INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’art antérieur comprend des systèmes de refroidissement spécifiques configurés pour gérer la pression et la température appliquées aux cellules de batteries. De tels systèmes ne sont cependant pas exploités dans les meilleures conditions, ce qui affecte la durée de vie et les performances des batteries des véhicules à propulsion électrique. Les étapes de charge et de décharge ne sont pas anticipées et la pression au sein de ces systèmes n’est pas correctement gérée pour obtenir la durée de vie et les performances maximales d’une batterie.
En particulier, la demande de brevet DE102018215477 décrit l'utilisation dans un module de batteries d'un système de piston, d’une pompe et d’un capteur de pression, afin d’ajuster la pression d’un fluide de refroidissement dans lequel baigne partiellement des cellules électrochimiques. Le circuit de fluide comprend un vase d’expansion et se trouve donc sensiblement à la pression atmosphérique. La mise en pression du fluide est donc réalisée par la pompe, le piston n’étant présent que pour compenser les variations de volume des cellules. La pompe doit générer en permanence une pression très importante, égale à la pression à laquelle on veut comprimer les cellules, augmentée de la perte de charge hydraulique du circuit, soit une pression totale de l’ordre de 3 bars, par exemple. Une telle pompe est lourde, encombrante et chère, à supposer même qu’une telle pompe existe.
La présente invention propose un procédé de régulation de la pression permettant d’adapter la pression au sein du circuit de refroidissement en fonction du mode de fonctionnement à venir, notamment une phase de charge ou de décharge. Un tel procédé permet de mieux prendre en compte les différentes étapes du cycle de vie des cellules électrochimiques qui servent à la propulsion d’un véhicule.
La présente invention a ainsi pour principal objectif un procédé de régulation d’une pression d’un liquide diélectrique circulant au sein d’un système de refroidissement d’au moins une cellule de batterie d’un véhicule au moins en partie à propulsion électrique, le système de refroidissement comprenant un circuit entièrement rempli du liquide diélectrique et dans lequel ce liquide diélectrique circule, la cellule de batterie étant immergée dans le liquide diélectrique, le système de refroidissement comprenant un moyen de mise en pression du liquide diélectrique au sein du circuit et un organe de détection de la pression du liquide diélectrique au sein du circuit, le procédé de régulation comprenant au moins les étapes suivantes :
une première étape de préparation à la charge de la cellule de batterie au cours de laquelle le moyen de mise en pression du liquide diélectrique amène, par exemple augmente ou diminue, la pression au sein du circuit jusqu’à une première pression, une deuxième étape de charge de la cellule de batterie au cours de laquelle le moyen de mise en pression maintient la première pression au sein du circuit, une troisième étape de préparation à la décharge de la cellule de batterie au cours de laquelle le moyen de mise en pression du liquide diélectrique amène, par exemple diminue ou augmente, la pression au sein du circuit jusqu’à une deuxième pression, une quatrième étape de décharge de la cellule de batterie au cours de laquelle le moyen de mise en pression maintient la deuxième pression au sein du circuit.
Le système de refroidissement comprend un circuit dans lequel circule le liquide diélectrique, la cellule de batterie étant immergée dans le liquide diélectrique.
Le liquide diélectrique est un liquide adapté pour entrer en contact avec divers organes électriques, sans générer de court-circuit.
Le système de refroidissement comprend un moyen de mise en pression du liquide diélectrique au sein du circuit, le moyen de mise en pression pouvant être un piston électriquement piloté. Un tel système permet de générer une pression, par exemple égale à 4 bars, ce qui permet de faire fonctionner les cellules dans des conditions optimales de performances, de durabilité et de sécurité lorsqu’elles sont soumises à un cycle de charge et de décharge.
La pression mise en œuvre lors de la première étape de préparation établit la pression nécessaire dans le circuit pour réduire le temps de charge de la cellule et maximiser la durée de vie de la cellule.
Selon la deuxième étape, le moyen de mise en pression maintient la première pression dans le circuit en adaptant sa position grâce à un actionneur électrique qui agit sur le piston du moyen de mise en pression.
Lors de la troisième étape correspondant à une préparation à la décharge de la cellule de batterie, le moyen de mise en pression du liquide diélectrique amène, par exemple diminue, la pression de ce liquide au sein du circuit jusqu’à une deuxième pression qui correspond à la pression nécessaire dans le circuit pour optimiser la décharge de la cellule et maximiser la durée de vie de cette cellule de batterie.
Selon la quatrième étape qui correspond à une décharge de la cellule de batterie, le moyen de mise en pression maintient la deuxième pression au sein du circuit, notamment en adaptant sa position grâce à l’actionneur électrique évoqué plus haut.
