Brevet FR3075471A1 — publié le 20190621

Dispositif de regulation de temperature d'une batterie a l'aide d'un fluide dielectrigue et pack-batterie comprenant un tel dispositif L'invention concerne un dispositif de regulation de temperature de cellules de batterie a l'aide d'un fluide dielectrique. L'invention concerne egalement un pack batterie comprenant ledit dispositif ainsi qu'une pluralite de cellules de batterie. Elle est en particulier destinee a equiper des vehicules automobiles, en particulier des vehicules automobiles a motorisation electrique ou hybride. La part de marche des vehicules electriques etant de plus en plus importantes, les problematiques de refroidissement/chauffage des packs batterie qui les equipent deviennent des enjeux strategiques. L'objectif est de concevoir un dispositif de gestion thermique des batteries le plus performant, efficient et economique possible. 15 Souvent pour repondre au besoin de refroidissement/chauffage des batteries electriques, on utilise des « echangeurs de chaleurs» consistants en une plaque froide avec circulation d'un liquide de refroidissement, les plaques etant au contact des cellules a refroidir. Ce genre de techniques conduit a un refroidissement non homogene des batteries et limite ainsi de leur duree de vie et leur performance. Ces 20 dispositifs presentent en outre une resistance thermique elevee en raison des epaisseurs de matiere presentes entre le liquide de refroidissement et les cellules. Une solution proposee pour repondre a cette problematique consiste en une immersion des batteries electriques dans un fluide caloporteur dielectrique. Cette 25 immersion peut etre realisee avec une circulation de fluide ou en condition statique avec changement de phase. Ces deux techniques sont performantes d'un point de vue thermique en particulier en raison du contact direct etabli entre le liquide et les cellules mais presentent le desavantage d'utiliser une grande quantite de liquide dielectrique, ce 30 qui augmente le coOt et le poids du pack batterie. L'invention vise a resoudre ces problemes techniques en proposant un dispositif de regulation de temperature d'une batterie comprenant au moins une cellule de stockage d'energie, ledit dispositif comprenant un circuit de fluide 35 dielectrique, ledit circuit comprenant des moyens pour arroser la surface de ladite cellule a l'aide dudit fluide dielectrique. 2 Par moyen pour arroser on entend tout type de moyen permettant de mettre en contact le fluide dielectrique avec la ou les surfaces des cellules de batteries autrement qu'en immergeant lesdites cellules dans ledit fluide dielectrique. 5 II s'agit en particulier de moyen d'aspersion, de moyen de projection ou de tous moyens aptes a produire une circulation dudit fluide de sorte a mettre au contact le fluide dielectrique avec la surface des cellules, sous la forme d'un film de fluide, de jets, de gouttelettes d'une brumisation ou autre. Ce dispositif permet non seulement de recuperer de grande quantite de chaleur et d'assurer un refroidissement homogene par contact direct du fluide dielectrique et des cellules a refroidir mais permet egalement de limiter la quantite de fluide dielectrique et donc le poids du dispositif en eliminant le bain de liquide dielectrique connu dans les dispositifs precedents. 15 L'invention peut egalement comprendre l'une quelconque des caracteristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible : - les moyens pour arroser comprennent des buses d'aspersion du fluide 20 dielectrique, notamment en phase liquide, - les buses d'aspersion sont configurees pour etre placees entre chaque cellule de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique sur des faces laterales des cellules, - les buses d'aspersion sont configurees pour etre placees au-dessus de 25 chaque cellule de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique sur des faces superieures des cellules, - les buses d'aspersion sont configurees de sorte a produire un jet de fluide dielectrique, - le fluide est destine a se vaporiser au moins en partie a la surface des 30 cellules, - les buses d'aspersion sont configurees