FR2963581A1 - Device for thermal insulation and cooling of group of super-capacitors in vehicle e.g. automobile, has sheath arranged so as to constitute thermal shield between group of super-capacitors and assembly of hot sources - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ISOLATION THERMIQUE ET DE REFROIDISSEMENT D'UN GROUPE DE SUPER-CONDENSATEURS POUR VEHICULE ET VEHICULE ASSOCIE L'invention se rapporte à un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs pour un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride. L'invention se rapporte en outre à un véhicule équipé d'un tel dispositif. Pour des raisons économiques et environnementales, l'industrie automobile actuelle s'oriente vers le développement de véhicules à chaînes de traction hybrides ou électriques. De tels véhicules électriques ou hybrides sont équipés généralement d'un groupe de super-condensateurs permettant d'emmagasiner une forte puissance électrique et une faible énergie pour alimenter tout ou partie de l'électricité consommée par une chaîne de traction hybride électrique. Un tel groupe de super-condensateurs embarque un électrolyte liquide qui est dangereux en cas de fuite. En outre, ce liquide ne doit pas être soumis à un échauffement intempestif qui pourrait générer une ébullition brutale, voire explosive. The invention relates to a device for thermal insulation and cooling of a group of super-capacitors for a vehicle, in particular a device for the thermal insulation and cooling of a group of super-capacitors for a vehicle, in particular a vehicle. electric or hybrid vehicle. The invention further relates to a vehicle equipped with such a device. For economic and environmental reasons, the current automotive industry is moving towards the development of hybrid or electric traction vehicles. Such electric or hybrid vehicles are generally equipped with a group of super-capacitors for storing high electrical power and low energy to supply all or part of the electricity consumed by an electric hybrid power train. Such a group of super-capacitors embeds a liquid electrolyte which is dangerous in case of leakage. In addition, this liquid must not be subjected to inadvertent heating which could generate a boiling brutal or explosive.
En particulier la température du super-condensateur doit être maintenue sous une température de l'ordre de 80°C. Pour palier ce problème d'échauffement, dans la configuration actuelle de l'implantation du groupe de super-condensateurs dans un véhicule, ce dernier est positionné en dehors ou bien éloigné de l'environnement chaud du véhicule. Une autre solution consiste à isoler thermiquement le pack en le positionnant dans l'habitacle. Une autre possibilité consiste à intercaler un écran thermique entre le pack et les sources chaudes de manière à couper le flux radiatif d'échauffement. Ces solutions d'isolation thermique ne sont pas entièrement satisfaisantes et elles génèrent de surcroît les problèmes suivants. Le positionnement du groupe de super-condensateurs dans l'habitacle du véhicule pose trois problèmes majeurs : - il engendre des risques importants pour les passagers car les vapeurs d'électrolytes sont toxiques et par ce fait toute défaillance, ou perforation par exemple en cas d'accident de ce groupe de super-condensateurs peut entraîner une diffusion de vapeurs toxiques létales dans l'habitacle ; - Il nécessite de faire passer les câbles de puissance à travers les parois de l'habitacle. En particulier ceux qui raccordent le groupe de super-condensateurs à l'électronique de gestion de la chaîne de traction électrique; - Il nécessite une intervention supplémentaire et relativement complexe pour positionner le groupe de super-condensateurs lourd (de l'ordre de 70 kg) depuis l'intérieur du véhicule alors que le reste des organes de la chaîne de traction est monté sous le plancher. L'écartement d'un environnement chaud nécessite de positionner par exemple le groupe de super-condensateurs sous le rang de passager arrière, ce qui impose un réservoir de carburant spécifique à cette version d'hybride. Or pour des raisons de rationalisation industrielle, on cherche à limiter les impacts, sur les véhicules destinés à être hybridés sur le train arrière, à la zone arrière. On entend par zone arrière du véhicule, une zone comprise sous le plancher de coffre et située en arrière de la traverse de train reliant les deux longerons droite et gauche. De ce fait la densité en organes sous le plancher de coffre est importante et le groupe de super-condenseurs est particulièrement exposé à la proximité de la ligne d'échappement et du silencieux. In particular, the