Brevet FR3134481A1 — publié le 20231013

L’unité de batterie (10) comprend essentiellement, d’une part, une pluralité d’éléments de batterie (12), le cas échéant regroupés physiquement et/ou électriquement en plusieurs blocs ou modules (14), d’autre part, un boîtier (16) délimitant une enceinte (18) logeant et entourant lesdits éléments (12). En particulier, l’enceinte (18) du boîtier (16) étant adiabatique, l’unité de batterie (10) comprend un organe de transfert thermique passif (30), intégré dans une paroi (20) du boîtier (16), qui est isolant thermiquement en-dessous d’un seuil prédéfini de température de telle sorte que les éléments de batterie (12) sont maintenus isolés thermiquement de l’extérieur du boîtier (16) dans l’enceinte adiabatique (18) et qui est conducteur thermiquement au-dessus du seuil de température prédéfini de telle sorte qu’un transfert thermique entre les éléments de batterie (12) et l’environnement extérieur du boîtier (16) se produit par la paroi (20) du boîtier (16) portant l’organe passif (30) permettant leur refroidissement.. FIGURE ABREGE : FIGURE 2. Unité de batterie pour véhicule automobile hybride ou électrique. Domaine technique. La présente invention concerne une unité de batterie et un véhicule automobile hybride ou électrique comportant au moins une telle unité. Elle s’applique plus particulièrement mais non spécifiquement à un véhicule automobile électrique comprenant un moteur électrique alimenté par une telle unité de batterie. La lutte contre la pollution atmosphérique a conduit les constructeurs automobiles à développer des véhicules à plus faible consommation de carburant, voire des véhicules dépourvus de moteurs à combustion interne. Ainsi, un nombre croissant de véhicules de série comportent un moteur électrique, soit comme unique moyen d'entraînement pour équiper des véhicules électriques, soit en association avec un moteur à combustion interne pour équiper des véhicules hybrides. De tels véhicules nécessitent une batterie comprenant des accumulateurs électrochimiques, désignés également par cellules ou éléments de batterie, pour réaliser le stockage d'une importante quantité d'énergie électrique en vue d'alimenter leur moteur électrique. Généralement, dans le cadre des applications embarquées sur véhicules, ces éléments ou cellules de batteries sont contenues à l’intérieur d’un boîtier formant ensemble une unité de batterie, cette unité de batterie étant elle-même assemblée avec une pluralité d’autres unités de batterie pour former un ensemble désigné couramment par l’expression « pack batterie ». Ce pack batterie est alors soit intégré directement à une pièce structurelle du véhicule automobile soit implantée de façon flexible et autonome facilitant son remplacement et/ou sa maintenance. Il est connu que les éléments de batterie mis en œuvre pour les applications automobiles ont une plage optimale restreinte de fonctionnement en température, généralement une plage de températures comprises entre 10°C et 30°C. En particulier, une température trop basse impacte l’autonomie des éléments de batterie et une température trop élevée impacte leur durée de vie. Une température trop élevée peut même amener à détériorer les accumulateurs électrochimiques ou induire leur destruction par emballement thermique. Les véhicules automobiles étant supposés fonctionner de façon satisfaisante dans une plage de température allant de -30°C à + 45°C, il est nécessaire de garantir que les éléments de batterie puissent être maintenus dans leur plage optimale de fonctionnement même lorsque les températures environnantes sont extrêmes. Il est donc souhaitable de réguler thermiquement les éléments de batterie afin d’optimiser la durée de vie de ces accumulateurs électrochimiques et également maintenir une autonomie de fonctionnement satisfaisante, particulièrement par temps froid. Technique antérieure. À cet effet, dans l’art antérieur, diverses solutions de régulation thermique des éléments de batterie ont été apportées. Par exemple, pour le refroidissement des éléments de batterie, les véhicules sont actuellement équipés d’un circuit fermé de circulation d’un liquide caloporteur, tel que de l’eau, comprenant un ventilateur amenant l’air extérieur du véhicule dans un premier échangeur (air/eau) localisé par exemple à l’avant du véhicule. L’eau de refroidissement est acheminée par des tuyaux en matière isolante jusqu’à un deuxième échangeur (eau/air) localisé à proximité de la batterie. Dans ce circuit de régulation, l’eau se chauffe au contact du deuxième échangeur de la batterie et se refroidit au contact du premier échangeur en contact avec l’air extérieur plus froid. La circulation de l’eau est par ailleurs réalisée par une pompe électrique. Par temps très chaud, par exemple autour de 45°C, il est généralement prévu un couplage d’un circuit de climatisation du véhicule avec le circuit de circulation du liquide caloporteur couplé à l’unité de batterie. En outre, pour réchauffer les éléments de batterie lorsque le véhicule est froid, il est connu de prévoir dans les éléments de batterie un circuit électrique présentant une résistance électrique afin de permettre son échauffement par effet joule. Or, au cours de cette phase de réchauffage, une partie de l’énergie est consommée pour chauffer également les éléments du deuxième échangeur localisé à proximité de la batterie. Ce deuxième échangeur est formé par exemple par une pluralité de plaques métalliques qu’il est nécessaire également de réchauffer afin de permettre aux éléments de batterie d’atteindre une température comprise dans la plage optimale de fonctionnement. On comprend dès lors que le réchauffage d’une partie du circuit de régulation thermique servant au refroidissement des éléments de batterie constitue une perte d’énergie inutile qui représente un des principaux inconvénients de la solution de régulation thermique proposée par l’art antérieur. Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient en proposant une solution de régulation thermique des éléments de batterie qui soit la plus efficace possible en limitant les pertes d’énergies inutiles notamment pour le réchauffage des éléments de batterie. A cet effet, l’invention a pour objet une unité de batterie, notamment pour véhicule automobile hybride et/ou électrique, comprenant essentiellement, d’une part, une pluralité d’éléments de batterie, le cas échéant regroupés physiquement et/ou électriquement en plusieurs blocs ou modules, d’autre part, un boîtier délimitant une enceinte logeant et entourant lesdits éléments, caractérisé en ce que l’enceinte du boîtier étant adiabatique, l’unité de batterie comprend un organe de transfert thermique passif, intégré dans une paroi du boîtier, qui est isolant thermiquement en-dessous d’un seuil prédéfini de température de telle sorte que les éléments de batterie sont maintenus isolés thermiquement de l’extérieur du boîtier dans l’enceinte adiabatique et qui est conducteur thermiquement au-dessus du seuil de température prédéfini de telle sorte qu’un transfert thermique entre les éléments de batterie et l’environnement extérieur du boîtier se produit par la paroi du boîtier portant l’organe passif permettant leur refroidissement. Grâce à l’organe de transfert thermique passif de l’invention, l’unité de batterie permet de garantir un refroidissement optimal des éléments de batterie en permettant un transfert de chaleur de l’enceinte adiabatique vers l’environnement extérieur dès lors que la température des éléments de batterie dépasse le seuil de température prédéfini de l’organe. Cet organe de transfert thermique fonctionne de manière autonome et passive, c’est-à-dire sans approvisionnement extérieur en énergie et ne comporte de préférence aucune pièce mobile, ce qui lui confère une grande simplicité et une excellente fiabilité. De façon avantageuse, le corps de l’organe de transfert thermique possède également une fonction intrinsèque de diode thermique, étant donné que toute évacuation de calories vers l’extérieur est automatiquement stoppée dès que la température des éléments de batterie est inférieure au seuil de température prédéfini de l’organe. La présente invention propose ainsi une solution de refroidissement des éléments de batterie qui remédie aux inconvénients des dispositifs antérieurement connus. Elle en simplifie la réalisation et en accroît sensiblement le rendement thermique, en particulier puisqu’elle évite toute consommation d’énergie inutile par temps froid. Une unité de batterie selon l’invention peut en outre comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’organe de transfert thermique passif comprend un corps creux fermé de transfert thermique rempli d’un fluide de travail à changement de phase qui est configuré pour passer d’une phase liquide à une phase vapeur lorsque la température des éléments de batterie est supérieure au seuil de température prédéfini. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le corps de l’organe de transfert thermique passif comprend une première partie, dite partie d’évaporation qui est en contact thermique direct avec les éléments de batterie et comprend une deuxième partie, dite partie de condensation, qui est couplée à un dispositif de refroidissement externe de sorte que le fluide de travail passe de la phase vapeur à la phase liquide au contact de la partie de condensation. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, la partie d’évaporation est réalisée dans un matériau métallique capillo-poreux, tel que de l’aluminium. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, dans une configuration d’utilisation de l’unité de batterie, la partie d’évaporation est disposée en-dessous de la partie de condensation de sorte que le retour du fluide de travail en phase liquide de la partie de condensation vers la partie d’évaporation se fait sous l’effet de la gravité. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, la partie de condensation est formée par une section d’un circuit de circulation d’un fluide caloporteur traversant le corps de l’organe de transfert thermique passif ou est formée par une paroi du corps de l’organe de transfert thermique qui est couplée avec un radiateur de refroidissement formé par une pluralité d’ailettes s’étendant perpendiculairement à ladite paroi. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le corps fermé de l’organe de transfert thermique passif se présente sous la forme d’un panneau creux comprenant une paroi inférieure interne, formant évaporateur, en contact thermique avec les éléments de batterie et une paroi supérieure externe en regard et à distance de la paroi inférieure interne et comprend une structure interne compartimentée comprenant une pluralité de cloisons perpendiculaires aux parois externe et interne qui relient les parois entre elles pour délimiter une pluralité de compartiments. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’une des parois comprend des nervures venues de matière faisant saillie à partir de l’une des faces de cette paroi jusqu’à atteindre avec leurs extrémités libres l’une des faces de l’autre des parois afin de former les cloisons de séparation de la structure interne compartimentée. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, les nervures se croisent entre elles pour délimiter des compartiments pour former une structure interne compartimentée de forme générale alvéolaire. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, la structure compartimentée est venue de matière avec la paroi externe, par exemple par moulage en une pièce d’une matière thermoplastique. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de batterie comprend au moins une section d’un circuit de circulation d’un fluide caloporteur comportant une pluralité de conduits tubulaires, intégrée structurellement à l’organe de transfert thermique passif et traversant le corps de l’organe de transfert thermique passif. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le boîtier comprend au moins une barrette d’extension tubulaire qui est conformée pour être fixée transversalement de façon étanche sur l’une des première et deuxième extrémités du corps de l’organe de transfert thermique passif et qui délimite intérieurement un canal transversal à l’intérieur duquel débouchent les conduits tubulaires du circuit de façon à former une ligne de distribution/collecte de fluide caloporteur, la barrette étant pourvue d’un embout externe de raccordement audit circuit de fluide caloporteur. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le corps de l’organe passif comprend une structure interne compartimentée délimitant une pluralité de canaux longitudinaux à l’intérieur desquels s’étendent les conduits tubulaires et au moins des première et deuxième cloisons transversales d’extrémités fermant le corps de l’organe passif en des première et deuxième extrémités selon la direction longitudinale du corps et au travers desquelles les conduits viennent s’emmancher de façon étanche. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, la structure compartimentée comprend une pluralité de cloisons intermédiaires transversales s’étendant au travers des canaux et comprenant des orifices de passage des conduits dudit circuit au travers des cloisons intermédiaires afin de former une pluralité de compartiments de transfert thermique entourant des portions de conduits de ladite section du circuit. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’enceinte adiabatique a une résistivité thermique supérieure à 0.1 m².K/W et de préférence supérieure à 0.2 m².K/W. Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le boîtier comprenant une paroi de fond, une paroi périphérique et une paroi de couvercle, l’organe passif est intégré dans la paroi de couvercle du boîtier. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexes dans lesquels : Fig.1 représente une vue en perspective d’une unité de batterie selon l’invention ; Fig.2 représente une vue en perspective éclatée de l’unité de batterie de la ; Fig.3 représente une vue en perspective de dessous d’une paroi d’un boîtier de l’unité de batterie intégrant un organe de transfert thermique passif ; Fig.4 représente une vue en perspective de dessus de la paroi illustrée sur la ; Fig.5 représente une vue en perspective éclatée de dessous de la paroi illustrée sur la ; Fig.6 représente une vue en perspective éclatée de dessus de la paroi illustrée sur la ; Fig.7 représente une vue en coupe transversale de l’unité de batterie selon la ligne de coupe VII-VII de la ; Fig.8 représente une vue en coupe transversale de l’unité de batterie selon l’axe X de la ; Fig.9 représente un diagramme de phase vapeur/liquide/solide de l’eau représentant les différentes phases de l’eau en fonction de la pression P exprimée en bar sur l’axe des ordonnées et en fonction de la température exprimée T en Kelvin avec « S » pour l’état solide, « L » pour l’état liquide, « V » pour l’état vapeur. Unité de batterie (10), notamment pour véhicule automobile hybride et/ou électrique, comprenant essentiellement, d’une part, une pluralité d’éléments de batterie (12), le cas échéant regroupés physiquement et/ou électriquement en plusieurs blocs ou modules (14), d’autre part, un boîtier (16) délimitant une enceinte (18) logeant et entourant lesdits éléments (12), caractérisé en ce que l’enceinte (18) du boîtier (16) étant adiabatique, l’unité de batterie (10) comprend un organe de transfert thermique passif (30), intégré dans une paroi (20) du boîtier (16), qui est isolant thermiquement en-dessous d’un seuil prédéfini de température de telle sorte que les éléments de batterie (12) sont maintenus isolés thermiquement de l’extérieur du boîtier (16) dans l’enceinte adiabatique (18) et qui est conducteur thermiquement au-dessus du seuil de température prédéfini de telle sorte qu’un transfert thermique entre les éléments de batterie (12) et l’environnement extérieur du boîtier (16) se produit par la paroi (20) du boîtier (16) portant l’organe passif (30) permettant leur refroidissement. Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle l’organe de transfert thermique passif (30) comprend un corps creux fermé de transfert thermique (30) rempli d’un fluide de travail à changement de phase qui est configuré pour passer d’une phase liquide à une phase vapeur lorsque la température des éléments de batterie (12) est supérieure au seuil de température prédéfini. Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le corps de l’organe de transfert thermique passif (30) comprend une première partie, dite partie d’évaporation (32, 42) qui est en contact thermique direct avec les éléments de batterie (12) et comprend une deuxième partie, dite partie de condensation (34, 62), qui est couplée à un dispositif de refroidissement externe de sorte que le fluide de travail passe de la phase vapeur à la phase liquide au contact de la partie de condensation (34, 62). Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle la partie d’évaporation (32, 42) est réalisée dans un matériau métallique capillo-poreux, tel que de l’aluminium. Unité de batterie (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle, dans une configuration d’utilisation de l’unité de batterie (10), la partie d’évaporation (32, 42) est disposée en-dessous de la partie de condensation (34, 62) de sorte que le retour du fluide de travail en phase liquide de la partie de condensation (34, 62) vers la partie d’évaporation (32, 42) se fait sous l’effet de la gravité. Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle la partie de condensation (34, 62) est formée par une section (62) d’un circuit de circulation d’un fluide caloporteur (60) traversant le corps de l’organe de transfert thermique passif (30) ou est formée par une paroi (44) du corps de l’organe de transfert thermique (30) qui est couplée avec un radiateur de refroidissement formé par une pluralité d’ailettes s’étendant perpendiculairement à ladite paroi. Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle le corps fermé de l’organe de transfert thermique passif (30) se présente sous la forme d’un panneau creux (40) comprenant une paroi inférieure interne (42), formant évaporateur, en contact thermique avec les éléments de batterie (12) et une paroi supérieure externe (44) en regard et à distance de la paroi inférieure interne (42) et comprend une structure interne compartimentée (46) comprenant une pluralité de cloisons perpendiculaires (50, 51, 52) aux parois externe (44) et interne (42) qui relient les parois (42 ; 44) entre elles pour délimiter une pluralité de compartiments (48). Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle l’une des parois (44) comprend des nervures (50, 51, 52) venues de matière faisant saillie à partir de l’une des faces de cette paroi (44) jusqu’à atteindre avec leurs extrémités libres l’une des faces de l’autre des parois (42) afin de former les cloisons de séparation (50, 51, 52) de la structure interne compartimentée (46). Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle les nervures (50, 51, 52) se croisent entre elles pour délimiter des compartiments (48) pour former une structure interne compartimentée (46) de forme générale alvéolaire. Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle la structure compartimentée (46) est venue de matière avec la paroi externe (44), par exemple par moulage en une pièce d’une matière thermoplastique. Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une section (62) d’un circuit (60) de circulation d’un fluide caloporteur comportant une pluralité de conduits tubulaires (64), intégrée structurellement à l’organe de transfert thermique passif (30) et traversant le corps de l’organe de transfert thermique passif (30). Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le boîtier (16) comprend au moins une barrette d’extension tubulaire (70) qui est conformée pour être fixée transversalement de façon étanche sur l’une des première (30A) et deuxième (30B) extrémités du corps de l’organe de transfert thermique passif (30) et qui délimite intérieurement un canal transversal à l’intérieur duquel débouchent les conduits tubulaires (64) du circuit (60) de façon à former une ligne de distribution/collecte de fluide caloporteur, la barrette (70) étant pourvue d’un embout externe (72) de raccordement audit circuit de fluide caloporteur (60). Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le corps de l’organe passif (30) comprend une structure interne compartimentée (46) délimitant une pluralité de canaux longitudinaux à l’intérieur desquels s’étendent les conduits tubulaires (64) et au moins des première (44C) et deuxième (44C) cloisons transversales d’extrémités fermant le corps de l’organe passif (30) en des première (30A) et deuxième (30B) extrémités selon la direction longitudinale du corps et au travers desquelles les conduits (64 ) viennent s’emmancher de façon étanche. Unité de batterie (10) selon la revendication précédente, dans laquelle la structure compartimentée (46) comprend une pluralité de cloisons intermédiaires transversales (52) s’étendant au travers des canaux et comprenant des orifices (54) de passage des conduits (64) dudit circuit (60) au travers des cloisons intermédiaires (52) afin de former une pluralité de compartiments (48) de transfert thermique entourant des portions de conduits (64) de ladite section (62) du circuit (60). Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’enceinte adiabatique (18) a une résistivité thermique supérieure à 0.1 m².K/W et de préférence supérieure à 0.2 m².K/W. Unité de batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, le boîtier (16) comprenant une paroi de fond (24), une paroi périphérique (26) et une paroi de couvercle (20), l’organe passif (30) est intégré dans la paroi (20) de couvercle du boîtier (16).