YU, Robert (16 rue Hemingway, Montigny le Bretonneux, F-78180, FR)
| Revendications 1 . Système de refroidissement pour bac de batterie (2) pour véhicule automobile, comprenant une première partie (10) hors du bac de batterie (2) et une seconde partie (20) à l'intérieur du bac de batterie, la première partie (10) comprenant : - un premier circuit (1 1 ) tronqué refroidissant un premier liquide de refroidissement et - des premiers moyens de liaison (19) aménagés sur une voie de circulation du premier circuit (1 1 ), et la seconde partie (20) comprenant : des seconds moyens de liaison (29) coopérant avec les premiers moyens de liaison (19) de manière amovible pour former une liaison (30) apte à fermer ou ouvrir le premier circuit (1 1 ) de circulation, le système étant caractérisé en ce que le seconde partie comprend en outre : un échangeur (22) dans lequel circule le premier liquide de refroidissement pour refroidir un second fluide de refroidissement, un second circuit (21 ) dans lequel circule le second fluide de refroidissement pour refroidir au moins une batterie (8) du bac de batterie. 2. Bac de batterie (2) pour véhicule automobile comprenant au moins une batterie (8), caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de liaison (29) aménagés sur une voie de circulation d'un premier circuit (1 1 ), un échangeur (22) dans lequel circule un premier liquide de refroidissement du premier circuit (1 1 ) pour refroidir un second fluide de refroidissement, et un second circuit (21 ) de refroidissement dans lequel circule le second fluide de refroidissement pour refroidir la au moins une batterie (8). 3. Système de refroidissement pour bac de batterie (2) pour véhicule automobile selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend : une première partie (10) comprenant un premier circuit (1 1 ) tronqué refroidissant un premier liquide de refroidissement et des premiers moyens de liaison (19) aménagés sur une voie de circulation du premier circuit (1 1 ), et ; un bac de batterie (2) selon la revendication 7. 4. Système de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (10) comprend un vase d'expansion (14) formant un réservoir pour le premier liquide de refroidissement. 5. Système de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (10) comprend une vanne (16) sur la voie comprenant le vase d'expansion sous ce vase d'expansion pour ouvrir ou fermer la circulation du liquide dans le vase d'expansion (14). 6. Système de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (10) comprend une première pompe (16) sur la voie comprenant le vase d'expansion (14) sous ce vase d'expansion et une seconde pompe (17) à proximité d'un moyen de liaison (19) formant la sortie de la première partie (10) pour le premier liquide de refroidissement. 7. Véhicule automobile, comprenant un bac de batterie (2) pour l'alimentation de son moteur d'entraînement, caractérisé en ce qu'il comprend un système de refroidissement de son bac de batterie (2) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6. |
La présente invention se rapporte à un système de refroidissement pour bac de batterie d'un véhicule automobile. Elle porte aussi sur les deux parties principales de ce système de refroidissement, sur un bac de batterie, un véhicule automobile et un dispositif de charge de batteries comprenant au moins une de ces parties. Enfin, l'invention porte aussi sur un procédé de montage ou démontage d'un bac de batteries sur un véhicule automobile ou un dispositif de charge de batteries.
Certains véhicules automobiles, comme les véhicules électriques ou hybrides, comprennent une ou plusieurs batterie(s) pour l'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique. Une telle batterie s'échauffe pendant son utilisation, à la fois en période de roulage du véhicule automobile et en période de recharge. Cet échauffement risque d'induire un vieillissement prématuré d'une batterie. Ainsi, les solutions de l'état de la technique utilisent des solutions de refroidissement de la batterie.
Le document FR 2 330 153 A1 décrit un procédé et une installation pour évacuer la chaleur dégagée dans les cellules individuelles d'un accumulateur.
D'autre part, il se révèle intéressant d'échanger une batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie chargée. Ceci peut être fait dans une station similaire à une station service dans laquelle on peut remplir un réservoir d'essence d'un véhicule automobile. Une telle solution rend toutefois plus complexe le refroidissement de la batterie car la solution choisie doit rester compatible avec le caractère amovible de la batterie, et permettre un nombre important d'opérations de montage/démontage de la batterie.
