Brevet FR3102009A1 — publié le 20210416

L’invention concerne un procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, au moyen d’un système comprenant un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène et un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9, le procédé comprenant : l’échange de chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur ; l’échange de chaleur entre la deuxième composition de transfert de chaleur et la première composition de transfert de chaleur. L’invention concerne aussi une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé. Procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile Domaine de l’invention La présente invention concerne un procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile, ainsi qu’une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé. Les batteries des véhicules électriques ou hybrides donnent un rendement maximal dans des conditions d’utilisation spécifiques et surtout dans une plage de température bien spécifique. Un rendement maximal signifie une puissance instantanée disponible élevée, une capacité totale disponible élevée, ainsi qu’une augmentation de la durée de vie de la batterie. Ainsi, le rendement maximal d’une batterie permet non seulement une meilleure performance et autonomie des véhicules mais aussi une moindre consommation énergétique des véhicules par km. De plus, lors du fonctionnement du véhicule électrique ou hybride, la température de la batterie augmente et doit toujours être maintenue à une température inférieure à 60°C, de préférence à une température inférieure à 40°C pour éviter un vieillissement prématuré, voire la destruction de la batterie. À des températures inférieures à 15°C, la charge de la batterie diminue en raison de l'augmentation de la résistance interne. Par conséquent, pendant le fonctionnement d'un véhicule, la température de la batterie doit être maintenue entre environ 15 et 40°C. Le fonctionnement de l'unité de batterie en dessous de 0°C endommage les cellules de la batterie et entraîne par conséquent une réduction significative de la durée de vie de l'unité de batterie, de sorte qu'une telle condition doit être évitée. Dans les véhicules automobiles, le moteur thermique comporte un circuit de circulation d’un fluide caloporteur qui est utilisé pour le refroidissement du moteur et également pour le chauffage de l’habitacle. A cet effet, le circuit comprend notamment une pompe et un aérotherme dans lequel circule un flux d’air qui récupère la chaleur emmagasinée par le fluide caloporteur afin de chauffer l’habitacle. Par ailleurs, un système de refroidissement comprend un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et un fluide susceptible de changer d’état (liquide/gaz) communément désigné fluide frigorigène ou fluide de transfert de chaleur. Le compresseur, directement entraîné par le moteur du véhicule à l’aide d’une courroie et d’une poulie, comprime le fluide frigorigène, le refoulant sous haute pression et à haute température vers le condenseur. Le condenseur, grâce à une ventilation forcée, provoque la condensation du gaz qui arrive à l’état gazeux à haute pression et haute température. Le condenseur liquéfie le gaz grâce à l’abaissement de température de l’air qui le traverse. L’évaporateur est un échangeur thermique qui prélève des calories à l’air qui sera soufflé dans l’habitacle ou de la batterie du véhicule. Le détendeur permet de réguler le débit d’entrée du gaz dans la boucle via une modification de section de passage dépendant de la température et de la pression au niveau de l’évaporateur. Ainsi, l’air chaud venant de l’extérieur ou la batterie du véhicule se refroidit en contact avec l’évaporateur. Le fluide frigorigène traditionnellement utilisé dans la climatisation automobile est le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (HFC-134a). Cependant, un grand nombre de fluides HFC, dont le HFC-134a, peuvent contribuer de manière néfaste à l’effet de serre. Cette contribution est quantifiée par un paramètre numérique, le GWP (Global Warming Potential ou potentiel de réchauffement climatique). Un autre fluide frigorigène désormais utilisé dans les applications de transfert de chaleur est le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf). Cependant, même si le HFO-1234yf est un fluide à bas GWP, il est considéré comme un fluide inflammable. Le document EP 3499634 concerne un système de gestion thermique de batterie d’un véhicule avec au moins une unité de batterie. Le document WO 2017/143018 concerne des systèmes de réfrigérant pour le conditionnement d'air et/ou d'articles situés dans une habitation occupée par des humains ou d'autres animaux. Le document DE 202014010264 concerne un véhicule comportant au moins un premier dispositif de réfrigération à compression conçu pour refroidir un espace interne du véhicule et comprenant un réfrigérant en circulation, caractérisé en ce que le réfrigérant est une substance de la famille des fluorocétones et/ou (hydro)fluorooléfines et/ou (hydro)fluorochloroléfines. Il existe un besoin de fournir des procédés de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile efficaces et sécurisés, tout en limitant ou en réduisant la quantité de produits inflammables dans le véhicule ou la proximité de ceux-ci avec les parties les plus chaudes du véhicule. Brève description des figures La figure 1 représente de manière schématique un mode de réalisation d’une installation selon l’invention. Procédé de régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, au moyen d’un système comprenant un circuit de compression de vapeur dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène et un circuit secondaire dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9, le procédé comprenant : l’échange de chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur ; l’échange de chaleur entre la deuxième composition de transfert de chaleur et la première composition de transfert de chaleur. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rapport de la forme Z sur la forme E de 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur à ou égal 1, de préférence inférieur ou égal à 0,5 et encore de préférence inférieur ou égal à 0,1. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1,1,2,2-tétrafluoroéthane, le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, le 1,1-difluoroéthane, le fluoroéthane, le 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, le 1,1,1-trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le 2,3,3,3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21,5 % en poids dans la première composition. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur consiste en du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur est à une pression essentiellement uniforme dans le circuit secondaire, ladite pression étant de préférence égale à la pression de saturation de la deuxième composition. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la batterie est maintenue à une température comprise entre une température minimale t 1 et une température maximale t 2 . Procédé selon la revendication 7, dans lequel la température minimale t 1 est supérieure ou égale à 0°C et la température maximale t 2 est inférieure ou égale à 60°C, de préférence encore la température minimale t 1 est supérieure ou égale à 15°C et la température maximale t 2 est inférieure ou égale à 40°C, et de préférence encore la température minimale t 1 est supérieure ou égale à 16°C et la température maximale t 2 est inférieure ou égale à 28°C. Procédé selon l’une des revendications 7 ou 8, mis en œuvre lors de la charge de la batterie du véhicule, la batterie du véhicule étant de préférence totalement chargée dans une durée inférieure ou égale à 30 min, et de préférence inférieure ou égale à 15 min à partir de sa décharge totale. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la deuxième composition de transfert de chaleur est en contact direct avec la batterie du véhicule. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la batterie comprend au moins une cellule électrochimique comportant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, l’électrode positive comprenant au moins un oxyde de formule LiNi x Mn y Co z O 2 avec x+y+z=1, x>y et x>z, ou LiNi x’ Co y’ Al z’ avec x’+y’+z’=1, x’>y’ et x’>z’, en tant que matériau électrochimiquement actif. Installation pour la régulation de la température d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant : un circuit de compression de vapeur (1) dans lequel circule une première composition de transfert de chaleur comprenant du 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et un circuit secondaire (2) dans lequel circule une deuxième composition de transfert de chaleur comprenant du 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène ayant un rapport de la forme Z sur la forme E inférieur ou égal à 9 ; le circuit de compression de vapeur (1) étant couplé avec le circuit secondaire (2) par un échangeur de chaleur intermédiaire (5), de sorte à permettre l’échange de chaleur entre la première composition de transfert de chaleur et la deuxième composition de transfert de chaleur ; et l’installation comprenant un échangeur de chaleur additionnel (7) configuré pour échanger de la chaleur entre la batterie et la deuxième composition de transfert de chaleur. Installation selon la revendication 12, dans laquelle le circuit secondaire (2) ne comprend pas de compresseur. Installation selon l’une des revendications 12 ou 13, dans laquelle la circulation de la deuxième composition de transfert de chaleur dans le circuit secondaire (2) est effectuée au moyen d’une pompe, ou par pesanteur, ou par capillarité. Installation selon l’une des revendications 12 à 14, adaptée en outre pour la climatisation de l’habitacle du véhicule, et/ou le chauffage de l’habitacle du véhicule, et/ou le refroidissement de composés électroniques du véhicule, et/ou le chauffage de composés électroniques du véhicule. Installation selon l’une des revendications 12 à 15, dans laquelle la première composition de transfert de chaleur comprend un ou plusieurs composés de transfert de chaleur autre que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, ces composés étant de préférence choisis parmi le difluorométhane, le pentafluoroéthane, le 1,1,2,2-tétrafluoroéthane, le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, le 1,1-difluoroéthane, le fluoroéthane, le 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, le 1,1,1-trifluoropropane et leurs mélanges, et de préférence encore ce composé étant le difluorométhane. Installation selon la revendication 16, dans laquelle le 2,3,3,3-tétrafluoropropène est présent à une teneur d’environ 78,5 % en poids dans la première composition et le difluorométhane est présent à une teneur d’environ 21,5 % en poids dans la première composition.