FR3077427A1 - Dispositif de regulation thermique formant couvercle d’un pack batterie. - Google Patents

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Jean Damien Muller
Frederic Tison
Boris Barre
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique (3) logé dans un boîtier (B) de protection. Selon l'invention, le dispositif de régulation thermique (1) comprend une plaque de base (10) sur laquelle est solidarisée au moins une plaque emboutie (11) délimitant un circuit (12) de circulation d'un fluide caloporteur apte à réguler thermiquement ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique (3), ledit dispositif de régulation thermique (1) formant un couvercle destiné à fermer ledit boîtier (B) de protection.

Description

Dispositif de régulation thermique formant couvercle d'un pack batterie.
1. Domaine de l'invention
L'invention se rapporte au domaine de la régulation thermique de modules de batterie, notamment pour un véhicule automobile dont la propulsion est fournie en tout ou partie par une motorisation électrique, situées dans un boîtier de protection formant, avec les modules de batterie, un pack batterie.
Plus précisément, l'invention se rapporte au domaine des dispositifs de régulation thermique de ces modules de batterie, ainsi qu'à la structure d'un tel boîtier de protection.
2. Art antérieur
Dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, les cellules de stockage d'énergie électrique sont reliées entre elles de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée, et positionnées dans un module de batterie (appelé module dans ce qui suit).
Plusieurs modules reliés entre eux forment la batterie du véhicule.
Généralement, ces modules sont enfermés dans un boîtier de protection rigide et étanche (appelée « casing » en anglais) qui protège les modules de l'environnement extérieur.
Le boîtier de protection et les modules forment un ensemble généralement appelé pack batterie.
Les constructeurs automobiles cherchent aujourd'hui à fournir des véhicules électriques ou hybrides plus puissants et dont l'autonomie électrique est augmentée.
Pour cela, un nombre de plus en plus important de modules est embarqué dans les véhicules.
Ainsi, le pack batterie, généralement disposé au niveau du plancher du véhicule, couvre une surface de plus en plus conséquente du plancher du véhicule et forme même parfois le fond de caisse ce dernier.
Par ailleurs, lors du fonctionnement du véhicule, les modules de batterie peuvent être soumis à des variations de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction.
Par conséquent, la régulation thermique des modules est essentielle afin, d'une part, de les maintenir en bon état et, d'autre part, d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule.
Pour ce faire, un ou plusieurs dispositifs de régulation thermique destinés à réguler la température des modules sont mis en œuvre pour assurer les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des modules et ainsi optimiser le fonctionnement des modules.
Ces dispositifs sont parcourus par un fluide caloporteur qui peut absorber la chaleur émise par chaque module afin de le refroidir ou selon les besoins, il peut lui apporter de la chaleur si la température du module est insuffisante pour son bon fonctionnement.
Les dispositifs de régulation thermique sont généralement disposés au fond du pack batterie, sous les modules.
Ils sont parfois disposés indirectement au contact des modules, à l'extérieur du pack batterie.
Ces approches ne sont toutefois pas totalement satisfaisantes.
En effet, lorsque le dispositif de régulation thermique est disposé à l'intérieur du pack batterie, il existe un risque de destruction des modules en cas de fuites du fluide caloporteur dans l'enceinte intérieure du pack batterie.
Un autre inconvénient de cette approche réside dans le fait que l'espace alloué à la réception des modules de batterie au sein du pack batterie est réduit du fait de la présence des dispositifs de régulation thermique.
Ainsi, la puissance et l'autonomie électrique du véhicule ne sont pas maximisées.
Encore un autre inconvénient de cette approche est que la maintenance ou le remplacement du ou des dispositifs de régulation thermique et/ou des modules électriques est complexe du fait qu'il est nécessaire de démonter le couvercle étanche du pack batterie, puis de retirer le ou les dispositifs de régulation thermique pour accéder aux modules, ou inversement, de retirer les modules pour accéder au(x) dispositif(s) de régulation thermique.
Lorsque le dispositif de régulation thermique est disposé à l'extérieur du pack batterie, les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et les modules sont altérés du fait de la présence de la paroi du boîtier de protection entre le dispositif de régulation thermique et les modules.
Ainsi, la régulation thermique des modules au sein du pack batterie n'est pas optimale.
En outre, l'encombrement d'un pack batterie auquel on ajoute celui d'un dispositif de régulation thermique externe limite l'espace disponible pour l'intégration d'autres composants du véhicule, ce qui n'est pas non plus satisfaisant.
3. Résumé de l'invention
La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes de l'état de l'art et propose un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique logé dans un boîtier de protection.
