Brevet FR3123763A1 — publié le 20221209

La présente invention concerne une composition de refroidissement, pour refroidir et protéger contre l’emballement thermique une batterie, présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 120 mW.m - 1 .K -1 . L’invention concerne également un dispositif de refroidissement et l’utilisation de ladite composition de refroidissement pour refroidir et/ou protéger contre l’emballement thermique une batterie mise en œuvre par exemple dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride. Figure pour l’abrégé : Néant Composition de refroidissement d’une batterie. La présente invention concerne le domaine des compositions pour refroidir et protéger contre la propagation de l’emballement thermique d’une batterie et en particulier d’une batterie lithium-ion. La batterie peut être mise en œuvre dans des applications mobiles ou stationnaires. En particulier, l’invention vise à refroidir un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, et plus particulièrement à refroidir la batterie et éventuellement l’électronique de puissance d’un véhicule électrique ou hybride. Elle vise en particulier à proposer une composition de refroidissement compatible avec sa mise en œuvre au niveau d’une batterie et éventuellement de l’électronique de puissance. Etat de la technique Une batterie est un dispositif de production d’électricité dans lequel de l’énergie chimique est convertie en énergie électrique. L’énergie chimique est constituée par des composés électrochimiquement actifs déposés sur au moins une face d’électrodes disposées dans le générateur électrochimique. L’énergie électrique est produite par des réactions électrochimiques au cours d’une décharge d’une cellule électrochimique. Une batterie comprend plusieurs cellules électrochimiques. Une cellule électrochimique de type lithium-ion est fondée sur le principe de l’insertion réversible de lithium dans une structure hôte d’une manière électrochimiquement active. Dans le domaine des cellules électrochimiques tel que les cellules lithium-ion, la température des cellules doit être gérée afin de maintenir la température à l’intérieur d’une plage adéquate de la cellule. Les batteries lithium-ion sont généralement mises en œuvre à des températures allant de -40°C à +70°C. En cas d’emballement, certaines cellules peuvent atteindre des températures de l’ordre de 400 à 800°C. Les batteries sont couramment utilisées dans des applications mobiles ou stationnaires. Parmi les applications stationnaires, on peut citer les batteries de stockage, par exemple les batteries de stockage solaire. Parmi les applications mobiles, on peut citer les applications automobiles. L’évolution des normes internationales pour la réduction des émissions de CO2, mais également pour la diminution de la consommation d’énergie, pousse les constructeurs automobiles à proposer des solutions alternatives aux moteurs à combustion. L’une des solutions identifiées par les constructeurs automobiles consiste à remplacer les moteurs à combustion par des moteurs électriques. Les recherches pour la réduction des émissions de CO2 ont donc mené au développement des véhicules électriques par un certain nombre de compagnies automobiles. Par « véhicule électrique » au sens de la présente invention, on entend désigner un véhicule comprenant un moteur électrique comme unique moyen de propulsion alors qu’un véhicule hybride comprend un moteur à combustion et un moteur électrique comme moyens de propulsion combinés. Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule électrique. Le système de propulsion englobe ainsi plus particulièrement un moteur électrique comprenant l’ensemble rotor-stator de l’électronique de puissance (dédié à la régulation de la vitesse), une transmission et une batterie. La batterie est elle-même généralement constituée d’un ensemble d’accumulateurs électriques, appelés cellules. D’une manière générale, il est nécessaire de mettre en œuvre, dans les véhicules électriques ou hybrides, des compositions pour répondre aux contraintes de lubrification et/ou de refroidissement des différentes pièces du système de propulsion rappelées ci-dessus. En particulier, les systèmes de propulsion électriques génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement via le moteur électrique, l’électronique de puissance et les batteries. La quantité de chaleur générée étant supérieure à la quantité de chaleur normalement dissipée à l’environnement, il est nécessaire d’assurer un refroidissement du moteur, de l’électronique de puissance et des batteries. De manière générale, le refroidissement s’effectue sur plusieurs parties du système de propulsion générant de la chaleur et/ou les parties dudit système sensibles à la chaleur, afin d’éviter d’atteindre des températures dangereuses, et notamment l’électronique de puissance et les batteries. Traditionnellement, il est connu de refroidir les moteurs électriques par l’air ou par l’eau, éventuellement associée à du glycol. Cependant, avec l’apparition de moteurs de plus en plus petits et dont la puissance est de plus en plus grande, ces méthodes de refroidissement ne sont plus suffisantes. De plus, la chaleur que peut générer une batterie, notamment lors d’une charge rapide, ne peut être extraite par les méthodes classiquement utilisées sans atteindre des températures endommageant cette dernière (ie > 45°C) et limitant ainsi sa durée de vie. Ainsi, des méthodes alternatives de refroidissement des systèmes de propulsion, en particulier des batteries, ont récemment été proposées. A ce titre, la demande US 2014/0318746 décrit la mise en œuvre de matériaux de haute conductivité thermique au niveau des cellules constitutives d’une batterie pour véhicules électrique et/ou hybride et un matériau de faible conductivité thermique pour le boitier externe. Également, le document US 20120161472 fait état de la mise en œuvre de matériaux de faible conductivité thermique pour former la pack-batterie et l’isoler de l’extérieur. Ce document divulgue un fluide à base d’un mélange eau/glycol de très haute conductivité thermique. Alternativement, des sociétés ont travaillé sur le développement de fluides pouvant être utilisés dans des systèmes