Le but de l'invention est donc de fournir une solution améliorée de refroidissement d'une batterie d'un véhicule automobile. Plus précisément, l'invention cherche à atteindre les objets suivants :
Un premier objet de l'invention consiste à prévoir une solution de refroidissement de batterie d'un véhicule automobile qui mette en jeu un échange thermique performant, pour obtenir un refroidissement efficace à moindre coût.
Un second objet de l'invention consiste à prévoir une solution de refroidissement de batterie d'un véhicule automobile compatible avec le caractère amovible d'une batterie.
A cet effet, l'invention repose sur un système de refroidissement pour bac de batterie pour véhicule automobile, comprenant une première partie hors du bac de batterie et une seconde partie à l'intérieur du bac de batterie, caractérisé en ce que la première partie comprend :
- un premier circuit tronqué refroidissant un premier liquide de refroidissement et
- des premiers moyens de liaison aménagés sur une voie de circulation du premier circuit,
et en ce que la seconde partie comprend :
des seconds moyens de liaison coopérant avec les premiers moyens de liaison de manière amovible pour former une liaison apte à fermer ou ouvrir le premier circuit de circulation, un échangeur dans lequel circule le premier liquide de refroidissement pour refroidir un second fluide de refroidissement, un second circuit dans lequel circule le second fluide de refroidissement pour refroidir au moins une batterie du bac de batterie. Cette première partie d'un système de refroidissement pour bac de batterie peut comprendre un premier circuit tronqué refroidissant un premier liquide de refroidissement et des premiers moyens de liaison aménagés sur une voie de circulation du premier circuit.
Le premier circuit peut comprendre un premier échangeur pour permettre le refroidissement du premier liquide de refroidissement par l'air ambiant et/ou un second échangeur pour permettre le refroidissement du premier liquide de refroidissement à l'aide d'un autre circuit de refroidissement de type climatiseur.
La première partie peut comprendre une vanne pour ouvrir ou fermer la circulation du premier liquide de refroidissement dans le premier échangeur et/ou dans le second échangeur.
La première partie peut comprendre un vase d'expansion formant un réservoir pour le premier liquide de refroidissement.
La première partie peut comprendre une vanne sur la voie comprenant le vase d'expansion sous ce vase d'expansion pour ouvrir ou fermer la circulation du liquide dans le vase d'expansion.
La première partie d'un système de refroidissement pour bac de batterie peut comprendre au moins une pompe pour la circulation du premier liquide de refroidissement.
La première partie peut comprendre une première pompe sur la voie comprenant le vase d'expansion sous ce vase d'expansion et une seconde pompe à proximité d'un moyen de liaison formant la sortie de la première partie pour le premier liquide de refroidissement. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile ou dispositif de charge de batterie, caractérisé en ce qu'il comprend une première partie d'un système de refroidissement pour bac de batterie de véhicule automobile tel que décrit précédemment.
L'invention porte aussi sur un bac de batterie pour véhicule automobile comprenant au moins une batterie, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de liaison aménagés sur une voie de circulation d'un premier circuit, un échangeur dans lequel circule un premier liquide de refroidissement du premier circuit pour refroidir un second fluide de refroidissement, et un second circuit de refroidissement dans lequel circule le second fluide de refroidissement pour refroidir la au moins une batterie.
L'échangeur peut être un échangeur vertical dans lequel le premier liquide de refroidissement circule de bas en haut.
L'invention porte aussi sur un système de refroidissement pour bac de batterie pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une première partie telle que décrite précédemment et un bac de batterie tel que décrit ci-dessus.
L'invention porte aussi sur un véhicule automobile, comprenant un bac de batterie pour l'alimentation de son moteur d'entraînement, caractérisé en ce qu'il comprend un système de refroidissement de son bac de batterie tel que décrit ci-dessus.
L'invention porte aussi sur un procédé de démontage d'un bac de batterie d'un véhicule automobile ou d'un dispositif de charge de batterie, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de déconnexion d'une liaison entre deux moyens de liaison aménagés sur une voie de circulation d'un premier circuit d'un système de refroidissement du bac de batterie dans lequel circule un premier liquide de refroidissement, pour séparer une première partie hors du bac de batterie d'une seconde partie au sein du bac de batterie du système de refroidissement du bac de batterie et en ce qu'il comprend une étape de désolidarisation du bac de batterie.
