EP2700115A1 - Dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie - Google Patents

Dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie

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EP2700115A1
EP2700115A1 EP12717189.0A EP12717189A EP2700115A1 EP 2700115 A1 EP2700115 A1 EP 2700115A1 EP 12717189 A EP12717189 A EP 12717189A EP 2700115 A1 EP2700115 A1 EP 2700115A1
Authority
EP
European Patent Office
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housing
battery pack
management device
thermal management
heat exchange
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12717189.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Fréderic LADRECH
Mohamed Yahia
Daniel Virey
Stefan Karl
Philippe Vincent
Vincent Feuillard
Régine Haller
Frédéric PIERRON
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M10/61—Types of temperature control
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the thermal regulation of an assembly of at least one battery, and more particularly to a heat-transfer liquid thermal regulation device for a set of at least one battery in the field of motor vehicles, in particular electric vehicles. and / or hybrids.
  • the thermal regulation of the battery is an important point. Indeed, if the battery is subjected to too cold temperatures, its autonomy can decrease strongly and, conversely, if it is subjected to too important temperatures, there is a risk of thermal runaway up to the destruction of the battery.
  • the battery In electric and hybrid vehicles, the battery is generally in the form of electric energy storage cells arranged in a protective housing and form what is called a battery pack. In order to regulate the temperature of the electric energy storage cells, it is known to add a temperature control device.
  • the temperature control devices are generally incorporated inside the battery pack housing and use circulating heat transfer fluids, for example by means of a pump, in a circuit of conduits passing, in particular, under an exchange plate. in direct contact with the electrical energy storage cells.
  • the heat transfer fluids can thus absorb the heat emitted by the electric energy storage cells in order to cool them and evacuate it at one or more heat exchangers, such as for example a radiator, traveled by a heat transfer fluid, or a heat exchanger, traversed by a refrigerant.
  • heat exchangers such as for example a radiator, traveled by a heat transfer fluid, or a heat exchanger, traversed by a refrigerant.
  • the heat transfer fluid can also bring heat to heat the cells for storing electrical energy.
  • the heat transfer fluid is in contact with an electrical resistance or a heating element with PTC effect (Positive Temperature Coefficient).
  • the heat transfer fluid generally used is ambient air or liquids, for example water, a mixture of water and glycol, or any other similar fluid. Liquids, being better heat conductors than gases, are a preferred solution because they are more efficient.
  • the use of a heat transfer liquid can cause problems especially in case of accidents or shocks to the vehicle. For example, it may result in sealing problems and leakage or degradation of the connection elements of the duct circuit.
  • the invention relates to a thermal management device of a battery pack, particularly for an electric vehicle, comprising at least one battery contained in a housing.
  • the thermal management device comprises:
  • At least one heat exchange plate in contact with the battery, in particular by resting on it, and
  • a duct circuit in which a heat transfer fluid circulates comprising at least one transport tube and at least two collectors, the transport tube extending along the heat exchange plate, and each end of which is connected respectively to one of the collectors.
  • the heat exchange plate is in sealing contact with the battery pack housing, isolating the battery circuit from the battery.
  • the heat exchange plate serves as a separator and thus protects the battery heat transfer fluid.
  • the sealed contact between the heat exchange plate and the battery pack housing is realized:
  • the housing comprises a base forming a support for the heat exchange plate.
  • the base and the heat exchange plate form a double wall with a functional space in which passes at least partially the conduit circuit.
  • the functional space comprises a thermal insulator.
  • the collector is fixed outside the housing, on at least one lateral extension of the base forming with the housing at least one housing in which the collector is held,
  • the collector is contained in a box of the housing, within the functional space.
  • the transport tube is contained in a beam of the battery pack housing.
  • the transport tube in particular consisting of micro-channels, comprises a section
  • the invention also relates to a battery pack comprising a thermal management device as defined above.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional representation of a battery pack according to the present invention
  • FIG. 2 shows a partial schematic representation in longitudinal section of the battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a partial schematic representation in longitudinal section of the battery pack showing according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the battery pack side according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a partial schematic cross sectional representation of the battery pack according to the present invention
  • FIG. 6 shows a schematic side view of the battery pack of FIG. 5 of the present invention
  • FIG. 7 shows a partial schematic cross-sectional representation of a variant of the battery pack according to the present invention
  • FIG. 8 to 10 show a partial schematic representation in longitudinal section of the battery pack according to different embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional representation of a housing 13 of a battery pack 1.
  • the housing 13 comprises walls delimiting a housing in which at least one battery 3 is received, generally composed of several cells or connected accumulators. between them, in parallel or in series.
