FR3086103A1 - Systeme de climatisation pour une batterie, vehicule comprenant un systeme de climatisation pour une batterie - Google Patents

Systeme de climatisation pour une batterie, vehicule comprenant un systeme de climatisation pour une batterie Download PDF

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Abstract

Ce système comprend la batterie (1), un carter fermé (2) contenant la batterie (1) tout en formant une lame d'air (3) de convection thermique autour de la batterie (1), et un dispositif électronique extérieur (4) au carter fermé (2), ce dispositif électronique (4) comprenant un support (5) et un circuit électronique (6) monté sur ce support (5), la paroi du carter fermé (2) comprenant un système de fixation (7) configuré pour maintenir le support (5) contre la paroi.

Description

SYSTEME DE CLIMATISATION POUR UNE BATTERIE, VEHICULE COMPRENANT UN SYSTEME DE CLIMATISATION POUR UNE BATTERIE [0001] La présente invention concerne un système de climatisation pour une batterie, et un véhicule comprenant un système de climatisation pour une batterie.
[0002] Les véhicules automobiles ayant un moteur thermique comportent généralement une ou des batteries reliées au réseau de bord, appelées aussi batteries de servitude, pour alimenter les équipements de ces véhicules, notamment un démarreur d’un moteur thermique. D’autres véhicules, s’ils sont à propulsion électrique ou hybride, comportent une ou des batteries de traction (ou propulsion) reliées à un réseau de puissance pour alimenter les moteurs électriques de traction (ou de propulsion).
[0003] On comprendra donc par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique, la batterie de servitude étant considérée équivalente à au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un carter hermétique et forment alors un bloc batterie, ce bloc batterie étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement des bornes de raccordement.
[0004] Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.
[0005] La capacité et la puissance de ces batteries sont en constante augmentation, notamment grâce à la technologie lithium-ion « Li-ion ». Cependant, ce type de batteries pose des problèmes liés à la température de fonctionnement.
[0006] En effet, les batteries au lithium-ion ont des performances limitées avec des températures négatives, et les températures élevées les dégradent rapidement.
[0007] Pour améliorer leur fonctionnement à froid, on peut modifier les matériaux des électrodes, ou l'électrolyte, mais ces solutions peuvent dégrader certaines performances des batteries, notamment à chaud, ce qui réduit leur durée de vie. On peut aussi prévoir un nombre plus important de cellules en parallèle. Ces différentes solutions augmentent notablement les coûts des batteries.
[0008] Une autre solution consiste à réguler la température de ces batteries. On connaît par exemple, du document FR-A1-2987499 un système de climatisation pour une batterie de servitude d'un véhicule automobile, comprenant un carter hermétique prévu pour recevoir la batterie, ce réceptacle ayant à une première extrémité une introduction d’air, et à une deuxième extrémité une évacuation d’air.
[0009] Ce système donne satisfaction mais il est encombrant, si bien qu’il devient compliqué d’implanter des éléments à proximité de la batterie.
[0010] Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient, notamment en optimisant le carter hermétique.
[0011] A cet effet, l’invention a pour objet un système de climatisation pour une batterie, ce système comprenant la batterie, un carter fermé contenant la batterie tout en formant une lame d’air de convection thermique autour de la batterie, et un dispositif électronique extérieur au carter fermé, ce dispositif électronique comprenant un support et un circuit électronique monté sur ce support, ce système étant tel que la paroi du carter fermé comprend un système de fixation configuré pour maintenir le support contre la paroi.
[0012] Le support maintenu sur la paroi, maintient indirectement le dispositif électronique sur la paroi. Ainsi, pour éviter une interférence entre le carter et le dispositif électronique, Il n’y a alors plus de distance minimale à prévoir entre le carter et le dispositif électronique, puisqu’il n’y a plus de mouvements relatifs, vibrations, ou dispersions dimensionnelles à prendre en compte pour garantir cette distance minimale. La suppression de cette distance minimale permet alors un gain en compacité de l’ensemble du système de climatisation.
[0013] Selon un mode de réalisation, ce support présente une surface en contact avec la paroi.
[0014] Selon un mode de réalisation, le circuit électronique comprend un composant à refroidir, ce composant étant en contact avec la paroi.
[0015] Ces caractéristiques ont pour effet de pouvoir profiter de l’effet caloporteur de l’air de convection thermique pour refroidir le support ou le composant ou les deux à la fois, par un effet de conduction thermique à travers la paroi du carter fermé. On aura ainsi avantage à ce que cette paroi soit au moins localement thermiquement conductrice, en utilisant des matériaux pour la paroi comme les alliages d’aluminium ou d’acier ou de cuivre, tout comme pour le support.
[0016] Selon un mode de réalisation, le système de fixation comprend un moyen de serrage, notamment une vis ou un clip.
[0017] Selon une variante de réalisation, le système de fixation comprend une colle appliquée entre la paroi et le dispositif électronique.
[0018] Il sera alors avantageux que cette colle soit spécifiquement prévue pour une bonne thermo-conductivité, par exemple une colle chargée en particules métalliques.
[0019] Selon une variante de réalisation, le système de fixation comprend une pâte thermo conductrice appliquée entre la paroi et le dispositif électronique.
[0020] Ainsi cette pâte peut être appliquée sur le support ou sur le composant, et assurer une continuité de matière entre la paroi et le dispositif électronique, favorisant ainsi l’échange thermique par conductivité.
[0021] Selon un mode de réalisation, le carter comprend une ouverture d’entrée d’air de convection thermique à travers la paroi du carter, cette ouverture débouchant dans la lame d’air de convection thermique, cet air de convection thermique venant en contact avec une partie de la paroi en vis-à-vis du dispositif électronique avant de venir en contact avec la batterie.
[0022] Par exemple, cet air de convection thermique est amené par une conduite reliée à l’ouverture d’entrée d’air de convection thermique, cette conduite prenant sa source d’air de convection thermique d’un auvent d’une carrosserie d’un véhicule, ou encore d’un ventilateur prévu à cet effet.
[0023] L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un système de climatisation tel que précédemment décrit.
[0024] Selon un mode de réalisation de l’invention, la batterie est une batterie de servitude pour l’alimentation d’un réseau de bord.
[0025] Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif électronique est un calculateur de commande de la machine motrice.
[0026] Ainsi, le système selon l’invention permet à la fois le contrôle de la température de la batterie par l’air de convection thermique autour de la batterie, et l’intégration d’un dispositif électronique au carter pour limiter l’encombrement du système. L’intégration d’un tel système de climatisation dans un compartiment moteur du véhicule se trouve ainsi facilité.
[0027] D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre, faite en référence aux figures 1 à 2 annexées, qui représentent :
- Figure 1 : un schéma représentant une vue en coupe du système de climatisation selon un mode de réalisation de l’invention.
- Figure 2 : un schéma représentant la même vue en coupe du système de la figure 1, mais selon une variante de l’invention.
[0028] L’ensemble schématisé sur la figure 1 comporte un système de climatisation pour une batterie selon un mode de réalisation de l’invention. Ce système comprend la batterie 1, représentée en pointillés, un carter fermé 2 contenant la batterie 1 tout en formant une lame d’air 3 de convection thermique autour de la batterie 1, et un dispositif électronique extérieur 4 au carter fermé 2.
[0029] On comprendra par « un dispositif électronique extérieur 4 au carter fermé 2 » un dispositif qui est en dehors d’un volume interne au carter fermé, volume délimité par la paroi du carter fermé.
[0030] Ce carter 2 est étanche à l’air, et est donc hermétique. La lame d’air 3 est un espace préservé entre la batterie 1 et une peau intérieure de la paroi du carter 2. Cet espace est avantageusement d’une épaisseur de 10 mm, mais selon l’espace disponible autour du carter 2, il peut être réduit jusqu’à 5mm ou au contraire agrandi jusqu’à 50mm. Plus précisément, la batterie 1 est conforme à la définition générale qui a déjà été précédemment explicitée. Cette batterie 1 correspond dans l’exemple non limitatif de la figure 1 à une batterie parallélépipédique à cellules électrochimiques de type lithium-ion en remplacement d’une batterie de servitude au plomb. La lame d’air 3 est alors l’espace préservé entre au moins une face de la batterie 1 et la peau intérieure du carter 2.
[0031] La lame d’air 3 est parcourue par l’air de convection thermique, permettant ainsi un échange thermique entre la batterie 1 et cet air de convection thermique.
[0032] Ce dispositif électronique 4 comprend un support 5 et un circuit électronique 6 monté sur ce support 5. Ce circuit électronique 6 est un circuit de commande ou de puissance, ou de commande et de puissance, et contient, par exemple, des composants électroniques ou électrotechniques soudés sur un circuit imprimé, ainsi que des connexions électriques et des faisceaux électriques. Le support 5 est par exemple une platine ou un boîtier respectivement sur ou dans lequel est vissé, clipsé ou collé le circuit imprimé. Le boîtier pourra par exemple être étanche à l’eau et à la poussière pour protéger les composants électroniques.
[0033] La paroi du carter fermé 2 comprend un système de fixation 7 configuré pour maintenir le support 5 contre la paroi. Ce système de fixation 7 est schématisé sur la figure 1 par un trait d’axe. Ce support 5 n’est pas nécessairement en contact avec le carter fermé 2, mais selon un mode préféré représenté en figure 1, le support 5 présente une surface en contact 8 avec la paroi du carter fermé 2.
[0034] La figure 1 schématise en outre le circuit électronique 6 comprenant un composant électronique de commande ou de puissance 9 à refroidir, ce composant 9 étant en contact avec la paroi du carter fermé 2. Ce composant à refroidir peut par exemple être un microprocesseur, un transformateur de courant, un transistor, une résistance, ou tout autre composant ayant une densité de puissance nécessitant un refroidissement. Ce composant à refroidir 9 est par exemple, comme illustré sur la figure 1, logé à travers le support 5 pour être en contact thermique avec le carter fermé 2.