Avantageusement, le procédé de régulation de pression fait l’usage d’au moins deux seuils de pression, un premier seuil de pression étant adapté à la charge tandis qu’un second seuil de pression est adapté pour la décharge. Une telle configuration du procédé de régulation permet de ralentir le vieillissement des cellules de batteries, d’optimiser leurs performances et/ou de limiter leurs déperditions thermiques.
Selon une caractéristique, le système de refroidissement comprend au moins un moyen de mise en circulation dudit liquide diélectrique au sein du circuit. Selon l’invention, le moyen de mise en circulation, notamment lorsqu'il prend la forme d’une pompe, et le moyen de mise en pression du liquide diélectrique, notamment lorsqu’il prend la forme d’un vérin, collaborent tous les deux pour établir la pression au sein du circuit, par exemple la première pression ou la deuxième pression.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la première étape, la deuxième étape, la troisième étape et la quatrième étape forment un cycle qui est répété à plusieurs reprises.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le moyen de mise en pression comprend au moins un piston au contact du liquide diélectrique et dont le déplacement est opéré par un actionneur électrique, le maintien de la première pression au cours de la deuxième étape ou de la deuxième pression au cours de la quatrième étape étant réalisé en déplaçant le piston.
Ainsi, par exemple, le masque 114 peut comporter une feuille de renfort 113.
Dans l’exemple de réalisation de la , la feuille de renfort 113 recouvre une partie de la face arrière 112 du support 110, recouvrant intégralement une zone de formation de l’éjecteur de SIM 130, ainsi que de la découpe 135, comme schématisé figure 7A).
Dans un tel cas, une étape de découpage perfore ensuite la feuille de renfort 113 et le corps (110) afin de former l’éjecteur de SIM 130 et la découpe 135, comme schématisé figure 7B), et permettre un détachement ultérieur de l’éjecteur de SIM 130 par rapport au corps du support, comme décrit ci-dessus par exemple.
Dans l’exemple de réalisation de la , la feuille de renfort 113 a une forme configurée pour coïncider avec celle de l’éjecteur de SIM 130.
Autrement dit un contour de la feuille de la renfort 113 correspond alors au contour de l’éjecteur de SIM 130.
Dans les exemples de réalisation des figures 7 et 8, selon une option intéressante, la feuille de renfort 113 recouvre ainsi aussi la tige 132, renforçant ainsi sa rigidité. Il pourrait aussi en être ainsi dans l’exemple de réalisation de la .
Système de conversion d’encodage de qubits discrets en qubits continus La présente invention concerne le domaine de l’information quantique. Elle concerne plus précisément un système de conversion d’encodage de bits quantiques de variables quantiques discrètes en variables quantiques continues, permettant de mettre en œuvre des interconnexions quantiques entre systèmes hétérogènes.
Les techniques d’information quantique se sont développées suivant deux approches traditionnellement séparées : une approche basée sur des bits quantiques, ou qubits, encodés en variables discrètes et une approche basée sur des qubits encodés en variables continues.
Un encodage en variable discrète repose sur l’utilisation d’observables dont les valeurs propres peuvent prendre des valeurs discrètes.
Des qubits discrets peuvent par exemple être encodés sur le spin d’un électron, la polarisation d’un photon, la présence ou l’absence d’une particule ou encore sur un intervalle de temps (« time-bin » en anglais). Cette dernière possibilité consiste à créer un état de superposition d’une particule en lui laissant la possibilité de passer par deux chemins optiques de longueur différente, créant ainsi une superposition cohérente des deux états quantiques de la particule.
Un encodage en variable continue repose sur l’utilisation d’observables dont les valeurs propres peuvent prendre des valeurs continues.
Des qubits continus peuvent par exemple être encodés par une superposition d’états cohérents de lumière.
Les outils et les concepts développés pour ces deux types de variables sont généralement différents et ils ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable. Ainsi, un dispositif conçu pour manipuler des qubits discrets ne sera généralement pas compatible avec un dispositif conçu pour manipuler des qubits continus.
A titre d’exemple, les qubits discrets peuvent être plus facilement stockés dans des mémoires quantiques, mais les protocoles de manipulation de ces qubits restent à ce jour majoritairement probabilistes. Les qubits continus permettent au contraire l’implémentation de protocoles déterministes tels que la téléportation déterministe d’un état, et peuvent faciliter certaines fonctionnalités de calcul quantique. Diverses implémentations d’ordinateurs quantiques sont en cours de réalisation et reposent également sur des encodages différents de l’information.
