FR3105715A1 - Dispositif de régulation thermique - Google Patents

Abstract

Titre de l’invention : Dispositif de régulation thermique La présente invention a pour objet un dispositif de régulation thermique (2) pour un composant électrique (8) dont la température doit être régulée, ledit composant électrique (8) étant notamment susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (2) comportant un logement (20) délimité par un boitier (12) configuré pour loger ledit composant électrique (8) et le dispositif de régulation thermique (2) comprenant au moins une conduite de circulation (52) ménagée autour du logement (20) du boitier (12). Figure de l’abrégé : Figure 3

Description

Dispositif de régulation thermique

La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de régulation thermique de composants électriques ou électroniques, et elle concerne plus particulièrement un dispositif de régulation thermique de composants électriques ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement.

Les composants électriques ou électroniques susceptibles d’être concernés par la présente invention peuvent aussi bien consister en des serveurs informatiques qu’en des systèmes de stockage d’énergie électrique, notamment des batteries, pour des véhicules automobiles,

Dans le domaine des véhicules automobiles, des dispositifs de régulation thermique permettent de modifier une température d’une batterie électrique, que ce soit lors d’un démarrage du véhicule par temps froid, en augmentant sa température par exemple, ou que ce soit en cours de roulage ou lors d’une opération de recharge de la batterie, en diminuant la température de cette batterie électrique, qui tend à s’échauffer au cours de son utilisation.

D’une manière générale, de tels dispositifs de régulation thermique de batteries électriques font appel à des échangeurs de chaleur. Les différentes cellules de batterie d’un système de stockage électrique peuvent notamment être refroidies au moyen d’une plaque froide à l’intérieur de laquelle circule un fluide de refroidissement, la plaque étant en contact avec les cellules de batterie à refroidir. Il a pu être constaté que de tels échangeurs de chaleur peuvent conduire à un refroidissement non homogène des batteries électriques d’un même système de stockage électrique, entrainant alors une diminution de la performance globale du système de stockage électrique. Ces dispositifs de régulation thermique présentent en outre une résistance thermique élevée en raison des épaisseurs de matière présentes entre le fluide de refroidissement et les cellules de batterie.

Dans le but d’apporter une réponse à ces différentes problématiques, plusieurs dispositifs sont connus.

On connait notamment des dispositifs de refroidissement des éléments de batterie électriques de voitures électriques ou hybrides comprenant un boitier fermé hermétiquement dans lequel les éléments de batterie du système de stockage d’énergie électrique sont partiellement plongés dans un fluide diélectrique. On assure de la sorte un échange thermique entre les éléments de batterie et le fluide diélectrique, une cuve de fluide diélectrique étant située à l’extérieur du boitier et reliée audit boitier afin de permettre la circulation du fluide diélectrique.

Toutefois, l’immersion des cellules de stockage électrique dans un fluide, notamment diélectrique, ne permet pas un refroidissement homogène des cellules. Le document FR3077683 divulgue un dispositif de refroidissement des cellules des batteries électriques qui comportent également un boîtier hermétique dans lequel est disposé un fluide diélectrique, mais dans lequel le fluide diélectrique est projeté sur les cellules par un circuit et des moyens de projection appropriés. Au contact des cellules qui se sont échauffées lors de leur fonctionnement, le fluide diélectrique projeté a tendance à se vaporiser et la vapeur se propage dans le boîtier et notamment le long des parois délimitant le boîtier. Le document FR3077683 divulgue la présence d’une paroi de condensation, comprenant en son sein un circuit de fluide réfrigérant, la paroi étant dite de condensation en ce que la température de cette paroi permet de condenser la vapeur de sorte que le fluide diélectrique reprend une forme liquide.

Il convient de comprendre que plus les cellules des batteries électriques dégagent de chaleur, plus la paroi de condensation doit être froide pour assurer le retour à l’état liquide du fluide diélectrique préalablement vaporisé au contact des cellules. Or, les fabricants et équipementiers automobiles cherchent à proposer des solutions de charge rapide des batteries électriques de leurs véhicules, de manière notamment à permettre une recharge complète des batteries dans une durée de l’ordre de 10 à 20 minutes. Ces opérations, dite de charge rapide ou «fast charge» en anglais, sont ainsi génératrices de forts dégagements de chaleur de la part des cellules des batteries électriques. L’apport conséquent de fluide réfrigérant, c’est-à-dire la fréquence élevée à laquelle le fluide réfrigérant doit être évacué hors du boîtier avec les calories captées et réintroduit dans le boîtier pour en récupérer de nouvelles, est consommateur d’énergie. Il se peut par ailleurs que la présence de fluide réfrigérant puisse ne pas suffire au refroidissement rendu nécessaire par l’opération de charge rapide.

L’invention s’inscrit dans ce contexte et a pour objectif d’offrir une alternative aux dispositifs de régulation thermique systèmes électroniques comportant des composants électriques ou électroniques, qu’il s’agisse de serveurs informatiques, de batteries de véhicules automobiles ou de tout autre type de systèmes électroniques dont les composants sont susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement ou de leur recharge, en proposant un dispositif de régulation thermique qui soit susceptible d’amener le composant électrique à la température souhaitée dans un temps défini.

Dans ce contexte, la présente invention concerne un dispositif de régulation thermique pour un ou plusieurs composants électriques ou électroniques dont la température doit être régulée, chaque composant électrique ou électronique étant notamment susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique comportant un boitier dont les parois définissent un logement configuré pour recevoir le ou les composants électriques ou électroniques et au moins un moyen de régulation thermique, le dispositif de régulation thermique étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une conduite de circulation d’un fluide agencée en périphérie du boitier, ladite conduite de circulation du fluide entourant le logement du boitier.