de sorte a pulveriser le fluide dielectrique sous forme de fines gouttes, destinees a s'ecouler a la surface des cellules, - le dispositif comprend un reservoir configure pour etre dispose sous les 35 cellules et apte a recuperer, sous phase liquide, le fluide dielectrique envoye a la surface des cellules de batterie, 3 - le dispositif comprend une pompe configuree pour aspirer ledit fluide dielectrique dans le reservoir et le mettre sous pression dans ledit circuit de fluide dielectrique, - le dispositif comprend au moins un moyen de refroidissement du fluide 5 dielectrique, - le moyen de refroidissement du fluide dielectrique comprend un echangeur de chaleur situe dans le circuit de fluide dielectrique, - le moyen de refroidissement du fluide dielectrique comprend un echangeur de chaleur situe dans le reservoir, - le moyen de refroidissement comprend un condenseur configure de sorte a condenser le fluide dielectrique pour passer de phase vapeur en phase liquide et a faire ruisseler ladite ledit fluide jusqu'au reservoir, - le condenseur est configure pour la circulation d'un fluide refrigerant destine a echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique, - le moyen de refroidissement comprend un echangeur de chaleur permettant un echange de chaleur entre un fluide refrigerant et un fluide de refroidissement, - le condenseur est configure pour la circulation dudit fluide de refroidissement en vue d'echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique, - le dispositif comprend un moyen de chauffage dudit liquide dielectrique, - le moyen de chauffage est situe dans le reservoir. L'invention concerne egalement un pack batterie comprenant le dispositif decrit plus haut ainsi qu'une pluralite de cellules de batteries. L'invention sera mieux comprise et d'autres details, caracteristiques et avantages de l'invention apparaitront a la lecture de la description suivante faite a titre d'exemple non limitatif et en reference aux dessins annexes dans lesquels : - la figure 1, illustre de facon schematique en vue de coupe un premier mode de realisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2, illustre de facon schematique en vue de coupe un deuxierne mode de realisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3, illustre de facon schematique en vue de coupe un troisierne mode de realisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 4, illustre de facon schematique en vue de coupe un quatrieme mode de realisation d'un dispositif selon l'invention, 4 - la figure 5, illustre de facon schematique en vue de coupe un cinquieme mode de realisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 6, est une vue en perspective partiellement ecorchee d'un packbatterie selon l'invention. 5 Comme illustre a la figure 1, l'invention concerne un dispositif 1 de regulation de la temperature d'une batterie. Ladite batterie comprend au moins une cellule 100 de stockage d'energie. II s'agit notamment d'une batterie de vehicule electrique. La batterie comprend ici quatre cellules 100 mais it s'agit uniquement d'un exemple schematique et la batterie pourra comprendre un bien plus grand nombre de cellules. Pour leur bon fonctionnement, it est souhaite que la temperature des batteries soit maintenue dans un intervalle de valeur restreint, notamment entre 20 et 40°C. Le dispositif conforme a l'invention a precisement pour fonction d'effectuer 15 une telle regulation de temperature. Ledit dispositif 1 comprend un circuit 10 de fluide dielectrique ainsi que des moyens 12 pour arroser la surface de la cellule 100 a l'aide dudit fluide dielectrique 3. Le circuit 10 de fluide dielectrique peut etre forme par une pluralite de canaux ou rampes d'alimentation 11 en fluide dielectrique 3 alimentant les moyens 12 pour 20 arroser. Ledit circuit 10 est un circuit ferme dans lequel le fluide dielectrique est amens a changer de phase, ou non, ceci en fonction des differents modes de realisation developpes dans la suite. Les moyens 12 permettent de reguler efficacement la temperature des 25 cellules 100 de batterie en les arrosant tout en limitant la quantite de fluide dielectrique 3 