Brevet FR3092792A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : Unité de stockage d'énergie électrique pour la propulsion d'une machine électrique [0001] La présente invention concerne une unité de stockage d'énergie électrique pour la propulsion d'une machine électrique. [0002] L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, à la propulsion d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'unité de stockage (l'énergie électrique fournit par exemple une tension nominale de 48V. En variante, cette tension nominale peut être plus élevée, par exemple supérieure à 300V. [0003] Lors d'un démarrage d'un véhicule à propulsion hybride à électrique, la température de l'unité de stockage électrique peut être basse et cela peut nuire à l'efficacité des cellules de stockage d'énergie électrique formant cette unité de stockage d'énergie électrique. Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé de chauffer ces cellules de stockage d'énergie électrique, par exemple via des modules à effet Peltier ou via des couches de résistance chauffantes disposées entre ces cellules. De telles solutions sont coûteuses et peuvent s'avérer intrusives, nécessitant de modifier l'architecture interne de l'unité de stockage d'énergie électrique. [0004] 11 existe un besoin pour améliorer les performances à froid d'une unité de stockage d'énergie électrique pour la propulsion d'une machine électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride, tout en remédiant aux inconvénients précités. [0005] L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'une unité de stockage d'énergie électrique pour la propulsion d'une machine électrique, l'unité de stockage comprenant : [0006] - une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique connectées entre elles, et [0007] - un boîtier dans lequel est reçue la pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique, un circuit pour un fluide réalisant un échange thermique avec tout ou partie des cellules de stockage d'énergie électrique étant ménagé dans le boîtier, [0008] l'unité de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une source de chaleur permettant de chauffer sélectivement le fluide de manière à ce que ce fluide puisse alors chauffer tout ou partie des cellules de stockage d'énergie électrique. [0009] Selon l'invention, on utilise un fluide pour chauffer tout ou partie des cellules de stockage d'énergie électrique, ce chauffage permettant d'améliorer les performances de ces cellules. Comme on le verra par la suite, ce circuit permet avantageusement dans certaines configurations, par exemple hors démarrage du véhicule, de refroidir tout ou partie de ces cellules de stockage d'énergie électrique. L'invention permet ainsi d'ajouter une nouvelle fonctionnalité à un composant déjà présent, à savoir le circuit de 2 refroidissement. Le fluide est par exemple du liquide, notamment de l'eau glycolée. [0010] La source de chaleur est par exemple activable, par exemple par une unité de contrôle. Cette unité de contrôle est par exemple intégrée au système de gestion de l'unité de stockage d'énergie électrique (« BMS » en anglais) ou à la commande d'un convertisseur de tension interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique et la machine électrique. [0011] La source de chaleur est par exemple une résistance chauffante. La source de chaleur se présente par exemple sous la forme d'une couche fine, encore appelée « film », ou sous la forme d'un bloc. Plusieurs sources de chaleur distinctes sont par exemple prévues. En variante, la source de chaleur est formée par un convertisseur de tension continu/continu, par exemple celui décrit ultérieurement. [0012] La source de chaleur peut être disposée sur une surface extérieure ou intérieure du boîtier, étant par exemple rapportée sur cette surface. Le circuit peut alors être disposé, structurellement parlant, entre la source de chaleur et tout ou partie des cellules de stockage d'énergie électrique. [0013] Le circuit pour le fluide peut comprendre une entrée en fluide et une sortie en fluide, et la source de chaleur peut être disposée au niveau d'une portion du circuit directement adjacente à l'entrée en fluide. Dans cet exemple, le fluide est chauffé par la source de chaleur dès son entrée dans le circuit. De cette façon, il peut transférer tout ou partie de la chaleur qu'il reçoit aux cellules de stockage d'énergie électrique lors de son parcours dans le boîtier entre l'entrée en fluide et la sortie en fluide. [0014] Dans tout ce qui précède, le circuit parcouru par le fluide peut être défini par de l'espace libre dans le boîtier, le fluide circulant alors où il trouve de