Le moyen de régulation thermique logé dans le boîtier, ou au moins partiellement dans le boîtier, peut consister en au moins un circuit de circulation d’un fluide diélectrique, destiné à projeter le fluide diélectrique, dans un état liquide, vers chaque composant électrique. A cette fin, le circuit de circulation de fluide diélectrique peut comprendre au moins un dispositif de projection prenant la forme par exemple d’une buse de projection, configurée pour pulvériser le fluide diélectrique vers le composant électrique. Le circuit de fluide diélectrique est configuré pour permettre la projection en boucle de fluide diélectrique, le boîtier comprenant un bac de récupération ménagé dans le fond du logement pour récolter le fluide diélectrique une fois celui-ci pulvérisé vers le composant électrique et pour le réinjecter dans le circuit de circulation de fluide diélectrique.

Le moyen de régulation thermique peut également consister en un bac d’immersion dans lequel est disposée une quantité de fluide diélectrique suffisante pour immerger les composants électriques ou électroniques dont il convient de réguler la température. Un refroidisseur peut notamment être disposé dans ce bac d’immersion pour s’assurer que le fluide diélectrique soit à une température adéquate pour réguler la température des composants par la suite.

Le moyen de régulation thermique peut également consister en un élément d’interface thermique permettant la création d’un pont thermique entre chaque composant électrique ou électronique et une paroi du boitier, cet élément d’interface pouvant prendre par exemple la forme d’une pate thermique, d’une plaque métallique ou encore d’un pad thermique.

Tel que cela été précisé, chaque composant électrique ou électronique participe ici à former un système électronique logé dans le boîtier et pouvant consister en des moyens informatiques ou des moyens de stockage d’énergie électrique, par exemple de véhicule automobile.

La conduite de circulation du fluide a pour fonction de refroidir le boitier dans lequel est logé chaque composant électrique ou électronique. Selon l’invention, le fluide peut être, par exemple, un fluide réfrigérant, un liquide de refroidissement du type eau glycolée, ou encore de l’air frais venant de l’extérieur du véhicule automobile. On tire alors avantage de l’agencement particulier de la conduite de circulation, qui entoure le boîtier, en ce qu’elle permet un refroidissement homogène dudit boitier, et notamment de chacune des parois délimitant ce boîtier.

En d’autres termes, selon l’invention, le dispositif est configuré pour permettre le guidage d’une circulation du fluide, par exemple un flux d’air frais, un liquide de refroidissement ou un fluide réfrigérant, autour du logement, afin de donner aux parois définissant le contour du logement une température appropriée permettant de pouvoir échanger suffisamment de calories avec les composants électriques ou électroniques qui vont dégager pendant une période donnée un nombre important de ces calories, notamment lors d’une opération de charge rapide d’un système de stockage d’énergie électrique.

On peut notamment tirer avantage de la conduite de circulation de fluide entourant le boitier lorsque le fluide diélectrique par ailleurs circulant à l’intérieur du boîtier est diphasique. Il convient de comprendre par fluide diélectrique diphasique le fait que ce fluide diélectrique est choisi pour que ses températures de changement de phase soient telles qu’il est d’une part susceptible d’être vaporisé au contact d’un composant électrique ou électronique et d’autre part susceptible d’être condensé au contact d’une paroi maintenue à une température suffisamment froide et dite dans ce cas paroi de condensation lorsque la vapeur de ce fluide diélectrique vient se poser sur cette paroi. A titre d’exemple, le fluide diélectrique peut être choisi de sorte qu’il présente une température d’évaporation à pression atmosphérique qui est supérieure à une température de l’ordre de 32 - 34°C et une température de condensation qui est inférieure à une température de l’ordre de 29 -31°C.

Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de régulation thermique comprend une enveloppe qui entoure le boitier et qui s’étend à distance de ce dernier, la conduite de circulation de fluide consistant en une conduite de circulation d’air formée par un écartement ménagé entre le boitier et l’enveloppe.

En d’autres termes, il convient de comprendre ici qu’une face extérieure du boitier et l’enveloppe sont agencées à distance l’une de l’autre, la valeur de l’écartement, c’est-à-dire de la distance entre boîtier et enveloppe, étant calculée pour que la vitesse et le débit de circulation de l’air dans la conduite de circulation ainsi formée soit le plus efficace possible pour donner aux parois du boîtier la température souhaitée. A titre d’exemple non limitatif, cet écartement peut présenter une valeur de l’ordre de 1 à 15 centimètres, avantageusement entre 5 et 10 centimètres.

Selon une caractéristique de l’invention, l’enveloppe est configurée pour présenter à chacune de ses extrémités une ouverture débouchant sur l’air ambiant, et par exemple sur l’extérieur du véhicule lorsque le dispositif de régulation thermique est embarqué sur un véhicule pour réguler la température d’un dispositif de stockage d’énergie électrique.

Selon une caractéristique de l’invention, le boitier est défini par une pluralité de parois, l’enveloppe présentant une épaisseur d’enveloppe de valeur strictement inférieure à l’épaisseur moyenne des parois définissant le boitier.

L’épaisseur correspond à la plus courte distance mesurée entre un point d’une face extérieure d’une paroi du boitier, tournée vers l’enveloppe, et une face intérieure de cette paroi, qui est tournée vers l’intérieur du logement formé par le boitier. Il convient de comprendre de cette caractéristique que l’enveloppe consiste en une paroi mince, sans propriété structurante contrairement aux parois définissant le boîtier qui doivent permettre la tenue du boîtier par rapport au véhicule et le support des composants électriques ou électroniques. L’enveloppe a uniquement une fonction de guidage d’air, provenant avantageusement de l’extérieur du véhicule, et peut donc consister en une paroi mince qui n’alourdit pas le véhicule automobile. L’enveloppe peut notamment être en aluminium, cette matière présentant des propriétés de résistance et d’isolation thermique intéressantes pour la circulation d’air autour du boîtier. L’enveloppe peut également être en matière plastique, pour permettre l’obtention d’un système électronique allégé présentant de bonnes propriétés isolantes, ou être en acier, pour privilégier la résistance du système électronique notamment lorsque celui-ci est agencé au niveau du bas de caisse.

