Brevet FR3134922A1 — publié le 20231027

L’invention se rapporte à un système (1) de régulation thermique d’une batterie (3) pour véhicule automobile du type par immersion comportant une unité (11) de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3). Figure pour l’abrégé : figure 4 Système de régulation thermique d’une batterie Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des systèmes de régulation thermique et notamment de tels systèmes pour une batterie. Arrière-plan technique Les véhicules automobiles ont de plus en plus besoin de capacité de stockage en énergie électrique notamment à cause des normes antipollution imposées par les législations locales. Si l’utilisation d’une batterie permet effectivement de substituer par un moteur électrique tout ou partie d’un moteur thermique et la pollution afférente à sa combustion, elle ne permet pas de le remplacer selon les mêmes conditions d’utilisation. Un premier inconvénient réside dans le rendement énergétique de la batterie qui varie sensiblement en fonction de la température et du nombre de cyclages effectués (charges et décharges déjà effectuées). Il a ainsi été constaté qu’en dehors d’une plage de températures optimale à la batterie, généralement comprise entre 25°C et 40°C, le rendement énergétique baisse fortement et comparativement beaucoup plus qu’avec un moteur thermique. Le dépassement de la plage de températures idéale peut notamment entraîner un emballement thermique pouvant mener à la chute importante du rendement énergétique voire l’endommagement irréversible au moins partiel des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Un deuxième inconvénient est que, plus le courant consommé de la batterie est élevé, plus la puissance déchargée par la batterie est importante (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de décharge) et plus l’utilisateur est incité à utiliser une borne de charge rapide (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de charge). Il ressort que le refroidissement par convection forcée ou le refroidissement par échangeur thermique peuvent ne plus suffire pour limiter la température de la batterie. La régulation thermique de la batterie devient donc un enjeu majeur pour les véhicules automobiles destinés à respecter les normes de pollution toujours plus drastiques. L'invention a notamment pour but de proposer un système de régulation thermique d’une batterie pour véhicule automobile permettant d’utiliser une batterie même de forte puissance qui soit plus sûr et plus fiable pour un fonctionnement optimisé et robuste de la batterie. À cet effet, l’invention se rapporte à un système de régulation thermique d’une batterie pour véhicule automobile comportant un réseau fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément de pompage, le réseau fluidique comportant au moins un module de batterie comprenant des cellules d’accumulation d’énergie électrique destinées à être régulées thermiquement par remplissage au moins partiel du module de batterie par le fluide caloporteur diélectrique, caractérisé en ce que le système de régulation comporte une unité de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie. Avantageusement selon l'invention, le système de régulation est du type par immersion au moins partielle des cellules d’accumulation d’énergie électrique de la batterie par un fluide caloporteur diélectrique et, préférentiellement, par immersion totale. En effet, d’une part, l’immersion est plus efficace pour les échanges thermiques car la surface spécifique d’échange est plus grande et, d’autre part, l’évacuation en dehors de chaque module par circulation du fluide caloporteur diélectrique est rapide ce qui permet des grandes efficacité et réactivité de régulation propres à satisfaire aussi bien la charge (en borne de charge rapide) que la décharge (consommation électrique du véhicule automobile à forte charge) de grande puissance électrique de la batterie. De manière connexe, la régulation par immersion est également plus sûre contre la propagation du feu éventuel de la batterie dans le véhicule automobile. On comprend donc que le système de régulation thermique selon l'invention permet de maintenir les cellules d’accumulation d’énergie électrique à leur température optimale afin de garantir un fonctionnement optimisé (maintien au meilleur rendement énergétique) et robuste (charge et décharge optimales pour une durée de vie plus longue) de la batterie quelles que soient les conditions extérieures dans lesquelles évolue le véhicule automobile, c'est-à-dire même s’il fait très froid ou très chaud. Avantageusement selon l'invention, le réseau fluidique est surveillé en permanence afin d’éviter un disfonctionnement des organes du système de régulation tel qu’une perturbation pour la circulation du fluide caloporteur diélectrique, un déficit de chauffage et/ou de refroidissement ou un entraînement insuffisant du flux de fluide caloporteur diélectrique ce qui pourrait rendre moins efficace la régulation thermique des cellules d’accumulation d’énergie électrique présentes dans le module. On comprend que le système de régulation selon l'invention permet donc un fonctionnement plus sûr (maintien de la qualité de la régulation) et plus fiable (maintien dans les conditions de sécurité de fonctionnement de l’ensemble système de régulation - batterie permettant une durée de vie plus longue de l’ensemble). On peut en conclure que les phénomènes d’emballement thermique de la batterie seront évités grâce au système de régulation thermique selon l'invention ce qui limitera les situations dans lesquelles un endommagement irréversible de cellules d’accumulation d’énergie électrique pourrait être occasionné. L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection de la température à l’intérieur