temperature of the super-capacitor must be maintained at a temperature of the order of 80 ° C. To overcome this problem of heating, in the current configuration of the implementation of the group of super-capacitors in a vehicle, the latter is positioned outside or far from the hot environment of the vehicle. Another solution is to thermally insulate the pack by positioning it in the passenger compartment. Another possibility is to insert a thermal screen between the pack and the hot sources so as to cut the radiative heat flux. These thermal insulation solutions are not entirely satisfactory and they also generate the following problems. The positioning of the group of super-capacitors in the passenger compartment of the vehicle poses three major problems: - it generates significant risks for passengers because the electrolyte vapors are toxic and thereby any failure, or perforation for example in case of accident in this group of supercapacitors may result in the release of toxic lethal vapors into the cabin; - It requires passing the power cables through the walls of the passenger compartment. In particular those which connect the group of super-capacitors to the electronic management of the electric drive system; - It requires an additional and relatively complex intervention to position the group of heavy super-capacitors (of the order of 70 kg) from inside the vehicle while the rest of the components of the power train is mounted under the floor. The spacing of a hot environment requires to position for example the group of super-capacitors under the rank of rear passenger, which imposes a fuel tank specific to this version of hybrid. However, for reasons of industrial rationalization, it is sought to limit the impacts, on vehicles intended to be hybridized on the rear axle, to the rear zone. The rear area of the vehicle is an area under the boot floor and located behind the train crossbar connecting the two right and left side members. As a result, the density of bodies beneath the boot floor is high and the group of super-condensers is particularly exposed to the proximity of the exhaust line and the silencer.
Un écrantage thermique tel qu'il est par exemple préconisé actuellement sur un réservoir ou sur une chaîne de traction sur le train arrière ne permet pas de s'affranchir des phénomènes convectifs qui peuvent faire monter la température de l'air environnant le groupe de super-condenseurs. En particulier celui-ci peut avoir besoin d'évacuer une certaine quantité de chaleur liée à ces pertes, or un environnement convectif chaud (60-70°C) n'est pas compatible avec une dissipation thermique naturelle qui pourrait être suffisante dans un environnement plus froid, par exemple avec une température maximale de l'ordre de 40°C. La présente invention a donc pour objet de résoudre les problèmes décrits ci-dessus en proposant un dispositif qui permet d'isoler efficacement le groupe de super-condensateurs des sources chaudes tout en permettant une évacuation de la chaleur générée par ce groupe de super-condensateurs. Ce nouveau dispositif génère un coût de fabrication limité et un impact limité sur les organes du véhicule situés à proximité du groupe de super- condensateurs. A thermal screening such as it is for example currently recommended on a tank or on a power train on the rear axle does not make it possible to overcome the convective phenomena that can raise the temperature of the air surrounding the super group. -condenseurs. In particular it may need to evacuate a certain amount of heat related to these losses, but a hot convective environment (60-70 ° C) is not compatible with a natural heat dissipation that could be sufficient in an environment colder, for example with a maximum temperature of about 40 ° C. The present invention therefore aims to solve the problems described above by providing a device that effectively isolates the group of super-capacitors hot springs while allowing heat removal generated by this group of super-capacitors . This new device generates a limited manufacturing cost and limited impact on the vehicle components located near the supercapacitor group.
Ce nouveau dispositif autorise une intégration du groupe de super-condensateurs en dehors de l'habitacle, améliorant ainsi la sécurité des passagers et entraînant une simplification de l'opération de montage et une réduction des coûts de fabrication. This new device allows integration of the group of super-capacitors outside the cabin, thus improving the safety of passengers and resulting in a simplification of the assembly operation and a reduction in manufacturing costs.