Le procédé de démontage d'un bac de batterie peut comprendre une étape consistant à vidanger au moins partiellement le premier circuit du système de refroidissement du bac de batterie du premier liquide de refroidissement.
L'étape de vidange du liquide de refroidissement peut comprendre l'aspiration par une pompe du liquide de refroidissement jusque dans un vase d'expansion, puis la fermeture d'une vanne pour le retenir dans ce vase d'expansion.
L'invention porte aussi sur un procédé de montage d'un bac de batterie sur un véhicule automobile ou sur un dispositif de charge de batterie, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de connexion d'une liaison entre deux moyens de liaison aménagés sur une voie de circulation d'un premier circuit d'un système de refroidissement du bac de batterie dans lequel circule un premier liquide de refroidissement, pour connecter une première partie hors du bac de batterie d'une seconde partie au sein du bac de batterie du système de refroidissement du bac de batterie et une seconde partie au sein du bac de batterie et une étape de solidarisation du bac de batterie.
Le procédé de montage d'un bac de batterie peut comprendre une étape consistant à remplir le premier circuit de refroidissement de liquide de refroidissement.
Le procédé de montage d'un bac de batterie peut comprendre une étape d'ouverture d'une vanne sous le vase d'expansion puis une étape de mise en circulation d'un premier liquide de refroidissement provenant du vase d'expansion par une pompe.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente un véhicule automobile équipé d'un bac de batteries d'alimentation et d'un système de refroidissement selon l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique d'un système de refroidissement du bac de batteries d'alimentation selon un mode d'exécution de l'invention.
La figure 3 représente une vue schématique en perspective d'un premier bac de batterie incluant un système de refroidissement de batterie selon le mode d'exécution de l'invention.
La figure 4 représente une vue schématique en perspective d'un second bac de batterie incluant un système de refroidissement de batterie selon le mode d'exécution de l'invention.
La figure 5 représente une vue schématique du système de refroidissement de batterie d'alimentation lors d'une phase de démontage du bac de batterie selon le mode d'exécution de l'invention.
La figure 6 représente une vue schématique du système de refroidissement de batterie d'alimentation lors d'une phase de montage du bac de batterie selon le mode d'exécution de l'invention. Le concept de l'invention repose sur le refroidissement d'un bac de batterie d'un véhicule automobile par la combinaison d'un double circuit de refroidissement, le premier circuit, principalement hors du bac de batterie, s'étendant à l'intérieur du bac de batterie par une liaison amovible aménagée au niveau de voies de circulation de son liquide de refroidissement et le second circuit, totalement intégré dans le bac de batterie, cédant la chaleur provenant des batteries au liquide de refroidissement du premier circuit par un échangeur disposé au sein du bac de batterie. L'invention va être plus précisément présentée à l'aide d'un mode d'exécution particulier.
La figure 1 représente un véhicule automobile 1 équipé d'un bac de batterie 2, fixé de manière amovible sous son châssis 3 et relié à un moyen d'entraînement 4 électrique, de type traction, par une liaison électrique 5. La liaison amovible du bac de batterie 2 avec le véhicule automobile repose sur un mécanisme non représenté, nécessitant une mise en contrainte dans une direction verticale pour débrayer le mécanisme afin de pouvoir actionner un verrou en rotation autour d'un axe sensiblement vertical, pour finalement déverrouiller et libérer le bac de batterie 2, devenu libre de se déplacer vers le bas par rapport au véhicule, dans une direction sensiblement verticale. Sa fixation sur le véhicule se fait selon les étapes inverses par le même mécanisme. En variante, le bac de batterie 2 pourrait être fixé dans un logement différent sur le véhicule automobile, au niveau du coffre arrière par exemple, et/ou selon un mécanisme différent.