du module de batterie relié électriquement à l’unité de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de température et d’une température cible prédéterminée du module de batterie. Chaque température mesurée dans chaque module de batterie est préférentiellement surveillée en permanence et dès que l’une des températures dérive au-delà de seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité de contrôle active respectivement le mode refroidissement et le mode chauffage. Si chacune des mesures de température reste dans l’intervalle des seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée, l’unité de contrôle active le mode circulation libre qui se contente d’entraîner le fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique sans le réchauffer ni le refroidir. Bien entendu, la température cible prédéterminée et les seuils prédéterminés peuvent être différents pour chaque module de batterie suivant sa configuration et/ou sa localisation dans le véhicule automobile. Le système de régulation thermique peut ainsi comporter un dispositif de chauffage du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau fluidique en amont de l’élément de pompage. L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour activer le dispositif de chauffage quand la valeur mesurée par l’élément de détection de température est inférieure à la température cible prédéterminée du module de batterie afin de, en mode chauffage, réchauffer au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module de batterie jusqu’à la température cible prédéterminée du module de batterie. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux), l’unité de contrôle active ou désactive le mode chauffage. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode chauffage, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif de chauffage en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie. On comprend donc que l’intensité de chauffage apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément de détection de température que celui utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Cela permet avantageusement selon l'invention de piloter l’intensité du dispositif de chauffage à partir d’une mesure de température en amont du module de batterie. Ainsi, d’une part, cela permet de régler précisément la température en amont du module de batterie, c'est-à-dire avant interaction avec les cellules d’accumulation d’énergie électrique, et, d’autre part, la batterie étant prévue préférentiellement pour comporter plusieurs modules, cela permet de donner une température homogène d’entrée du fluide caloporteur diélectrique dans chaque module. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de chauffage et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode chauffage, diagnostiquer une défaillance du dispositif de chauffage si la valeur mesurée par l’élément de détection de la température entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de chauffage n’est pas inférieure à la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie. Par une instrumentation simple, l’unité de contrôle du système de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été chauffé par le dispositif de chauffage mais également, si une baisse de température entre l’amont et l’aval du module de batterie est observée, que les cellules d’accumulation d’énergie électrique ont été réchauffées. Le système de régulation thermique peut également comporter un dispositif de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau fluidique en amont de l’élément de pompage. L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour activer le dispositif de refroidissement quand la valeur mesurée par l’élément de détection de température est supérieure à la température cible prédéterminée du module de batterie afin de, en mode refroidissement, rafraîchir au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module de batterie jusqu’à la température cible prédéterminée du module de batterie. Ici encore, suivant les seuils prédéterminés au-dessus ou en-dessous de la température cible prédéterminée (qui ne sont pas forcément égaux, ni forcément identiques à ceux du mode chauffage), l’unité de contrôle active ou désactive le mode refroidissement. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle (qui peut être le même que celui utilisé pour le mode chauffage) afin de, en mode refroidissement, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif de refroidissement en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie. On comprend donc que l’intensité de refroidissement apporté au fluide caloporteur diélectrique n'est pas réglée à partir du même élément de détection de température que celui utilisé pour choisir le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Cela permet avantageusement selon l'invention de piloter l’intensité du dispositif de refroidissement à partir d’une mesure de température en amont du module de batterie. Ainsi, d’une part, cela permet de régler précisément la température en amont du module de batterie, c'est-à-dire avant interaction avec les cellules d’accumulation d’énergie électrique, et, d’autre part, la batterie étant prévue préférentiellement pour comporter plusieurs modules, cela permet de donner une température homogène d’entrée du fluide caloporteur diélectrique dans chaque module. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection de la température monté sur le réseau fluidique entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de refroidissement (qui peut être le même que celui utilisé pour le mode chauffage) et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de, en mode refroidissement, diagnostiquer une défaillance du dispositif de refroidissement si la valeur mesurée par l’élément de détection de la température entre l’aval du module de batterie et l’amont du dispositif de refroidissement n’est pas supérieure à la valeur mesurée par l’élément de détection de la température monté entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie. Par une instrumentation simple, l’unité de contrôle du système de régulation thermique est immédiatement capable de détecter si, de manière effective, le fluide caloporteur diélectrique a réellement été refroidi par le dispositif de refroidissement mais également, si une hausse de température entre l’amont et l’aval du module de batterie est observée, que les cellules d’accumulation d’énergie électrique ont été refroidies. Le réseau fluidique comporte préférentiellement plusieurs modules de batterie montés en parallèle ce qui présente plusieurs avantages. Il est tout d’abord plus simple de réguler plusieurs modules de batterie en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Il est également plus simple d’implanter dans le véhicule automobile plusieurs modules de batterie en parallèle qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Enfin, il est plus simple de pouvoir changer un module comportant des cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes plutôt que de changer la batterie entière pour seulement une faible partie de cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes. L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour diagnostiquer une obstruction d’un module de batterie quand les variations de valeurs de chaque élément de détection de la température à l’intérieur de chaque module de batterie sont différentes. En effet, les modules de batterie étant en parallèle et alimentés par le même fluide caloporteur diélectrique à la même température, une variation de la température d’un module au-delà d’un seuil prédéterminé au-dessus de la température moyenne des autres modules de batterie, peut entraîner la conclusion qu’un défaut de circulation est présent dans le module où la variation de température change de manière plus marquée que dans les autres. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité de contrôle permettra de rapidement faire vérifier d’éventuelles cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes et où des obstructions en connaissant déjà le module de batterie à vérifier. L’unité de contrôle est préférentiellement configurée pour faire varier le débit de l’élément de pompage en fonction de la puissance électrique de charge ou de décharge de la batterie afin d’adapter le flux de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique en fonction du fonctionnement de la batterie. On comprend donc que plus la puissance de charge ou de décharge de la batterie est élevée, plus le débit de l’élément de pompage est élevé ainsi, le volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module est plus élevé pour augmenter la capacité de régulation thermique du système. Selon un exemple, la variation de débit de l’élément de pompage pourrait être proportionnelle à la puissance de charge ou de décharge de la batterie. Le système de régulation thermique peut comporter au moins un élément de détection du débit en aval du module de batterie relié électriquement à l’unité de contrôle afin de sélectivement piloter l’élément de pompage en fonction de la valeur mesurée par l’élément de détection du débit. En effet, il peut être intéressant de mesurer le débit effectif après les pertes de charges subies dans chaque module de batterie pour, éventuellement, corriger le pilotage de l’élément de pompage pour obtenir la puissance de régulation thermique réellement souhaitée dépendante du volume par unité de temps de fluide caloporteur diélectrique passant dans chaque module. Le système de régulation thermique comporte au moins un élément de détection de la pression entre l’aval de l’élément de pompage et l’amont du module de batterie et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de diagnostiquer, en comparant la valeur mesurée par l’élément de détection de pression par rapport à la pression estimée à partir des conditions de fonctionnement de l’élément de pompage, une fuite ou au contraire une obstruction du réseau fluidique. Ici encore, si le réseau fluidique n’a aucun défaut, ce diagnostic ne serait pas nécessaire. Toutefois, s’agissant d’un système de régulation thermique embarqué dans un véhicule automobile, il peut être intéressant de mesurer la pression effective entre l’élément de pompage et chaque module de batterie pour déterminer si la pression est plus élevée qu’un seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément de pompage, que la circulation du fluide caloporteur diélectrique est entravée dans le réseau fluidique ou, au contraire, pour déterminer si la pression est plus basse qu’un certain seuil prédéterminé que celle théorique du fonctionnement actuel de l’élément de pompage, qu’une partie du fluide caloporteur diélectrique s’échappe du réseau fluidique. On comprend ainsi que le diagnostic de l’unité de contrôle permettra de rapidement faire vérifier le réseau fluidique avant que des cellules d’accumulation d’énergie électrique deviennent défaillantes à cause d’une mauvaise régulation thermique. L’invention se rapporte également à un véhicule automobile caractérisé en ce qu’ il comprend un système de régulation thermique tel que présenté plus haut. Avantageusement selon l'invention, toutes les caractéristiques et effets techniques du système de régulation thermique permettent de garantir un fonctionnement optimal des échanges d’énergie électrique entre la batterie et les organes du véhicule automobile comme, par exemple, pendant le roulage du véhicule automobile ou pendant un rechargement en énergie électrique pendant un stationnement du véhicule automobile. Brève description des