Un tel dispositif permet également de réduire la distance entre le groupe de super-condensateurs et les sources chaudes, améliorant ainsi la compacité dans le cadre d'une implantation des composants de la chaîne de traction hybride et/ou électrique sous le plancher du coffre. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs, ledit groupe étant destiné à venir équiper un véhicule. Selon l'invention, ledit dispositif comprend une gaine dans laquelle circule un fluide de refroidissement, ladite gaine comportant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide à ses extrémités pour permettre son alimentation en fluide froid, ladite gaine venant entourer au moins partiellement ledit groupe de super-condensateurs et étant agencée de manière à constituer un écran thermique entre ledit groupe et un ensemble de sources chaudes situé dans une zone environnante dudit groupe tout en permettant une dissipation thermique de la chaleur générée par ledit groupe de super-condensateurs. De cette façon, le dispositif de refroidissement permet d'isoler thermiquement le groupe de super-condensateurs par rapport aux sources chaudes tout en assurant l'évacuation de la chaleur générée par les super-condensateurs. Il n'est donc plus nécessaire d'implanter en plus un circuit de refroidissement utilisant par exemple l'air de l'habitacle ou un liquide de refroidissement, permettant ainsi de réduire le coût de fabrication et l'encombrement du groupe de super-condensateurs. En outre, le caractère isolant de la nappe d'air entourant le groupe de super-condensateurs permet d'isoler thermiquement ce dernier du reste des sources chaudes de la chaîne de traction, autorisant ainsi une plus grande proximité en toute sécurité. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit fluide étant de l'air frais provenant de l'extérieur dudit véhicule, lesdites entrée et sortie sont agencées l'une par rapport à l'autre de sorte que la circulation du flux d'air dans ladite gaine est assurée par le mouvement aérodynamique dudit véhicule. Ce mode de réalisation est particulièrement économique et simple à mettre en oeuvre. En outre, de par cette architecture ouverte de la gaine, l'eau qui entre dans la gaine est évacuée par la sortie en étant entraînée par le flux d'air. De préférence, ledit véhicule comprenant un plancher de coffre, ledit groupe de super-condensateurs est implanté sous le plancher de coffre, ladite entrée est située devant l'une des roues arrières du véhicule et ladite sortie dans une zone de dépression à l'arrière des roues. Avantageusement, ladite entrée d'air présente une forme d'écope pour maximiser le flux d'air entrant lorsque le véhicule est en mouvement. Selon une variante de réalisation de l'invention, le périmètre intégral dudit groupe de super-condensateurs est entouré par ladite gaine. Dans ce cas, ladite gaine comporte des passages étanches audit fluide par lesquels traversent des câbles de connexion reliant le groupe de super-condensateurs aux organes situés à l'extérieur de la gaine. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, une zone du périmètre du groupe de super-condensateurs est couverte par ladite gaine, ladite zone étant orientée face aux sources chaudes. De préférence, au moins un échangeur de chaleur est placé entre ledit groupe et ladite gaine pour la dissipation de la chaleur générée par le groupe de super-condensateurs. Such a device also makes it possible to reduce the distance between the group of supercapacitors and the hot springs, thus improving the compactness in the context of an implementation of the components of the hybrid and / or electric traction system under the boot floor. For this purpose, the present invention relates to a device for thermal insulation and cooling of a group of super-capacitors, said group being intended to come to equip a vehicle. According to the invention, said device comprises a sheath in which a cooling fluid circulates, said sheath comprising at least one inlet and at least one fluid outlet at its ends to allow its supply of cold fluid, said sheath surrounding at least partially said group of supercapacitors and being arranged to form a heat shield between said group and a set of hot sources located in a surrounding area of said group while allowing heat dissipation of the heat generated by said group of supercapacitors. In this way, the cooling device thermally isolates the group of super-capacitors from hot sources while ensuring the evacuation of heat generated by the super-capacitors. It is therefore no longer necessary to install in addition a cooling circuit using for example the air of the passenger compartment or a coolant, thus reducing the manufacturing cost and the size of the group of super-capacitors. . In addition, the insulating nature of the air layer surrounding the group of super-capacitors thermally isolates the latter from the rest of the hot springs of the power train, thus allowing greater proximity safely. According to a preferred embodiment of the invention, said fluid being fresh air coming from the outside of said vehicle, said inlet and outlet are arranged relative to each other so that the circulation of the flow of air in said sheath is ensured by the aerodynamic movement of said vehicle. This embodiment is particularly economical and simple to implement. In addition, by this open architecture of the sheath, the water entering the sheath is discharged through the outlet being driven by the air flow. Preferably, said vehicle comprising a boot floor, said group of super-capacitors is implanted under the boot floor, said inlet is located in front of one of the rear wheels of the vehicle and said outlet in a zone of depression at the rear wheels. Advantageously, said air inlet has a scoop shape to maximize the flow of air entering when the vehicle is moving. According to an alternative embodiment of the invention, the integral perimeter of said group of super-capacitors is surrounded by said sheath. In this case, said sheath has passages sealed to said fluid through which connecting cables connecting the group of supercapacitors to the bodies located outside the sheath. According to another embodiment of the invention, a zone of the perimeter of the group of super-capacitors is covered by said sheath, said zone being oriented facing the hot springs. Preferably, at least one heat exchanger is placed between said group and said sheath for the dissipation of heat generated by the group of supercapacitors.