  • the term “battery 3” designates a storage device for the battery. 'electric energy composed of one or more electric cells and also an assembly composed of one or more electrical energy storage devices comprising, respectively, one or more electric cells.
  • the battery 3 is in contact with a thermal regulation device comprising at least one heat exchange plate 5.
  • the heat exchange plate 5 forms 13.
  • the battery 3 rests on the heat exchange plate 5.
  • the heat exchange plate 5 can be disposed on one or more sides of the housing 13, while being in contact with the battery. 3.
  • the heat exchange plate 5 is integrated in the casing 13 of the battery pack 1 so as to obtain a sealed contact between the heat exchange plate 5 and the walls of the casing 13.
  • FIGS. 2 and 3 show a partial schematic representation in longitudinal section of the battery pack 1, illustrating more precisely two embodiments of the sealed contact between the case 13 and the heat exchange plate 5.
  • the sealing contact between the housing 13 and the heat exchange plate 5 is formed by overmolding the housing 13 of the battery pack 1 around the heat exchange plate 5.
  • the sealed contact between the housing 13 and the heat exchange plate 5 is formed by contacting and sealing the heat exchange plate 5 against the housing 13 of the battery pack 1 by means of at least one
  • This clamping element 23 may, for example, be a frame 230 or a set of tabs 230 fixed to the casing 13 by means of screws 232 and disposed around the periphery of the heat exchange plate 5.
  • the heat exchange plate 5 is pressed against the housing 13.
  • the seal may be completed, for example, by means of a seal placed between the heat exchange plate 5 and the housing 13 .
  • the thermal control device also comprises a conduit circuit in which circulates a heat transfer liquid.
  • the duct circuit comprises at least two collectors 9. According to the embodiment shown, the duct circuit comprises two collectors 9 arranged, preferably, on either side of the battery pack 1.
  • the description of the present invention is made in relation to a coolant circulating in the duct circuit.
  • the present invention also covers the embodiments in which the duct circuit allows the circulation of a heat transfer fluid in a generic manner, in particular a coolant, a refrigerant or any similar fluid.
  • the coolant liquid is admitted by one of the two collectors 9, said intake manifold 9a, and is discharged by the other of the two collectors 9, said exhaust collector 9b.
  • the connection between the two collectors 9 is carried out by at least one transport tube 7 and, preferably, a plurality of transport tubes 7, extending along the battery pack 1 and ensuring a unidirectional circulation of the coolant.
  • the transport tube 7 is configured in T. This is called T circulation.
  • the transport tube 7 is configured in 'S' in order to reciprocate between the two collectors 9 arranged on either side of the battery pack 1.
  • the transport tube 7 is configured in a succession of 'S' between the two collectors 9 arranged on either side of the battery pack 1.
  • the two collectors can be arranged on the same side of the battery pack 1.
  • the connection between the two collectors 9 is performed by at least one transport tube 7 and, preferably, a plurality of transport tubes 7, extending along the battery-pack 1.
  • the transport tube 7 comprises at least one heat-transfer fluid return bend and ensuring a bidirectional circulation of the coolant.
  • the transport tube 7 is configured as' LT. We then speak of circulation in '.
  • the transport tube 7 is configured in 'W in order to reciprocate between the two collectors 9 arranged on the same side of the battery pack 1.
  • the transport tube 7 is configured in a succession of 'LT and / or W between the two collectors 9 arranged on the same side of the battery pack 1.
  • the transport tube 7 passes under the heat exchange plate 5 and is in contact with a face of the heat exchange plate 5 opposite the face of the heat exchange plate 5 in contact with the battery 3.
  • the heat exchanges between the battery 3 and the thermal control device are at the level of the heat exchange plate 5.
  • the exchanges are between the heat exchange plate 5 and the coolant at the level of the transport tube 7.
  • the heat transfer liquid is set in motion in the conduit circuit, for example, via a pump.
  • coolant liquid called “cold” is supplied by one of the manifolds 9, or intake manifold 9a, at the transport tube 7.
  • the coolant is said to be “cold” When it is at a temperature below the temperature of the battery 3.
  • the heat transfer liquid can thus absorb the heat energy of the battery 3 through the heat exchange plate 5.
  • the heat transfer liquid, charged with heat energy is then collected by the other of the collectors 9, or exhaust collector 9b.
  • the exhaust manifold 9b is connected to a heat exchanger, such as for example a radiator traversed by the coolant or a cooling system of the coolant, for example a heat exchanger through which a refrigerant or other fluid passes, in particular air, ensuring a heat exchange with the coolant.
  • a heat exchanger such as for example a radiator traversed by the coolant or a cooling system of the coolant, for example a heat exchanger through which a refrigerant or other fluid passes, in particular air, ensuring a heat exchange with the coolant.
