Brevet FR3104822A1 — publié le 20210618

Système pour un composant électrique L’invention concerne un système pour un composant électrique, notamment un composant de stockage d’énergie électrique, notamment une cellule de batterie, ce système comportant un compartiment (3), notamment fermé, agencé pour recevoir le composant, un fluide caloporteur (4), notamment un fluide diélectrique, présent dans le compartiment et en interaction thermique avec le composant, notamment de manière à refroidir ou chauffer le composant, un dispositif de chauffage (60) agencé pour chauffer le composant, soit directement soit par l’intermédiaire du fluide caloporteur, auquel cas le dispositif de chauffage est agencé pour chauffer le fluide caloporteur qui chauffe ensuite le composant. Figure de l’abrégé : Figure 2 Système pour un composant électrique L’invention concerne un système pour un composant électrique. L’invention est notamment applicable pour toutes les automobiles électriques ou hybrides avec un pack de batteries et un système de climatisation, et éventuellement une entrée de charge rapide des batteries. Le brevet US8852772 décrit un système de refroidissement de batterie au lithium-ion, destiné à être utilisé dans un véhicule hybride. Ce système comprend une pluralité de modules de refroidissement liquide autonomes. Chaque module de refroidissement comprend une pluralité de cellules de batterie ayant au moins un canal de fluide formé entre celles-ci. Un fluide diélectrique est disposé dans au moins un canal de fluide. Le fluide diélectrique est en contact avec l'ensemble de la batterie pour chauffer et/ou refroidir l'ensemble de la batterie. Un élément chauffant peut être disposé dans l'espace intérieur et chauffe le fluide diélectrique. Un élément de refroidissement est disposé dans l'espace intérieur et refroidit le fluide diélectrique. Il existe notamment un besoin, dans le domaine automobile, d’assurer un système de batterie performant dans les pays froids, et pour utiliser le mode de démarrage à froid. La batterie, ou les cellules de batterie, doit être chauffée pour atteindre une température par exemple de 15 ° pour une répartition optimale de la puissance, en particulier pendant la charge. L’invention concerne notamment des batteries de type lithium-ion, mais n‘est pas limitée à ce type de stockage. La présente invention concerne un système pour un composant électrique, notamment un composant de stockage d’énergie électrique, notamment une cellule de batterie, ce système comportant : un compartiment, notamment fermé, agencé pour recevoir le composant, un fluide caloporteur, notamment un fluide diélectrique, présent dans le compartiment et en interaction thermique avec le composant, notamment de manière à refroidir ou chauffer le composant, un dispositif de chauffage agencé pour chauffer le composant, soit directement soit par l’intermédiaire du fluide caloporteur, auquel cas le dispositif de chauffage est agencé pour chauffer le fluide caloporteur qui chauffe ensuite le composant. L’invention est particulièrement avantageuse par rapport à l’état de l’art qui préconise un chauffage de batteries par d’utilisation de liquide caloporteur afin de le chauffer à l’extérieur du pack et ensuite le faire traverser l’échangeur thermique situé au contact des cellules de batterie pour les chauffer. Cette solution de l’art antérieur présente l’inconvénient d’ajouter un composant à l’extérieur du pack, et aussi d’augmenter le nombre de connexion de durites du fluide donc augmenter le coût ainsi que la masse et le packaging sous capot moteur. L’invention permet, au contraire, de s’affranchir de ces inconvénients et d’avoir un chauffage plus efficace et avec moins d’assemblage à réaliser. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage comporte un élément à effet Joule qui dégage de la chaleur lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément à effet Joule comporte un élément choisi parmi : un fil électrique, une résistance électrique, un film en un matériau résistif, un revêtement dans un matériau résistif, une couche dans un matériau résistif, une encre ou une peinture dans un matériau résistif. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément à effet Joule est disposé sur une surface interne du compartiment, notamment en contact avec le fluide caloporteur. En variante, l’élément à effet Joule est disposé sur une surface externe du compartiment, cet élément étant éloigné du fluide diélectrique dans le compartiment. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage est au moins partiellement noyé dans une matière formant le compartiment, notamment un fond de ce compartiment. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de chauffage est au moins partiellement surmoulé dans la matière formant le compartiment. Par exemple le compartiment est, dans ce cas, réalisé à partir d’un matériau composite à base d’un plastique par exemple chargé avec des fibres de verre. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage est disposé sur un fond ou sur une paroi latérale du compartiment, ou encore sur un couvercle supérieur du compartiment. Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment comporte une ou plusieurs parois en métal, par acier, en aluminium ou, en variante, en matière plastique. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage est capable de se déformer pour épouser au moins une face du composant à chauffer. Par exemple le dispositif de chauffage comporte un film qui épouse des faces des cellules de batterie à chauffer. Dans ce cas, le dispositif de chauffage est réalisé au moins partiellement dans un matériau déformable, par exemple un matériau souple avec des fils intégrés pour réaliser l’effet Joule. Le dispositif de chauffage comporte par exemple une liaison électrique agencée pour le connecter à une source d’alimentation électrique. Le dispositif de chauffage est par exemple relié à une unité de commande permettant de commander le chauffage de ce dispositif de chauffage en fonction par exemple de consigne de température. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur peut être un fluide diélectrique, de l’air, un fluide ou liquide réfrigérant, cette liste n’étant pas limitative. Selon un aspect de l’invention, le compartiment est essentiellement au moins partiellement rempli de fluide diélectrique, en phase liquide ou gazeuse, sans présence substantielle d’air. Les échanges thermiques sont assurés principalement par le fluide diélectrique. En variante, il peut y avoir de l’air, si l’immersion des cellules dans le fluide diélectrique est partielle. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur dans le compartiment, au contact des cellules de batterie, est en phase liquide, notamment lorsque le fluide est à température ambiante, par exemple à 15 ° C, et ces cellules sont au moins partiellement immergées dans ce fluide L’invention concerne encore un système tel décrit plus haut, comportant des cellules de batterie dans le compartiment. Il est entendu que l’ensemble des caractéristiques et configurations précédemment ne sont en rien limitatives. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : La figure 1 illustre de façon schématique un exemple de réalisation de l’invention; La figure 2 illustre un compartiment de l’exemple de la figure 1. On a représenté sur les figures 1 et 2 un système de refroidissement 1 d’un ensemble de cellules de batterie 2 de véhicule automobile, ce système comportant un compartiment fermé 3 agencé pour recevoir les cellules de batterie 2, un fluide diélectrique 4 présent dans le compartiment 3 en échange thermique avec les cellules de batterie, et un dispositif de refroidissement 5 agencé pour refroidir le fluide diélectrique 4. Ce dispositif de refroidissement 5 comporte un canal 8 dans lequel peut circuler un fluide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée, distinct du fluide diélectrique 4 dans le compartiment, qui est aussi un fluide caloporteur. Ce dispositif de refroidissement 5 est agencé de manière à permettre un refroidissement du fluide caloporteur qui circule dans le canal 8, au choix en fonction de paramètres, par de l’air ambiant ou par échange thermique avec un ensemble de climatisation 10, ou encore appelé ensemble d’air conditionné, du véhicule automobile. Les cellules de batterie 2 comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li-ion pour une utilisation dans un véhicule électrique à batterie. Les cellules de batterie 2 sont complètement immergées dans le fluide diélectrique 4. Le dispositif de refroidissement 5 est connecté à une boucle basse température 11 qui comprend un échangeur de chaleur, ici un radiateur 12, le radiateur étant au contact de l’air ambiant. Le radiateur 12 est disposé sur une face avant du véhicule de manière à pouvoir être refroidi par l’air extérieur 14 qui circule à son contact. Par ailleurs, le dispositif de refroidissement 5 est connecté à un échangeur de chaleur, ici un refroidisseur 15 ou chiller, qui est placé dans l’ensemble de climatisation 10 de sorte que le fluide caloporteur puisse être refroidi par échange thermique avec le radiateur de l’ensemble de climatisation 10. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de refroidissement 5 et le compartiment 3 forment un module intégré, à savoir un ensemble manipulable comme un tout. Le dispositif de refroidissement 5 comporte un condenseur 20 au contact duquel du fluide diélectrique 4, en phase gazeuse, peut se condenser. Le condenseur 20 comporte une plaque froide, ou plusieurs surfaces, au contact de laquelle ou desquelles du fluide diélectrique, en phase gazeuse, peut se condenser. Une pompe 30 est prévue en aval du dispositif de refroidissement 5 pour faire circuler le fluide caloporteur dans ce dispositif 5. Une vanne 3 voies 31 est prévue en aval du dispositif de refroidissement 5 pour envoyer le réfrigérant, selon le fonctionnement, soit vers le refroidisseur 15 (ou chiller) soit dans la boucle basse température 11 (avec un radiateur basse température). L’ensemble de climatisation 10 comporte un compresseur 30 pour comprimer le réfrigérant, un condenseur 31 en aval du compresseur 30 et placé sur le chemin d’air 14 de préférence derrière le radiateur 