Selon le concept de l'invention, le véhicule 1 comprend de plus un système de refroidissement du bac de batterie 2 qui comprend une première partie 10 disposée au sein du véhicule automobile et une seconde partie 20 disposée au sein du bac de batterie. Ces deux parties 10, 20 comprennent des moyens liaisons permettant de les relier de manière amovible, en une liaison étanche 30 située niveau de la caisse du véhicule. Le montage et démontage du bac de batterie sur le véhicule automobile entraîne la connexion et déconnexion automatique de cette liaison 30, selon un procédé de montage/démontage qui sera détaillé par la suite.
La figure 2 représente plus précisément le système de refroidissement de batterie selon le mode d'exécution de l'invention.
Ce système de refroidissement comprend une première partie 10 montée au sein du véhicule automobile. Cette première partie 10 comprend principalement une partie d'un premier circuit 1 1 dans lequel circule un premier liquide de refroidissement. Ce premier circuit 1 1 est équipé d'un premier échangeur 12, qui consiste en un radiateur frontal du véhicule automobile, qui est apte au refroidissement du premier liquide de refroidissement lorsque la température ambiante est basse. Il comprend de plus un second échangeur 13, qui coopère avec la boucle de climatisation 6 du véhicule automobile, de sorte de pouvoir refroidir le premier liquide de refroidissement, notamment quand la température ambiante est élevée. De plus, un vase d'expansion 14 remplit une fonction de stockage et de remplissage du premier circuit 1 1 en liquide de refroidissement. Il s'étend verticalement et est relié au premier circuit 1 1 à la fois par sa partie supérieure et sa partie inférieure. Une première vanne 15 permet de couper la circulation du premier liquide de refroidissement dans le premier échangeur 12 et/ou dans le second échangeur 13. Une seconde vanne 16 permet de couper la circulation du liquide de refroidissement au travers du vase d'expansion 14. En variante, une seule vanne pourrait remplir la fonction des deux vannes 15, 16. Le premier circuit 1 1 comprend aussi une première pompe 17 qui assure la circulation du premier liquide de refroidissement dans l'ensemble de la boucle. Il comprend une seconde pompe 18 dont la fonction est le vidage du circuit, comme cela sera détaillé par la suite. Enfin, le premier circuit 1 1 est tronqué et comprend des moyens de liaison 19, aménagés sur les voies de circulation du premier liquide de refroidissement, afin de coopérer avec la seconde partie 20 du système de refroidissement qui comprend notamment la partie manquante du premier circuit 1 1 .
Cette seconde partie 20 du système de refroidissement est montée à l'intérieur du bac de batterie 2. Ce dernier se présente sous la forme d'un compartiment 7 intégrant une ou plusieurs batteries 8 et comprenant un second circuit de refroidissement 21 dans lequel circule un second liquide de refroidissement. Le bac de batterie 2 comprend de plus un échangeur 22 qui permet au premier liquide de refroidissement provenant du premier circuit 1 1 , refroidi au sein de la première partie 10 du système de refroidissement, de refroidir le second liquide refroidissement du bac de batterie. Selon le mode d'exécution, cet échangeur 22 est de type « à plaques », orienté verticalement, dans lequel le premier liquide de refroidissement circule de bas en haut. Ce positionnement vertical de l'échangeur facilite le procédé de montage ou démontage du bac de batterie, qui sera décrit par la suite. Enfin, la seconde partie 20 du système de refroidissement comprend de plus deux moyens de liaison 29 qui coopèrent avec les moyens de liaison 19 de la première partie 10, pour former un premier circuit 1 1 de circulation fermé pour le premier liquide de refroidissement lorsque le bac de batterie 2 est monté sur le véhicule automobile.
Les moyens de liaison 19, 29 de respectivement la première partie 10 et la seconde partie 20 du système de refroidissement permettent de rendre amovible le bac de batterie. Ils peuvent se présenter sous une forme très simple, semblable aux raccords étanches utilisés pour des tuyaux d'arrosage, ce qui permet une mise en œuvre automatique du procédé de montage et/ou démontage du bac de batterie sur le véhicule automobile. Lorsqu'ils sont connectés l'un à l'autre en position de fixation du bac de batterie sur le véhicule automobile, ils assurent une liaison étanche 30 qui permet la circulation du premier liquide de refroidissement.