  • the heat transfer liquid can thus release its heat energy and is then redirected to the transport tube 7 by the intake manifold 9a
  • the duct circuit may be connected to a heating device, for example to an electrical resistance or to a PTC heating element (Positive Temperature Coefficient), so that to heat the coolant.
  • a heating device for example to an electrical resistance or to a PTC heating element (Positive Temperature Coefficient), so that to heat the coolant.
  • This is called “hot” heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid is said to be “hot” when it is at a temperature higher than the temperature of the battery 3.
  • the so-called “hot” heat transfer liquid makes it possible to supply the heat energy to the battery 3 via the heat exchange plate 5.
  • the housing 13 comprises a base 10, for example positioned at the bottom of the housing 13.
  • the base 10 serves as a support for the heat exchange plate 5.
  • the base 10 and the heat exchange plate 5 form a double wall with a functional space 11 inside which passes at least partially the conduit circuit.
  • the functional space 11 may contain a thermal insulator.
  • the transport tube 7 passes into the functional space 11 of the double wall.
  • the collectors 9 are placed outside the housing 13.
  • the coolant liquid is kept outside the casing 13, improving the safety of the pack. battery 1.
  • the coolant liquid is contained in the functional space 11, sealed by the heat exchange plate 5. There is no risk that the coolant comes into contact with the battery 3.
  • the base 10 may comprise one or more lateral extensions 12 on which the collectors 9 are held outside the housing 13.
  • the lateral extensions 12 form, with the housing 13, a housing 17 in which are maintained and 9.
  • the housing 17 means that the lateral extensions 12 and the housing 13 form an elongated recess in which the collectors 9 are held and protected.
  • FIG. 1 illustrating in cross-section a battery pack 1 and in FIG. 4 illustrating a schematic side view of the battery pack 1
  • the collectors 9 can be held on the lateral extensions 12 inside the housings 17, by means of at least one holding stud 15.
  • the stud 15 is attached to the lateral extension 12.
  • FIGS. 5 and 6, respectively showing a partial diagrammatic representation in cross-section and on the side of the battery-pack 1, show a second embodiment of maintaining the collectors 9 on the lateral extensions 12, different from that presented in FIGS. 4.
  • the collector 9 is here maintained on the lateral extension 12 inside the housing 17, by means of a reinforcement 21, for example steel.
  • the reinforcement 21 has an opening allowing the connection between the collector 9 and the transport tube 7.
  • the maintenance of the collector 9 in the reinforcement 21 increases the solidity and the safety of the collector 9.
  • FIG. 7, showing a partial diagrammatic representation in cross-section of the battery pack 1, illustrates an alternative embodiment where the collector 9 is contained in a box 25, preferably hermetic, inside the box 13.
  • the box 25 defines a sealed and sealed space.
  • the box 25 nevertheless comprises at least one connection port for the passage of the transport tube 7.
  • the box 25, for example steel, reinforces the structure of the housing 3. It may, in a complementary manner, contain a thermal insulation.
  • the box 25 can be placed in the functional space 11 of the double wall. This embodiment allows the collector 9 to be disposed inside the housing 13 while being secured, particularly in case of leaks.
  • the connections between the transport tube 7 and the collector 9 are made outside the functional space 11 of the double wall, when the collector 9 is in the housing 17, on the lateral extension 12.
  • the connection with the transport tube 7 is carried out inside the box 25.
  • the orifice connection for the passage of the transport tube 7 is, moreover, sealed.
  • the transport tube 7 can take different forms.
  • it may have a circular section, as shown in FIG. 8, with a rectangular section, as shown in FIG. 9, or constituted by a multitude of channels or microchannels, as shown in FIG.
  • the transport tube 7 may also be contained in a beam 27, for example made of steel, of the battery pack 1 inside the functional space 11 of the double wall.
  • the beam 27 constitutes a structural element ensuring the reinforcement of the battery-pack 1, in particular the reinforcement of the casing 13.
  • the duct circuit is isolated from the battery 3, in particular because:
  • the coolant liquid is likely to spread: in the functional space 11 of the double wall, sealed by the sealing contact between the heat exchange plate 5 and the housing 13, or
  • the heat transfer liquid can not come into contact with the battery 3 and / or the current source, in particular high voltage, that it generates.
  • the present invention therefore greatly reduces the risk of short circuit or other problems that may arise from contact between the battery 3 and any liquid.
  • the reinforcement 21, the box 25, the beam 27 have been mentioned as steel.