Selon l'invention, le dispositif de régulation thermique comprend une plaque de base sur laquelle est solidarisée au moins une plaque emboutie délimitant un circuit de circulation d'un fluide caloporteur apte à réguler thermiquement ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, ledit dispositif de régulation thermique formant un couvercle destiné à fermer ledit boîtier de protection.
L'invention propose ainsi un dispositif de régulation thermique des modules de batterie d'un véhicule hybride ou électrique, qui combine deux fonctions, à savoir, une fonction classique de régulation thermique des modules de batterie et une fonction nouvelle et inventive de fermeture du boîtier de protection des modules de batterie.
La plaque de base, qui est une tôle métallique découpée, présente des dimensions égales à celles du pack-batterie. De cette façon, le pack batterie du véhicule, formé par le boîtier de protection dans lequel sont logés les modules de batterie, est fermé de façon étanche par le dispositif de régulation thermique.
Ainsi, l'espace intérieur du boîtier de protection est totalement alloué à la réception de modules de batterie, ce qui permet, pour un boîtier de protection de dimensions égales à l'art antérieur, de recevoir un plus grand nombre de modules de batterie et donc de maximiser l'autonomie et la puissance électrique du véhicule.
Cette mise en œuvre particulière permet en outre de faciliter la maintenance des modules électriques puisqu'il suffit de retirer le dispositif de régulation thermique formant couvercle du boîtier de protection pour avoir accès aux modules électriques. La maintenance du dispositif de régulation thermique est également simplifiée puisque le dispositif est aisément accessible et ne nécessite pas de retirer les modules électriques.
Un changement du dispositif de régulation thermique en cas d'endommagement est également aisé puisqu'il suffit uniquement de changer le couvercle du boîtier de protection.
Selon un aspect de l'invention, la surface de ladite plaque de base orientée vers l'intérieur du boîtier est destinée à être en contact thermique avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique.
Le dispositif de régulation thermique est donc en contact thermique (direct ou indirect) avec les modules de batterie logés dans le boîtier. Ainsi, les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et les modules de batterie sont optimisés.
Selon un autre aspect de l'invention, ladite plaque de base présente un logement destiné à recevoir ladite au moins une plaque emboutie.
La plaque de base présente ainsi au moins deux niveaux, de sorte qu'un premier niveau de la plaque de base, sur lequel est solidarisée ladite au moins une plaque emboutie, est en contact avec les modules de batterie, tandis qu'un deuxième niveau de la plaque de base se situe à la hauteur du plan de joint entre le couvercle (formé par la plaque de base) et le boîtier de protection.
Ainsi, les écarts de hauteur/niveau entre le haut des modules de batterie et le bord supérieur du boîtier de protection sont compensés.
Selon un aspect particulier de l'invention, ladite plaque de base comprend au moins un trou configuré pour permettre le passage de moyens de fixation étanches de ladite plaque de base sur ledit boîtier de protection.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de fixation comprennent au moins une vis de fixation associée à au moins un joint d'étanchéité.
Ainsi, la plaque de base comporte des trous (ou évidements) de passage permettant l'insertion de vis de fixation venant fixer la plaque de base sur le boîtier de protection.
Les vis de fixation possèdent une tête de vis équipée d'un moyen d'étanchéité (un joint intégré, par exemple) destiné à garantir l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier de protection et donc protéger les modules de batterie de l'environnement extérieur au boîtier de protection.
Selon un aspect particulier de l'invention, ladite plaque de base est fabriquée en matériau aluminium et présente une épaisseur inférieure ou égale à 2 mm.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, ladite plaque de base est fabriquée en matériau aluminium et présente une épaisseur inférieure ou égale à 1,5 mm.
Ainsi, la plaque de base est fabriquée dans un matériau thermo-conducteur.
Plus particulièrement, l'aluminium a été choisi pour ses propriétés thermoconductrices mais également pour des raisons de poids et de facilité d'assemblage avec ladite au moins une plaque emboutie.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, ladite plaque de base et ladite au moins une plaque emboutie sont solidarisées par brasage.
Ainsi, la ou les plaques embouties sont brasées entre elles et sur la plaque de base.
Cette technique de solidarisation peu coûteuse permet d'assurer au dispositif de l'invention une forte résistance mécanique et une bonne étanchéité du circuit de circulation du fluide caloporteur.
Selon encore un autre aspect particulier de l'invention, ladite plaque de base et ladite au moins une plaque emboutie sont serties ou rivetées préalablement au brasage.
Ainsi, la plaque de base et ladite au moins une plaque emboutie sont pré-liées de sorte à faciliter le brasage et améliorer encore la tenue mécanique de l'ensemble.