Ainsi, lors du fonctionnement du véhicule automobile, le premier liquide de refroidissement est refroidi au sein du premier circuit 1 1 , avant de refroidir le second liquide de refroidissement au sein de l'échangeur 22 du bac de batterie, qui lui-même circule autour des batteries 8 pour les refroidir. En remarque, lorsque la température ambiante est froide, la vanne 15 est d'abord fermée pour permettre le chauffage de la batterie dans un premier temps. Au contraire, lorsque la température ambiante et chaude, la vanne 15 ferme la voie comprenant le radiateur 12 et utilise l'échangeur 13 lié à la boucle de climatisation 6 pour assurer le refroidissement du premier liquide refroidissement. Entre ces deux situations, lorsque la température ambiante est ni trop froide ni trop chaude, le radiateur frontal ou échangeur 12 suffit au refroidissement du premier liquide de refroidissement.
Les figures 3 et 4 illustrent deux exemples d'architecture d'un bac de batterie selon l'invention. Le premier exemple de la figure 3 se présente sous la forme de l'association de deux empilements de modules à plat, formant un ensemble de dimension sensiblement égale à 120 X 120 X 30 centimètres, alors que le second exemple de la figure 4 montre deux empilements de modules superposés. Dans les deux cas, la partie ajoutée au bac de batterie appartenant au système de refroidissement selon l'invention, comprenant essentiellement l'échangeur 22 et une pompe de circulation 23 pour le second liquide de refroidissement, est intégrée dans une partie latérale du bloc de batterie.
L'invention porte aussi sur un procédé de montage ou démontage d'un bac de batterie sur un véhicule automobile équipé d'un système de refroidissement du bac de batterie selon l'invention. Un tel procédé qui permet de démonter un bac de batterie quand les batteries sont déchargées doit supprimer ou limiter toute fuite du premier liquide de refroidissement du premier circuit qui est ouvert durant l'opération.
Ainsi, quand le bac de batterie est déchargé, le véhicule automobile est conduit dans une station d'échange de batterie. Il est positionné au-dessus d'un dispositif d'échange automatique, actionné par un robot qui vient démonter le bac de batterie vide et remonter un bac de batterie chargé. Toutefois, avant le démontage d'un bac de batterie, le premier circuit 1 1 de refroidissement est au moins partiellement vidangé avant la désolidarisation de la liaison 30 du premier circuit 1 1 pour éviter tout écoulement du premier liquide de refroidissement.
Pour cela, lors d'une phase de démontage d'un bac de batterie, la vanne 15 du circuit de refroidissement 1 1 est d'abord fermée pour couper la circulation du premier liquide de refroidissement dans les échangeurs 12, 13. D'autre part, la pompe 17 est arrêtée alors que la seconde pompe 18 est mise en route pour aspirer le premier liquide de refroidissement qui se trouve dans l'échangeur 22 du bac de batterie 2 ainsi que dans les voies de circulation. Par cette opération, le liquide de refroidissement est aspiré dans le vase d'expansion 14, selon une direction de circulation inversée, et remplacé par l'air contenu dans ce dernier, qui circule jusqu'à l'échangeur 22 et les différentes voies de circulation. La figure 5 illustre cette phase préalable au démontage mécanique du bac de batterie 2, sur laquelle on distingue le liquide de refroidissement dont le niveau monte au sein du vase d'expansion 14 dans la direction d. Dès que la pompe 18 commence à aspirer de l'air, la vanne 16 est immédiatement fermée, pour conserver le premier liquide de refroidissement au sein du vase d'expansion 14. Les voies de circulation du premier circuit 1 1 de refroidissement au sein du bac de batterie 2 sont ainsi remplies d'air et vides de liquide refroidissement. Suite à cette vidange préalable, le bac de batterie est ensuite démonté mécaniquement du véhicule automobile, incluant l'étape de déconnexion de la liaison 30 par séparation des moyens de liaison 19, 29.