  • these elements may also be aluminum or any similar material to provide a protection function and / or consolidation.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie (1) pour véhicule électrique comprenant au moins une batterie (3) contenue dans un boîtier (13). Le dispositif de gestion thermique comporte : au moins une plaque d'échange thermique (5) en contact avec la batterie (3), et un circuit de conduits dans lequel circule un fluide caloporteur, comportant au moins un tube de transport (7) et au moins deux collecteurs (9), le tube de transport (7) s'étendant le long de la plaque d'échange thermique (5) et dont chaque extrémité est reliée respectivement à un des collecteurs (9). De plus, la plaque d'échange thermique (5) est en contact étanche avec le boîtier (13) du pack-batterie (1), isolant le circuit de conduits de la batterie (3). La présente invention concerne également un pack-batterie (1) comportant un tel dispositif de gestion thermique.

Description

Dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie.
La présente invention concerne la régulation thermique d'un ensemble d'au moins une batterie, et plus particulièrement un dispositif de régulation thermique à liquide caloporteur pour un ensemble d'au moins une batterie dans le domaine des véhicules automobiles, en particulier les véhicules électriques et/ou hybrides.
La régulation thermique de la batterie, notamment dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, est un point important. En effet, si la batterie est soumise à des températures trop froides, son autonomie peut décroître fortement et, à l'inverse, si elle est soumise à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie. Dans les véhicules électriques et hybrides, la batterie est réalisée généralement sous forme de cellules de stockage d'énergie électrique disposées dans un boîtier de protection et forment ce que l'on appelle un pack-batterie. Afin de réguler la température des cellules de stockage d'énergie électrique, il est connu d'ajouter un dispositif de régulation de température.
Les dispositifs de régulation de température sont généralement incorporés à l'intérieur du boîtier du pack-batterie et utilisent des fluides caloporteurs circulant, par exemple au moyen d'une pompe, dans un circuit de conduits passant, notamment, sous une plaque d'échange thermique en contact direct avec les cellules de stockage d'énergie électrique.
Les fluides caloporteurs peuvent ainsi absorber la chaleur émise par les cellules de stockage d'énergie électrique afin de les refroidir et l'évacuer au niveau d'un ou plusieurs échangeurs thermiques, comme par exemple un radiateur, parcouru par un fluide caloporteur, ou un échangeur de chaleur, parcouru par un fluide réfrigérant.
Selon les besoins, le fluide caloporteur, ou le fluide réfrigérant, peut également apporter de la chaleur pour réchauffer les cellules de stockage d'énergie électrique. Notamment, une telle configuration est possible si le fluide caloporteur est en contact avec une résistance électrique ou à un élément de chauffage à effet CTP (Coefficient Positif de Température). Le fluide caloporteur généralement utilisé est l'air ambiant ou des liquides, par exemple l'eau, un mélange d'eau et de glycol, ou tout autre fluide analogue. Les liquides, étant meilleurs conducteurs de chaleur que les gaz, constituent une solution privilégiée car plus efficace. Cependant, l'utilisation d'un liquide caloporteur peut poser des problèmes notamment en cas d'accidents ou de chocs pour le véhicule. Par exemple, il peut résulter des problèmes d'étanchéité et de fuites ou de dégradation des éléments de connexion du circuit de conduits.
Une telle situation est problématique. En effet, si le liquide caloporteur rentre en contact avec les cellules de stockage d'énergie électrique du pack-batterie, alimentées en électricité, notamment par une source haute tension, ceci peut entraîner des courts circuits et autres problèmes dangereux pour le conducteur et les passagers. Un des buts de l'invention est donc de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif de gestion thermique pour un pack batterie à liquide caloporteur sécurisé, notamment en cas de fuite du liquide caloporteur. Ainsi l'invention concerne un dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie, notamment pour un véhicule électrique, comprenant au moins une batterie contenue dans un boîtier. De plus, le dispositif de gestion thermique comporte :
• au moins une plaque d'échange thermique en contact avec la batterie, en particulier en reposant sur celle-ci, et
• un circuit de conduits dans lequel circule un fluide caloporteur, comportant au moins un tube de transport et au moins deux collecteurs, le tube de transport s'étendant le long de la plaque d'échange thermique, et dont chaque extrémité est reliée respectivement à un des collecteurs.
Plus particulièrement, la plaque d'échange thermique est en contact étanche avec le boîtier du pack-batterie, isolant le circuit de conduits de la batterie. Ainsi, en cas de fuite, par exemple provoqué par un choc ou un accident, la plaque d'échange thermique sert de séparateur et protège ainsi la batterie du fluide caloporteur.
Selon un aspect de l'invention, le contact étanche entre la plaque d'échange thermique et le boîtier du pack-batterie est réalisé :
· par surmoulage du boîtier du pack-batterie sur la plaque d'échange thermique, ou
• par mise en contact et serrage étanche de la plaque d'échange thermique contre le boîtier du pack-batterie au moyen d'au moins un élément de serrage.