L'invention concerne encore un véhicule hybride ou électrique équipé d'un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement d'un groupe de super-condensateurs tel que défini ci-dessus. Selon une caractéristique préférée de l'invention, ledit véhicule comprenant un plancher de coffre, ledit groupe de super-condensateurs est implanté sous le plancher du coffre, les sources chaudes étant constituées par un réservoir de carburant, des organes de la chaîne de traction et l'échappement du véhicule. Ainsi grâce au dispositif d'isolation thermique selon l'invention, il est possible d'implanter le groupe de super-condensateurs sous le plancher du coffre du véhicule à proximité des sources chaudes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une représentation schématique d'une vue de profil d'un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : une représentation schématique d'une vue de dessus du dispositif de la figure 1 ; - Figure 3 : une représentation schématique d'une vue de profil du dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un autre mode de réalisation de l'invention. Un véhicule de type automobile présente une partie avant et une partie arrière, ainsi qu'un habitacle dans lequel sont installés un poste de conduite et des sièges pour les passagers. Cette partie avant abrite les moyens de motorisation du véhicule alors que la partie arrière comporte un logement formant un coffre. La Figure 1 montre une vue de profil d'une zone arrière du véhicule. Un plancher 10 sépare l'habitacle du véhicule de l'extérieur. On entend par zone arrière, une zone comprise sous le plancher de coffre, en arrière de la traverse de train, reliant les deux longerons droit et gauche 13, 14 (cf Figure 2). Un groupe de super-condensateurs 2 est implanté sous ce plancher 10 de coffre. Ce groupe de super-condensateurs se présente sous forme de plusieurs cellules de super-condensateur contenues dans un boîtier de forme parallélépipédique. The invention also relates to a hybrid or electric vehicle equipped with a device for thermal insulation and cooling of a group of super-capacitors as defined above. According to a preferred feature of the invention, said vehicle comprising a boot floor, said group of super-capacitors is located under the boot floor, the hot springs being constituted by a fuel tank, traction chain members and the vehicle exhaust. Thus, thanks to the thermal insulation device according to the invention, it is possible to implant the group of super-capacitors under the floor of the trunk of the vehicle near the hot springs. The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These are given as an indication and in no way limitative of the invention. The figures show: FIG. 1: a schematic representation of a profile view of a thermal insulation and cooling device according to one embodiment of the invention; - Figure 2: a schematic representation of a top view of the device of Figure 1; - Figure 3: a schematic representation of a profile view of the thermal insulation and cooling device according to another embodiment of the invention. An automobile-type vehicle has a front part and a rear part, as well as a cockpit in which are installed a driving position and seats for the passengers. This front part houses the motorization means of the vehicle while the rear portion comprises a housing forming a chest. Figure 1 shows a side view of a rear area of the vehicle. A floor 10 separates the passenger compartment from the outside. Rear area means an area under the boot floor, behind the train cross, connecting the two right and left side members 13, 14 (see Figure 2). A group of supercapacitors 2 is implanted under this floor 10 trunk. This group of super-capacitors is in the form of several super-capacitor cells contained in a box of parallelepiped shape.