Il est donc particulièrement utile de pouvoir convertir l’encodage d’un qubit entre variable discrète et variable continue afin d’assurer une compatibilité entre différents équipements d’information quantique. Cela permet notamment de mettre en œuvre des réseaux quantiques hétérogènes comportant des systèmes manipulant des qubits discrets et des systèmes manipulant des qubits continus.
La demande US2005/254823 porte sur un dispositif de conversion ou de transfert d’information quantique encodée sous forme de photons d’un premier état de photon vers un deuxième état de photon. Plusieurs modes de réalisation du dispositif sont divulgués.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence à la . Seuls les points par lesquels le second mode de réalisation diffère du premier seront décrits ci-dessous.
Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.
Dans le second mode de réalisation, l’orifice d’obturation 67 est déporté le long du passage d’alimentation 23, à distance de la bride de stockage 35.
La bride de stockage 35 ne comporte pas la cloison 87. Ainsi, l’ouverture de stockage 39 communique directement avec le volume interne 57 de la coupelle 49.
Plus précisément, l’orifice d’obturation 67 est ménagé dans le conduit 59.
À cet effet, le passage d’alimentation 23 comporte un tronçon amont 93 et un tronçon aval 95 prolongeant le tronçon amont 93. Le tronçon amont 93 présente une section de passage relativement plus petite, et le tronçon aval 95 une section de passage relativement plus grande que celle du tronçon amont 93.
L’orifice d’obturation 67 est formé à la jonction entre les tronçons amont et aval 93, 95. Ceux-ci sont raccordés par un épaulement 97, contre lequel l’organe d’obturation 71 vient en appui en position d’obturation de l’orifice d’obturation 67.
Le tronçon aval 95 est directement raccordé à la coupelle 49.
Le tronçon aval 95 présente une section de passage sensiblement constante depuis l’orifice d’obturation 67 jusqu’à la coupelle 49. Il est rectiligne.
La chaine cinématique 73 comporte une biellette 99, raccordant la tige 75 à l’organe d’obturation 71.
Plus précisément, la chaine cinématique 73 comporte un levier pivotant 101, le levier 101 ayant un premier bras 103 coopérant avec la tige 75 et un second bras 105 coopérant avec la biellette 99.
Il est pivotant par rapport à la bride de stockage 35.
Le levier 101 est porté par la coupelle 49. Il est monté pivotant sur un support 106 solidaire du fond 51 de la coupelle 49.
Le premier bras 103 est monté par une liaison pivot ou rotule à l’extrémité distale 88 de la tige 75. Le second bras 105 est monté par une liaison pivot ou rotule à une extrémité 107 de la biellette 99. Une extrémité 108 de la biellette 99, opposée à l’extrémité 107, est montée par une liaison pivot ou rotule sur l’organe d’obturation 71.
Un organe élastique 109 rappelle l’organe d’obturation 71 en position d’obturation. Dans l’exemple représenté, l’organe élastique 109 est un ressort en spirale.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 selon le second mode de réalisation va maintenant être brièvement décrit.
Sur la , l’organe d’obturation 71 est dans sa position d’obturation de l’orifice d’obturation 67. L’organe élastique 109 maintient l’organe d’obturation 71 plaqué contre l’épaulement 97.
L’écoulement de fluide cryogénique à partir du volume de réception 9 le long du passage d’alimentation 23 jusqu’à l’échangeur de chaleur 5 est bloqué.
Pour faire passer l’organe d’obturation 71 à sa position de dégagement, l’actionneur 69 déplace la tige 75 axialement vers la coupelle 49. La tige 75 appuie sur le premier bras 103, ce qui tend à faire pivoter le levier 101 par rapport à la bride de stockage 35 et à la coupelle 49. Le pivotement du levier 101 entraine la biellette 99 vers l’intérieur de la coupelle 49.
Ce mouvement tend à soulever l’organe d’obturation 71, et à le faire passer à sa position de dégagement, à l’encontre de la force de rappel de l’organe élastique 109.
Le fluide cryogénique peut alors circuler le long du passage d’alimentation 23 jusque dans le volume interne 57 de la coupelle 49, puis de là dans les ouvertures de stockage 39 et d’échangeur de chaleur 41 et dans le premier côté 17 de l’échangeur de chaleur 5.
Un troisième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la . Seuls les points par lesquels le troisième mode de réalisation diffère du second seront détaillés ci-dessous.
Dans le troisième mode de réalisation, le tronçon amont 93 du passage d’alimentation 23 présente une section plus grande que le tronçon aval 95 du passage d’alimentation 23.
Par ailleurs, le tronçon aval 95 présente une forme complexe, non rectiligne.