utilise. En effet, le dispositif 1 selon l'invention necessite une quantite de fluide 3 bien moindre que dans un dispositif dans lequel les cellules sont immergees dans un fluide dielectrique. Avantageusement, les moyens 12 pour arroser comprennent des buses 30 d'aspersion 14 du fluide dielectrique, en phase liquide. Lesdites buses d'aspersion 14 permettent d'asperger du fluide 3 en direction de l'une quelconque des surface de la ou des cellules 100 de batterie. L'aspersion du fluide 3 par les buses 14 peut etre monodirectionnelle ou poly directionnelle. Selon un mode de realisation represents a la figure 1, les buses d'aspersion 35 14 sont configurees pour etre placees entre cheque cellule 100 de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique 3 sur des faces laterales des cellules 100. Cette 5 disposition des buses d'aspersion 14 permet de couvrir une surface maximale de cellules 100 et ainsi d'optimiser la regulation de la temperature. Selon un autre mode de realisation represents a la figure 2, les buses 5 d'aspersion 14 sont configurees pour etre placees au-dessus de chaque cellule 100 de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique 3 sur des faces superieures des cellules 100. II a ete observe par la demanderesse que les zones des cellules 100 subissant les plus importantes montees en temperature lors de ('utilisation de la batterie sont les zones superieures, au niveau des connexions electriques. Cette 10 disposition des buses d'aspersion 14 permet ainsi de cibler plus precisement les zones de temperatures elevees et donc d'optimiser la regulation de la temperature. Selon un mode de realisation, lesdites buses d'aspersion 14 sont configurees de sorte a produire un jet 5 de fluide dielectrique 3, en phase liquide. 15 Le jet 5 de fluide dielectrique 3 peut etre de puissance variable. Ledit fluide 3 peut ainsi venir percuter la surface de la cellule 100. Ledit fluide 3 peut alternativement venir ruisseler le long de la surface de ladite cellule 100 sans impact. Le jet 5 peut etre monodirectionnelle ou poly directionnelle. 20 Selon un autre mode de realisation, les buses d'aspersion 14 sont configurees de sorte a pulveriser le liquide dielectrique 3 sous forme de fines gouttes 7. La taille des gouttes 7 peut etre variable. Les buses d'aspersion peuvent notamment etre configurees de sorte a realiser une brumisation du fluide 3. La pulverisation du fluide 3 peut etre monodirectionnelle ou poly directionnelle. 25 Le jet 5 et les gouttes 7 de fluide dielectrique ne sont pas representes sur les figures. En cours d'utilisation de la batterie, les cellules 100 presentent une temperature superieure a la temperature du fluide 3. Ledit fluide 3 peut ainsi etre 30 destine a se vaporiser au moins en partie a la surface des cellules 100 (figures 4 et 5 en particulier). Le dispositif 1 peut egalement comprendre un reservoir 16 completant le circuit 10 et configure pour etre dispose sous les cellules 100. Ledit reservoir 16 est 35 apte a recuperer le liquide dielectrique 3 envoye a la surface des cellules 100 de batterie. 6 Le dispositif 1 peut egalement comprendre une pompe 18 configuree pour aspirer ledit fluide dielectrique 3 dans le reservoir 16 et le mettre sous pression dans ledit circuit 10 de fluide dielectrique. Une fois le fluide 3 arrose a la surface des cellules 100, ledit fluide ruisselle 5 jusqu'au reservoir 16. Le fluide 3 ainsi recupere par le reservoir 16 est alors aspire par une pompe 18 puis remis sous pressions en aval dans le circuit 10. Ainsi, le fluide dielectrique 3 se trouve successivement sous pression puis a la pression d'un logement 202 accueillant les cellules 100 le long du circuit 10. Id, it est a la pression du logement 202 au contact des cellules 100 puis dans le reservoir 10 18 avant d'être a nouveau sous pression sous l'action de la pompe 18 dans la ou les rampes 11 et les buses d'aspersion 14. Le fluide dielectrique 3 est alors constamment reutilise. II est ainsi possible d'utiliser une faible quantite de fluide dielectrique 3, en particulier compare aux dispositifs dans lesquels les cellules sont immergees dans le liquide dielectrique. 