De par son implantation, ce groupe de super-condensateurs est positionné à proximité d'un réservoir de carburant 6, des organes de la chaîne de traction 7 et de l'échappement 8. Lorsque le véhicule est en fonction, toutes ces sources émettent des rayonnements thermiques. Il est donc nécessaire d'isoler thermiquement les 25 super-condensateurs de ces sources chaudes. En outre, les super-condensateurs génèrent de la chaleur lorsqu'ils sont en fonction, cette chaleur pouvant faire monter la température de l'air environnant le groupe par les phénomènes de convection. Il est également nécessaire de réguler la température de l'air environnant le groupe dans des 30 limites acceptables afin d'assurer au groupe une température de fonctionnement optimale. La Figure 1 et la Figure 2 montrent un dispositif d'isolation thermique et de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comprend une gaine 3 entourant intégralement le groupe 35 de super-condensateurs 2. Un flux d'air froid circule dans cette gaine de manière à créer un écran thermique entre le groupe et les sources chaudes 6, 7, 8 situées à proximité des super-condensateurs. Due to its location, this group of super-capacitors is positioned near a fuel tank 6, members of the traction chain 7 and the exhaust 8. When the vehicle is in operation, all these sources emit thermal radiation. It is therefore necessary to thermally isolate the super-capacitors from these hot springs. In addition, the super-capacitors generate heat when they are in operation, this heat can raise the temperature of the air surrounding the group by the convection phenomena. It is also necessary to control the ambient temperature of the group within acceptable limits to provide the group with optimum operating temperature. Figure 1 and Figure 2 show a thermal insulation and cooling device according to a first embodiment of the invention. This device comprises a sheath 3 completely surrounding the group 35 super-capacitors 2. A cold air flow circulates in this sheath so as to create a heat shield between the group and the hot springs 6, 7, 8 located near the supercapacitors.
Cette gaine 3 est alimentée en flux d'air froid de la façon suivante. Elle comporte une entrée d'air froid 4 située en avant du véhicule et une sortie d'air 5 à l'arrière du véhicule. Lorsque le véhicule est en mouvement dans l'air, le sens du mouvement étant représenté sur la Figure 1 par une flèche 9, il apparaît un écoulement d'air qui se déplace de l'avant vers l'arrière dans le sens opposé au mouvement du véhicule. L'air froid entre dans la gaine par l'entrée 4 et est refoulé par la sortie 5 après avoir circulé dans la gaine 3. Ainsi la gaine est alimentée naturellement en air froid provenant de l'extérieur de l'habitacle pendant les phases de motricité du véhicule. De ce fait, il n'est plus nécessaire d'équiper la gaine d'une ventilation, le flux d'air est mis en circulation naturellement dans la gaine par le mouvement aérodynamique du véhicule. De par sa structure, le dispositif selon l'invention permet de faire évacuer facilement la chaleur générée par le groupe de super-condensateurs par le flux d'air introduit dans la gaine. Il n'est donc plus nécessaire de mettre en oeuvre un circuit de refroidissement par convection forcée. Par ailleurs, l'eau qui entre dans la gaine est également rejetée par la sortie 5. La Figure 1 montre un exemple d'implantation du groupe de super- condensateurs sous le plancher du coffre 10 dans la partie arrière du véhicule. Dans cet exemple, pour bénéficier une alimentation optimale en air froid, l'entrée 4 est située devant l'une des roues arrières 11, 12 et la sortie 5 située derrière les roues arrières, dans une zone soumise à une forte dépression lorsque le véhicule est en mouvement. Les termes «devant » et « arrière » sont entendus par rapport à la position des trains avant et arrière du véhicule. Avantageusement, l'entrée d'air 4 se présente sous une forme d'écope permettant de maximiser le flux d'air entrant lorsque le véhicule est en mouvement. This sheath 3 is supplied with cold air flow as follows. It comprises a cold air inlet 4 located in front of the vehicle and an air outlet 5 at the rear of the vehicle. When the vehicle is in motion in the air, the direction of movement being shown in Figure 1 by an arrow 9, there appears an air flow that moves from front to rear in the opposite direction to the movement of