l'espace au sein du boîtier. [0015] En variante, le circuit est délimité par un conduit dans le boîtier. Ce conduit peut être un tuyau ou ce conduit peut être ménagé dans la paroi du boîtier. Cette paroi est par exemple creuse de manière à définir le conduit. Lorsque le conduit est ménagé dans la paroi du boîtier, il peut être réalisé selon l'enseignement de la demande déposée en France le 17 octobre 2018 par la présente Demanderesse Valeo Systèmes de Contrôle Moteur sous le numéro 1859604. [0016] Comme déjà mentionné, le circuit peut principalement être utilisé comme circuit de refroidissement, en l'absence de chauffage du fluide le parcourant par la source de chaleur. [0017] La paroi du boîtier peut comprendre une surface extérieure et une surface intérieure et la source de chaleur peut être disposée sur la surface extérieure de cette paroi ou sur la surface intérieure de cette paroi. Lorsque plusieurs sources de chaleur sont présentes et que le circuit est ménagé dans la paroi du boîtier, ces sources de chaleur peuvent toutes être disposées sur la surface intérieure de la paroi du boîtier ou toutes être 3 disposées sur la surface extérieure de cette paroi du boîtier. En variante, il peut exister une ou plusieurs sources de chaleur disposées sur la surface intérieure de la paroi du boîtier et une ou plusieurs sources dc chaleur disposées sur la surface extérieure de la paroi du boîtier. [0018] Dans tout cc qui précède, le boîtier peut comprendre un corps et un capot, la source de chaleur étant disposée au niveau d'au moins une face du corps, c'est-à-dire à l'intérieur de cette face ou sur une surface intérieure ou extérieure de cette face. La source de chaleur est par exemple disposée sur la surface intérieure ou sur la surface extérieure de ladite face du corps. La source de chaleur recouvre par exemple la totalité ou non de cette surface intérieure ou extérieure. [0019] Au sens de la présente demande, une surface d'un composant est dite « intérieure » si elle est tournée vers l'intérieur de ce composant, définissant par exemple un logement intérieur de ce composant, et une surface d'un composant est dite « extérieure » si elle est tournée vers l'extérieur de cc composant. [0020] Le corps comprend par exemple une face de fond, opposée à l'ouverture du corps obturée par le capot lorsque le boîtier est assemblé, et la ou les sources de chaleur sont par exemple disposées au niveau de cette face de fond, par exemple sur la surface extérieure ou la surface intérieure de cette face de fond. [0021] En variante ou en combinaison de la disposition dc source(s) de chaleur au niveau dc la face de fond du corps, une ou plusieurs sources de chaleur peuvent être disposées dans des faces latérales du corps, par exemple sur la surface extérieure ou la surface intérieure de face(s) latérale(s) de ce corps. [0022] Le corps définit par exemple un logement recevant les cellules de stockage d'énergie électrique et le capot comprend par exemple un connecteur électrique permettant l'alimentation électrique de la machine électrique par l'unité de stockage d'énergie électrique. [0023] Le capot intègre par exemple un convertisseur de tension, par exemple un convertisseur de tension continu/continu permettant d'adapter la valeur de tension fournie par l'unité de stockage d'énergie électrique à des consommateurs électriques. Il s'agit par exemple d'un convertisseur de tension continu/continu 12V/48V. Dans le cas d'une application automobile, ce convertisseur de tension permet par exemple entre autres d'alimenter électriquement une autre unité de stockage d'énergie électrique dont la tension nominale est par exemple de 12V. [0024] Les différentes cellules de stockage d'énergie électrique sont par exemple des plaques empilées les unes sur les autres dans le logement du corps. [0025] Comme déjà mentionné, en l'absence de chaleur fournie par la source de chaleur, le circuit peut permettre de refroidir tout ou partie des cellules de stockage d'énergie électrique. [0026] Lorsque l'unité de stockage d'énergie électrique comprend plusieurs sources de chaleur, toutes ces sources de chaleur peuvent être disposées de manière à ce que le circuit parcouru par le fluide soit interposé, au moins fonctionnellement parlant, voire structurellement parlant, entre ces sources de chaleur et tout ou partie des cellules de stockage de l'unité de stockage d'énergie électrique. Autrement dit, le chauffage de ces cellules de stockage par les sources de chaleur s'effectue toujours via le fluide circulant dans le circuit. Aucun chauffage direct des cellules de stockage de l'unité de stockage d'énergie électrique peut alors n'avoir lieu. [0027] En