figures D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : est une vue schématique de dessus d’un véhicule dans lequel un système de régulation thermique selon l'invention est monté ; est une vue schématique en perspective du système de régulation thermique selon l'invention ; est une vue partielle agrandie de la centrée sur la batterie ; est une vue schématique des connexions électrique et fluidique du système de régulation thermique selon l'invention. Système (1) de régulation thermique d’une batterie (3) pour véhicule (4) automobile comportant un réseau (6) fluidique fermé dans lequel un flux de fluide caloporteur diélectrique en phase liquide est formé à l’aide d’au moins un élément (PUMP01) de pompage, le réseau (6) fluidique comportant au moins un module (7) de batterie (3) comprenant des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique destinées à être régulées thermiquement par remplissage au moins partiel du module (7) de batterie (3) par le fluide caloporteur diélectrique, caractérisé en ce que le système (1) de régulation comporte une unité (11) de contrôle configurée pour surveiller l’efficacité de la régulation thermique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (T02) de détection de la température à l’intérieur du module (7) de batterie (3) relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter le mode de fonctionnement du système (1) de régulation thermique en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection de température et d’une température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant un dispositif (HEAT06) de chauffage du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau (6) fluidique en amont de l’élément (PUMP01) de pompage, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour activer le dispositif (HEAT06) de chauffage quand la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection de température est inférieure à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) afin de, en mode chauffage, réchauffer au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3) jusqu’à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode chauffage, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif (HEAT06) de chauffage en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (T03, T04) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (HEAT06) de chauffage et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode chauffage, diagnostiquer une défaillance du dispositif (HEAT06) de chauffage si la valeur mesurée par l’élément (T03, T04) de détection de la température entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (HEAT06) de chauffage n’est pas inférieure à la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comportant un dispositif (EXCH05) de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique monté dans le réseau (6) fluidique en amont de l’élément (PUMP01) de pompage, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour activer le dispositif (EXCH05) de refroidissement quand la valeur mesurée par l’élément (T02) de détection est supérieure à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3) afin de, en mode refroidissement, rafraîchir au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3) jusqu’à la température cible prédéterminée du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode refroidissement, sélectivement piloter l’intensité d’activation du dispositif (EXCH05) de refroidissement en fonction de la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (T03, T04) de détection de la température monté sur le réseau (6) fluidique entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (EXCH05) de refroidissement et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de, en mode refroidissement, diagnostiquer une défaillance du dispositif (EXCH05) de refroidissement si la valeur mesurée par l’élément (T03, T04) de détection de la température entre l’aval du module (7) de batterie (3) et l’amont du dispositif (EXCH05) de refroidissement n’est pas supérieure à la valeur mesurée par l’élément (T01) de détection de la température monté entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel le réseau (6) fluidique comporte plusieurs modules (7) de batterie (3) montés en parallèle, l’unité (11) de contrôle étant configurée pour diagnostiquer une obstruction d’un module (7) de batterie (3) quand les variations de valeurs de chaque élément (T02) de détection de la température à l’intérieur de chaque module (7) de batterie (3) sont différentes. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité (11) de contrôle est configurée pour faire varier le débit de l’élément (PUMP01) de pompage en fonction de la puissance électrique de charge ou de décharge de la batterie (3) afin d’adapter le flux de circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau (6) fluidique en fonction du fonctionnement de la batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (F03) de détection du débit en aval du module (7) de batterie (3) relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter l’élément (PUMP01) de pompage en fonction de la valeur mesurée par l’élément (F03) de détection du débit. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (P01) de détection de la pression entre l’aval de l’élément (PUMP01) de pompage et l’amont du module (7) de batterie (3) et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de diagnostiquer, en comparant la valeur mesurée par l’élément (P01) de détection de pression par rapport à la pression estimée à partir des conditions de fonctionnement de l’élément (PUMP01) de pompage, une fuite ou au contraire une obstruction du réseau (6) fluidique. Véhicule (4) automobile caractérisé en ce qu’ il comprend un système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes.