FR3100928A1 - Batterie d’accumulateurs refroidie - Google Patents

Abstract

Batterie d’accumulateurs (10) comprenant un réceptacle (12) et au moins un module (18, 20) comportant une pluralité d’accumulateurs (26) aptes à dégager de l’énergie thermique, ledit au moins un module (18, 20) étant installé à l’intérieur dudit réceptacle (12). Ladite batterie d’accumulateurs comporte également un circuit de refroidissement comprenant une réserve (36) de fluide caloporteur (58) et une pompe (24) pour pomper le fluide caloporteur (58) dans ladite réserve (36) et pour entraîner ledit fluide caloporteur (58) entre les accumulateurs (26) dudit au moins un module (18, 20) de manière à pouvoir évacuer l’énergie thermique dégagée par lesdits accumulateurs. Ledit circuit de refroidissement (24, 36, 46, 52) est logé à l’intérieur dudit réceptacle (12). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Batterie d’accumulateurs refroidie

La présente invention se rapporte à une batterie d’accumulateurs refroidie permettant de préserver les accumulateurs.

Des batteries d’accumulateurs refroidie connues présentent un réceptacle étanche à l’intérieur duquel sont logés des accumulateurs en batterie, lesquels accumulateurs sont susceptibles de s’échauffer, notamment lorsqu’ils sont en charge. Ces accumulateurs sont également dénommés : « cellules », et on connaît les cellules lithium-ion par exemple.

Pour ne pas dégrader ces accumulateurs, et pour optimiser leur fonctionnement, il est préférable de maintenir leur température entre 20 °C et 35 °C. Aussi, pour ce faire, il a été imaginé de faire circuler un fluide caloporteur entre les accumulateurs, de récupérer le fluide chaud et de le réfrigérer pour pouvoir le réinjecter dans le réceptacle. Ce procédé de dissipation thermique est opéré en continu de manière à pouvoir maintenir la température des accumulateurs dans la plage de température précitée.

On pourra se référer au document WO201100826 lequel décrit une telle batterie d’accumulateurs où un circuit réfrigérant est installé essentiellement à l’extérieur du réceptacle. Ce circuit réfrigérant comprend un conduit de récupération du fluide caloporteur, un échangeur thermique auquel est relié le conduit de récupération puis une pompe pour pouvoir réinjecter le fluide caloporteur dans le conteneur après son passage à travers l’échangeur thermique. De la sorte, l’énergie thermique dégagée par les accumulateurs, notamment lorsqu’ils sont en charge, est évacuée par l’intermédiaire du fluide caloporteur pour pouvoir maintenir leur température entre 20 °C et 35 °C.

Une telle batterie d’accumulateurs est relativement encombrante et aussi, elle nécessite des précautions d’usage et de maintenance compte tenu des risques de fuite des différents éléments du circuit réfrigérant.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une batterie d’accumulateurs refroidie qui soit, non seulement peu encombrante, mais aussi qui nécessite peu d’entretien.

Dans ce but, il est proposé une batterie d’accumulateurs comprenant un réceptacle et au moins un module comportant une pluralité d’accumulateurs aptes à dégager de l’énergie thermique, ledit au moins un module étant installé à l’intérieur dudit réceptacle ; ladite batterie d’accumulateurs comportant également un circuit de refroidissement comprenant une pompe pour entraîner un fluide caloporteur dans ledit circuit de manière à évacuer l’énergie thermique dégagée par lesdits accumulateurs. Ledit au moins un module comprend une pluralité d’entretoises pour maintenir lesdits accumulateurs espacés les un des autres, lesdites entretoises comportant des moyens pour autoriser l’écoulement dudit fluide caloporteur entre lesdits accumulateurs sous l’effet de la pompe.

Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre du circuit de refroidissement à l’intérieur du réceptacle aux côtés dudit au moins un module. De la sorte, la batterie d’accumulateurs est compacte et est moins encombrante. Au surplus, les risques de fuite disparaissent et la maintenance en est simplifiée. On observera que le réceptacle peut comporter plusieurs modules, par exemple deux modules. En outre, le fluide caloporteur est nécessairement diélectrique, autrement dit, il n’est pas porteur de charge de manière à ne pas court-circuiter les accumulateurs. Le polyéthylène glycol par exemple, fait partie d’une famille de composés diélectriques avantageux à mettre en œuvre en l’espèce, en tant que fluide caloporteur.

Préférentiellement, les accumulateurs de la batterie d’accumulateurs sont prismatiques, et plus précisément, parallélépipédiques droit, de manière à pouvoir obtenir une compacité maximale.

Grâce aux entretoises, on évacue l’énergie thermique de manière homogène à la surface des accumulateurs sans créer de point chaud.

Selon un mode de réalisation de l’invention particulièrement avantageux, chacune des entretoises comporte une plaque présentant deux surfaces opposées rainurées. Ainsi, les accumulateurs viennent s’engager entre les plaques de manière condensée. Les rainures forment des chemins de passage du fluide caloporteur le long des accumulateurs pour en évacuer l’énergie thermique.

Préférentiellement, lesdites deux surfaces opposées présentent des rainures de section carrée. Par conséquent, les accumulateurs viennent s’appliquer à plat sur les crêtes carrées des rainures, tandis que le fond des rainures s’étend à distance des accumulateurs, de manière à autoriser le passage du fluide caloporteur.

En outre, ledit au moins un module comprend avantageusement une enveloppe parallélépipédique rectangle adaptée à recevoir ladite pluralité d’accumulateurs. Autrement dit, ledit au moins un module comprend une enveloppe cylindrique de section rectangulaire adaptée à recevoir ladite pluralité d’accumulateurs. De la sorte, les accumulateurs sont maintenus de manière compacte à l’intérieur de l’enveloppe cylindrique. Par ailleurs, les accumulateurs du module sont alors avantageusement reliés électriquement ensemble en série.

De surcroît, les entretoises sont préférentiellement solidaires de ladite enveloppe cylindrique, comme on l’expliquera plus en détail dans la suite de la description. De la sorte, l’enveloppe cylindrique et les entretoises forment un ensemble rigide permettant de maintenir les accumulateurs en position fixe les uns par rapport aux autres et d’assurer également l’écoulement du fluide caloporteur le long des accumulateurs.

Aussi, selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les rainures desdites deux surfaces opposées s’étendent préférentiellement sensiblement parallèlement à l’une des arêtes de ladite enveloppe parallélépipédique rectangle. Autrement dit, les rainures desdites deux surfaces opposées s’étendent sensiblement parallèlement à la génératrice de ladite enveloppe cylindrique. De la sorte, le fluide caloporteur est injecté à l’une des extrémités ouvertes de l’enveloppe cylindrique, et il s’écoule alors entre les entretoises et les accumulateurs selon une direction parallèle à la génératrice de l’enveloppe cylindrique pour déboucher dans son extrémité opposée.

Selon un mode de mise en œuvre de l’invention particulièrement avantageux, ledit réceptacle présente deux doubles parois opposées l’une de l’autre et formant respectivement une chambre d’injection et une chambre de récupération dudit fluide caloporteur. La pompe est alors raccordée à la chambre de récupération et à la chambre d’injection. Elle aspire ainsi le fluide caloporteur dans la chambre de récupération puis, elle le refoule dans la chambre d’injection. Pour un bon fonctionnement de la batterie d’accumulateurs refroidie, la chambre de récupération est située à l’aplomb de la chambre de récupération.

Aussi, l’une desdites doubles parois présente avantageusement une paroi interne et des orifices d’injection pratiqués dans ladite paroi interne. Autrement dit, ladite une desdites doubles parois correspond à la chambre d’injection et elle est située au-dessus de l’autres desdites doubles parois. Et la paroi interne de ladite une desdites doubles parois présente des orifices d’injection venant en regard de l’extrémité ouverte de l’enveloppe cylindrique et des accumulateurs.

A l’opposé, l’autre desdites doubles parois présente avantageusement une autre paroi interne présentant une fente de récupération du fluide caloporteur. De la sorte, le fluide caloporteur injecté depuis les orifices d’injection s’écoule entre les accumulateurs et les entretoises, dans les rainures, de manière à dissiper l’énergie thermique produite par ces accumulateurs. Le fluide caloporteur réchauffé s’écoule ensuite par gravité à travers la fente de récupération ménagée dans l’autre paroi interne pour s’acheminer dans la chambre de récupération. Le fluide caloporteur ainsi réchauffé, cède de l’énergie thermique à travers la paroi externe de l’autre desdites doubles parois comme on l’expliquera plus en détail ci-après. La pompe peut alors venir aspirer le fluide caloporteur ainsi refroidi pour le réinjecter dans la chambre d’injection.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue schématique en coupe verticale d’une batterie d’accumulateurs refroidie selon l’invention ;
est une vue schématique de dessus d’un élément de l’objet de la figure [Fig. 1] ;
est une vue schématique de l’objet de la figure [Fig. 2] sous un autre angle de vue ; et,
est une vue schématique en coupe partielle d’un élément de l’objet de la figure [Fig. 1], selon un plan de coupe horizontal IV-IV perpendiculaire à celui du plan de la figure [Fig. 1].

La Figure 1 montre en coupe vertical une batterie d’accumulateurs 10 conforme à l’invention. Elle comporte un réceptacle 12 définissant une enceinte 15 et présentant trois compartiments successifs, deux premiers compartiments 14, 16 incluant respectivement deux modules contigus 18, 20 et un troisième compartiment 22 incluant une pompe 24. Les deux modules 18, 20 comprennent chacun dix accumulateurs prismatiques 26, ou cellules. Ces accumulateurs 26 sont ici représentés en coupe suivant leur épaisseur. Aussi, pour chacun des modules 18, 20, les accumulateurs 26 sont maintenus parallèlement les uns aux autres et à distance respectivement des uns des autres par des entretoises 28 que l’on décrira plus en détail ci-après. Les accumulateurs 26 s’étendent sensiblement verticalement.

Le réceptacle 12 est étanche. Il comprend une embase 30 à double paroi présentant une première paroi externe 32 écartée d’une première paroi interne 34. Les deux premières parois 32, 34 forment alors une première chambre 36 qui s’étend sous les trois compartiments 14, 16, 22 du réceptacle 12. La première paroi interne 34 présente en outre une fente médiane 38 qui s’étend, suivant le plan de la figure [Fig. 1] au droit des seuls deux premiers compartiments 14, 16.

Le réceptacle 12 comprend, à l’opposé de l’embase 30, un couvercle 40 également à double paroi. Le couvercle 40 permet de maintenir étanche l’enceinte 15. Il comporte une seconde paroi externe 42 écartée d’une seconde paroi interne 44. Les deux secondes parois 42, 44 forment une seconde chambre 46 qui s’étend au-dessus des trois compartiments 14, 16, 22.

Aussi, on observera que la seconde paroi interne 44 présente des orifices d’injection 48 pratiqués au-dessus des deux premiers compartiments 14, 16.

En outre, les deux chambres 36, 46 sont reliées entre elles par l’intermédiaire de la pompe 24 située dans le troisième compartiment 22. Pour ce faire, la seconde paroi interne 44 présente au droit du troisième compartiment 22 une lumière 50 surmontée d’un embout emmanché dans un conduit d’amenée 52 s’étendant jusqu’à la pompe 24.

À l’opposé, la première paroi interne 34 présente au niveau du troisième compartiment 22 un orifice de puisage 54 débouchant dans la première chambre 36. Et la pompe 24 présente un bec d’aspiration 56 engagé à travers l’orifice de puisage 54 et plongeant dans la première chambre 36.

On observera que les deux chambres 36, 46, la pompe 24 et le conduit d’amenée 52 ainsi que les deux premiers compartiments 14, 16 sont remplis d’un fluide caloporteur 58 dont on expliquera ci-après le mode de circulation à l’intérieur du réceptacle 12.

Le fluide caloporteur 58 est un composé diélectrique, par exemple un polyéthylène glycol ou bien une huile minérale.

On se reportera sur les figures [Fig. 2] et [Fig. 3] montrant en perspective une enveloppe cylindrique 60, et à l’intérieur les entretoises 28 régulièrement espacées et entre lesquels vont venir s’insérer les accumulateurs 26 tels que représentés sur la figure [Fig. 1].

Ainsi, l’enveloppe cylindrique 60, de section droite sensiblement carrée, présente une ouverture supérieure 62, opposée à une ouverture inférieure 64. A l’intérieur de l’enveloppe cylindrique 60, chacune des entretoises 28 comprend une plaque 66 présentant deux semelles latérales 68, 70 et deux surfaces opposées 72, 74. Les deux semelles latérales 68, 70 sont respectivement solidaires de deux parois internes opposées 76, 78 de l’enveloppe cylindrique 60.

Les entretoises 28 s’étendent ainsi sensiblement sur toute la hauteur H de l’enveloppe cylindrique 60.