variante, en plus de sources de chaleur chauffant tout ou partie des cellules de stockage de l'unité de stockage d'énergie électrique par l'intermédiaire du fluide, d'autres sources de chaleur peuvent être prévues, ces dernières chauffant alors l'unité de stockage d'énergie électrique autrement que via le fluide parcourant le circuit. [0028] Dans tout ce qui précède, chaque cellule de stockage d'énergie électrique peut être de type lithium, étant par exemple du type lithium-ion. [0029] L'unité de stockage d'énergie électrique comprend par exemple un nombre de cellules de stockage compris entre dix et vingt, par exemple égal à quatorze Ces cellules sont par exemple connectées en série entre elles. La tension nominale fournie par l'unité de stockage d'énergie électrique est par exemple de 48V mais d'autres valeurs sont possibles, par exemple des valeurs supérieures à 300V. [0030] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : [0031] - la [fig.1] représente en élévation une unité de stockage d'énergie électrique à laquelle s'applique l'invention, [0032] - la [fig.2] représente en isolé le circuit de refroidissement de l'unité de stockage de la [Fig.1], [0033] - la [fig.3] représente un exemple de résistance chauffante pouvant être utilisée comme source de chaleur dans le cadre de l'invention, [0034] - les [fig.4] et [Fig.5] sont différentes vues d'un capot de boîtier d'une unité de stockage d'énergie électrique selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, et [0035] - les [fig.6], [Fig.7] et [Fig.8] représentent respectivement trois unités de stockage d'énergie électrique selon d'autres exemples de mise en oeuvre de l'invention. [0036] On a représenté sur la figure 1 une unité de stockage d'énergie électrique 1 à laquelle s'applique l'invention. [0037] Cette unité de stockage d'énergie électrique 1 est dans l'exemple considéré embarquée sur un véhicule automobile hybride ou électrique et elle est utilisée pour alimenter électriquement une machine électrique de propulsion de ce véhicule. Cette unité de stockage d'énergie électrique comprend ici un boîtier 3 formé par l'assemblage d'un corps 4 et d'un capot 5. [0038] Le corps 4 présente ici une forme de parallélépipède creux, une paroi 6 entourant un logement débouchant en regard du capot 5. Cette paroi 6 comprend une face de fond 7 pour le corps 4 et des faces latérales 8 s'étendant autour de la face de fond 7. [0039] Le corps 4 reçoit une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique, par exemple entre dix et vingt cellules qui ont une forme de plaque. Ces cellules de stockage d'énergie électrique sont ici empilées dans un logement ménagé dans le corps 4 et obturé par le capot 5 lorsque le capot est assemblé sur le corps 4. Les cellules de stockage d'énergie électrique sont ici connectées en série et fournissent une tension de valeur nominale de 48V. [0040] Le capot 5 intègre ici un convertisseur de tension qui est ici un convertisseur de tension continu/continu 12/48V et qui permet de fournir une tension de 12V à des équipements électroniques du réseau de bord du véhicule. Le capot 5 intègre également un connecteur électrique 13 qui permet ici de transmettre un signal de 48V et un signal de 12V à l'extérieur de l'unité de stockage d'énergie électrique 1, ainsi qu'un signal de commande. On constate encore que le capot 5 peut porter des ailettes de refroidissement. [0041] Dans l'exemple considéré, un circuit parcouru par du fluide, qui peut être un liquide comme de l'eau glycoléc, est ménagé dans l'unité de stockage d'énergie électrique 1. Ce circuit comprend une entrée en fluide 15 qui est portée par le capot 5 et une sortie en fluide 16 qui est également portée par le capot 5 dans l'exemple considéré. On constate sur la figure 1 que chacune de l'entrée en fluide 15 et de la sortie en fluide 16 est connectée à une conduite 20 permettant au liquide de poursuivre son parcours à l'extérieur de l'unité de stockage d'énergie électrique 1. A l'intérieur de l'unité de stockage d'énergie électrique 1, le circuit peut être défini par une conduite, son parcours à l'intérieur de l'unité de stockage d'énergie électrique 1 étant alors imposé. Comme représenté sur la figure 2, cette conduite peut comprendre deux branches 21 en parallèle entre l'entrée en fluide 15 et la sortie en fluide 16. Comme expliqué dans la demande déposée en France le 17 octobre 2018 sous le numéro 18 59604, le canal peut être ménagé par portions à l'intérieur de la paroi 6 du corps 4 et par portions à l'intérieur de la paroi du capot 5. Dans la paroi du corps 4, le circuit peut s'étendre depuis une extrémité libre de la paroi d'une face latérale 8 dans