Brevet FR3134921A1 — 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 de contrôle configurée pour surveiller la qualité du fluide caloporteur diélectrique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3). Figure pour l’abrégé : figure 2 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 la qualité du fluide caloporteur diélectrique 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 fluide caloporteur diélectrique entourant les cellules d’accumulation d’énergie électrique est surveillé en permanence afin d’éviter qu’une pollution ne soit amenée au module de batterie par la circulation du fluide caloporteur diélectrique sous forme liquide ce qui pourrait rendre moins efficace la régulation thermique ou entraîner des courts-circuits entre les cellules d’accumulation d’énergie électrique présentes dans le module. On comprend que le système de régulation thermique 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 d’au moins une valeur physique du fluide caloporteur diélectrique monté sur le réseau fluidique et relié électriquement à l’unité de contrôle afin de sélectivement piloter le fonctionnement du système de régulation thermique en fonction de la valeur physique du fluide caloporteur diélectrique mesurée par l’élément de détection. Cette configuration permet de déterminer en permanence la présence ou non de pollution dans le fluide caloporteur diélectrique par simple surveillance d’une de ses valeurs physiques sans avoir à intervenir sur le réseau fluidique, c'est-à-dire typiquement sans avoir à effectuer des prélèvements de fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique. Il est également possible selon l'invention d’immédiatement détecter si le liquide utilisé pour le remplissage du réseau fluidique n’est pas celui attendu. Préférentiellement, quand une pollution est déterminée, l’unité de traitement bloque la circulation du fluide caloporteur diélectrique dans le réseau fluidique par l’arrêt d’au moins l’élément de pompage pour éviter au plus tôt l’entrée de toute pollution dans chaque module de batterie. Préférentiellement, l’élément de détection est un capteur de conductivité électrique (ou un capteur de résistivité électrique) afin que l’unité de contrôle détermine sélectivement si un risque de dérégulation thermique (échange thermique moins efficace) et/ou un risque de court-circuit (connexion électrique possible par le fluide caloporteur diélectrique) est encouru dans le module de batterie par la présence du fluide caloporteur diélectrique. En effet, une pollution est généralement associée à une variation de conductivité électrique (la résistivité électrique étant l’inverse de la conductivité électrique) et cette valeur physique a des conséquences importantes pour les connexions électriques dans le module de batterie et, plus généralement, pour le fonctionnement de la batterie. À titre d'exemple nullement limitatif, l’élément de détection peut être un capteur à électrodes. Le seuil de qualité de l’unité de contrôle, c'est-à-dire le seuil à partir duquel l’unité de contrôle considérera qu’une pollution n’est plus négligeable, peut par exemple être une conductivité électrique σ au plus égale à 1 nS∙m - 1 ou une résistivité électrique ρ au moins égale à 1 GΩ∙m à une température de 300 K. En effet, suivant la température du fluide caloporteur diélectrique, la conductivité électrique et, incidemment, la résistivité électrique, varient. L’élément de détection peut être monté sur le réseau fluidique en dehors du module de batterie permettant à l’unité de contrôle d’arrêter la circulation du fluide caloporteur diélectrique avant que ce dernier n’arrive à chaque module de batterie quand un seuil prédéterminé, tel que le seuil de qualité ci-dessus, est dépassé par la mesure de l’élément de détection. Typiquement, si une entrée de remplissage du réseau fluidique en fluide caloporteur diélectrique est présente, l’élément de détection pourrait être installé en aval de cette entrée de remplissage pour maximiser la rapidité de détection d’une erreur de remplissage du fluide, c'est-à-dire notamment si le liquide introduit dans le réseau fluidique n’est pas le fluide caloporteur diélectrique attendu et suffisamment en amont de chaque module de batterie pour que l’inertie du système de régulation thermique n’entraîne pas l’arrivée jusqu’à chaque module de batterie après l’arrêt piloté par l’unité de contrôle. Le système de régulation thermique peut comporter un dispositif de chauffage du fluide caloporteur diélectrique présent dans le réseau fluidique afin de réchauffer au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module de batterie et/ou un dispositif de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique présent dans le réseau fluidique afin de rafraîchir au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module de batterie. On comprend donc que le système de régulation thermique permet de s’adapter en continu aux conditions extérieures dans lesquelles évolue le véhicule automobile, c'est-à-dire aussi bien aux conditions froides (chauffage des cellules) qu’aux conditions chaudes (refroidissement des cellules). Il est également immédiat que l’unité de contrôle peut ainsi, dans un premier temps, réchauffer chaque module de batterie pour arriver à la température optimale de fonctionnement de la batterie telle que, par exemple, trente degrés Celsius et, dans un deuxième temps, réguler thermiquement (chauffer ou refroidir) chaque module de batterie pour maintenir la température optimale de fonctionnement de la batterie. 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 la qualité du fluide caloporteur diélectrique afin de garantir le bon fonctionnement de la batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, comportant au moins un élément (Q04) de détection d’au moins une valeur physique du fluide caloporteur diélectrique monté sur le réseau (6) fluidique et relié électriquement à l’unité (11) de contrôle afin de sélectivement piloter le fonctionnement du système (1) de régulation thermique en fonction de la valeur physique du fluide caloporteur diélectrique mesurée par l’élément (Q04) de détection. Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel l’élément (Q04) de détection est un capteur de conductivité électrique ou un capteur de résistivité électrique afin que l’unité (11) de contrôle détermine sélectivement si un risque de dérégulation thermique et/ou un risque de court-circuit est encouru dans le module (7) de batterie (3) par contact avec le fluide caloporteur diélectrique. Système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel le seuil de qualité de l’unité (11) de contrôle est une conductivité électrique (σ) au plus égale à 1 nS∙m - 1 à une température de 300 K. Système (1) de régulation thermique selon la revendication 3, dans lequel le seuil de qualité de l’unité (11) de contrôle est une résistivité électrique (ρ) au moins égale à 1 GΩ∙m à une température de 300 K. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’élément (Q04) de détection est monté sur le réseau (6) fluidique en dehors du module (7) de batterie (3) permettant à l’unité (11) de contrôle d’arrêter la circulation du fluide caloporteur diélectrique avant que ce dernier n’arrive au module (7) de batterie (3) quand un seuil prédéterminé est dépassé par la mesure de l’élément (Q04) de détection. Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif (HEAT06) de chauffage du fluide caloporteur diélectrique présent dans le réseau (6) fluidique afin de réchauffer au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif (EXCH05) de refroidissement du fluide caloporteur diélectrique présent dans le réseau (6) fluidique afin de rafraîchir au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprise dans le module (7) de batterie (3). Véhicule (4) automobile caractérisé en ce qu’ il comprend un système (1) de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes.