Brevet FR3097505A1 — publié le 20201225

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE DES BATTERIES A HAUT VOLTAGE POUR VEHICULES HYBRIDES [0ool] L'invention s'applique au domaine de l'alimentation électrique des moteurs des véhicules hybrides. [0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif et un procédé de condi- tionnement thermique des batteries à haut-voltage utilisées pour l'alimentation des moteurs électriques des véhicules hybrides et, notamment, des véhicules hybrides rechargeables. [0003] Un véhicule hybride est équipé d'au moins deux groupes de motorisation différents comprenant, respectivement, un moteur thermique et au moins un moteur électrique. [0004] Il existe aussi aujourd'hui des véhicules hybrides rechargeables (Plug-in-Hybrid - Electric Vehicle ou PHEV) qui disposent, notamment, d'une batterie spécifique dédiée essentiellement à la motorisation électrique. Cette batterie à haut voltage (et dont la puissance est généralement comprise entre 90 kW et 100 kW) se recharge lorsque le véhicule roule par récupération de l'énergie de décélération ou lorsque le véhicule est à l'arrêt par un branchement sur le secteur. [0005] Ce type de véhicule est capable de fonctionner en mode tout électrique indé- pendamment du moteur thermique et permet de concilier les avantages d'un véhicule électrique pour de courts trajets et d'un véhicule thermique pour les plus longues distances. [0006] Toutefois, le démarrage à froid de ces véhicules hybrides est problématique, en par- ticulier, en présence de basses températures. En effet, dans de telles conditions climatiques, le véhicule ne peut pas démarrer en mode électrique malgré une pleine charge de la batterie parce que sa température ne lui permet pas de fournir l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du moteur électrique. [0007] Il en résulte que le véhicule va devoir démarrer et rouler en utilisant son moteur thermique jusqu'à ce que la température de la batterie du moteur électrique se réchauffe, ce qui est pénalisant pour les performances du véhicule et entraîne des nuisances pour l'environnement (pollution). [0008] 11 est connu de réchauffer des batteries électriques de véhicules automobiles au moyen d'un dispositif tel que celui décrit dans le US10005450B2. Cependant, ce dispositif qui utilise les calories des gaz d'échappement nécessite donc que le moteur thermique soit en fonction. Par conséquent, ce dispositif n'est pas adapté au chauffage de la batterie à haut-voltage du moteur électrique d'un véhicule hybride dans lequel le 2 moteur thermique doit rester à l'arrêt pour le démarrage. [0009] Par ailleurs, dans certains véhicules hybrides, la motorisation est équipée d'un com- presseur électrique et le moteur thermique est pourvu d'un échappement catalytique. Cet échappement catalytique est souvent muni de moyens de chauffage électriques (« Electrical Heated Catalyst » ou EHC) alimentés par une batterie classique de 12V (dite SLI pour « Start-Lighting-Ignition ») équipant habituellement les véhicules automobiles. [0010] Dans ce contexte, l'invention propose de résoudre le problème de l'inactivation à froid de la batterie à haut voltage du moteur électrique en la réchauffant grâce aux équipements traditionnels du moteur thermique et, notamment, en utilisant une combinaison entre le compresseur électrique et les moyens de chauffage du système d'échappement catalytique. [0011] Ce but est atteint au moyen d'un procédé de conditionnement thermique d'une batterie à haut voltage pour le démarrage à froid du moteur électrique d'un véhicule hybride, ledit véhicule étant équipé, en outre, d'un moteur thermique, d'un compresseur électrique, d'un échappement catalytique, de moyens de chauffage dudit échappement catalytique et d'une batterie (12V), caractérisé en cc qu'on alimente le compresseur et les moyens de chauffage de l'échappement catalytique avec la batterie (12V) pour produire un flux d'air chaud que l'on envoie vers la batterie à haut voltage afin de la réchauffer jusqu'à ce que sa température atteigne sa température minimale d'activation. [0012] Une fois que la batterie à haut voltage est à la température normale d'activation, le moteur électrique du véhicule est alimenté et peut alors démarrer. [0013] Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé n'est mis en oeuvre que si la température ambiante est inférieure à la température de fonctionnement de la batterie à haut voltage. [0014] Selon une variante de l'invention, le procédé est mis en oeuvre dès que le véhicule s'arrête et/ou que la motorisation est coupée. [0015] Selon une autre variante de l'invention, le procédé n'est mis en oeuvre que suite à l'activation préalable par l'utilisateur du véhicule d'une commande spécifique de chauffage automatique de la batterie à haut-voltage. [0016] Selon une autre caractéristique du procédé, on fait varier le débit du flux d'air issu du compresseur électrique et la puissance des moyens de chauffage de l'échappement catalytique pour contrôler la température de la batterie à haut voltage. [0017] Un autre objet de l'invention est un dispositif de conditionnement thermique pour l'utilisation du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce que le compresseur électrique est raccordé via une conduite d'air aux moyens de chauffage de l'échappement catalytique qui sont eux-mêmes raccordés à un échangeur thermique 3 couplé à un carter dans lequel est logé la batterie à haut voltage. [0018] Selon une caractéristique avantageuse du dispositif, l'échangeur thermique est relié en boucle au compresseur électrique via une valve intercalaire. [0019] Selon une autre caractéristique du dispositif, l'échangeur thermique est pourvu d'un capteur de température couplé à des moyens d'asservissement du compresseur électrique et/ou des moyens de chauffage de l'échappement catalytique. [0020] Selon une variante du dispositif de l'invention, le compresseur électrique est associé à un turbo-compresseur à assistance électrique. [0021] Encore un autre objet de l'invention est un véhicule hybride équipé d'un dispositif de conditionnement thermique présentant les caractéristiques définies ci-dessus. [0022] Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre quand le véhicule est à l'arrêt, moteur coupé ou en simple stationnement et même pendant que la batterie à haut voltage est branchée sur le secteur pour sa recharge. [0023] En outre, le procédé de l'invention permet de garantir que le démarrage du véhicule ne s'effectuera qu'au moyen du moteur électrique et non par le moteur thermique ce qui contribue à une économie de carburant et à une préservation de l'environnement. [0024] Les zones à zéro émission (dites ZEV) et, notamment, celles situées en milieu urbain, sont donc facilement et librement accessibles par le véhicule hybride équipé du dispositif de l'invention. [0025] Par ailleurs, le contrôle de la température de la batterie à haut-voltage assure une plus grande disponibilité de l'énergie électrique, un allongement de la durée de vie de cette batterie et une plus grande fiabilité du véhicule hybride. [0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. [0027] [fig.1] est une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif de condi- tionnement thermique de l'invention. [0028] [fig.2] est un graphe représentant un mode de mise en oeuvre préférentiel (lu procédé de l'invention. [0029] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. [0030] Naturellement, les modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. [0031] L'invention concerne le domaine de l'alimentation du moteur électrique des véhicules hybrides et, plus particulièrement, des véhicules hybrides rechargeables ( Plug-in-Hybrid-Electric Vehicle ou PHEV). [0032] De manière générale, un véhicule hybride est équipé d'au moins deux groupes de motorisation différents comprenant, respectivement, un moteur thermique et au moins un moteur électrique. [0033] Les véhicules hybrides rechargeables sont équipés d'une batterie spécifique dédiée essentiellement à la motorisation électrique. Cette batterie délivre un courant électrique continu de haut voltage dont la puissance est généralement comprise entre 90 kW et 100 kW. [0034] Cette batterie se recharge lorsque le véhicule roule par récupération de l'énergie de décélération ou lorsque le véhicule est à l'arrêt par un branchement sur le secteur, comme pour les véhicules électriques traditionnels. Ce type de véhicule est ainsi capable de fonctionner en mode tout électrique indépendamment du moteur thermique. [0035] Toutefois, il s'avère que le démarrage à froid de ces véhicules hybrides est pro- blématique, en particulier, en présence de basses températures ambiantes. En effet, dans de telles conditions, la température de la batterie est inférieure à sa température minimale de fonctionnement et elle n'est donc pas susceptible de fournir l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du moteur électrique. [0036] Dans de telles conditions, le véhicule va nécessairement démarrer et rouler en utilisant son moteur thermique jusqu'à ce que la température de la batterie du moteur électrique se réchauffe et que le moteur électrique prenne éventuellement le relais. [0037] Or, il se trouve que dans certains véhicules hybrides, le moteur thermique est équipé d'un compresseur électrique et d'un échappement catalytique pourvu de moyens de chauffage électriques (« Electrical Heated Catalyst » ou EHC). Ces moyens de chauffage peuvent être alimentés par une batterie classique à bas voltage, généralement de 12V (dite SU I pour « Start-Lighting-Ignition ») telle que celle équipant habituellement les véhicules automobiles et qui est toujours présente sur les véhicules hybrides. Généralement, cette batterie n'est pas aussi sensible aux basses températures que la batterie à haut-voltage. [0038] Par conséquent, l'invention consiste à alimenter conjointement le compresseur et les moyens de chauffage de l'échappement catalytique avec la batterie de 12V pour produire un flux d'air chaud destiné à être envoyé vers la batterie à haut voltage afin de la réchauffer. Ce chauffage est effectué jusqu'à ce que la température de la batterie atteigne sa température minimale d'activation permettant de délivrer un courant électrique suffisant pour assurer le fonctionnement du moteur électrique. [0039] Selon l'invention, il est prévu que ce procédé de conditionnement thermique soit mis en oeuvre si la température ambiante est inférieure à la température minimale de fonctionnement de la batterie à haut voltage, comme illustré par les graphes de la figure 2. [0040] Toutefois, ce procédé peut aussi être mis en oeuvre dès que le véhicule s'arrête et/ou que la motorisation (thermique ou électrique) est coupée car la température de la batterie à haut-voltage est alors susceptible de baisser rapidement, en particulier, en hiver. [0041] A titre optionnel, le procédé de l'invention peut prévoir que le chauffage de la batterie à haut-voltage soit effectué automatiquement si l'utilisateur du véhicule a activé au préalable une commande spécifique pour la mise en oeuvre du procédé de conditionnement thermique. [0042] Le procédé de l'invention comprend également la possibilité de faire varier le débit du flux d'air issu du compresseur électrique et la puissance des moyens de chauffage de l'échappement catalytique pour contrôler et, le cas échéant, ajuster, la température de la batterie à haut voltage. [0043] Le procédé de conditionnement thermique de l'invention est effectué au moyen d'un dispositif spécifique qui combine le compresseur électrique et les moyens de chauffage de l'échappement catalytique. [0044] A cet effet et comme illustré par la figure 1, le compresseur électrique 2 délivre un flux d'air pulsé qui transite, via une première conduite 23, vers les moyens de chauffage 3 de l'échappement catalytique E. [0045] Les moyens de chauffage 3 ont eux-mêmes raccordés, via une seconde conduite 31, à un échangeur thermique 10 associé à un carter (non représenté) dans lequel est logé la batterie 1 à haut voltage. [0046] L'échangeur thermique 10 est relié en boucle, par une troisième conduite 12, au com- presseur électrique 2 via une valve intercalaire 4. [0047] De préférence, l'échangeur thermique 10 est pourvu d'un capteur de température 11 couplé à des moyens d'asservissement du compresseur électrique 2 et/ou des moyens de chauffage 3 de l'échappement catalytique E. [0048] Selon une variante du dispositif de l'invention et en fonction de la structure de la mo- torisation M ou du type de véhicule hybride, le compresseur électrique 2 peut être associé à un turbocompresseur C à assistance électrique. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de conditionnement thermique d'une batterie (1) à haut voltage pour le démarrage à froid du moteur électrique d'un véhicule hybride, ledit véhicule étant équipé, en outre, d'un moteur thermique, d'un compresseur électrique (2), d'un échappement catalytique (E), de moyens dc chauffage (3) dudit échappement catalytique et d'une batterie (12V), caractérisé en ce qu'on alimente le compresseur (2) et les moyens de chauffage (3) de l'échappement catalytique (E) avec la batterie (12V) pour produire un flux d'air chaud que l'on envoie vers la batterie (1) à haut voltage afin de la réchauffer jusqu'à ce que sa température atteigne sa température minimale d'activation. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre si la température ambiante est inférieure à la température minimale de fonctionnement de la batterie (1) à haut voltage. [Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dès que le véhicule s'arrête et/ou que la motorisation (M) est coupée. [Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre suite à l'activation préalable par l'utilisateur du véhicule d'une commande spécifique de chauffage automatique de la batterie (1) à haut-voltage. [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce qu'on fait varier le débit du flux d'air issu du compresseur électrique (2) et la puissance des moyens de chauffage (3) de l'échappement catalytique (E) pour contrôler la température de la batterie (1) à haut voltage. [Revendication 6] Dispositif de conditionnement thermique pour l'utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur électrique (2) est raccordé via une première conduite d'air (23) aux moyens de chauffage (3) de l'échappement catalytique (E) qui sont eux-mêmes raccordés, via une seconde conduite (31), à un échangeur thermique (10) associé à un carter clans lequel est logé la batterie (1) à haut voltage. [Revendication 7] Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (10) est relié en boucle (12) au compresseur électrique (2) via une valve intercalaire (4). [Revendication 8] Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit 7 [Revendication 9] échangeur thermique (10) est pourvu d'un capteur (11) de température, couplé à des moyens d'asservissement du compresseur électrique (2) et/ ou des moyens de chauffage (3) de l'échappement catalytique (E). Dispositif selon l'une des revendication 6 à 8, caractérisé en ce que ledit compresseur électrique (2) est associé à un turbo-compresseur (C) à assistance électrique. [Revendication 10] Véhicule hybride équipé d'un dispositif de conditionnement thermique selon l'une des revendications précédentes.