Le tronçon amont 93 présente une portion principale 110 de relativement plus grande section, et une portion terminale 111 de relativement plus petite section raccordant la portion principale 110 au tronçon aval 95. L’orifice d’obturation 67 est défini par la jonction entre la portion principale 110 et la portion terminale 111. Cette jonction forme un épaulement 112, contre lequel l’organe d’obturation 71 vient en appui en position d’obturation.
La biellette 99 est remplacée par un fil 113 dont une extrémité est fixée au second bras 105, et l’autre extrémité à l’organe d’obturation 71.
La portion terminale 111 présente une section de passage plus grande que celle du tronçon aval 95. Un autre épaulement 114 raccorde donc la portion terminale 111 au tronçon aval 95.
L’organe élastique 109 est un ressort hélicoïdal, en appui d’un côté sur l’épaulement 114 et de l’autre côté sur l’organe d’obturation 71.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 va brièvement être décrit.
Sur la , l’organe d’obturation 71 est dans sa position de dégagement. Le fluide cryogénique peut s’écouler le long du passage d’alimentation 23 depuis le volume de réception 9 jusqu’à l’échangeur de chaleur 5.
L’organe d’obturation 71 est sollicité dans sa position de dégagement par l’organe élastique 109.
Dans le présent document, le terme « cellule » est utilisé autant pour désigner une cellule unique qu’un ensemble de cellules formant une batterie, plusieurs batteries assemblées proches les unes des autres étant alors appelées indifféremment pack de batteries ou module de batteries.
illustre, schématiquement, un système de refroidissement d’un pack de batteries ;
illustre un procédé de régulation de la pression selon l’invention, appliqué à un système de refroidissement de la .
La illustre un système de refroidissement 1 d’un pack de batteries 2.
Une batterie 4 est un élément de stockage électrique destiné à fournir une énergie électrique au moins à un moteur de propulsion d’un véhicule équipé du système de refroidissement.
Le système de refroidissement 1 visible à la comprend donc une pluralités de batteries 4 à l’intérieur desquelles circule un fluide diélectrique. Le système de refroidissement comprend également un circuit 6 dont le rôle est de canaliser le liquide diélectrique entre chaque composant du système de refroidissement 1.
Le système de refroidissement 1 comprend encore un échangeur de chaleur 8 et un moyen de mise en circulation 10 du liquide diélectrique, le circuit, l’échangeur de chaleur 8, le moyen de mise en circulation 10 et les batteries 4 formant une boucle fermée à l’intérieur de laquelle circule le liquide diélectrique.
Le système de refroidissement 1 comprend encore un moyen de mise en pression 12 du liquide diélectrique au sein du circuit, ainsi qu’un organe de détection14 de la pression du liquide diélectrique au sein du circuit 6.
Le système de refroidissement illustré sur la comprend, à titre d’exemple, six batteries 4 qui logent chacune plusieurs cellules 16. La batterie 4 comprend une enceinte 17 qui délimite un volume 18 rempli de liquide diélectrique et à l’intérieur duquel les cellules 16 sont intégralement plongées, c’est-à-dire totalement immergées dans le liquide diélectrique. Il n’existe ainsi pas d’air dans le circuit 6.
Le circuit 6 de liquide diélectrique joint chacune de ces six batteries 4 et comprend une canalisation 20 illustré en pointillés, cette canalisation 20 formant une arrivée de liquide diélectrique refroidi pour chacune des batteries 4. Le liquide diélectrique circulant au sein des batteries 4 et le long des cellules 16 récupère les calories dissipées par chacune des cellules 16 et ce liquide diélectrique chauffé est envoyé vers l’échangeur de chaleur 8 par une conduite 22 illustré sur la en trait plein.
Le circuit 6 est ainsi constitué d’une portion d’alimentation 20 qui débute en sortie de l’échangeur de chaleur 8 et qui se termine en entrée d’au moins une des batteries 4, et d’une portion de récupération 22 qui débute en sortie d’au moins une des batteries 4 et qui se termine en entrée de l’échangeur de chaleur 8.
L’échangeur de chaleur 8 est un composant destiné à décharger les calories présentes dans le liquide diélectrique dans un environnement extérieur, qui peut par exemple être un flux d’air qui traverse l’échangeur de chaleur 8 ou encore un autre liquide caloporteur. L’échangeur de chaleur 8 est directement placé en aval des batteries 4, selon le sens de circulation du liquide diélectrique au sein du circuit 6, de sorte à pouvoir rapidement décharger les calories collectées au niveau des cellules 16.