Selon un aspect de l'invention, ladite plaque de base et/ou ladite au moins une plaque emboutie présente un revêtement anticorrosion.
Un tel traitement de surface, par exemple un traitement par cataphorèse ou l'application d'une couche de peinture ou d'un revêtement de protection, permet de protéger la (les) plaque(s) de la corrosion avec l'air et des impuretés extérieures au boîtier de protection.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, un matériau d'interface thermique est intercalé entre ladite plaque de base et ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique.
La mise en œuvre d'un matériau d'interface thermique, une graisse ou un pad thermique par exemple, permet d'une part d'optimiser les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et les modules de batterie, et d'autre part, de compenser les éventuels écarts de niveau entre les modules de batterie et la surface inférieure de la plaque de base de sorte à optimiser le contact thermique entre ces derniers.
Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif de régulation thermique comprend au moins deux plaques embouties juxtaposées délimitant avec ladite plaque de base un circuit de circulation d'un fluide caloporteur au sein du dispositif de régulation thermique, ledit dispositif de régulation thermique comprenant en outre une unique entrée et une unique sortie de fluide dans le circuit de circulation du fluide caloporteur.
Le dispositif de régulation thermique, formant le couvercle du pack batterie, met donc en œuvre une unique plaque de base sur laquelle est solidarisée une pluralité de plaques embouties juxtaposées.
La plaque de base, qui est une tôle métallique découpée, présente des dimensions égales à celles du pack-batterie tandis que chaque plaque emboutie du dispositif peut présenter des dimensions égales à celles d'une cellule ou d'un groupement de cellules électriques (il peut ainsi être prévu une plaque emboutie par cellule ou groupement de cellules électriques à réguler thermiquement).
Des presses de grande taille ne sont donc plus nécessaires pour emboutir les plaques, ce qui réduit les coûts de fabrication du dispositif de l'invention.
Du fait qu'il soit réalisé par assemblage d'une pluralité de plaques embouties sur une plaque de base, le dispositif de régulation thermique de l'invention est modulable et peut être adapté à la taille et aux dimensions des modules de batterie à refroidir.
Cette solution permet de fabriquer aisément et à un coût relativement faible des dispositifs de régulation thermique de grande taille et de forme complexe adaptés aux pack-batteries présentant des grandes surfaces.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, ledit circuit de circulation du fluide caloporteur comprend deux canaux de forme spiralée imbriqués l'un dans l'autre, lesdits canaux étant reliés fluidiquement l'un à l'autre au centre de la double spirale.
Le circuit de circulation du fluide caloporteur peut ainsi comprendre un ou plusieurs conduits en double spirale reliés entre eux dans un même circuit fluidique, ce qui ne nécessite pas de tubulures de raccordement.
Une forme en double spirale du conduit de circulation dans chaque plaque emboutie permet :
- un échange thermique amélioré entre le fluide entrant et le fluide sortant de chaque plaque d'échange thermique, et
- une répartition homogène de la température sur toute la surface de la plaque d'échange thermique et ainsi améliore les échanges thermiques avec la batterie sur l'ensemble de la surface de cette dernière.
De plus, avec un conduit formé de deux canaux en spirale imbriqués l'un dans l'autre, à taille de plaque d'échange thermique équivalente, la surface d'échange thermique entre la batterie et le fluide caloporteur est augmentée, ce qui augmente d'autant l'efficacité de la plaque d'échange thermique.
Les formes spiralées des canaux permettent également une bonne définition des parois du conduit.
Ainsi, la répartition de la masse de la batterie sur la plaque d'échange thermique est optimisée, ce qui est un avantage pour avoir un bon coefficient d'échange thermique entre ces deux éléments.
Selon encore un autre aspect particulier de l'invention, ledit circuit de circulation du fluide caloporteur est en I ou en U.
Ce type de circuit de circulation présente l'avantage d'être simple à mettre en œuvre.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, lesdites plaques embouties présentent des plots de répartition du fluide caloporteur.
Ces plots permettent de répartir et de distribuer le fluide caloporteur au sein et entre les plaques embouties du dispositif.
En outre, les plots permettent de rigidifier le dispositif de sorte qu'il puisse résister aux contraintes mécaniques subies lors du brasage et aux contraintes de pression du fluide subies lors du fonctionnement du dispositif.
Les plaques embouties constituant le dispositif de régulation sont en outre simples et peu coûteuses à fabriquer.
Selon un aspect particulier de l'invention, lesdites au moins deux plaques embouties juxtaposées se chevauchent partiellement.
Cet aspect permet d'une part de faciliter le brasage de l'ensemble des plaques entre elles et d'autre part d'assurer l'étanchéité du circuit de circulation du fluide caloporteur dans le dispositif.
Cela permet en outre de s'affranchir de l'utilisation de conduits de raccordement des plaques embouties entre elles.
Ainsi, l'assemblage est simplifié et les risques de fuite du fluide caloporteur sont diminués.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, les surfaces opposées de ladite plaque de base sont planes.
Afin d'optimiser les échanges thermiques, il est nécessaire que les surfaces destinées à venir en contact thermique avec les modules de batterie soient planes.
On choisit de mettre en contact la plaque de base, plutôt que les plaques embouties, avec les modules de batterie car il est plus simple et moins coûteux d'assurer la planéité de la plaque de base que celle des plaques embouties.
L'invention propose également un pack batterie comprenant un boîtier de protection fermé de façon étanche par un dispositif de régulation thermique tel que décrit précédemment.
4. Figures
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue de face d'un dispositif de régulation thermique de modules d'une batterie selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue de détail de la connexion entre deux plaques embouties du dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue de dessus en perspective du dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue de dessous en perspective du dispositif de régulation thermique de la figure 1 dans laquelle les modules de la batterie sont illustrés partiellement ;
la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif de régulation thermique de modules d'une batterie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 6 est une vue en coupe partielle d'un pack batterie mettant en œuvre un dispositif de régulation thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
5. Description détaillée de modes de réalisation
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Le dispositif de régulation thermique de l'invention est destiné à former le couvercle d'un boîtier de protection dans lequel sont logés les modules de la batterie d'un véhicule hybride ou électrique.
Cette batterie est, par exemple, une batterie de grande taille.
Par exemple, cette batterie peut occuper tout le fond de caisse du véhicule (ordre de grandeur à titre d'exemple sans limitation : lm30 x lm70)
Le boîtier de protection forme, avec les modules, ce que l'on appelle un pack batterie.
Selon l'invention, le dispositif de régulation thermique remplit deux fonctions, à savoir une fonction classique de régulation de la température des modules de la batterie, et une fonction additionnelle de fermeture du boîtier de protection dans lequel sont logés ces modules.
Pour ce faire, le dispositif de régulation thermique comprend une plaque de base, venant obturer le boîtier de protection, sur laquelle une pluralité de plaques embouties sont solidarisées délimitant ainsi un circuit de circulation d'un fluide caloporteur.
Les modules de batterie logés dans le boîtier de protection sont en contact thermique avec la plaque de base du dispositif de régulation thermique, qui est donc orientée vers l'intérieur du boîtier de protection. Les plaques embouties sont destinées à être situées à l'extérieur du boîtier de protection
La figure 1 est une vue de face d'un dispositif de régulation thermique 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprenant une plaque de base 10 et trois plaques embouties 11 juxtaposées.
La plaque de base 10 est une tôle dont la forme et les dimensions correspondent à celles de la surface supérieure ouverte du boîtier B de protection des modules 3 de batterie devant être régulés thermiquement (visible sur la figure 6).
La plaque de base 10 est fabriquée dans un matériau thermo-conducteur, de préférence en aluminium, pour des questions de poids et de facilité d'assemblage, et présente une épaisseur inférieure ou égale à 2mm.L'épaisseur de la plaque de base 10 est adaptée pour supporter les efforts mécaniques subis lors de sa solidarisation avec les plaques embouties 11 et lors du fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1, une fois ce dernier monté sur le boîtier de protection.
La plaque de base 10 doit ainsi présenter une épaisseur permettant de maintenir la planéité des surfaces opposées de la plaque de base 10 sous la pression du fluide caloporteur circulant dans le circuit de circulation d'un fluide caloporteur ménagé entre la plaque de base et les plaques embouties
Dans cet exemple, la plaque de base 10 est sensiblement rectangulaire.
Comme illustré sur les figures 3 et 4, la plaque de base 10 est emboutie (ou stampée) de sorte à former une paroi 100 bordée par un rebord 101 recourbé s'étendant sur le pourtour de la paroi 100, perpendiculairement à cette dernière.
Le rebord 101 est destiné à venir recouvrir les bords périphériques du boîtier B de protection (non illustré) lorsque le dispositif de régulation thermique 1 vient fermer le boîtier B de protection.
La plaque de base 10 forme ainsi un couvercle qui vient se placer sur le boîtier B de protection et qui obture de façon étanche ce dernier.
La paroi 100 comprend une partie centrale 102 et une partie périphérique 103, s'étendant entre la partie centrale 102 et le rebord 101.