Selon une caractéristique de l’invention, un circuit de refroidissement est logé dans l’épaisseur d’au moins une des parois définissant le boitier.

La présence d’un circuit de refroidissement dans au moins une paroi définissant le boitier permet de s’assurer que la température de cette paroi est maintenue pendant une longue durée à une température permettant l’échange de calories avec chaque composant électrique ou électronique dégageant de la chaleur lors de leur fonctionnement, et par exemple permettant la condensation du fluide diélectrique diphasique lorsqu’il est sous forme vapeur le long de cette paroi.

Selon une caractéristique de l’invention, un matériau à changement de phase est ménagé dans l’épaisseur d’au moins une des parois définissant le boîtier.

On comprend que la présence d’un matériau à changement de phase dans l’épaisseur d’une ou plusieurs parois du boîtier permet d’augmenter l’inertie thermique de cette paroi, et permet d’augmenter la capacité du dispositif à absorber les calories dégagées lors du fonctionnement ou la charge des composants électriques ou électroniques. Le matériau à changement de phase est apte à se solidifier sous l’effet des calories dégagées par les composants électriques ou électroniques et il participe ainsi à absorber les calories, qu’il dégagera, au moins en partie vers l’extérieur du boîtier lorsque les températures des parois correspondantes du boîtier vont baisser, par exemple au démarrage du véhicule après une phase de charge rapide, ou sous l’effet d’une circulation de flux d’air entre l’enveloppe et le boîtier autour de ce dernier. Le matériau à changement de phase peut notamment être agencé dans chaque paroi du boîtier, de manière discontinue, sous forme de blocs distincts des autres ménagés chacun dans une cavité réalisée à cet effet dans l’épaisseur de la paroi.

Selon une caractéristique de l’invention, au moins une entretoise est disposée dans la conduite de circulation d’air, de telle sorte qu’elle soit en contact de l’enveloppe et du boitier.

De manière plus précise, l’entretoise est en contact de la face extérieure du boitier et de l’enveloppe. L’entretoise a alors pour fonction de consolider l’écartement entre l’enveloppe et le boitier, afin que le fluide, et notamment l’air frais récupéré à l’extérieur du dispositif de régulation thermique, puisse circuler dans la conduite de circulation.

Selon une caractéristique de l’invention, correspondant notamment à une alternative de conception du dispositif de régulation thermique, le boitier comprend au moins une paroi creuse de manière à définir une portion de paroi interne qui participe à délimiter le logement et au moins une portion de paroi externe tournée vers l’extérieur du logement, la conduite de circulation de fluide étant formée dans l’épaisseur du boîtier par un espace ménagé entre la portion de paroi interne et la portion de paroi externe.

Dit autrement, la portion de paroi externe entoure à distance la portion de paroi interne, de telle sorte qu’elle ménage l’espace entre elle et la paroi interne, chaque portion de paroi interne et externe présentant une épaisseur moyenne sensiblement équivalente, et suffisante pour assurer une fonction structurante apte à permettre la fixation du boîtier et la tenue des composants électriques ou électroniques qui sont logés à l’intérieur de ce boîtier.

A titre d’exemple non limitatif, l’épaisseur moyenne des parois du boîtier peut être comprise entre 0,2 millimètre et 1 centimètre, et avantageusement entre 3 et 5 millimètres. L’enveloppe peut présenter avantageusement une épaisseur comprise entre 0,3 millimètre et 1,7 centimètre.

Selon une caractéristique de l’invention, le boitier comprend une base et un couvercle respectivement formé par l’au moins une paroi creuse, la base comprenant une première conduite de circulation de fluide entre une première portion de paroi interne et une première portion de paroi externe et le couvercle comprenant une deuxième conduite de circulation de fluide entre une deuxième portion de paroi interne et une deuxième portion de paroi externe.

Selon une caractéristique de l’invention, au moins une ouverture de conduite est ménagée dans la deuxième portion de paroi interne du couvercle, de telle sorte que la première conduite de circulation et la deuxième conduite de circulation soient en communication fluidique.

Selon une caractéristique de l’invention, la conduite de circulation de fluide comprend au moins un orifice d’entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide. Dans le cas où la conduite de circulation est configurée pour être traversée par de l’air, et notamment de l’air frais provenant de l’extérieur du système électronique, au moins un organe de ventilation du fluide peut être agencé au niveau de l’orifice d’entrée de fluide et/ou de l’orifice de sortie de fluide.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’organe de ventilation du fluide peut être un ventilateur configuré pour aspirer ou souffler de l’air.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

est une vue générale d’un système électronique, ici un système de stockage électrique logé au sein d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de régulation thermique et des composants électriques ou électroniques ;

est une vue générale en perspective d’un boitier du dispositif de régulation thermique de la figure 1 comprenant les composants électriques ou électroniques, un circuit de fluide diélectrique de circulation d’un fluide diélectrique et un deuxième circuit de circulation d’un fluide calorifique ;

est une vue en coupe du dispositif de régulation thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention, comprenant une enveloppe entourant le boîtier tel qu’illustré sur la figure 2 ;

est une vue en coupe du dispositif de régulation thermique selon une variante du premier mode de de réalisation de la figure 3, dans laquelle un matériau à changement de phase est logé dans l’épaisseur des parois définissant le boîtier ;

est une vue en coupe du dispositif de régulation thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

Dans la description détaillée qui va suivre, le dispositif de régulation thermique selon l’invention va être décrit en relation avec un système de stockage d’énergie électrique de véhicule automobile, mais il doit être compris qu’une telle application n’est pas limitative et qu’elle pourrait notamment être appliquée dans le contexte de l’invention à des composants électriques ou électroniques équipant d’autres systèmes électroniques, et par exemple des serveurs informatiques.