Aussi, on observera que l’enveloppe cylindrique 60 comprend ici neuf entretoises 28 régulièrement espacées les unes des autres. Elles sont parallèles entre elles et perpendiculaires aux deux parois internes opposées 76, 78. De plus, les semelles latérales 68, 68’, 70, 70’ de deux plaques 66, 66’ contiguës sont respectivement deux à deux écartées les unes des autres de manière à ménager deux rainures opposées 80, 82, sur les deux parois internes opposées 76, 78 respectivement.

Ainsi, les neuf entretoises 28 permettent de ménager ici, dix logements parallélépipédiques identiques 84 dans lesquels on viendra insérer dix accumulateurs prismatiques. Chaque accumulateur prismatique présente deux bordures pincées opposées, venant s’étendre dans un plan médian de l’accumulateur. Ces deux bordures viennent alors respectivement s’engager dans les deux rainures opposées 80, 82 pour une meilleure tenue.

On observera également que les plaques 66 présentent, du côté de l’ouverture inférieure 64 de l’enveloppe cylindrique 60, un bord inférieur 86, et du côté de l’ouverture supérieure 62, un bord supérieur 85. Les deux bords, inférieur 86 et supérieur 85, s’étendent sensiblement parallèlement l’un à l’autre. Le bord inférieur 86 est équipé de languettes 88 qui viennent s’étendre en retour partiellement à l’intérieur des logements 84. Pour une même plaque 66, les languettes 88 s’étendent alternativement du bord inférieur 86 d’un côté et de l’autre des deux surfaces opposées 72, 74. Les languettes 88 forment alors des languettes d’arrêt pour les accumulateurs engagés à coulissement dans les logements 84.

En outre, les deux surfaces opposées 72, 74 des plaques 66 sont rainurées. Elle présente ainsi des rainures de section carrée 90, 92 et qui s’étendent parallèlement à une génératrice G de l’enveloppe cylindrique 60. Autrement dit, les rainures 90, 92 s’étendent perpendiculairement aux bords, supérieur 85 et inférieur 86, des plaques 66.

On se référera à présent sur la figure [Fig. 4] montrant partiellement deux logements contigus 84, 84’ définis par trois plaques 66, 66’, 66’’. On retrouve ainsi sur cette figure, chacune des deux surfaces opposées 72, 74 des trois plaques 66, 66’, 66’’, dans lesquelles sont ménagées les rainures de section carrée 90, 92. Aussi, deux accumulateurs 26, 26’ ici représentés partiellement viennent s’étendre dans les logements 84, 84’. Les rainures de section carrée 90, 92 sont régulièrement espacées les unes des autres d’une distance sensiblement équivalente à leur largeur. Aussi, on observera que leur profondeur est sensiblement exagérée sur la figure de manière à rendre le dessin plus clair.

Entre leurs rainures de section carrée 90, 92, les surfaces opposées 72, 74 des plaques 66, 66’, 66’’, présentent respectivement des crêtes plates 94, 96.

Ainsi, chaque accumulateur 26, 26’ est en appui, d’un côté contre les crêtes 94 de l’une des surfaces 72 des plaques 66, 66’, en laissant libre des rainures 90, et de l’autre côté contre les crêtes 96 de l’autre surface 74 des plaque contiguë 66’, 66’’ en laissant libre des rainures 92.

Les rainures 90, 92 formant alors des chemins de passage distribués alternativement de chaque côté des accumulateurs 26, 26’ sur toute leur hauteur. Ainsi, les plaques 66, 66’, 66’’ permettent non seulement de maintenir les accumulateurs 26, 26’ parallèlement entre eux et à distance l’un de l’autre, mais aussi de former lesdits chemins de passage qui vont permettre l’évacuation de l’énergie thermique produite précisément par ces accumulateurs 26, 26’ notamment lorsqu’ils se rechargent.

On se référera de nouveau à la figure [Fig. 1] pour décrire en détail le fonctionnement de la batterie d’accumulateurs refroidie 10 selon l’invention.