La partie périphérique 103 de la paroi 100 est surélevée par rapport à la partie centrale 102.
La partie centrale 102 est en creux et s'étend ainsi au fond d'un logement 104, de forme rectangulaire dans cet exemple, bordé par la partie périphérique 103.
Le logement 104 est obtenu par emboutissage de la plaque de base 10, et dimensionné pour recevoir plusieurs plaques embouties 11 (qui seront décrites plus en détail par la suite).
La face extérieure de la partie centrale 102 est destinée à supporter ces plaques embouties 11 et sa face intérieure est destinée à venir en contact direct avec les modules 3 de la batterie logés dans le boîtier B de protection.
La face intérieure de la partie périphérique 103 vient en contact avec le bord périphérique du boîtier B de protection
Classiquement, la surface supérieure des modules 3 de la batterie n'affleure pas avec le bord périphérique du boîtier B de protection mais s'étend dans un plan situé plus bas que le bord périphérique.
La profondeur du logement 104 est dimensionnée pour compenser l'écart de niveau entre la surface supérieure des modules 3 de la batterie et la surface supérieure ouverte du boîtier B de protection.
La forme en creux de la plaque de base 10 permet de positionner cette dernière sur le bord périphérique du boîtier B de protection de sorte à obturer ce dernier, tout en assurant un contact de la surface intérieure de la plaque de base 10 avec les modules 3 de la batterie dans le but de réguler thermiquement ces derniers.
Le dispositif de régulation thermique 1 formant couvercle fait partie de la structure du boîtier B de protection, et refroidit les modules sur leur partie supérieure.
La plaque de base 10 présente, en outre, une pluralité de trous 109a traversants répartis sur la partie périphérique 103.
Une pluralité de trous 109b traversants sont également ménagés dans la partie centrale 102.
Les trous 109b s'étendent entre deux rangées de modules 3, c'est-à-dire entre deux plaques embouties 11, comme illustré sur la figure 1.
Les trous 109a et 109b sont configurés pour permettre le passage de moyens de fixation étanche du dispositif de régulation thermique 1 sur le boîtier B de protection du pack batterie.
Les moyens de fixation se présentent, par exemple, sous la forme de vis de fixation.
Afin d'assurer l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du pack batterie, les vis de fixation mettent en oeuvre des moyens d'étanchéité, se présentant, par exemple, sous la forme d'un joint d'étanchéité intégré à la tête de la vis de fixation.
Dans cet exemple, les vis de fixation coopérant avec les trous 109a sont espacées d'au maximum 80 mm, tandis que les vis de fixations coopérant avec les trous 109b situés entre deux rangées de modules 3 sont espacées d'au maximum 200 mm.
A minima, la plaque de base 10 est solidarisée sur le boîtier B de protection au moyen de six vis de fixation placées sur la partie périphérique 103 et d'une vis de fixation placée sur la partie centrale 102.
On comprend bien évidemment que ces valeurs peuvent varier en fonction de l'épaisseur de la plaque de base, de la taille des modules, des dimensions du boîtier de protection et de l'éventuelle mise en œuvre d'un matériau d'interface thermique entre la surface intérieure de la plaque de base 10 et les modules 3 de la batterie.
La plaque de base 10 du dispositif de régulation thermique 1 permet donc de fermer de façon étanche le boîtier B de protection enfermant les modules 3 de la batterie de sorte que ces derniers soient protégés de toute forme d'agression extérieure.
Sur la surface extérieure de la plaque de base 10 sont solidarisées des plaques embouties 11 juxtaposées.
Dans cet exemple, trois plaques embouties 11 sont solidarisées sur la partie centrale 102 de la plaque de base 10, au fond du logement 104.
Chaque plaque emboutie 11 forme avec la plaque de base 10 une plaque d'échange thermique, les plaques d'échange thermique étant destinées à réguler thermiquement les modules 3.
En l'espèce, neuf modules 3 sont disposés en vis-à-vis de chaque plaque emboutie 11, comme illustré sur la figure 4.
Les plaques embouties 11 présentent des parois internes délimitant des conduits 12 de circulation d'un fluide caloporteur, ou conduits de refroidissement, lorsqu'elles sont assemblées sur la partie centrale 102 de la plaque de base 10.
La circulation du fluide caloporteur est uniquement illustrée par des traits interrompus pour la plaque emboutie 11 située à droite sur la figure 1, du côté du connecteur d'entrée E et du connecteur de sortie S de fluide caloporteur dans le dispositif de régulation thermique 1.