Sur les figures 1 et 2, un système de stockage électrique 1, apte notamment à équiper un véhicule V automobile à motorisation électrique ou hybride, est illustré. Un tel système de stockage électrique 1 est notamment destiné à fournir une énergie électrique au véhicule V automobile en vue de son déplacement.

Le système de stockage électrique 1 comporte un dispositif de régulation thermique 2 configuré pour refroidir ou monter en température chaque composant électrique ou électronique 8 formant partie du système de stockage électrique 1, ces composants étant notamment susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement ou de leur charge.

Plus particulièrement, ce dispositif de régulation thermique 2 comprend au moins un boitier 12 qui est configuré pour recevoir une pluralité desdits composants électriques ou électroniques 8, prenant ici la forme d’éléments de batterie 14, et il comprend en outre un moyen de régulation thermique 3 apte à réguler la température des composants électriques ou électroniques à l’intérieur de ce boîtier, étant entendu que d’autres configurations du système de stockage électrique 1 pourraient être mises en œuvre selon l’invention dès lors que ce système comprend un dispositif de régulation thermique conforme à l’invention.

Plus particulièrement, le boitier 12 comprend une pluralité de parois qui définissent à l’intérieur de ce boîtier un logement 20, plus particulièrement visible à la figure 2, qui est configuré pour recevoir au moins pour les éléments de batteries 14 et le système de régulation thermique 3. Les parois définissant le boîtier forment notamment une base 16 et un couvercle 18, chacune des parois présentent une face interne 24 tournée vers le logement 20 du boitier 12 et une face externe 26, opposée à la face interne 24 et tournée à l’opposé du logement 20.

La base 16 comprend une paroi de base 28 et une pluralité de parois latérales 30. De manière plus précise, la paroi de base 28 est de la forme d’un quadrilatère, et la pluralité de parois latérales 30 s’étendent chacune depuis un coté de la paroi de base 28, suivant une direction verticale V du boitier 12, perpendiculairement à la paroi de base 28.

Le couvercle 18 présente une forme sensiblement identique à celle de la paroi de base 28, donc ici sous la forme d’un quadrilatère, et est agencé pour recouvrir la base 16 du boitier 12 et fermer l’ouverture entre les parois latérales par laquelle les composants électriques ou électroniques sont placés dans le logement. On comprend notamment que le couvercle 18 est disposé en surplomb de la base 16, en contact des bords libres de la pluralité de parois latérales 30, lorsque le système de stockage électrique 1 est monté sur le véhicule.

Le système de régulation thermique 3 comporte notamment un circuit de fluide diélectrique 4, configuré pour transporter un fluide diélectrique et permettre son utilisation pour refroidir les composants électriques ou électroniques. Plus particulièrement, ce circuit de fluide diélectrique 4 comporte au moins un dispositif de projection 6 du fluide diélectrique en direction des composants électriques ou électroniques 8 dont la température doit être régulée, notamment à cause d’une montée en température lors de leur fonctionnement. Chaque dispositif de projection peut notamment consister en une buse de projection équipant un trou de sortie du circuit de fluide diélectrique 4 et configurée pour permettre la pulvérisation du fluide diélectrique sur au moins un des composants électriques ou électroniques 8. Le fluide diélectrique est dans ce cas susceptible de capter des calories émanant du composant électrique ou électronique correspondant, le cas échéant en se vaporisant sous l’effet de cet apport de calories.

Le dispositif de régulation thermique 2 peut également comprendre un circuit de refroidissement 10, consistant en un circuit d’un deuxième fluide, caloporteur, utilisé par exemple dans le cas où le fluide diélectrique est diphasique, c’est-à-dire qu’il présente une température de changement de phase telle qu’il se vaporise au contact du composant électrique ou électronique, conformément à ce qui a été précédemment évoqué.

Selon l’invention, le dispositif de régulation thermique 2 comporte par ailleurs une conduite de circulation d’un fluide additionnel, agencé en périphérie tout autour du boîtier. Cette conduite de circulation sera détaillée dans la suite de la description détaillée, notamment via plusieurs modes de réalisation de l’invention.

Tel que cela est visible à la figure 2, le circuit de fluide diélectrique 4 est agencé dans le boitier 12 de telle sorte qu’il pulvérise un fluide diélectrique sur chacun des éléments de batterie 14. Le circuit de fluide diélectrique 4 est ici formé par un conduit tubulaire 32 disposé en saillie de la face interne 24 des parois latérales 30, ce conduit tubulaire étant équipé à intervalles réguliers de dispositifs de projection 6, permettant une homogène du fluide diélectrique sur les éléments de batterie 14. Il convient de noter que, sans sortir du contexte de l’invention, le circuit de fluide diélectrique et le conduit tubulaire 32 pourraient être réalisés dans l’épaisseur de la pluralité de parois latérales 30, et/ou dans l’épaisseur du couvercle 18 du boitier 12.