[0035] Selon le mode de réalisation de la figure 1, le système de fixation 7 comprend un moyen de serrage, notamment une vis représentée par le trait d’axe. Mais ce moyen de fixation 7 peut en variantes être un clip ou tout autre dispositif assurant un serrage du support 5 contre le carter fermé 2. Le système de fixation 7 comprendra alors avantageusement une pâte thermo-conductrice appliquée entre la paroi du carter fermé 2 et le dispositif électronique 4, pour favoriser la conduction de la chaleur.
[0036] Selon une variante de l’invention, non représentée, le système de fixation 7 comprend une colle appliquée entre la paroi du carter fermé 2 et le dispositif électronique
4. Cette colle sera avantageusement une colle thermo-conductrice, par exemple une colle époxy chargée en particules thermo-conductrices.
[0037] La figure 1 divulgue en outre une variante préférée dans laquelle une ouverture d’entrée d’air de convection thermique 10 à travers la paroi du carter 2 débouche dans la lame d’air de convection thermique 3, et est placée de sorte que cet air de convection thermique vienne en contact avec une partie de la paroi en vis-à-vis du dispositif électronique 4 avant de venir en contact avec la batterie 1. L’entrée d’air de convection thermique 10 est par exemple une ouverture ou un perçage traversant la paroi du carter fermé 2. Ceci permet de prioriser le refroidissement du composant à refroidir 9 ou du dispositif électronique 4 par rapport au refroidissement de la batterie 1. Mais en variante non représentée, l’ouverture d’entrée d’air de convection thermique 10 pourrait être placée pour que ce soit le refroidissement de la batterie 1 qui soit priorisé, le composant à refroidir 9 comprenant son propre système de refroidissement comme par exemple des ailettes de refroidissement.
[0038] Ce système de climatisation pour batterie est avantageusement destiné aux véhicules, notamment aux véhicules automobiles à machines motrices thermiques ou hybrides ou électriques. La batterie 1 est par exemple une batterie de servitude pour l’alimentation d’un réseau de bord de ce véhicule, le dispositif électronique 4 étant un calculateur de commande de la machine motrice.
[0039] La figure 1 divulgue également une sortie d’air de convection thermique 14 de la lame d’air de convection thermique 3 débouchant vers l’extérieur du carter 2, l’extérieur étant par exemple l’environnement d’un compartiment moteur d’un véhicule. L’ouverture d’entrée d’air de convection thermique 10 est fluidiquement reliée par une conduite 11 à une source d’air de convection thermique qui, dans l’exemple de la figure 1, est un collecteur d’auvent 12 de véhicule, la grille d’auvent étant schématisée par les pointillés
13. Ainsi c’est l’air ambiant au véhicule qui est collectée par le collecteur d’auvent 12, puis acheminé par la conduite 11 jusqu’à l’ouverture d’entrée d’air de convection thermique 10. En variante, cet acheminement pourra être aidé par un ventilateur, non représenté. L’air de convection thermique et donc assimilé ici à l’air ambiant. Mais d’autres variantes sont possibles : par exemple la conduite 11 peut collecter l’air de convection thermique d’une climatisation d’habitacle du véhicule.
[0040] L’air ambiant ou l’air frai de la climatisation, et plus généralement l’air de convection thermique arrivant à l’entrée d’air de convection thermique 10, cheminera donc de l’entrée d’air de convection thermique 10 à la sortie d’air 14 en traversant la lame d’air 3 de convection thermique.
[0041] Dans un autre exemple de réalisation non illustré, la batterie 1 comprend plusieurs modules qui eux-mêmes comprennent au moins une cellule. Le carter 2 contient alors l’ensemble des modules, cet ensemble de modules et le carter 2 formant un pack batterie. La lame d’air 3 est alors l’espace préservé entre l’ensemble des modules et la peau intérieure du carter 2, de sorte que la lame d’air 3 chemine entre cette peau intérieure et les modules, et entre les modules s’ils sont disjoints.
[0042] Dans la figure 2, on a schématisé une variante de réalisation de l’invention, qui est basée sur le système de la figure 1. Pour faciliter la lecture, les références des éléments inchangés ne sont pas modifiées, et les éléments rajoutés ont des références nouvelles.
[0043] La figure 2 divulgue donc une variante où la conduite 11 est prolongée dans la lame d’air 3 de convection thermique par une canalisation 15 d’introduction d’air de convection thermique, cette canalisation 15 comprenant un premier perçage 16 pour permettre de diriger toute ou partie de l’air de convection thermique à un premier endroit précis de la lame d’air, avantageusement un endroit permettant à l’air de convection thermique de parcourir au maximum le volume de la lame d’air 3 de convection thermique. En variante, cette canalisation 15 d’introduction d’air de convection thermique comprend un second perçage 17, pour permettre de diriger une partie de l’air de convection thermique à un second endroit précis de la lame d’air, notamment un second endroit en vis-à-vis du circuit électronique 6, plus particulièrement du composant 9 à refroidir.
[0044] Cette conduite 11 peut être une conduite rapportée sur le carter fermé 2 ou formée par moulage ou fonderie avec la paroi du carter fermé 2 lui-même réalisé par moulage (par exemple un carter fermé 2 en plastique chargé ou non) ou fonderie (par exemple un carter fermé 2 en alliage d’aluminium).