Dans cet exemple, chaque conduit 12 comprend deux canaux 121, 122 de forme spiralée imbriqués l'un dans l'autre, les canaux 121, 122 étant reliés fluidiquement l'un à l'autre au centre C de la double spirale.
Les canaux 121, 122 de forme spiralée sont imbriqués l'un dans l'autre afin de permettre une répartition homogène de la température sur toute la surface de la plaque d'échange thermique et ainsi améliorer les échanges thermiques avec les modules 3 de la batterie sur l'ensemble de la surface de ces derniers.
Une telle conception de la plaque d'échange thermique permet en outre un échange thermique amélioré entre le fluide entrant et le fluide sortant de la plaque d'échange thermique.
De plus, avec une forme spiralée des canaux 121, 122, à taille de plaque d'échange thermique équivalente, la surface d'échange thermique entre la batterie et le fluide caloporteur est augmentée, ce qui augmente d'autant l'efficacité de la plaque d'échange thermique.
Le fait que le circuit de circulation du fluide caloporteur soit disposé à l'extérieur du boîtier évite que les modules soient détériorés en cas de fuite de fluide. Dans ce cas, seul le couvercle est à changer.
Par ailleurs, le dispositif de régulation thermique 1 comprend une unique entrée de fluide caloporteur et une unique sortie de fluide caloporteur, l'unique entrée et l'unique sortie étant reliées à chacun des trois conduits 12 de circulation du fluide caloporteur.
En d'autres termes, les entrées de fluide caloporteur de la pluralité de plaques d'échange thermique sont reliées à une arrivée ou entrée de fluide caloporteur commune, et les sorties de fluide caloporteur de la pluralité de plaques d'échange thermique sont reliées à une évacuation ou sortie de fluide caloporteur commune.
Dans l'exemple illustré, le connecteur d'entrée E et le connecteur de sortie S du fluide caloporteur sont disposés sur un même bord latéral du dispositif de régulation thermique 1.
Leur emplacement n'est toutefois pas limité à cet exemple.
Le dispositif de régulation thermique 1 est donc obtenu par l'assemblage de plaques embouties 11 juxtaposées formant une première demi-coque et d'une plaque de base 10, formant une deuxième demi-coque, destinée à fermer le boîtier de protection du pack batterie.
La mise en œuvre de plaques embouties 11, sur une unique plaque de base 10 plane formant couvercle, permet une grande modularité du dispositif de régulation thermique 1 de sorte qu'il puisse présenter une forme complexe et des dimensions relativement importantes s'adaptant à tout type de pack batterie.
On comprend bien évidemment que le nombre et le type de plaques embouties, présentant des formes et/ou des circuits de circulation de fluide différents (en I ou en U, par exemple), peuvent être mis en œuvre sans s'écarter du principe général de l'invention.
Comme indiqué précédemment, la plaque de base 10 est préférentiellement fabriquée en aluminium de façon à permettre le brasage des plaques embouties 11 sur cette dernière.
Les plaques embouties 11, fabriquées de préférence en aluminium, sont destinées à être solidarisées par brasage sur la plaque de base 10.
Les connecteurs d'entrée E et de sortie S, fabriqués de préférence en aluminium, sont destinés à être solidarisés par brasage, à la fois sur la plaque de base 10 et la plaque emboutie 11 située à droite sur la figure 1.
Afin de faciliter les opérations de brasage, la plaque de base 10 est non « cladée » tandis qu'une face des plaques embouties 11 est « cladée ».
Dans une variante, c'est la plaque de base 10 qui est « cladée » tandis que les plaques embouties 11 ne le sont pas.
Dans ce dernier cas de figure, la solidarisation des plaques embouties 11 entre elles et sur la plaque de base 10 est réalisée par un apport de matière extérieure, au moyen d'un feuillard de clad, par exemple.
Les connecteurs d'entrée E et de sortie S du fluide caloporteur dans le dispositif de régulation thermique 1 sont, de préférence, non « cladés » afin de garantir un état de surface optimal au niveau de la connectique.
Dans une variante, ces connecteurs sont « cladés » et une reprise en usinage est effectuée afin de garantir un état de surface optimal.
Avantageusement, les plaques embouties 11 et les connecteurs d'entrée E et de sortie S sont préalablement liés mécaniquement à la plaque de base 10.
Cette liaison préalable peut être obtenue par sertissage ou par rivetage, par exemple.
Afin de garantir l'étanchéité du circuit de circulation du fluide caloporteur ménagée dans le dispositif de régulation thermique 1 après brasage, les plaques embouties 11 adjacentes peuvent se chevaucher partiellement.
Un tel chevauchement peut également être mis en œuvre entre la plaque emboutie 11 de droite et les connecteurs d'entrée E et de sortie S.
La figure 2, qui est une vue de détail de la figure 1, illustre un tel chevauchement entre deux plaques embouties 11 adjacentes.
Ce chevauchement l'une sur l'autre des plaques embouties 11 permet d'assurer un plan de joint adapté au brasage et de garantir, une fois les plaques liées par brasage, l'étanchéité du circuit de circulation du fluide caloporteur au sein du dispositif de régulation thermique 1.
Ce chevauchement permet de s'affranchir de la mise en œuvre de conduits de raccordement additionnels et de joints d'étanchéité entre les plaques embouties, qui, de façon connue, augmentent les risques de fuite du fluide caloporteur.
Ainsi, le brasage des plaques embouties 11 entre elles, mais également sur la plaque de base 10, permet de supprimer, ou tout le moins de limiter, le risque de fuite du fluide caloporteur hors du dispositif de régulation thermique 1.
La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de régulation thermique de l'invention dans lequel la plaque de base 10 est une tôle plane découpée au laser, par exemple, dont la forme et les dimensions correspondent à celles de la surface supérieure ouverte du boîtier B de protection du pack batterie.
Ainsi, le dispositif de régulation thermique 1 est disposé sur le boîtier de protection du pack batterie puis solidarisé à ce dernier par le biais de vis de fixation coopérant avec des trous périphériques 109a et centraux 109b de la plaque de base 10.
On comprend bien évidemment que dans ce cas, la surface supérieure des modules 3 de la batterie affleure (c'est-à-dire qu'elle s'étend dans le même plan) avec la surface supérieure ouverte du boîtier B de protection de sorte que le dispositif de régulation thermique 1 soit en contact thermique direct avec la surface supérieure des modules 3.
De façon similaire au premier mode de réalisation décrit, des plaques embouties 11 sont brasées sur la plaque de base 10 afin de former des circuits de circulation 12 d'un fluide caloporteur permettant de réguler la température des modules 3 de la batterie en contact thermique avec la plaque de base 10.
La figure 6 est une vue partielle, en coupe, d'un pack batterie P montrant un dispositif de régulation thermique 1 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Comme illustré, le pack batterie P comprend un boîtier B de protection dans lequel sont logés de manière juxtaposée douze cellules 3 de batterie.
Le dispositif de régulation thermique 1 est également obtenu par solidarisation de plaques embouties 11 sur une plaque de base 10 obturant la surface ouverte du boîtier B de protection.
La plaque de base 10 présente une forme sensiblement identique à la plaque de base 10 décrite en lien avec le premier mode de réalisation, si ce n'est qu'elle ne présente pas de rebord 101 recourbé.
Dans ce troisième mode de réalisation, la plaque de base 10 comprend ainsi une paroi 100 comprenant une portion centrale 102 définit dans un logement 104 et bordé par une portion périphérique 103.
La surface intérieure de la portion centrale 102 est, comme précédemment, en contact thermique avec les cellules 3 de batterie destinés à être régulés thermiquement, tandis que la portion latérale 103 vient au contact du rebord du boîtier B de protection.
Ces modes de réalisation sont donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs.
Une combinaison de certains de ces modes de réalisation entre eux ne peut être exclue.
Selon un aspect particulier de l'invention, un matériau d'interface thermique (non illustré) est mis en oeuvre entre la plaque de base 10 et les cellules 3 de la batterie.
Le matériau d'interface thermique, qui peut se présenter sous la forme d'une graisse thermique ou d'un coussin (« pad » en anglais), est destiné à assurer les reprises de jeux entre la plaque de base 10 et les cellules 3.
Ces jeux sont, par exemple, des jeux de montage et/ou dus à des défauts de planéité de la plaque de base 10 ou de la surface supérieure des cellules 3.
En d'autres termes, le matériau d'interface thermique permet d'optimiser le contact thermique entre la plaque de base 10 et les cellules 3 de la batterie de sorte à favoriser les échanges thermiques entre ces derniers et permettre une régulation thermique optimale des cellules 3.
Un autre matériau d'interface thermique, se présentant sous la forme d'un coussin ou d'un remplisseur (« gap filler » en anglais), peut être inséré entre chacun des cellules 3 et/ou entre les cellules 3 et les parois intérieures du boîtier de protection B de sorte à assurer les reprises de jeux d'assemblage et les dispersions de tolérance entre les modules 3 et le boîtier B de protection.
Il est à noter que les faces du dispositif de régulation thermique 1 et du boîtier de protection B orientées vers l'extérieur du boîtier B peuvent faire l'objet d'un traitement de surface anticorrosion.