Selon le type de fluide diélectrique choisi pour circuler dans ce circuit de fluide diélectrique 4, une fois pulvérisé sur les éléments de batterie 14, le fluide diélectrique peut soit ruisseler le long de ces éléments de batterie et chuter par gravité dans le fond du boitier 12 et plus particulièrement dans un bac de récupération 34 formé en partie par la paroi de base 28 avant d’être réinjecté dans le conduit tubulaire 32, en gardant pendant tout son cycle un état liquide, ou bien être vaporisé sous l’effet de la température des éléments de batterie, puis condensé au contact des parois définissant le logement et dont la température permet la condensation du fluide. Dans ce deuxième cas, une fois condensé, le fluide diélectrique est susceptible de ruisseler, cette fois le long des parois du boîtier, pour venir dans le bac de récupération.

Le bac de récupération 34 est pourvu d’une durite d’évacuation 36 du fluide diélectrique ainsi que d’une conduite de recirculation 38. Le fluide diélectrique récupéré à l’intérieur du bac de récupération 34, sous forme liquide, est alors évacué en dehors dudit bac de récupération 34 par la durite d’évacuation 36 qui est en communication avec la conduite de recirculation 38 du fluide diélectrique. La conduite de recirculation 38 est équipée d’une pompe 40 pour aspirer le fluide diélectrique hors du bac de récupération et le diriger vers une arrivée de fluide diélectrique 42 reliée au conduit tubulaire 32.

Le circuit de fluide diélectrique 4, pourvu du ou des dispositifs de projection 6 ici sous forme de buses de projection 44, est à même de pulvériser le fluide diélectrique à l’état liquide vers les éléments de batterie 14 afin de les refroidir comme évoqué précédemment. On comprend ainsi que le fluide diélectrique parcourt une boucle de circulation comprenant le bac de récupération 34 du fluide diélectrique à l’état liquide, la conduite de recirculation 38 du fluide diélectrique équipée de la pompe 40, le circuit de fluide diélectrique 4 et les buses de projection 44 aspergeant les éléments de batterie 14 de fluide diélectrique.

En fonction du choix du fluide diélectrique, celui-ci peut ainsi rester sous forme liquide ou bien présenter une phase liquide entre la récupération et la projection et une phase gazeuse après la projection, jusqu’à la condensation par les parois définissant le boîtier.

Afin de faciliter cette vaporisation, et de permettre la circulation d’un fluide diélectrique diphasique, c’est-à-dire susceptible de changer de phase au cours de la boucle de circulation du fluide diélectrique, au moins une paroi définissant le logement est équipée du circuit de refroidissement 10. Tel qu’illustré, ce circuit de refroidissement 10 peut être logé dans l’épaisseur du couvercle 18 du boitier 12. Le couvercle 18 joue alors le rôle de paroi de condensation 46 grâce à un fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement 10. On comprend que l’on tire avantage d’une telle configuration lorsque le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique 4 est diphasique, tel qu’évoqué précédemment, mais il convient de considérer qu’une telle configuration peut également s’appliquer lorsque le fluide diélectrique est monophasique, c’est-à-dire tel qu’il ne change pas de phase lors du cycle qu’il effectue dans le dispositif de régulation thermique.

Le circuit de refroidissement 10 est représenté en pointillés sur la figure 2, et prend ici la forme d’un serpentin, de manière à permettre un refroidissement de l’ensemble de la surface de la paroi correspondante, ici le couvercle 18, et consécutivement un refroidissement du fluide diélectrique qui vient au contact de cette paroi après avoir au contact des éléments de batterie 14.

Dans l’exemple illustré, le circuit de refroidissement 10 comporte une arrivée de fluide 48 caloporteur et une sortie de fluide 50 caloporteur, chacune en communication fluidique avec le conduit définissant dans la paroi le circuit de refroidissement 10. L’arrivée de fluide 48 caloporteur est prévue pour permettre une admission d’un fluide caloporteur à l’intérieur du circuit de refroidissement 10, ou circuit de fluide caloporteur, tandis que la sortie de fluide 50 caloporteur est prévue pour permettre une évacuation du fluide caloporteur hors du circuit de refroidissement 10 de fluide caloporteur, et donc une évacuation des calories captées du fluide diélectrique.

On comprend qu’à partir d’une circulation du fluide caloporteur à l’intérieur du circuit de refroidissement 10, le fluide caloporteur est apte à refroidir la paroi de condensation 46, formée ici par le couvercle 18, pour la maintenir à une température inférieure à une température de condensation du fluide diélectrique, ce qui garantit qu’à son contact, le fluide diélectrique passe de son état de vapeur à un état liquide.

Le fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement 10 peut notamment consister en un coolant ou un fluide réfrigérant, et par exemple consister en de l’eau glycolée, du R134a ou du 1234yf, ou bien encore du Co2, sans que cette liste soit limitative.

En ce qui concerne le fluide diélectrique, on comprend de ce qui précède que celui-ci est choisi en fonction de son point de changement de phase. A titre d’exemple, le fluide choisi ici doit présenter une température d’évaporation à pression atmosphérique supérieure à 32, 33 ou 34 degrés Celsius et une température de condensation inférieure à 31, 30 ou 29 degrés Celsius.

De manière alternative à ce qui a été précédemment décrit, chacune des parois latérales 30 de la base 16 peut également former une paroi de condensation, équipée d’un circuit de refroidissement semblable à celui qui vient d’être décrit. Toujours de manière alternative et non représenté, la paroi de condensation peut consister en une paroi distincte du couvercle ou des parois de la base. La paroi de condensation pourrait à titre d’exemple non représenté, être positionnée entre une des parois du boitier et les composants électriques. La paroi de condensation pourrait alors prendre la forme d’une plaque disposée parallèlement à la paroi correspondante.

Selon l’invention visible aux figures 3 à 5, le dispositif de régulation thermique 2 comprend également au moins une conduite de circulation 52 d’un fluide, ménagée en périphérie du boitier 12, tout autour du logement 20 dudit boitier 12.