Selon un autre aspect de l'invention, le boîtier comporte une embase formant un support pour la plaque d'échange thermique. Avantageusement, l'embase et la plaque d'échange thermique forme une double paroi avec un espace fonctionnel dans lequel passe au moins partiellement le circuit de conduits. De plus, optionnellement, l'espace fonctionnel comporte un isolant thermique. Préférentiellement, le collecteur est fixé à l'extérieur du boîtier, sur au moins un prolongement latéral de l'embase formant avec le boîtier au moins un logement dans lequel est maintenu le collecteur,
· par au moins un plot de maintien, ou
• par un renfort.
Alternativement, le collecteur est contenu dans un caisson du boîtier, à l'intérieur de l'espace fonctionnel.
Selon un autre aspect de l'invention, le tube de transport est contenu dans une poutrelle du boîtier du pack-batterie. Spécifiquement, le tube de transport, en particulier constitué de micro-canaux, comprend une section
• circulaire, ou
· rectangulaires.
Enfin, l'invention concerne également un pack-batterie comportant un dispositif de gestion thermique tel que défini précédemment. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
- la figure 1 montre une représentation schématique en coupe transversale d'un pack-batterie selon la présente invention, • la figure 2 montre une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du pack-batterie selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 montre une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du pack-batterie montrant selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 4 montre une représentation schématique de coté de pack- batterie selon le premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 5 montre une représentation schématique partielle en coupe transversale du pack-batterie selon la présente invention,
- la figure 6 montre une représentation schématique de coté du pack- batterie de la figure 5 de la présente invention,
- la figure 7 montre une représentation schématique partielle en coupe transversale d'une variante du pack-batterie selon la présente invention,
- les figures 8 à 10 montrent une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du pack-batterie selon différentes alternatives de réalisation de la présente invention.
Sur les différentes figures, sauf indications particulières, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et auront les mêmes caractéristiques techniques et des modes opératoires identiques.
La figure 1 montre une représentation schématique en coupe transversale d'un boîtier 13 d'un pack-batterie 1. Le boîtier 13 comprend des parois délimitant un logement dans lequel est reçue au moins une batterie 3, généralement composée de plusieurs cellules ou accumulateurs reliés entre eux, en parallèle ou en série.
Dans la présente description, on entend par "pack-batterie 1", l'enceinte 13, ou boîtier 13, dans laquelle est logée au moins une batterie 3. Par ailleurs, le terme "batterie 3" désigne donc un dispositif de stockage d'énergie électrique composé d'une ou plusieurs cellules électriques et, également, un ensemble composé d'un ou plusieurs dispositifs de stockage d'énergie électrique comprenant, respectivement, une ou plusieurs cellules électriques. Afin de réguler la température du pack-batterie 1, la batterie 3 est en contact avec un dispositif de régulation thermique comportant au moins une plaque d'échange thermique 5. Selon l'exemple de réalisation présenté, la plaque d'échange thermique 5 forme un fond du boîtier 13. En conséquence, la batterie 3 repose sur la plaque d'échange thermique 5. Toutefois, la plaque d'échange thermique 5 peut être disposée sur un ou plusieurs cotés du boîtier 13, en étant en contact avec la batterie 3.
La plaque d'échange thermique 5 est intégrée au boîtier 13 du pack-batterie 1 de sorte à obtenir un contact étanche entre la plaque d'échange thermique 5 et les parois du boîtier 13.
Les figures 2 et 3 montrent une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du pack-batterie 1, illustrant plus précisément deux modes de réalisation du contact étanche entre le boîtier 13 et la plaque d'échange thermique 5.
Selon un premier mode de réalisation d'étanchéité illustré à la figure 2, le contact étanche entre le boîtier 13 et la plaque d'échange thermique 5 est réalisé par surmoulage du boîtier 13 du pack-batterie 1 autour de la plaque d'échange thermique 5.
Selon un deuxième mode de réalisation d'étanchéité illustré à la figure 3, le contact étanche entre le boîtier 13 et la plaque d'échange thermique 5 est réalisé par mise en contact et serrage étanche de la plaque d'échange thermique 5 contre le boîtier 13 du pack-batterie 1 au moyen d'au moins un élément de serrage 23. Cet élément de serrage 23 peut, par exemple, être un cadre 230 ou un ensemble de pattes 230 fixé sur le boîtier 13 au moyen de vis 232 et disposé sur le pourtour de la plaque d'échange thermique 5. Ainsi, la plaque d'échange thermique 5 est plaquée et serrée contre le boîtier 13. Optionnellement, l'étanchéité peut être complétée, par exemple, à l'aide d'un joint placé entre la plaque d'échange thermique 5 et le boîtier 13.
En revenant à la figure 1, on observe que le dispositif de régulation thermique comporte également un circuit de conduits dans lequel circule un liquide caloporteur. Le circuit de conduits comporte au moins deux collecteurs 9. Selon l'exemple de réalisation présenté, le circuit de conduits comporte deux collecteurs 9 disposés, préférentiel lement, de part et d'autre du pack-batterie 1.
La description de la présente invention est faite en relation avec un liquide caloporteur circulant dans le circuit de conduits. Toutefois, la présente invention couvre également les réalisations dans lesquelles le circuit de conduits permet la circulation d'un fluide caloporteur de façon générique, en particulier un liquide caloporteur, un fluide réfrigérant ou tout fluide analogue. Dans une configuration à deux collecteurs 9, le liquide caloporteur est admis par un des deux collecteurs 9, dit collecteur d'admission 9a, et est évacué par l'autre des deux collecteurs 9, dit collecteur d'évacuation 9b.
Dans la configuration à deux collecteurs 9 disposés de part et d'autre du pack- batterie 1 présentée à la figure 1, la liaison entre les deux collecteurs 9 est effectuée par au moins un tube de transport 7 et, de préférence, une pluralité de tubes de transport 7, s'étendant le long du pack-batterie 1 et assurant une circulation unidirectionnelle du fluide caloporteur. Le tube de transport 7 est configuré en T. On parle alors de circulation en T. Alternativement, le tube de transport 7 est configuré en 'S' afin de réaliser un va-et-vient entre les deux collecteurs 9 disposés de part et d'autre du pack- batterie 1. Enfin, il ressort que le tube de transport 7 est configuré en une succession de 'S' entre les deux collecteurs 9 disposés de part et d'autre du pack-batterie 1.
Alternativement, les deux collecteurs peuvent être disposés du même coté du pack-batterie 1. Dans cette configuration particulière, la liaison entre les deux collecteurs 9 est effectuée par au moins un tube de transport 7 et, de préférence, une pluralité de tubes de transport 7, s'étendant le long du pack- batterie 1. Le tube de transport 7 comporte au moins un coude de retour de fluide caloporteur et assurant une circulation bidirectionnelle du fluide caloporteur. Le tube de transport 7 est configuré en 'LT. On parle alors de circulation en '.
Alternativement, le tube de transport 7 est configuré en 'W afin de réaliser un va-et-vient entre les deux collecteurs 9 disposés du même coté du pack-batterie 1. Enfin, il ressort que le tube de transport 7 est configuré en une succession de 'LT et/ou de 'W entre les deux collecteurs 9 disposés du même coté du pack- batterie 1.
Le tube de transport 7 passe sous la plaque d'échange thermique 5 et est en contact avec une face de la plaque d'échange thermique 5 opposée à la face de la plaque d'échange thermique 5 en contact avec la batterie 3.
Les échanges thermiques entre la batterie 3 et le dispositif de régulation thermique se font au niveau de la plaque d'échange thermique 5. Au sein du dispositif de régulation thermique, les échanges se font entre la plaque d'échange thermique 5 et le liquide caloporteur au niveau du tube de transport 7. Par ailleurs, le liquide caloporteur est mis en mouvement dans le circuit de conduits, par exemple, par l'intermédiaire d'une pompe.
Dans le cas où l'on veut refroidir la batterie 3, du liquide caloporteur dit « froid » est amené par un des collecteurs 9, ou collecteur d'admission 9a, au niveau du tube de transport 7. Le liquide caloporteur est dit « froid » lorsqu'il est à une température inférieure à la température de la batterie 3. Le liquide caloporteur peut ainsi absorber l'énergie calorifique de la batterie 3 au travers de la plaque d'échange thermique 5. Le liquide caloporteur, chargé en énergie calorifique, est ensuite recueilli par l'autre des collecteurs 9, ou collecteur d'évacuation 9b.
Avantageusement, le collecteur d'évacuation 9b est relié à un échangeur thermique, comme par exemple un radiateur parcouru par le liquide caloporteur ou un système de réfrigération du liquide caloporteur, par exemple un échangeur de chaleur traversé par un fluide réfrigérant ou un autre fluide, notamment de l'air, assurant un échange thermique avec le liquide caloporteur. Le liquide caloporteur peut ainsi libérer son énergie calorifique et il est ensuite redirigé vers le tube de transport 7 par le collecteur d'admission 9a
Dans le cas inverse où l'on veut réchauffer la batterie 3, le circuit de conduits peut être relié à un dispositif de chauffage, par exemple à une résistance électrique ou à un élément de chauffage à effet CTP (Coefficient Positif de Température), afin de réchauffer le liquide caloporteur. On parle alors de liquide caloporteur dit « chaud ». Le liquide caloporteur est dit « chaud » lorsqu'il est à une température supérieure à la température de la batterie 3. Ainsi, le liquide caloporteur dit « chaud » permet d'apporter l'énergie calorifique à la batterie 3 par l'intermédiaire de la plaque d'échange thermique 5. Comme le montre l'exemple de réalisation de la figure 1, le boîtier 13 comporte une embase 10, par exemple positionnée au niveau de la partie inférieure du boîtier 13. L'embase 10 sert de support à la plaque d'échange thermique 5. L'embase 10 et la plaque d'échange thermique 5 forment une double paroi avec un espace fonctionnel 11 à l'intérieur duquel passe au moins partiellement le circuit de conduits. Avantageusement, l'espace fonctionnel 11 peut contenir un isolant thermique.
Selon la présente invention, seul le tube de transport 7 passe dans l'espace fonctionnel 11 de la double paroi. Dans ce mode de réalisation, les collecteurs 9 sont placés à l'extérieur du boîtier 13. Ainsi, en cas de fuite au niveau des collecteurs 9, le liquide caloporteur est maintenu à l'extérieur du boîtier 13, améliorant la sécurité du pack-batterie 1. De même, en cas de fuite au niveau du tube de transport 7, le liquide caloporteur est contenu dans l'espace fonctionnel 11, rendu étanche par la plaque d'échange thermique 5. Il n'existe pas de risque que le liquide caloporteur vienne en contact avec la batterie 3.
A cet effet, l'embase 10 peut comporter un ou plusieurs prolongements latéraux 12 sur lesquels sont maintenus les collecteurs 9 à l'extérieur du boîtier 13. Les prolongements latéraux 12 forment, avec le boîtier 13, un logement 17 dans laquelle sont maintenus et protégés les collecteurs 9. Par logement 17, on entend que les prolongements latéraux 12 et le boîtier 13 forment un renfoncement allongé dans lequel sont maintenus et protégés les collecteurs 9. En se référant à la figure 1 illustrant en coupe transversale un pack-batterie 1 et à la figure 4 illustrant une représentation schématique de coté du pack- batterie 1, les collecteurs 9 peuvent être maintenus sur les prolongements latéraux 12 à l'intérieur des logements 17, au moyen d'au moins un plot de maintien 15. Le plot de maintien 15 est fixé au prolongement latéral 12. Les figures 5 et 6, illustrant respectivement une représentation schématique partielle en coupe transversale et de coté du pack-batterie 1, montrent un deuxième mode de réalisation du maintien des collecteurs 9 sur les prolongements latéraux 12, différent de celui présenté par les figures 1 et 4.
Le collecteur 9 est ici maintenu sur le prolongement latéral 12 à l'intérieur du logement 17, au moyen d'un renfort 21, par exemple en acier.
Avantageusement, le renfort 21 présente une ouverture permettant le raccordement entre le collecteur 9 et le tube de transport 7. Le maintien du collecteur 9 dans le renfort 21 augmente la solidité et la sécurité du collecteur 9.
La figure 7, montrant une représentation schématique partielle en coupe transversale du pack-batterie 1, illustre un mode de réalisation alternatif où le collecteur 9 est contenu dans un caisson 25, préférentiellement hermétique, à l'intérieur du boîtier 13. Ainsi, selon la présente invention, le caisson 25 définit un espace clos et étanche. Le caisson 25 comporte néanmoins au moins un orifice de connexion pour le passage du tube de transport 7.
Le caisson 25, par exemple en acier, renforce la structure du boîtier 3. Il peut, de façon complémentaire, contenir un isolant thermique. Avantageusement, le caisson 25 peut être placé dans l'espace fonctionnel 11 de la double paroi. Ce mode de réalisation permet au collecteur 9 d'être disposé à l'intérieur du boîtier 13 tout en étant sécurisé, en particulier en cas de fuites.
Afin de sécuriser du mieux possible le dispositif de régulation thermique du pack-batterie 1, les raccordements entre le tube de transport 7 et le collecteur 9 sont réalisés à l'extérieur de l'espace fonctionnel 11 de la double paroi, lorsque le collecteur 9 est dans le logement 17, sur le prolongement latéral 12. Dans le cas où le collecteur 9 est contenu dans le caisson 25, à l'intérieur de l'espace fonctionnel 11 de la double paroi, le raccordement avec le tube de transport 7 est effectué à l'intérieur du caisson 25. L'orifice de connexion pour le passage du tube de transport 7 est, par ailleurs, rendu étanche.
Comme le montre les figures 8 à 10, illustrant respectivement une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du pack-batterie 1 selon différentes alternatives de réalisation de la présente invention, le tube de transport 7 peut prendre différentes formes.