15 Avantageusement, le dispositif 1 comprend au moins un moyen de refroidissement 20 du fluide dielectrique 3. Lorsque le fluide 3 entre au contact d'une cellule 100, ledit fluide recupere la chaleur dissipee par la cellule de batterie. Le fluide 3 est alors refroidi par ledit moyen de refroidissement 20 avant d'être a 20 nouveau mis au contact avec la surface des cellules 100. Le fluide 3 subit ainsi un cycle de changement d'etat et/ou de montee et de descente en temperature. Selon un mode de realisation represents a la figure 1, le moyen de refroidissement 20 comprend un echangeur de chaleur 22 situe dans le circuit 10 de fluide dielectrique ici en aval de la pompe 18. Ainsi, apres voir subit une montee en 25 temperature suite au contact avec une cellule 100 le fluide 3 est recupere par le reservoir 16, aspire par la pompe 18 puis it subit une descente en temperature sous l'action de ('echangeur de chaleur 22. Le fluide 3 est alors transports dans le circuit jusqu'aux buses d'aspersions, entre a nouveau au contact des cellules 100 et subit a nouveau une montee en temperature. 30 Selon un mode de realisation represents en figure 3, le moyen de refroidissement 20 du fluide dielectrique 3 comprend un echangeur de chaleur 22 situe dans le reservoir. Le refroidissement du fluide dielectrique 3 est ici realise en amont de la pompe 18. II est ensuite aspire par la pompe 18. Cette disposition 35 permet d'utiliser un echangeur de chaleur 22 sous la forme d'une plaque qui peut avoir une surface d'echange de chaleur de dimensions plus importantes que dans le 7 cas d'un echangeur de chaleur situe en aval de la pompe 18. Ainsi, l'echange de temperature entre le fluide dielectrique 3 et l'echangeur de chaleur 22 est ameliore. Selon un mode de realisation represente a la figure 4, le fluide dielectrique 3 5 subit un changement de phase et se vaporise, au moins partiellement, lorsqu'il entre en contact avec la surfaces de cellules 100. Le moyen de refroidissement 20 selon ce mode de realisation comprend un condenseur 26 configure de sorte a condenser le fluide dielectrique 3 pour passer de phase vapeur en phase liquide et a faire ruisseler ledit fluide 3 jusqu'au reservoir 16 notamment grace a un plan incline. Le 10 fluide 3 en phase liquide dans le reservoir 16 est alors aspire par la pompe 18. Le condenseur 26 permet de condenser le fluide dielectrique 3 grace a une difference de temperature entre le condenseur et le fluide dielectrique en phase vapeur. Avantageusement, le condenseur 26 est configure pour la circulation d'un fluide refrigerant destine a echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique 3. Le 15 refrigerant provient d'un detendeur et circule dans le condenseur 26 de maniere a abaisser la temperature du condenseur. Le condenseur 26 permet alors de condenser le fluide dielectrique 3 gazeux. Selon un mode de realisation represente a la figure 5, le moyen de 20 refroidissement 20 comprend en outre un echangeur de chaleur 24 permettant un echange de chaleur entre un fluide refrigerant et un fluide de refroidissement. Le condenseur 26 selon ce mode de realisation est configure pour la circulation du fluide de refroidissement en vue d'echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique 3 en phase vapeur. 25 Lorsque les cellules presentent une temperature trop faible it peut etre avantageux d'augmenter leur temperature. Lors d'une utilisation d'une batterie dans des conditions de temperature faibles, par exemple inferieur a 0°C, it est avantageux de pouvoir augmenter la temperature des cellules 100 de batterie afin 30 d'obtenir plus rapidement des performances optimales. Ainsi, le dispositif 1 selon la presente invention peut comprendre un moyen de chauffage 28 du fluide dielectrique 3. Le moyen de chauffage 28 permet alors de chauffer le fluide 3 qui va a son tour chauffer les cellules 100 jusqu'a une temperature optimale d'utilisation. Ledit moyen de chauffage 28 peut notamment 35 etre une resistance. 8 Comme illustre sur les figures 1 a 5, le moyen de chauffage 28 du fluide dielectrique 3 est ici situe dans le circuit 10, avantageusement situe dans le reservoir 16. 