Le fluide amené à circuler dans la conduite de circulation 52 est un fluide configuré pour réguler thermiquement, et notamment refroidir, les parois définissant le logement 20 dans lequel sont disposés les éléments de batterie 14 et il est avantageux que cette conduite de circulation 52 soit située autour du logement 20 du boitier 12 pour permettre une régulation thermique homogène de chaque paroi du boitier 12.

La conduite de circulation 52 agencée tout autour du logement peut notamment permettre au fluide, par exemple de l’air, circulant dans cette conduite de récupérer des calories émanant des parois pour les maintenir à une température suffisamment basse pour pouvoir condenser les vapeurs de fluide diélectrique ou à tout le moins une température inférieure à celle du fluide diélectrique après que celui-ci ait été projeté sur les batteries électriques. On comprend de ce qui précède que la conduite de circulation 52 de fluide permet d’optimiser le refroidissement général du boitier 12, et particulièrement du logement 20 du boitier 12.

Dans un premier mode de réalisation de la conduite de circulation visible à la figure 3, le dispositif de régulation thermique 2 comprend au moins une enveloppe 54 qui entoure le boitier 12 et la conduite de circulation 52 de fluide est formée entre cette enveloppe 54 et la face externe 26 des parois définissant le boîtier 12. L’enveloppe 54 est notamment disposée à distance du boitier 12, de telle sorte qu’un écartement 56 est ménagé entre les parois du boitier 12 et l’enveloppe 54. En d’autres termes, l’enveloppe 54 est à une distance D1 des faces externes 26 des parois définissant le boitier 12, qu’il s’agisse des faces externes 26 du couvercle 18 ou de la base 16, cette distance D1 pouvant être, à titre d’exemple non limitatif, de l’ordre de 1 à 15 centimètres, avantageusement entre 5 et 10 centimètres.

L’écartement 56 peut notamment être maintenu par la présence d’au moins une entretoise 58 en contact de l’enveloppe 54 et des faces externes 26 des parois définissant le boitier 12, une de ces entretoises étant illustrée à titre d’exemple sur la figure 4. L’entretoise 58 permet de maintenir dans le temps l’écartement 56 entre le boitier 12 et l’enveloppe 54, nécessaire au passage du fluide dans la conduite de circulation 52.

L’enveloppe 54 selon l’invention est réalisé en un matériau souple, qui présente des propriétés d’isolation thermique permettant de conserver les propriétés de température du fluide amené à circuler le long de la conduite de circulation délimitée par l’enveloppe. De la sorte, le fluide circulant dans cette conduite est en interaction thermique avec uniquement les parois définissant le logement du boîtier et il en résulte une meilleure régulation de la température des parois définissant le logement et donc consécutivement une meilleure régulation thermique des composants électriques ou électroniques disposés dans le logement.

L’enveloppe 54 est à titre d’exemple réalisée en aluminium. Plus particulièrement, cette enveloppe consiste en une tôle d’aluminium, avec une épaisseur de matériau particulièrement fini. Il en effet notable sur la figure 3 ou 4 que l’épaisseur de l’enveloppe est inférieure à l’épaisseur moyenne des parois définissant le boîtier et donc ici l’épaisseur moyenne des parois de la base et du couvercle 18, l’épaisseur correspondant à la plus petite valeur mesurée entre la face interne 24 et la face externe 26 de chacune de ces parois. A titre d’exemple non limitatif, l’enveloppe peut présenter une épaisseur comprise entre 0,3 millimètre et 1,7 centimètre. L’enveloppe 54 est configurée de telle sorte que la conduite de circulation 52 du fluide comprenne un orifice d’entrée 60 et un orifice de sortie 62, opposés l’un de l’autre suivant un sens I de circulation du fluide dans la conduite de circulation 52. De manière plus précise, tel que cela est par exemple visible sur la figure 1, la conduite de circulation 52 peut déboucher à chacun de ses orifices 60, 62 sur l’extérieur du véhicule et être ainsi traversée par de l’air frais, venant de l’extérieur du véhicule.

L’orifice d’entrée 60 correspond à une ouverture se trouvant à l’avant du véhicule automobile, par laquelle l’air frais est susceptible d’entrer dans ladite conduite de circulation 52, tandis que l’orifice de sortie 62 correspond à une ouverture se trouvant à l’arrière du véhicule automobile, par laquelle l’air est susceptible de sortir de la conduite, le cas échéant chargé des calories récupérées au contact des parois définissant le boîtier 12.

Dans ce mode de réalisation, il est dès lors notable que le fluide circulant dans la conduite de circulation 52 est de l’air frais, venant de l’extérieur du véhicule.

Au moins un organe de ventilation 64 de fluide est disposé à l’un ou l’autre de l’orifice d’entrée 60 et/ou de l’orifice de sortie 62 de la conduite de circulation 52 du fluide. Sur l’exemple illustré de la figure 1 et 3, par exemple, l’organe de ventilation 64 de fluide présente la forme d’un ventilateur 66 qui est ménagé au niveau de l’orifice d’entrée 60 de la conduite de circulation 52 du fluide. L’orifice d’entrée 60 correspondant à l’entrée du fluide dans la conduite de circulation 52, l’organe de ventilation 64 a pour fonction de pousser le fluide à l’intérieur de ladite conduite de circulation 52, afin que celui-ci se disperse de façon homogène autour du boitier 12. Un autre avantage de l’organe de ventilation 64 du fluide est qu’il augmente la quantité de fluide entrant dans la conduite de circulation 52. On optimise ainsi le refroidissement du boitier 12 en augmentant les échanges de calories avec le fluide circulant dans la conduite de circulation 52.

