FR3085543A1 - Dispositif de regulation thermique - Google Patents

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Aurelie BELLENFANT
Julien Veron
Francois Busson
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement (1) pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d'énergie électrique, ce dispositif comportant : - une plaque supérieure (3), - une plaque inférieure (4) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744.

Description

La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, notamment pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment un système de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule automobile.
Les batteries de véhicules, en particulier pour véhicules électriques ou véhicules hybrides, doivent autant que possible être maintenues à température souhaitée, raison pour laquelle on utilise des dispositifs dits de refroidissement pour batteries de véhicules. Ces dispositifs de refroidissement peuvent comprennent des plaques de refroidissement à travers lesquelles circule un liquide de refroidissement. Les plaques de refroidissement sont installées, autant que possible sans espace, sur le côté extérieur des batteries dans le but de dissiper la chaleur ou bien de chauffer la batterie.
On connaît des dispositifs de refroidissement dans lesquels la plaque de refroidissement est composée de deux parties de plaque qui sont normalement fixées directement l'une à l'autre. Ici, la première partie de plaque est de préférence plane, et la seconde partie de plaque est de préférence une feuille de métal emboutie ou déformée qui présente des dépressions en méandres. Lesdites dépressions sont fermées par la partie de plaque plane qui est fixée à la partie de plaque emboutie, de sorte que des conduits de réfrigérant sont formés.
Le brevet EP 2 828 922 B1 décrit un tel dispositif.
L’invention vise à améliorer ce type de dispositif.
L’invention a ainsi pour objet un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant :
une plaque supérieure, une plaque inférieure assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux sont notamment regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant par exemple sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe, et le dispositif présente l’une des caractéristiques suivantes :
dans lequel le dispositif de régulation comporte deux zones d’entrée de fluide caloporteur pour deux groupes de canaux et au moins une zone de sortie de fluide pour l’un des autres groupes de canaux, ces zones d’entrée et de sortie étant formées au moins partiellement sur une plaque commune qui est soit la plaque inférieure soit la plaque supérieure, notamment ces zones d’entrée et de sortie étant sensiblement dans un même plan.
ou dans lequel le dispositif de régulation comporte deux zones de sortie de fluide caloporteur pour deux groupes de canaux et au moins une zone d’entrée de fluide pour l’un des autres groupes de canaux, ces zones d’entrée et de sortie étant formées au moins partiellement sur une plaque commune qui est soit la plaque inférieure soit la plaque supérieure, notamment ces zones d’entrée et de sortie étant sensiblement dans un même plan.
Grâce à l’invention, il est possible de créer un cheminement de fluide caloporteur qui permet une homogénéité en température optimisée entre chaque cellule de batterie d’un même module.
Dans l’invention, il est possible de créer un cheminement de fluide caloporteur en W ou double U, notamment en faisant croiser deux canaux de circulation.
Selon l’un des aspects de l’invention, la ou les zones de sortie, ou en variante d’entrée, de fluide sont disposées entre deux zones d’entrée de fluide, ou en variante de sortie de fluide.
Selon l’un des aspects de l’invention, les deux zones de sortie, ou en variante d’entrée, de fluide sont reliées entre elles à l’aide d’un conduit intermédiaire qui dirige le fluide quittant ces zones de sorties vers un bloc de raccord à une tubulure.
Selon l’un des aspects de l’invention, les deux zones de sortie communiquent avec le conduit intermédiaire par deux fentes formées dans la plaque supérieure.
Selon l’un des aspects de l’invention, le conduit intermédiaire est formé par une pièce fixée, par exemple par soudure ou tout autre moyen, sur la plaque supérieure.
Dans ce cas, la pièce intermédiaire définissant le conduit intermédiaire, est formée à partir par exemple d’une plaque intermédiaire qui peut être ajoutée du coté de la plaque supérieure, encore parfois appelée « base plate » afin de créer, notamment avec la plaque inférieure, une boite collectrice. Cette boite supplémentaire peut notamment être localisée hors zone d’échange avec l’élément à refroidir, notamment les cellules de batterie. Si on le souhaite, le fluide réfrigérant peut alors accéder à cette boite collectrice au moyen de fentes réalisées sur la plaque supérieure ou « base plate >>.
L’invention peut être adaptée pour un refroidisseur de batterie d’une boucle indirecte utilisant par exemple un fluide à base d’eau.
Selon l’un des aspects de l’invention, le conduit intermédiaire forme une zone d’entrée, ou en variante de sortie, qui est commune à tous les canaux débouchant sur cette zone.