de propulsion et présentant quant à eux de fortes conductivités thermiques, particulièrement utile pour améliorer le refroidissement au niveau d’une cellule de batterie et donc du système entier. Ainsi, le document WO 2015/034340 décrit des compositions lubrifiantes pour applications automotrices présentant des conductivités thermiques comprises entre 152 et 180 mW.m - 1 .K -1 . Les inventeurs ont cherché à améliorer et à proposer une composition présentant à la fois des propriétés de refroidissement et de protection contre l’emballement thermique améliorées. Plus précisément, la présente invention concerne une composition de refroidissement comprenant au moins une huile de base et présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 125 mW.m-1.K-1. Selon un mode de réalisation, la composition de refroidissement selon l’invention présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 120 mW.m-1.K-1, de préférence inférieure ou égale à 115 mW.m-1.K-1. Selon un mode de réalisation, la composition de refroidissement selon l’invention comprend, par rapport au poids total de la composition de refroidissement, au moins 70% en poids d’huile(s) de base, de préférence de 70 à 99,9% en poids d’huile(s) de base, de préférence encore de 80 à 99% en poids d’huile(s) de base, plus préférentiellement de 85 à 98% en poids d’huile(s) de base. L’invention concerne également un dispositif de refroidissement d’une batterie comprenant au moins une boucle de circulation dans laquelle circule la composition de refroidissement selon l’invention. Selon un mode de réalisation du dispositif de refroidissement selon l’invention, la composition de refroidissement circule dans au moins un élément choisi parmi une pompe à huile, un échangeur fluide et un échangeur d’air. Selon un mode de réalisation, le dispositif de refroidissement comprend en outre au moins un réservoir de stockage de la composition de refroidissement. Selon un mode de réalisation du dispositif de refroidissement selon l’invention, la batterie est une batterie lithium-ion. L’invention concerne également l’utilisation de la composition de refroidissement selon l’invention, pour refroidir et/ou pour protéger contre l’emballement thermique une batterie, de préférence une batterie lithium-ion. Selon un mode de réalisation préféré, la batterie est mise en œuvre dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, de préférence un véhicule électrique. Selon un mode de réalisation préféré de l’utilisation selon l’invention, la composition de refroidissement est mise en œuvre dans un dispositif de refroidissement telle que défini dans l’invention. Sauf indication contraire, les quantités dans un produit sont exprimées en poids, par rapport au poids total du produit. représente une vue schématique en perspective d’une cellule de batterie dans le cadre de la simulation de la partie expérimentale. représente une vue en perspective d’une cellule de batterie et du support (S) dans le cadre de la simulation de la partie expérimentale. représente une vue en perspective d’une boite (B) comprenant les cellules et le support (S) dans le cadre de la simulation de la partie expérimentale. représente une vue du dessus d’une boite B dans le cadre de la simulation de la partie expérimentale. représente une vue en perspective d’une boite et du dimensionnement (D) pour le calcul dans le cadre de la simulation de la partie expérimentale. représente l’évolution de la température moyenne de la cellule en défaut dans le temps, pour deux fluides et deux durées d’application de la source de chaleur. représente l’évolution de la température moyenne du fluide dans le temps, pour deux fluides et deux durées d’application de la source de chaleur. représente l’évolution de la température moyenne de la cellule voisine dans le temps, pour deux fluides et deux durées d’application de la source de chaleur. représente l’évolution de la température moyenne de la cellule en défaut dans le temps, pour deux fluides pour un espace de 4 mm entre deux cellules. représente l’évolution de la température moyenne du fluide dans le temps, pour deux fluides pour un espace de 4 mm entre deux cellules. représente l’évolution de la température moyenne de la cellule voisine dans le temps, pour deux fluides pour un espace de 4 mm entre deux cellules. Composition de refroidissement comprenant au moins une huile de base et présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 125 mW.m - 1 .K -1 . Composition de refroidissement selon la revendication 1, présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 120 mW.m - 1 .K -1 , de préférence inférieure ou égale à 115 mW.m -1 .K -1 . Composition de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, comprenant, par rapport au poids total de la composition de refroidissement, au moins 70% en poids d’huile(s) de base, de préférence de 70 à 99,9% en poids d’huile(s) de base, de préférence encore de 80 à 99% en poids d’huile(s) de base, plus préférentiellement de 85 à 98% en poids d’huile(s) de base. Dispositif de refroidissement d’une batterie comprenant au moins une boucle de circulation dans laquelle circule la composition de refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 4, dans lequel la composition de refroidissement circule dans au moins un élément choisi parmi une pompe à huile, un échangeur fluide et un échangeur d’air. Dispositif de refroidissement selon la revendication 4 ou 5, comprenant en outre au moins un réservoir de stockage de la composition de refroidissement. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel la batterie est une batterie lithium-ion. Utilisation de la composition de refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, pour refroidir et/ou pour protéger contre l’emballement thermique une batterie, de préférence une batterie lithium-ion. Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle la batterie est mise en œuvre dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, de préférence un véhicule électrique. Utilisation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle la composition de refroidissement est mise en œuvre dans un dispositif de refroidissement telle que défini dans l’une des revendications 4 à 7.