De manière alternative, ici non représentée, l’organe de ventilation 64 peut être positionné au niveau de l’orifice de sortie 62, ce qui permet les mêmes résultats d’amélioration d’échange thermique précédemment évoqués, étant entendu que l’on pourrait également prévoir qu’un organe de ventilation soit disposé aussi bien en entrée qu’en sortie de la conduite de circulation.

Selon une alternative du premier mode de réalisation de l’invention illustré à la figure 4, le dispositif de régulation thermique 2 peut comprendre au moins un matériau à changement de phase 68 logé dans l’épaisseur d’une paroi définissant le boîtier, à savoir aussi bien le couvercle 18 que la base 16 du boitier.

Tel qu’illustré, le matériau à changement de phase est agencé de manière discontinue, en prenant la forme de blocs agencés à distance les uns des autres dans l’épaisseur des parois définissant le boîtier. Ces parois sont avantageusement réalisées avec une pluralité de cavités dans leur épaisseur et chaque cavité est ensuite remplie d’un matériau à changement de phase.

Dans l’exemple illustré, des blocs de matériau à changement de phase sont agencés dans chacune des parois, mais on doit comprendre qu’ils ne pourraient être présents que dans certaines parois, et notamment qu’un circuit de refroidissement tel qu’il a été évoqué précédemment pourrait être combiné à la présence de matériau à changement de phase en étant respectivement prévu dans des parois différentes. A titre d’exemple, un circuit de refroidissement pourrait être disposé dans le couvercle et un matériau à changement de phase pourrait être disposé dans les parois latérales de la base.

Un deuxième mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé dans la suite de la description détaillée, en rapport avec la figure 5. Il convient de considérer que seules les caractéristiques distinctes du premier mode de réalisation seront décrites dans la suite de la description. Pour les caractéristiques communes il conviendra de se reporter aux figures ci-dessus.

Le dispositif de régulation thermique 2 selon le deuxième mode de réalisation diffère principalement de ce qui précède en ce que les parois latérales et la paroi de fond de la base, ainsi que la paroi formant le couvercle, sont creuses. Il en résulte une configuration différente en ce que chaque paroi comprend une portion de paroi interne 72 et une portion de paroi externe 74 qui sont agencées, dans le sens de l’épaisseur de la paroi perpendiculairement à la face interne et la face externe, de part et d’autre de la partie creuse de la paroi correspondante. La portion de paroi interne 72 participe à délimiter le logement 20 et porte la face interne 24, tandis que la portion de paroi externe 74 est tournée vers l’extérieur du logement 20 et porte la face externe. De manière plus précise, la base 16 du boitier 12 comprend une première portion de paroi interne 72a et une première portion de paroi externe 74a, à la fois au niveau de la paroi de base 28 et des parois latérales 30, et le couvercle 18 comprend une deuxième portion de paroi interne 72b et une deuxième portion de paroi externe 74b.

Il résulte de la partie creuse de chaque paroi la présence d’un espace 76 qui est ménagé entre les portions de paroi interne 72 et les portions de paroi externe 74 du boitier 12. Notamment, un premier espace 76a est ménagé entre la première portion de paroi interne 72a et la première portion de paroi externe 74a de la base 16, tandis qu’un deuxième espace 76b est ménagé entre la deuxième portion de paroi interne 72b et la deuxième portion de paroi externe 74b du couvercle 18. Le premier espace 76a et le deuxième espace 76b forment alors respectivement une première conduite de circulation 52a de fluide et une deuxième conduite de circulation 52b de fluide au sens de ce qui a été décrit précédemment, c’est-à-dire susceptible d’être traversé par un fluide circulant.

On définit une première extrémité 78 et une deuxième extrémité 80 de la deuxième conduite de circulation 52b, opposée l’une de l’autre suivant le sens de circulation I du fluide dans la deuxième conduite de circulation 52b. Également, on définit une troisième extrémité 82 et une quatrième extrémité 84 de la première conduite de circulation 52a, opposée l’une de l’autre suivant le sens de circulation I du fluide dans la première conduite de circulation 52a. Notamment la troisième extrémité 82 et la quatrième extrémité 84 de la première conduite de circulation 52a correspondent aux bords d’extrémités des parois latérales 30 sur lesquels repose le couvercle 18. Tel qu’illustré sur la figure 5, la première extrémité 78 de la deuxième conduite de circulation 52b est en regard de la quatrième extrémité 84 de la première conduite de circulation 52a tandis que la deuxième extrémité 80 de la deuxième conduite de circulation 52b et en regard de la troisième extrémité 82 de la première conduite de circulation 52a.

Dans l’exemple illustré, la deuxième extrémité 80 de la deuxième conduite de circulation 52b et la troisième extrémité 82 de la première conduite de circulation 52a sont ouvertes de sorte que leur ouverture sont en regard l’une de l’autre lorsque le couvercle est rapporté sur la base, de manière à permettre une communication fluidique entre la première conduite de circulation 52a et la deuxième conduite de circulation 52b de fluide. Plus particulièrement, l’ouverture réalisée au niveau de la deuxième extrémité 80 de la deuxième conduite de circulation 52b est réalisée dans la deuxième portion de paroi interne 72b du couvercle.

Selon une caractéristique de l’invention, une ouverture d’entrée 86 est ménagée au niveau de la première extrémité 78 de la deuxième conduite de circulation 52b du couvercle 18, cette ouverture d’entrée 86 étant plus particulièrement réalisée dans la portion de paroi externe 74b du couvercle, de manière à communiquer avec l’extérieur du boîtier. La première extrémité 78 de la deuxième conduite de circulation 52b forme alors l’orifice d’entrée 60 du fluide telle qu’elle a été évoquée précédemment, et l’ouverture d’entrée 86 définit une entrée du fluide dans la deuxième conduite de circulation 52b.

