas, la commande d'activation du flux d'air frais peut être liée à la température ambiante, ou à la température de la batterie du véhicule. L'invention a aussi pour objet un procédé d'utilisation d'une station de recharge comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, 25 remarquable en ce qu'il comporte le positionnement d'un véhicule face à une veine assurant le guidage du flux d'air frais de cette station de recharge, puis la charge de la batterie. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à 30 titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 4 - la figure 1 est un schéma en vue de dessus d'une station de recharge selon l'invention recevant un véhicule en cours de charge ; et - la figure 2 est un schéma présentant le fonctionnement du refroidissement de la batterie du véhicule sur cette station de recharge. 5 Les figures 1 et 2 présentent un véhicule 2 comportant son extrémité avant indiqué par la flèche AV, qui est tournée vers une station de recharge 6 afin d'effectuer une charge de sa batterie de traction 24 à partir d'un câble électrique 8 branché sur le véhicule à l'aide d'une prise électrique 10. La batterie de traction 24 comporte un circuit de circulation de fluide 10 caloporteur 26, comprenant une pompe 28 qui fait circuler ce fluide dans la batterie pour prélever des calories, puis dans un échangeur thermique 30 disposant d'un ventilateur 32 afin de dissiper ces calories dans le milieu ambiant. Le circuit de fluide caloporteur 26 refroidit si nécessaire la batterie de 15 traction 24 lors du roulage du véhicule, qui dégage une énergie calorifique dépendant globalement du carré de l'intensité du courant la traversant. Lors d'une charge lente de la batterie de traction 24, par exemple pendant une nuit complète, l'intensité du courant de charge est faible et la puissance calorifique dissipée est peu importante. La dissipation naturelle d'énergie 20 calorifique dégagée par la batterie 24 peut être suffisante pour obtenir sa régulation de température. Si nécessaire le circuit de fluide caloporteur 26 est activé pour améliorer ce refroidissement en utilisant l'échangeur thermique 30, et le ventilateur 32 pour un débit d'air plus important dans cet échangeur. 25 Le circuit de circulation de fluide 26 peut comporter de plus des équipements comme un réchauffeur électrique, afin de conditionner la batterie 24 pour lui assurer une température minimum lui donnant des conditions de fonctionnement favorable. Lors d'une charge rapide de la batterie de traction, par exemple pour lui 30 apporter en dix ou vingt minutes une part de charge conséquente pendant la 5 journée, la station de recharge 6 délivre une puissance électrique importante, qui peut atteindre ou dépasser 100kW. Dans ce cas l'intensité du courant traversant la batterie 24 est élevée, cette batterie dégage une puissance calorifique importante qu'il faut dissiper 5 pour effectuer sa régulation de température. Par temps suffisamment froid l'air ambiant peut suffire avec l'échangeur thermique 30 et le ventilateur 32 pour refroidir la batterie 24, grâce à la différence de température entre l'air extérieur et la température de régulation de cette batterie. 10 Par exemple pour une régulation de la température de la batterie 24 à 40°C et une température extérieure inférieure à 20°C, on obtient un écart de température supérieure à 20°C permettant d'évacuer une certaine puissance calorifique. On notera que l'échange thermique dépend globalement du carré de 15 l'écart de température entre la source froide et la source chaude. Pour une température de batterie 24 de 40°C, une température extérieure de 30°C donne un échange thermique quatre fois moindre comparé à une température extérieure de 20°C. L'air ambiant à une température élevée ne permet plus de dissiper la puissance calorifique générée par la batterie 24 pendant sa charge 20 rapide. Il faut alors limiter la puissance de charge rapide de la batterie 24 pour éviter son échauffement, ou arrêter cette charge rapide si ses capteurs de température indiquent une température trop élevée et un risque d'incident. La station de recharge 6 comporte un système frigorifique 25 thermodynamique, comprenant un évaporateur 20 générant du froid, disposé devant un pulseur d'air motorisé 22 comprenant un ventilateur, qui projette un air froid dans une veine 12 tournée vers l'avant du véhicule 4. Avantageusement la veine 12 comporte des volets l'entourant partant de l'évaporateur 20, qui se rapprochent de l'avant du véhicule 4 afin de diriger au 30 mieux le flux d'air frais 14 vers l'échangeur thermique 30 de ce véhicule, afin d'optimiser l'utilisation de ce flux d'air froid. En particulier les volets peuvent 6 être mobiles, par exemple montés sur des pivots ou des coulisses, afin de permettre à un opérateur de les ajuster sur l'avant du véhicule 4. En variante la veine d'air froid 12 peut comporter une gaine souple présentant un contour fermé, qui est ajustée sur la face avant du véhicule 4, 5 devant son échangeur thermique 30. On obtient un refroidissement de l'échangeur thermique 30 par un air suffisamment froid, par exemple à une température inférieure à 10°C, donnant dans toutes les conditions extérieures un écart de température suffisant par rapport à la batterie 24 pour obtenir une puissance de refroidissement élevée 10 permettant la charge rapide de cette batterie. Avantageusement la station de recharge comporte une commande d'activation du flux d'air frais 14 et du fonctionnement du système frigorifique, qui peut être manuelle ou automatique. En particulier la commande d'activation du flux d'air frais 14 peut être liée 15 à la température ambiante, ou à la température de la batterie du véhicule 24, de manière à ajuster le flux d'air frais suivant les besoins de refroidissement de cette batterie pour éviter une consommation d'énergie inutile. On notera qu'il suffit d'équiper les stations de recharge 6 d'un système frigorifique, sans modifier les véhicules, ce qui permet de limiter les 20 investissements aux seules stations. Les véhicules restants inchangés, le coût de cette solution n'est pas multiplié par le nombre de véhicules. L'investissement sur les stations de recharge 6 est amorti sur le nombre de véhicules utilisant ces stations. La masse des véhicules n'est pas modifiée ce qui permet de conserver 25 toutes les performances de ces véhicules, REVENDICATIONS1 - Station de recharge d'une batterie de traction (24) d'un véhicule hybride ou électrique (2), comportant des câbles d'alimentation électrique (8) équipés de connexions électriques (10) de branchement sur le véhicule (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de soufflage d'un flux d'air frais (14) projeté en direction du véhicule (2). 2 - Station de recharge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un pulseur d'air motorisé (22) comprenant un ventilateur, assurant le soufflage du flux d'air frais (14). 3 - Station de recharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un système frigorifique thermodynamique comprenant un évaporateur (20) assurant un refroidissement de l'air frais. 4 - Station de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une veine (12) assurant le guidage du flux d'air frais (14) projeté vers le véhicule. 5 - Station de recharge selon la revendication 4, caractérisée en ce que la veine (12) comporte des parties mobiles. 6 - Station de recharge selon la revendication 5, caractérisée en ce que les parties mobiles de la veine (12) comportent des volets latéraux pivotants ou coulissants. 7 - Station de recharge selon la revendication 5, caractérisée en ce que les parties mobiles de la veine (12) comportent une gaine souple présentant un contour fermé. 8 - Station de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une commande d'activation du flux d'air frais (14). 9 - Station de recharge selon la revendication 8, caractérisée en ce que la commande d'activation du flux d'air frais (14) est liée à la température ambiante, ou à la température de la batterie du véhicule (24). 8 10 - Procédé d'utilisation d'une station de recharge (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comporte le positionnement d'un véhicule (2) face à une veine (12) assurant le guidage du flux d'air frais (14) de cette station de recharge (6), puis la charge de la 5 batterie (24).