12, deux vannes 32 et 33 sur deux branches parallèles 34 et 35 qui sont en aval du condenseur 31. La branche 34 débouche sur un détendeur 36 disposé en amont d’un évaporateur 38. L’autre branche 35 débouche sur un autre détendeur 39 qui est disposé en amont du refroidisseur 15. Les deux détendeurs 36 et 39 sont connectés au compresseur 30. Un élément de chauffage additionnel du fluide caloporteur 50 est prévu entre le compresseur 30 et le chiller 5, qui peut être un chauffage électrique ou un échangeur de chaleur de type condenseur à eau par exemple. Il est prévu un dispositif de chauffage 60, visible sur la figure 2, agencé pour chauffer les cellules 2, soit directement soit par l’intermédiaire du fluide caloporteur 4, auquel cas le dispositif de chauffage 60 est agencé pour chauffer le fluide caloporteur qui chauffe ensuite le composant. Ici le dispositif de chauffage 6 chauffe le fluide diélectrique qui ensuite vient chauffer les cellules 2. Le dispositif de chauffage 60 comporte un élément à effet Joule qui dégage de la chaleur lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. L’élément est choisi parmi : un fil électrique, une résistance électrique, un film en un matériau résistif, un revêtement dans un matériau résistif, une couche dans un matériau résistif, une encre ou une peinture dans un matériau résistif. Ici l’élément à effet Joule 60 est disposé sur une surface interne du compartiment, en contact avec le fluide diélectrique dans lequel sont immergées les cellules. Par exemple le compartiment 3, sous forme de cuve, est, dans ce cas, réalisé à partir d’un matériau composite à base d’un plastique par exemple chargé avec des fibres de verre. Le dispositif de chauffage 60 est disposé sur un fond ou sur une paroi latérale du compartiment 3. Si on le souhaite, le dispositif de chauffage 60 est un film qui épouse des faces des cellules de batterie à chauffer. Dans ce cas, le dispositif de chauffage est réalisé au moins partiellement dans un matériau déformable, par exemple un matériau souple avec des fils intégrés pour réaliser l’effet Joule. Le dispositif de chauffage comporte une liaison électrique, non représentée, agencée pour le connecter à une source d’alimentation électrique. Le dispositif de chauffage est relié à une unité de commande permettant de commander le chauffage de ce dispositif de chauffage en fonction par exemple de consigne de température. Le fluide diélectrique au contact des cellules de batterie peut être choisi pour être en permanence en phase liquide, dans toute la plage de fonctionnement du système. Par exemple ce fluide peut être une huile minérale. Système pour un composant électrique, notamment un composant de stockage d’énergie électrique, notamment une cellule de batterie, ce système comportant : un compartiment (3), notamment fermé, agencé pour recevoir le composant, un fluide caloporteur (4), notamment un fluide diélectrique (4), présent dans le compartiment et en interaction thermique avec le composant, notamment de manière à refroidir ou chauffer le composant, un dispositif de chauffage (60) agencé pour chauffer le composant, soit directement soit par l’intermédiaire du fluide caloporteur, auquel cas le dispositif de chauffage est agencé pour chauffer le fluide caloporteur qui chauffe ensuite le composant. Système selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de chauffage (60) comporte un élément à effet Joule qui dégage de la chaleur lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Système la revendication précédente, dans lequel l’élément à effet Joule comporte un élément choisi parmi : un fil électrique, une résistance électrique, un film en un matériau résistif, un revêtement dans un matériau résistif, une couche dans un matériau résistif, une encre ou une peinture dans un matériau résistif. Système selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel l’élément à effet Joule est disposé sur une surface interne du compartiment, notamment en contact avec le fluide caloporteur. Système selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de chauffage est au moins partiellement noyé dans une matière formant le compartiment, notamment un fond de ce compartiment. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage est disposé sur un fond ou sur une paroi latérale du compartiment, ou encore sur un couvercle supérieur du compartiment. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le compartiment (3) comporte une ou plusieurs parois en métal, par acier, en aluminium ou, en variante, en matière plastique. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage (60) comporte une liaison électrique agencée pour le connecter à une source d’alimentation électrique. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le fluide caloporteur dans le compartiment, au contact des cellules de batterie, est en phase liquide, notamment lorsque le fluide est à température ambiante, par exemple à 15 ° C, et ces cellules sont au moins partiellement immergées dans ce fluide. Système selon l’une des revendications précédentes, comportant des cellules de batterie dans le compartiment.