the vehicle. The cold air enters the duct through the inlet 4 and is discharged through the outlet 5 after having circulated in the duct 3. Thus, the duct is naturally supplied with cold air coming from outside the passenger compartment during the heating phases. motor skills. Therefore, it is no longer necessary to equip the duct with ventilation, the air flow is circulated naturally in the duct by the aerodynamic movement of the vehicle. By its structure, the device according to the invention makes it possible to easily evacuate the heat generated by the group of super-capacitors by the air flow introduced into the sheath. It is therefore no longer necessary to implement a forced convection cooling circuit. Furthermore, the water entering the duct is also rejected by the outlet 5. FIG. 1 shows an example of implantation of the group of supercapacitors under the floor of the trunk 10 in the rear part of the vehicle. In this example, to benefit optimal cold air supply, the inlet 4 is located in front of one of the rear wheels 11, 12 and the outlet 5 located behind the rear wheels, in an area subjected to a high vacuum when the vehicle is in motion. The terms "front" and "rear" are understood in relation to the position of the front and rear trains of the vehicle. Advantageously, the air inlet 4 is in a scoop shape for maximizing the flow of air entering when the vehicle is moving.
Les Figures 1 et 2 montrent un exemple de réalisation dans lequel le dispositif comporte une entrée et une sortie mais il est également possible d'envisager un dispositif muni de deux entrées d'air ou plus situées à l'avant et de deux sorties ou plus situées à l'arrière pour maximiser le flux d'air. Selon l'invention, dans le cas où la gaine entoure intégralement le boîtier du groupe de super-condensateurs, des passages étanches sont réalisés le long de cette gaine de manière à permettre le passage des câbles reliant le groupe de super-condensateurs aux organes situés à l'extérieur du de la gaine tout en conservant sa fonction d'isolation thermique et de refroidissement. La Figure 3 représente le dispositif d'isolation et de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment in which the device comprises an input and an output, but it is also possible to envisage a device provided with two or more air intakes situated at the front and two or more outputs located at the back to maximize airflow. According to the invention, in the case where the sheath completely surrounds the housing of the group of super-capacitors, sealed passages are made along this sheath so as to allow the passage of the cables connecting the group of super-capacitors to the organs located outside the duct while maintaining its function of thermal insulation and cooling. Figure 3 shows the isolation and cooling device according to a second embodiment of the invention.
La gaine 3 couvre uniquement une zone sensible du groupe de super-condensateurs 2 qui est orientée face aux sources chaudes telles que le réservoir de carburant 6, la chaîne de traction électrique 7 et l'échappement 8. Comme dans le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, cette gaine comporte une entrée d'air 4 située devant une des roues arrières et une sortie 5 située dans une zone de dépression pour son alimentation en air froid sous l'effet de la motricité du véhicule. Sur la Figure 3, un échangeur de chaleur 15 de type à ailettes est prévu pour la dissipation thermique de la chaleur produite par le groupe de super-condensateurs pour maintenir la température de l'air environnant du groupe à une limite acceptable. Cet échangeur 15 est disposé au niveau de la zone orientée face aux sources chaudes. The sheath 3 covers only a sensitive zone of the group of super-capacitors 2 which faces the hot springs such as the fuel tank 6, the electric traction system 7 and the exhaust 8. As in the embodiment illustrated in FIG. Figures 1 and 2, this sheath has an air inlet 4 in front of one of the rear wheels and an outlet 5 located in a vacuum zone for its supply of cold air under the effect of the vehicle traction. In Fig. 3, a fin type heat exchanger is provided for heat dissipation of the heat produced by the group of supercapacitors to maintain the ambient air temperature of the group at an acceptable limit. This exchanger 15 is disposed at the zone facing the hot springs.
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