cette paroi de la face latérale 8, puis dans la paroi de la face de fond 7, puis dans la paroi d'une autre face latérale 8. [0042] Selon l'invention, on prévoit au moins une source de chaleur 25 pour chauffer sélec- tivement le fluide circulant dans le circuit. Chaque source de chaleur 25 est par exemple une résistance chauffante 25, par exemple une résistance chauffante étant un 6 bloc selon la figure 3. [0043] Une seule source de chaleur 25 est par exemple intégrée à l'unité de stockage d'énergie électrique 1. [0044] En variante, plusieurs sources de chaleur 25, par exemple plusieurs résistances chauffantes, peuvent être intégrées. On constate ainsi, sur les figures 4 et 5 qui représentent un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, que deux résistances chauffantes 25 peuvent être disposées au niveau d'une portion du circuit qui est directement adjacente à l'entrée en fluide 15. Ainsi, le liquide peut être chauffé par ces résistances chauffantes 25, qui se présentent sur les figures 4 et 5 sous la forme de couches minces, dès son entrée dans le boîtier 3. On constate sur les figures 4 et 5 qu'une résistance chauffante 25 est disposée sur la surface intérieure de la paroi du capot 5 tandis que l'autre résistance chauffante est disposée sur la surface extérieure de cette paroi. [0045] D'autres exemples de mise en oeuvre sont décrits en référence aux figures 6 à 8. [0046] Sur la figure 6, une unique résistance chauffante 25 se présentant sous la forme d'une couche fine est rapportée sur la surface extérieure de la face de fond 7 de la paroi 6 du corps 4. [0047] Sur la figure 7, une unique résistance chauffante 25 se présentant sous la forme d'une couche fine est rapportée sur la surface extérieure d'une face latérale 8 de la paroi 6 du corps 4. [0048] Sur la figure 8, plusieurs résistances chauffantes 25 sont prévues, à savoir : [0049] - une résistance chauffante se présentant sous la forme d'une couche fine et rapportée sur la surface extérieure de la face de fond 7 de la paroi 6 du corps 4, et [0050] - une ou plusieurs résistantes chauffantes 25 se présentant chacune sous la forme d'une couche fine et respectivement rapportée sur la surface extérieure d'une face latérale 8 de la paroi 6 du corps 4. [0051] Dans les exemples des figures 6 à 8, toutes les résistances chauffantes décrites sont rapportées sur une surface extérieure de la paroi 6 du corps, mais dans des variantes non représentées tout ou partie de ces résistances chauffantes 25 peut être rapportée sur une surface intérieure de la paroi 6 du corps 4. [0052] Dans tout ce qui précède, les sources de chaleur ne sont activées que ponctuellement afin d'améliorer l'efficacité des cellules de stockage d'énergie électrique à froid. Ainsi, par exemple lors du démarrage du véhicule, on active, par exemple via une unité de contrôle commune au convertisseur de tension intégré dans le capot 5, la ou les sources de chaleur 25 de manière à ce que ces dernières chauffent le liquide circulant dans le circuit ménagé dans le boîtier 3. De cette façon, le liquide peut transmettre cette chaleur aux cellules de stockage d'énergie électrique à proximité desquelles il circule lors de son parcours dans le boîtier 3. 7 [0053] Lorsque la ou les sources de chaleur 25 ne sont pas activées, le liquide circulant dans le circuit peut agir comme un liquide de refroidissement et refroidir les cellules de stockage d'énergie électrique et/ou les cellules de commutation du convertisseur de tension lorsque ce dernier est intégré au capot 5. Dans des exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits, le chauffage des cellules de stockage d'énergie peut s'effectuer exclusivement par l'intermédiaire du liquide circulant dans le circuit qui reçoit sélectivement la chaleur de la ou les sources de chaleur 25. [0054] En variante, l'unité de stockage d'énergie électrique 1 peut comprendre une ou plusieurs sources de chaleur, se présentant par exemple sous la forme d'une ou plusieurs résistances chauffantes, et chauffant sélectivement le liquide parcourant le circuit pour que cc dernier transmette cette chaleur aux cellules de stockage d'énergie électrique, et une ou plusieurs sources de chaleur, se présentant ou non sous la forme d'une ou plusieurs résistances chauffantes, et chauffant sélectivement directement des cellules de stockage d'énergie électrique. Le chauffage direct de cellules de stockage d'énergie électrique de l'unité de stockage d'énergie électrique se fait par exemple via des résistances chauffantes disposées entre deux cellules de stockage d'énergie électrique adjacentes. [0055] L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. 8