Ainsi, il peut être à section circulaire, comme présenté à la figure 8, à section rectangulaire, comme présenté à la figure 9, ou constitué par une multitude de canaux ou micro-canaux, comme présenté à la figure 10.
Alternativement, le tube de transport 7 peut également être contenu dans une poutrelle 27, par exemple en acier, du pack-batterie 1 à l'intérieur de l'espace fonctionnel 11 de la double paroi. La poutrelle 27 constitue un élément structurel assurant le renfort du pack-batterie 1, notamment le renfort du boîtier 13.
On voit bien alors que, selon l'invention, le circuit de conduits est isolé de la batterie 3, du fait notamment :
■ du contact étanche entre la plaque d'échange thermique 5 et le boîtier 13 du pack-batterie 1, et
■ de l'emplacement du collecteur 9.
Ainsi en cas de fuite au niveau du circuit de conduits, par exemple suite à un accident etyou un choc, le liquide caloporteur est susceptible de se répandre: - dans l'espace fonctionnel 11 de la double paroi, rendu hermétique par le contact étanche entre la plaque d'échange thermique 5 et le boîtier 13, ou
à l'extérieur même du boîtier 13, dans un espace clos et étanche ou dans un espace ouvert.
Le liquide caloporteur ne peut pas entrer en contact avec la batterie 3 et/ou la source de courant, en particulier haute tension, qu'elle génère. La présente invention réduit donc fortement les risques de court-circuit ou autres problèmes pouvant découler d'un contact entre la batterie 3 et un quelconque liquide.
Dans la présente description, le renfort 21, le caisson 25, la poutrelle 27 ont été mentionnés comme étant en acier. Toutefois, ces éléments peuvent être également en aluminium ou tout matériau analogue permettant d'assurer une fonction de protection et/ou de consolidation.
De plus, les différents modes de fonctionnement décrits précédemment peuvent être pris séparément ou en combinaison afin de réaliser des alternatives de réalisation et diverses configurations du dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie 1 selon la présente invention.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de gestion thermique d'un pack-batterie (1) pour véhicule électrique comprenant au moins une batterie (3) contenue dans un boîtier (13), le dispositif de gestion thermique comportant :
• au moins une plaque d'échange thermique (5) en contact avec la batterie (3), et
• un circuit de conduits dans lequel circule un fluide caloporteur, comportant au moins un tube de transport (7) et au moins deux collecteurs (9), le tube de transport (7) s'étendant le long de la plaque d'échange thermique (5) et dont chaque extrémité est reliée respectivement à un des collecteurs (9),
caractérisé en ce que la plaque d'échange thermique (5) est en contact étanche avec le boîtier (13) du pack-batterie (1), isolant le circuit de conduits de la batterie
(3).
Dispositif de gestion thermique selon la revendication 1, dans lequel le contact étanche entre la plaque d'échange thermique (5) et le boîtier (13) du pack-batterie (1) est réalisé par surmoulage du boîtier (13) du pack-batterie (1) sur la plaque d'échange thermique (5).
Dispositif de gestion thermique selon la revendication 1, dans lequel le contact étanche entre la plaque d'échange thermique (5) et le boîtier (13) du pack-batterie (1) est réalisé par mise en contact et serrage de la plaque d'échange thermique (5) contre le boîtier (13) du pack-batterie (1) au moyen d'au moins un élément de serrage (23).
4. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (13) comporte une embase (10) formant un support pour la plaque d'échange thermique (5).
Dispositif de gestion thermique selon la revendication 4, dans lequel l'embase (10) et la plaque d'échange thermique (5) forme une double paroi avec un espace fonctionnel (11) dans lequel passe au moins partiellement le circuit de conduits.
Dispositif de gestion thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'espace fonctionnel (11) contient un isolant thermique.
Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le collecteur (9) est fixé à l'extérieur du boîtier (13) sur au moins un prolongement latéral (12) de l'embase (10) formant avec le boîtier (13) au moins un logement (17) dans lequel est maintenu le collecteur (9).
Dispositif de gestion thermique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le collecteur (9) est maintenu dans le logement (17) par au moins un plot de maintien (15).
9. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le collecteur (9) est maintenu dans le logement (17) par un renfort (21).
10. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le collecteur (9) est contenu dans un caisson (25) du boîtier (13), en particulier à l'intérieur de l'espace fonctionnel (11).
11. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de transport (7) est contenu dans une poutrelle (27) du boîtier (13) du pack-batterie
(D-
12. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de transport (7) comprend une section circulaire ou rectangulaire.
13. Dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de transport (7) est constitué de micro-canaux.
14. Pack-batterie (1) comportant un dispositif de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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