Le moyen de mise en circulation 10 est disposé sur le circuit 6 immédiatement en aval de l’échangeur de chaleur 8. Selon un exemple de réalisation, le moyen de mise en pression 10 est une pompe activée par un moteur électrique. Le rôle de cette pompe est de faire circuler le liquide diélectrique au sein du circuit 6, au sein des batteries 4 et au sein de l’échangeur 8, en formant le circuit fermé.
Le moyen de mise en pression 12 est raccordé au circuit par une branche 24 externe au circuit 6, cette dernière étant raccordée au circuit 6, par exemple, entre une sortie du moyen de mise en circulation 10 et une entrée d’au moins une des batteries 4, toute autre position de raccordement au circuit entrant dans le champ de l’invention.
L’échangeur de chaleur 5 comporte par ailleurs un bol amont 135, placé à l’intérieur de l’enveloppe 31, et constituant le collecteur d’entrée distribuant le fluide cryogénique dans les tubes 33. Le bol amont 135 est fermé par un couvercle 137.
L’échangeur de chaleur 5 comporte encore un bol aval 139, constituant un collecteur de sortie pour le fluide cryogénique. Le bol aval 139 est fermé par une zone du capot 133 dans laquelle est ménagée la sortie de fluide caloporteur 29.
Les extrémités amont des tubes 33 de circulation du fluide cryogénique débouchent à l’intérieur du bol amont 135. Elles sont par exemple rigidement fixées dans des orifices ménagés dans le bol amont 135.
Les extrémités aval des tubes 33 de circulation du fluide cryogénique débouchent dans le bol aval 139. Par exemple, elles sont rigidement fixées dans des orifices ménagés dans le bol aval 139.
Le fond du bol amont 135 est posé sur le réservoir externe 11, et plus précisément sur le fond de la zone en creux 131.
Des orifices respectifs sont ménagés dans le fond du bol amont 135 et dans le réservoir externe 11, et sont placés en coïncidence. Ces orifices constituent l’entrée de fluide cryogénique 21. L’extrémité du passage d’alimentation en fluide cryogénique 23 est engagée à travers ces orifices.
La vanne cryogénique 65 comporte un siège 141, posé sur le fond 140 du bol amont.
Dans l’exemple représenté, ce siège 141 se présente sous la forme d’une plaque circulaire.
Des vis 143 solidarisent le siège 141 et le fond 140 au réservoir externe 11.
L’orifice d’obturation 67 est ménagé dans le siège 141, et est placé en coïncidence avec l’entrée de fluide cryogénique 21.
Dans ce cinquième mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 5 ne comporte pas de puits 77.
La tige 75 traverse le capot 133, et traverse également le couvercle 137.
L’organe d’obturation 71 est fixé à l’extrémité distale 88 de la tige 75, cette extrémité distale 88 et l’organe d’obturation 71 étant logés à l’intérieur du bol amont 135.
L’extrémité proximale 86 de la tige 75 est située en dehors de l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5.
Un levier 145 est rigidement fixé à l’extrémité proximale 86 de la tige 75, ce levier 145 étant déplacé par l’actionneur 69 par l’intermédiaire d’une came 147.
Des moyens d’étanchéité glissante (non représentés) assurent une étanchéité vis-à-vis du fluide cryogénique et du fluide caloporteur au niveau du passage de la tige 75 à travers le capot 133 et à travers le couvercle 137.
Pour faire passer l’organe d’obturation 75 dans sa position d’obturation, l’actionneur 69 déplace la tige 75 en translation par rapport au puits 77. Il déplace la tige 75 vers le fond 51 de la coupelle 49. L’extrémité distale 88 de la tige 75 appuie sur le premier bras 103 du levier 101. Ceci a pour effet de faire pivoter le levier 101. Le second bras 105, du fait de ce mouvement de pivotement, tire sur le fil 113, et déplace celui-ci vers l’intérieur de la coupelle 49. Ce déplacement entraine l’organe d’obturation 71 jusqu’à sa position d’obturation. Ce mouvement est effectué à l’encontre de la force de rappel de l’organe élastique 109.
L’écoulement du fluide cryogénique le long du passage d’alimentation 23 est alors interrompu.
Un quatrième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la . Seuls les points par lesquels le quatrième mode de réalisation diffère du troisième seront détaillés ci-dessous.
Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Dans le quatrième mode de réalisation, le fil 113 est directement raccordé à l’extrémité distale 88 de la tige 75. Le levier 101 est supprimé.
En revanche, le puits 77 comporte un prolongement 115, au-delà de la plaque trouée 43.
Le prolongement 115 est logé pour partie dans l’ouverture de stockage 39 et pour partie dans le volume interne 57 de la coupelle 49.