Ainsi, notamment lorsque la batterie d’accumulateurs 10 est mise en charge, on met en œuvre la pompe 24. La période de charge, comparativement à la période de décharge où la batterie d’accumulateurs 10 fournit du courant électrique, provoque un échauffement plus important des accumulateurs 26. Partant, la mise en route de la pompe 24 provoque la circulation du fluide caloporteur 58 comme suit. Ce dernier est tout d’abord puisé à l’intérieur de la première chambre 36 à travers l’orifice de puisage 54. On considère alors le fluide caloporteur 58 comme étant froid au niveau de l’orifice de puisage 54 comme on l’expliquera ci-après. Il est donc aspiré par le bec d’aspiration 56 de la pompe 24 pour être refoulé sous pression à travers le conduit d’amenée 52 selon la flèche F. Le fluide caloporteur 58 s’écoule alors sous pression dans la seconde chambre 46. Partant, il est injecté sous pression à travers les orifices d’injection 48 au-dessus des modules 18, 20. Le fluide caloporteur 58 s’écoule alors par gravité dans les chemins de passage formés par les rainures 90, 92, des plaques 66 des entretoises 28, le long des accumulateurs 26, selon les flèches T. Au contact des accumulateurs 26 le fluide caloporteur emmagasine de l’énergie thermique produite par ceux-ci, puis il s’achemine toujours par gravité sur la première paroi interne 34 des deux premiers compartiments 14, 16 pour s’écouler ensuite à travers la fente médiane 38 à l’intérieur de la première chambre 36. Le fluide caloporteur 58 ainsi réchauffé tend alors à perdre l’énergie thermique qu’il a accumulée au contact des accumulateurs 26, à la première paroi externe 32 laquelle est à l’air ambiant. L’écartement entre la paroi externe 32 et la paroi interne 34 étant faible au regard de leur surface, le fluide caloporteur 58 est sous forme d’une couche mince à travers la première chambre 36 et partant, son refroidissement est rapide. Par conséquent, lorsque le fluide caloporteur 58 est à nouveau aspiré à travers l’orifice de puisage 54 il est considéré comme étant froid pour entamer un second cycle de refroidissement des accumulateurs 26.

On observera que le réceptacle 12 est totalement étanche et par conséquent, aucune fuite du fluide caloporteur n’est à craindre. Aussi, tous les éléments du circuit de refroidissement étant logés à l’intérieur du réceptacle 12, les fuites mineures qui pourraient apparaître, notamment dans l’environnement de la pompe 24, ne grèverait aucunement le fonctionnement de la batterie d’accumulateurs 10, ni son refroidissement, puisque le fluide caloporteur reviendrait nécessairement par gravité à l’intérieur de la première chambre 36.

Claims (9)

1. Batterie d’accumulateurs (10) comprenant :
   - un réceptacle (12) et au moins un module (18, 20) comportant une pluralité d’accumulateurs (26) aptes à dégager de l’énergie thermique, ledit au moins un module (18, 20) étant installé à l’intérieur dudit réceptacle (12) ;
   - un circuit de refroidissement comprenant une pompe (24) pour entraîner un fluide caloporteur (58) dans ledit circuit de manière à évacuer l’énergie thermique dégagée par lesdits accumulateurs ;
   caractérisée en ce que ledit au moins un module (18, 20) comprend une pluralité d’entretoises (28) pour maintenir lesdits accumulateurs (26) espacés les un des autres, lesdites entretoises (28) comportant des moyens pour autoriser l’écoulement dudit fluide caloporteur (58) entre lesdits accumulateurs sous l’effet de la pompe (24).
2. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des entretoises (28) comporte une plaque (66) présentant deux surfaces opposées rainurées (72, 74).
3. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites deux surfaces opposées (72, 74) présentent des rainures (90, 92) de section carrée.
4. Batterie d’accumulateurs selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit au moins un module (18, 20) comprend une enveloppe parallélépipédique rectangle (60) adaptée à recevoir ladite pluralité d’accumulateurs (26).
5. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 4 et l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les entretoises (28) sont solidaires de ladite enveloppe (60).
6. Batterie d’accumulateurs selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les rainures (90, 92) desdites deux surfaces opposées (72, 74) s’étendent sensiblement parallèlement à l’une des arêtes de ladite enveloppe parallélépipédique rectangle (60).
7. Batterie d’accumulateurs selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit réceptacle (12) présente deux doubles parois opposées (42, 44 ; 32, 34) l’une de l’autre et formant respectivement une chambre d’injection (46) et une chambre de récupération (36) dudit fluide caloporteur (58).
8. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 7, caractérisée en ce que l’une desdites doubles parois (42, 44) présente une paroi interne (44) et des orifices d’injection (48) pratiqués dans ladite paroi interne.
9. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que l’autre desdites doubles parois (32, 34) présente une autre paroi interne (34) présentant une fente (38) de récupération du fluide caloporteur.