Un tel traitement de surface peut consister en un traitement par cataphorèse ou en l'application d'une peinture ou d'un revêtement de protection.
Dans une variante, la plaque de base 10 et les plaques embouties 11 sont fabriquées en acier inoxydable.
Il n'est donc plus nécessaire de mettre en œuvre un tel traitement de surface.
Dans une autre variante, la plaque de base est fabriquée en acier inoxydable et les plaques embouties sont en matériau plastique ou composite.
Il n'est donc pas non plus nécessaire de mettre en œuvre un tel traitement de surface.
Dans une variante des modes de réalisation décrits précédemment, aucune des plaques n'est « cladée ».
Dans encore une autre variante, la solidarisation des plaques embouties 11 sur la plaque de base 10 est réalisée par un procédé de collage.
Le procédé de collage ne se limite au type de colle (époxy, silicone, polyuréthane, mono/bi composants), ni à un procédé de durcissement (appelé curing en anglais) à température ambiante ou à une température prédéterminée.
Il est à noter que la plaque de base 10 peut être emboutie de sorte à présenter des formes permettant de raidir cette dernière et ainsi assurer une meilleure tenue mécanique à la déformation.
Lors de l'emboutissage de la plaque de base 10, on peut prévoir la formation d'éléments de préhension en vue de faciliter les opérations de manipulation/maintenance.
Dans une variante de l'invention (non illustrée), le dispositif de régulation thermique 1 comprend une plaque de base 10 sur laquelle est solidarisée au moins une plaque emboutie 11 présentant un circuit de circulation en I ou en U, un unique connecteur d'entrée E et un unique connecteur de sortie S.
La mise en œuvre de plaques embouties 11 formant un circuit de circulation en I ou en U permet de fabriquer aisément et à moindre coût, un dispositif de régulation thermique formant couvercle du boîtier de protection, présentant une forme complexe et de grandes dimensions.
Dans une autre variante de l'invention (non illustrée), le dispositif de régulation thermique 1 comprend une plaque de base 10 sur laquelle est solidarisée au moins une plaque emboutie 11 présentant une pluralité de plots de répartition (appelés « dimples » en anglais), un unique connecteur d'entrée E et un unique connecteur de sortie S.
La mise en œuvre de tels plots permet de répartir et de distribuer le fluide caloporteur au sein et entre les plaques embouties du dispositif.
Les plots permettent, en outre, de rigidifier le dispositif de régulation thermique 1 de sorte qu'il puisse résister aux contraintes mécaniques subies lors du brasage et aux contraintes de pression du fluide lors du fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1.
Ces variantes sont données à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs.
Bien que non décrits, d'autres variantes ou une combinaison de certains de ces modes de réalisation entre eux ne peuvent être exclus.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique (3) logé dans un boîtier (B) de protection, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de base (10) sur laquelle est solidarisée au moins une plaque emboutie (11) délimitant un circuit (12) de circulation d'un fluide caloporteur apte à réguler thermiquement ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique (3), et en ce qu'il forme un couvercle destiné à fermer ledit boîtier (B) de protection.
  2. 2. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de ladite plaque de base (10) orientée vers l'intérieur du boîtier (B) de protection est destinée à être en contact thermique avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique (3).
  3. 3. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite plaque de base (10) présente un logement (104) destiné à recevoir ladite au moins une plaque emboutie (11).
  4. 4 Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plaque de base (10) est fabriquée en aluminium et présente une épaisseur inférieure ou égale à 2 mm.
  5. 5. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite plaque de base (10) et ladite au moins une plaque emboutie (11) sont solidarisées par brasage.
  6. 6. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux plaques embouties (11) juxtaposées délimitant avec ladite plaque de base (10) un circuit (12) de circulation d'un fluide caloporteur, ledit dispositif de régulation thermique (1) comprenant en outre une unique entrée (E) et une unique sortie (S) de fluide communiquant avec le circuit (12) de circulation du fluide caloporteur.
  7. 7. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 6,
    5 caractérisé en ce que ledit circuit (12) de circulation du fluide caloporteur comprend deux canaux (121, 122) de forme spiralée imbriqués l'un dans l'autre, lesdits canaux (121,122) étant reliés fluidiquement l'un à l'autre au centre de la double spirale.
  8. 8. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 6,
    10 caractérisé en ce que ledit circuit (12) de circulation du fluide caloporteur est un circuit en I ou en U.
  9. 9. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdites au moins deux plaques embouties (11) juxtaposées se
    15 chevauchent partiellement.
  10. 10. Pack batterie comprenant un boîtier (B) de protection fermé de façon étanche par un dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9.
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