Selon l’un des aspects de l’invention, les zones d’entrée de fluide et les zones de sortie de fluide sont respectivement formées par les deux plaques supérieure et inférieure d’une part et par l’une des plaques et le conduit intermédiaire d’autre part.
En variante, les zones de sortie de fluide et les zones d’entrée de fluide sont respectivement formées par les deux plaques supérieure et inférieure d’une part et par l’une des plaques et le conduit intermédiaire d’autre part.
Selon l’un des aspects de l’invention, le conduit intermédiaire est fixé avec un bloc de raccord pour tubulures.
Selon l’un des aspects de l’invention, une zone de la face supérieure de la plaque supérieure sert à définir, avec la pièce supplémentaire, le conduit additionnel ou conduit intermédiaire.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe.
Cette disposition des canaux peut permettre de mieux repartir les efforts de pression et faciliter la fabrication du dispositif et/ou améliorer la tenue mécanique.
Ceci est particulièrement avantageux lorsque la pression du fluide qui circule dans les canaux est grande, notamment la pression d’éclatement des canaux est supérieure à 50 bars, voire la pression d’éclatement des canaux est proche de 54 bars.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux des groupes sont tous parallèles entre eux, au moins localement, notamment sur toute leur longueur, à savoir tous les canaux formés par les plaques sont parallèles entre eux.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux présentent tous une même section transversale.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont rectilignes. Le dispositif de refroidissement peut ainsi être réalisé plus simplement.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux s’étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, les groupes de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intra-groupe entre les différents canaux d’un même groupe de canaux est constant.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intra-groupe entre les différents canaux d’un même groupe de canaux est variable.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intergroupe entre les différents groupes de canaux est constant.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intergroupe entre les différents groupes de canaux est variable.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de refroidissement comporte, à l’une des ses extrémités, notamment une extrémité opposée à l’extrémité ou se trouve le conduit intermédiaire, une chambre de virage agencée pour conduire le fluide sortant de l’un des groupes de canaux vers l’un des autres groupes de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, tous les canaux du groupe débouchent sur cette chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de virage est formée par les plaques supérieure et inférieure.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des plaques supérieure et inférieure, notamment la plaque inferieure, comporte une zone emboutie agencée pour participer à la formation de la chambre de virage.
L’invention a encore pour objet un système de refroidissement tel que décrit plus haut, comportant des cellules de batterie.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel :
- les figures 1 illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation selon un exemple de l’invention.
On a décrit sur la figure 1 dispositif de régulation thermique 1, pour le refroidissement pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, ici un module de stockage d’énergie électrique ayant une pluralité de cellules 2, ce dispositif comportant :
une plaque supérieure 3, une plaque inférieure 4 assemblée avec la plaque supérieure 3 pour former ensemble une pluralité de canaux 5 de circulation pour un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux 5 sont regroupés par groupes 6 de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe.
On a dans l’exemple décrit quatre groupes 6 de canaux.
Le dispositif 1 comporte deux zones d’entrée 10 de fluide caloporteur pour deux groupes 6 de canaux et deux zones de sortie 11 de fluide pour deux autres groupes 6 de canaux, ces zones d’entrée 10 et de sortie 11 étant formées par l’assemblage des plaques supérieure 3 et inférieure 4.
Les deux zones de sorties 11 sont agencées côte à côte, ces deux zones de sortie 11 étant entre les deux zones d’entrée 10.
Ainsi les groupes de canaux 6 extérieures, à savoir les plus proches des bords 9 des plaques 3 et 4 ont le même sens de circulation en partant des zones d’entrée 10, et les deux groupes 6 du milieu se jettent dans les zones de sortie 11.
A l’autre extrémité des plaques 3 et 4 (non représenté), les groupes 6 de canaux communiquent entre eux par des zones de retournement connues, par exemple embouties.
Les flèches schématiques sur la figure 1 montrent le sens de circulation de fluide réfrigérant. Le chemin de fluide forme un chemin en W ou double U.
Ces zones d’entrée 10 et de sortie 11 étant sensiblement dans un même plan.
Les cellules de batterie comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li-ion pour une utilisation dans un véhicule électrique à batterie.
Les cellules 2 sont posées en contact thermique avec la plaque supérieure 3.
Les deux zones de sortie 11 de fluide sont reliées entre elles à l’aide d’un conduit intermédiaire 40 qui dirige le fluide quittant ces zones de sorties 11 vers un bloc de raccord 50 à des tubulures. Ce bloc 50 est formé d’une seule pièce.