Lors d'une phase de montage d'un nouveau bac de batterie, le bac est mécaniquement fixé au véhicule automobile. Durant cette phase de fixation, les moyens de liaison 19, 29 des deux parties 10, 20 du système de refroidissement sont automatiquement connectés. Ensuite, le circuit de refroidissement ainsi formé est rempli du premier liquide refroidissement. Pour cela, la vanne 16 est d'abord ouverte pour permettre de remplir la partie inférieure du circuit de refroidissement, à partir du liquide de refroidissement stocké dans le vase d'expansion 14, qui s'écoule naturellement dans la partie basse du circuit par simple gravité, dans la direction b, comme illustré sur la figure 6. Lorsque le liquide a atteint la pompe 17, cette dernière est mise en route, ce qui entraîne la circulation du liquide de refroidissement jusqu'à l'échangeur 22 du bac de batterie. Dans le même temps, le circuit est purgé de l'air qui s'y trouve, qui retourne dans le vase d'expansion 14, jusqu'à atteindre la configuration de fonctionnement, dans laquelle la vanne 15 est ouverte.
Il apparaît bien dans les étapes du procédé de montage et démontage du bac de batterie que le vase d'expansion, qui comprend un mélange d'air et de liquide de refroidissement, permet de remplir les fonctions de vidange et remplissage du premier circuit de refroidissement.
En remarque, lorsque le bac de batterie est démonté du véhicule automobile, il subit une phase de charge au sein d'une station de charge de batterie. Lors de cette phase de charge, un système de refroidissement de batterie selon l'invention peut aussi être mis en œuvre. Pour cela, il est possible d'utiliser un système de refroidissement dans la station de charge de batterie, dont la première partie 10 est intégrée au sein du dispositif de charge, de manière similaire à celle d'un véhicule automobile telle que décrite ci-dessus. Ainsi, l'invention porte aussi sur un dispositif de charge de batterie équipé d'un système de refroidissement de batterie selon l'invention.
La gestion du procédé de montage et démontage du bac de batterie, ainsi que le fonctionnement du système de refroidissement selon l'invention est réalisée à l'aide de moyens logiciels et/ou matériels, par exemple un calculateur, pour piloter les différents composants du système.
Le liquide de refroidissement utilisé dans le système de refroidissement décrit peut être simplement de l'eau, ou tout autre liquide dont les propriétés thermiques sont considérées comme intéressantes. L'invention permet avantageusement d'utiliser deux liquides, ce qui permet d'atteindre une performance d'échange thermique supérieure à l'utilisation de gaz. En variante de réalisation, le second circuit de refroidissement intégré au sein du bac de batterie pour refroidir directement la ou les batterie(s) peut prendre toute autre forme, avec tout fluide thermique, non nécessairement liquide, refroidi par un échange avec le premier liquide de refroidissement au sein du bac de batterie.
L'invention a été décrite à partir d'un bac de batterie comprenant plusieurs modules de batterie distincts complémentaires. Naturellement, elle s'applique quel que soit le nombre de modules, même pour une seul module. De plus, il ressort de la description du mode d'exécution précédent que des variantes de réalisation du système de refroidissement sont possibles, notamment en déportant certains composants de la première partie sur la seconde partie du système de refroidissement, comme une pompe, une vanne...
Malgré le procédé de vidange du liquide de refroidissement lors du procédé de montage ou démontage du bac de batterie, il peut y avoir une perte de quelques gouttes. Ainsi, on peut associer à cette solution une vanne de jardinage pour supprimer toute perte de l'eau. Il est aussi possible de prévoir un détecteur de niveau de liquide de refroidissement et prévoir l'ajout exceptionnel en cas de manque, selon un entretien simple et accessible à tout conducteur.
D'autre part, l'invention est particulièrement adaptée à un bac de batterie amovible, permettant son démontage d'un véhicule automobile pour son chargement dans une station de charge spécifique. Naturellement, le système de refroidissement décrit reste efficace dans le cas d'un bac de batterie non démontable.
La solution de l'invention présente finalement les avantages suivants :
elle présente un très bon échange thermique du fait de la possibilité d'utiliser des liquides de refroidissement, qui présentent une meilleure performance que l'air ;
elle est parfaitement adaptée aux véhicules
avec batterie démontable, notamment par un
mouvement de translation verticale.