Claims (10)

  1. Revendications
    1. Système de climatisation pour une batterie, ce système comprenant la batterie (1), un carter fermé (2) contenant la batterie (1) tout en formant une lame d’air (3) de convection thermique autour de la batterie (1), et un dispositif électronique extérieur (4) au carter fermé (2), ce dispositif électronique (4) comprenant un support (5) et un circuit électronique (6) monté sur ce support (5), caractérisé en ce que la paroi du carter fermé (2) comprend un système de fixation (7) configuré pour maintenir le support (5) contre la paroi.
  2. 2. Système de climatisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (5) présente une surface en contact (8) avec la paroi.
  3. 3. Système selon l’une des revendications précédentes, le circuit électronique (6) comprenant un composant (9) à refroidir, caractérisé en ce que ce composant (9) est en contact avec la paroi.
  4. 4. Système de climatisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de fixation (7) comprend un moyen de serrage, notamment une vis ou un clip.
  5. 5. Système de climatisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de fixation (7) comprend une colle appliquée entre la paroi et le dispositif électronique (4).
  6. 6. Système de climatisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de fixation (7) comprend une pâte thermo conductrice appliquée entre la paroi et le dispositif électronique (4).
  7. 7. Système de climatisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter (2) comprend une ouverture d’entrée d’air de convection thermique (10) à travers la paroi du carter (2), cette ouverture (10) débouchant dans la lame d’air (3) de convection thermique, cet air de convection thermique venant en contact avec une partie de la paroi en vis-à-vis du dispositif électronique (4) avant de venir en contact avec la batterie (1).
  8. 8. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la batterie (1) est une batterie de servitude pour l’alimentation d’un réseau de bord.
    5
  10. 10. Véhicule automobile selon la revendication 8 ou 9, ce véhicule comprenant une machine motrice, caractérisé en ce que le dispositif électronique (4) est un calculateur de commande de la machine motrice.
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