Le conduit intermédiaire 40 est formé par une pièce fixée 41, par exemple par soudure ou tout autre moyen, sur la plaque supérieure 3.
Cette pièce 41 comporte une zone emboutie 42.
Dans ce cas, la pièce 41 définissant le conduit intermédiaire 40, est formée à partir par exemple d’une plaque intermédiaire qui peut être ajoutée du coté de la plaque supérieure 3, encore parfois appelée « base plate >> afin de créer, notamment avec la plaque inférieure 4, une boite collectrice.
Le conduit intermédiaire 40 forme une zone de sortie 45, qui est commune à tous les canaux 5 débouchant sur cette zone.
Les deux zones de sortie 11 communiquent avec le conduit intermédiaire 40 par deux fentes 39 formées dans la plaque supérieure 3.
Les fentes 39 présentent une forme longiligne, et sont alignées sur une même droite.
Le conduit intermédiaire 40 est fixé avec un bloc de raccord 50 pour tubulures.
La pièce supplémentaire 41 comporte un orifice 37 communiquant avec un autre orifice 51 situé sur le bloc 50. Un autre orifice 52 du bloc 50 communique avec l’orifice 38 de la plaque supérieure 3 pour définir un passage de fluide réfrigérant venant alimenter les zones d’entrée 10 par des dessertes 35 qui sont des canaux.
Les canaux 6 sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe.
Cette disposition des canaux peut permettre de mieux repartir les efforts de pression et faciliter la fabrication du dispositif.
Ceci est particulièrement avantageux lorsque la pression du fluide qui circule dans les canaux est grande, notamment la pression d’éclatement des canaux est supérieure à 50 bars, voire la pression d’éclatement des canaux est proche de 54 bars.
Les canaux 5 des groupes sont tous parallèles entre eux, au moins localement, notamment sur toute leur longueur, à savoir tous les canaux formés par les plaques sont parallèles entre eux.
Les canaux présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2.
Les canaux 5 sont rectilignes.
Dans l’invention, une zone 57 de la face supérieure 58 de la supérieure sert à définir, avec la pièce 41, le conduit additionnel 40.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement (1) pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant :
    une plaque supérieure (3), une plaque inférieure (4) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux (5) sont notamment regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant par exemple sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe, et dans lequel le dispositif de régulation comporte deux zones d’entrée (10) de fluide caloporteur pour deux groupes de canaux et au moins une zone de sortie (9) de fluide pour l’un des autres groupes de canaux, ces zones d’entrée et de sortie étant formées au moins partiellement sur une plaque commune qui est soit la plaque inférieure soit la plaque supérieure, notamment ces zones d’entrée et de sortie étant sensiblement dans un même plan.
    ou dans lequel le dispositif de régulation comporte deux zones de sortie de fluide caloporteur pour deux groupes de canaux et au moins une zone d’entrée de fluide pour l’un des autres groupes de canaux, ces zones d’entrée et de sortie étant formées au moins partiellement sur une plaque commune qui est soit la plaque inférieure soit la plaque supérieure, notamment ces zones d’entrée et de sortie étant sensiblement dans un même plan.
  2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la ou les zones de sortie (11), ou en alternative d’entrée (10), de fluide sont disposées entre deux zones d’entrée de fluide, ou en alternative de sortie de fluide.
  3. 3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les deux zones de sortie, ou en alternative d’entrée, de fluide sont reliées entre elles à l’aide d’un conduit intermédiaire (40) qui dirige le fluide quittant ces zones de sorties vers un bloc de raccord à une tubulure.
  4. 4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le conduit intermédiaire (40) est formé par une pièce fixée sur la plaque supérieure.
  5. 5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le conduit intermédiaire (40) forme une zone d’entrée, ou en alternative de sortie, qui est commune à tous les canaux débouchant sur cette zone.
  6. 6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les deux zones de sortie communiquent avec le conduit intermédiaire par deux fentes (39) formées dans la plaque supérieure.
  7. 7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les zones d’entrée de fluide et les zones de sortie de fluide sont respectivement formées par les deux plaques supérieure et inférieure d’une part et par l’une des plaques et le conduit intermédiaire d’autre part.
  8. 8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le conduit intermédiaire est fixé avec un bloc de raccord pour tubulures.
  9. 9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les canaux des groupes sont tous parallèles entre eux, à savoir tous les canaux formés par les plaques sont parallèles entre eux.
  10. 10. Système comportant un dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, comportant des cellules de batterie.
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