5 La presente invention concerne egalement un pack-batterie 200 comprenant un dispositif 1 decrit plus haut ainsi qu'une pluralite de cellules 100 de batteries. A la figure 6, on visualise mieux la pluralite de cellules 100 et la pluralite de rampe 11 d'alimentation REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de regulation de temperature d'une batterie comprenant au moins une cellule (100) de stockage d'energie, ledit dispositif (1) comprenant un circuit (10) de fluide dielectrique, ledit circuit (10) comprenant des moyens (12) pour arroser la surface de ladite cellule (100) a ('aide dudit fluide dielectrique (3). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caracterise en ce que les moyens (12) pour arroser comprennent des buses d'aspersion (14) du fluide dielectrique (3) en phase liquide. 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, caracterise en ce que les buses d'aspersion (14) sont configurees pour etre placees entre chaque cellule (100) de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique (3) sur des faces laterales des cellules (100). 4. Dispositif (1) selon la revendication 2, caracterise en ce que les buses d'aspersion (14) sont configurees pour etre placees au-dessus de chaque cellule (100) de batterie de sorte a projeter le fluide dielectrique (3) sur des faces superieures des cellules (100). 5. Dispositif (1) selon I'une des revendications 2 a 4, caracterise en ce que les buses d'aspersion (14) sont configurees de sorte a produire un jet (5) de fluide dielectrique (3), ledit fluide (3) etant destine a se vaporiser au moins en partie a la surface des cellules (100). 6. Dispositif (1) selon I'une des revendications 2 a 4, caracterise en ce que les buses d'aspersion (14) sont configurees de sorte a pulveriser le fluide dielectrique (3) sous forme de fines gouttes (7), destinees a s'ecouler a la surface des cellules (100). 7. Dispositif (1) selon I'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend un reservoir (16) configure pour etre dispose sous les cellules (100) et apte a recuperer, sous phase liquide, le fluide dielectrique (3) envoye a la surface des cellules (100) de batterie ainsi qu'une pompe (18) configuree pour aspirer ledit 10 fluide dielectrique (3) dans le reservoir (16) et le mettre sous pression dans ledit circuit (10) de fluide dielectrique. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caracterise en ce qu'il comprend au 5 moins un moyen de refroidissement (20) du fluide dielectrique (3). 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, caracterise en ce que le moyen de refroidissement (20) du fluide dielectrique (3) comprend un echangeur de chaleur (22) situe dans le circuit (10) de fluide dielectrique. 10 10. Dispositif (1) selon la revendication 8, caracterise en ce que le moyen de refroidissement (20) du fluide dielectrique (3) comprend un echangeur de chaleur (22) situe dans le reservoir (16). 15 11. Dispositif (1) selon la revendication 8, caracterise en ce que le moyen de refroidissement (20) comprend un condenseur (26) configure de sorte a condenser le fluide dielectrique (3) pour passer de phase vapeur en phase liquide et a faire ruisseler ledit fluide (3) jusqu'au reservoir (16). 20 12. Dispositif (1) selon la revendication 11, caracterise en ce que le condenseur (26) est configure pour la circulation d'un fluide refrigerant destine a echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique (3). 13. Dispositif (1) selon la revendication 11, caracterise en ce que le moyen de 25 refroidissement (20) comprend en outre un echangeur de chaleur (24) permettant un echange de chaleur entre un fluide refrigerant et un fluide de refroidissement, ledit condenseur (26) etant configure pour la circulation dudit fluide de refroidissement en vue d'echanger de la chaleur avec le fluide dielectrique (3). 30 14. Dispositif (1) selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend un moyen de chauffage (28) dudit fluide dielectrique (3). 15. Pack-batterie (200) comprenant le dispositif (1) selon l'une des revendications precedentes ainsi qu'une pluralite de cellules (100) de batteries.