Du fait de l’ouverture réalisée dans la deuxième portion de paroi interne 72b du couvercle pour permettre la communication fluidique d’une conduite de circulation à l’autre, le fluide entrant par l’ouverture d’entrée 86 ménagée à la première extrémité 78 de la deuxième conduite de circulation 52b est apte à circuler, conformément aux flèches illustrant un tel trajet sur la figure 5, dans un premier temps dans la deuxième conduite de circulation 52b ménagée dans le couvercle 18, puis dans la première conduite de circulation 52a ménagée dans la base 16 du boitier 12.

Une ouverture de sortie 90 est ménagée au niveau de la première conduite de circulation 52a, formant l’orifice de sortie 62 du fluide, de telle sorte que la première conduite de circulation 52a soit communicante avec l’extérieur du boitier 12 lorsque le couvercle 18 est disposé sur la base 16. On comprend alors que l’ouverture de sortie 90 constitue la sortie du fluide hors de la première conduite de circulation 52a. A cet effet, l’ouverture de sortie est réalisée dans la première portion de paroi externe 74a de la base 16. Il convient de considérer que l’ouverture de sortie 90 peut être ménagée n’importe où sur la première conduite de circulation 52a tant qu’elle permet une évacuation du fluide hors de la première conduite de circulation 52a.

Les conduites de circulation 52a, 52b formées ici dans l’épaisseur des parois définissant le logement du boîtier sont agencées comme précédemment autour du logement, à la périphérie directe de celui-ci.

A la différence du premier mode de réalisation précédemment décrit, dans lequel de l’air circulait dans la conduite de circulation formée par l’enveloppe autour des parois du boîtier, les conduites de circulation formées ici dans le deuxième mode de réalisation dans l’épaisseur de boîtier permettent la circulation autour du boîtier d’un fluide qui peut être autre que de l’air, et par exemple un liquide de refroidissement ou de l’eau.

L’organe de ventilation précédemment évoqué dans le premier mode de réalisation, intéressant pour la circulation d’air, peut ici également être mis en œuvre, par exemple sous la forme de turbomachine pouvant souffler de l’air, et il peut notamment être agencé au niveau de l’ouverture d’entrée 86.

De manière alternative, si le fluide circulant dans les conduites de circulation est ici du liquide et par exemple de l’eau, l’organe de ventilation est remplacé par une pompe permettant la mise en circulation du liquide. Cette pompe peut indifféremment être disposée en regard de l’ouverture d’entrée 86, comme illustré sur la figure 5, ou en regard de l’ouverture de sortie 90.

L’invention atteint bien le but qu’elle s’était fixé en concevant un moyen simple d’homogénéiser le refroidissement d’un système électronique, et par exemple un système de stockage d’énergie électrique, en créant une conduite de circulation d’un fluide autour d’un logement dans lequel sont logés les composants électriques ou électroniques.

L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims (10)

1. Dispositif de régulation thermique (2) pour un ou plusieurs composants électriques et/ou électroniques (8) dont la température doit être régulée, chaque composant électrique et/ou électronique (8) étant notamment susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (2) comportant un boîtier (12) dont les parois définissent un logement (20) configuré pour recevoir le ou les composants électriques ou électroniques (8) et au moins un moyen de régulation thermique (3), le dispositif de régulation thermique (2) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une conduite de circulation (52) d’un fluide agencé en périphérie du boitier (12), ladite conduite de circulation (52) du fluide entourant le logement (20) du boitier (12).
2. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication 1, comprenant une enveloppe (54) qui entoure le boitier (12) et qui s’étend à distance de ce dernier, la conduite de circulation (52) de fluide étant formée par un écartement (56) ménagé entre le boitier (12) et l’enveloppe (54).
3. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel le boitier (12) est défini par une pluralité de parois (30), l’enveloppe (54) présentant une épaisseur d’enveloppe (54) de valeur strictement inférieure à une valeur de l’épaisseur moyenne des parois définissant le boitier (12).
4. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel un circuit (10) de refroidissement est logé dans l’épaisseur d’au moins une des parois définissant le boîtier (12).
5. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel un matériau à changement de phase (68) est ménagé dans l’épaisseur d’au moins une des parois définissant le boîtier (12).
6. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel au moins une entretoise (58) est disposée dans la conduite de circulation (52) d’air, de telle sorte qu’elle soit en contact de l’enveloppe (54) et du boitier (12).
7. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication 1, dans lequel le boitier (12) comprend au moins une paroi creuse de manière à définir une portion de paroi interne (72) qui participe à délimiter le logement (20) et au moins une portion de paroi externe (74) tournée vers l’extérieur du logement (20), la conduite de circulation (52) de fluide étant formée dans l’épaisseur du boîtier (12) par un espace (76) ménagé entre la portion de paroi interne (72) et la portion de paroi externe (74).
8. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel le boitier (12) comprend une base (16) et un couvercle (18) respectivement formé par l’au moins une paroi creuse, la base (16) comprenant une première conduite (52a) de circulation de fluide entre une première portion de paroi interne (72a) et une première portion de paroi externe (74a) et le couvercle (18) comprenant une deuxième conduite de circulation (52b) de fluide entre une deuxième portion de paroi interne (72b) et une deuxième portion de paroi externe (74b).
9. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel au moins une ouverture de conduite (88) est ménagée dans la deuxième portion de paroi interne (72b) du couvercle (18), de telle sorte que la première conduite de circulation (52a) de fluide et la deuxième conduite de circulation (52b) de fluide soient en communication fluidique.
10. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite de circulation (52) de fluide comprend au moins un orifice d’entrée (60) de fluide et un orifice de sortie (62) de fluide.