WO2022268583A1 - Système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et un dispositif de régulation thermique - Google Patents

Système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et un dispositif de régulation thermique Download PDF

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WO2022268583A1
WO2022268583A1 PCT/EP2022/066220 EP2022066220W WO2022268583A1 WO 2022268583 A1 WO2022268583 A1 WO 2022268583A1 EP 2022066220 W EP2022066220 W EP 2022066220W WO 2022268583 A1 WO2022268583 A1 WO 2022268583A1
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WO
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electrical
electronic components
heat exchanger
dielectric fluid
electronic
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/066220
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English (en)
Inventor
Julien Tissot
Kamel Azzouz
Jeremy Blandin
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Title ⁇ Electronic system comprising at least one electrical and/or electronic component and a thermal regulation device.
  • the present invention lies in the field of electronic systems comprising at least one electrical and/or electronic component, and it relates more particularly to a device for thermal regulation of electrical and/or electronic components liable to heat up during their operation.
  • the electronic systems likely to be concerned by the present invention may consist of computer servers as well as electrical energy storage systems, in particular batteries, for motor vehicles.
  • thermal regulation devices make it possible to modify the temperature of an electric battery, whether when starting the vehicle in cold weather, by increasing its temperature for example, or whether driving or during a battery recharging operation, by reducing the temperature of this electric battery, which tends to heat up during use.
  • Such devices for thermal regulation of electric batteries make use of heat exchangers.
  • the various battery cells of an electrical storage system can in particular be cooled by means of a cold plate inside which a cooling fluid circulates, the plate being in contact with the battery cells to be cooled.
  • thermal regulation devices also have a high thermal resistance due to the thicknesses of material present between the cooling fluid and the battery cells.
  • the storage cells arranged furthest from the inlet of dielectric fluid in the casing are less well cooled by heat exchange with the dielectric fluid. than the storage cells which are located closest to the dielectric fluid inlet, so that the cooling of the electrical or electronic components is not carried out uniformly.
  • the present invention falls within this context and has as its main object an electronic system comprising electrical and/or electronic components capable of releasing heat during their operation and a device for thermal regulation of the electrical and/or electronic components
  • the thermal regulation device comprising a casing configured to house the electrical and/or electronic components which are arranged in the casing so as to form at least two rows of electrical and/or electronic components extending along a first longitudinal direction, the two rows of electrical and/or electronic components participating in delimiting between them a central conduit extending in this first longitudinal direction, the regulating device being configured to thermally regulate these electrical and/or electronic components via a dielectric fluid capable of immersing at least in part the electrical components cs and/or electronics, characterized in that the thermal regulation device comprises at least one heat exchanger configured to be traversed by the dielectric fluid and a heat transfer fluid, the heat exchanger being configured to project the dielectric fluid at least through the center duct.
  • the thermal regulation device aims to reduce the temperature of several electrical and/or electronic components thanks to the circulation of the cooled dielectric fluid between the electrical and/or electronic components.
  • the dielectric fluid is also cooled by heat exchange with the heat transfer fluid at the heat exchanger. It is understood from this that the dielectric fluid is cooled in the heat exchanger by heat exchange with the heat transfer fluid, then is directed towards the electrical and/or electronic components to cool them in turn.
  • the dielectric fluid is directed into the housing, after having been thermally regulated through the heat exchanger, under the effect of the actuation of a pumping member, the outlet of the heat exchanger being configured so that the dielectric fluid is first pushed through the central duct between the rows of electrical and/or electronic components.
  • the dielectric fluid By circulating through the central duct, the dielectric fluid has as possible escape only the spaces between two electrical and/or electronic components of the same row, in the direction of lateral ducts formed along the side walls of the case arranged symmetrically in either side of the central duct, so that this fluid can be distributed evenly between these two rows of electrical and/or electronic components.
  • the heat exchanger is secured to a wall of the casing at the level of the central duct formed between the two rows of electrical and/or electronic components.
  • the wall of the box on which the heat exchanger is fixed is chosen so that the heat exchanger is arranged at a longitudinal end of the central duct or else that it is arranged in the middle of the central duct.
  • the heat exchanger is installed in the central duct, between the two rows of electrical and/or electronic components.
  • the electrical and/or electronic components are arranged in each row parallel to each other, and more particularly perpendicular to the longitudinal direction L of the central duct, two neighboring electrical and/or electronic components d 'a same row participating in defining a channel of circulation extending substantially perpendicular to the central conduit, that is to say substantially along the transverse direction T and connecting the central conduit to a side conduit arranged along a wall of the housing.
  • the circulation channels extending perpendicular to the central duct may all have the same width, measured between two neighboring electrical and/or electronic components which delimit them.
  • the thermal regulation device is such that circulation channels are arranged regularly from one longitudinal end to the other of the housing, the dielectric fluid being able to join in a regular manner lateral ducts formed between a row of components electrical and / or electronic and the wall of the facing case, to circulate in the opposite direction relative to the central conduit formed between the two rows of electrical and / or electronic components and form a circulation loop passing through the heat exchanger.
  • the electrical and/or electronic components are arranged in the casing so as to form at least two rows of electrical and/or electronic components extending along a second transverse direction perpendicular to the first longitudinal direction, the heat exchanger being aligned with two electrical and/or electronic components of the same alignment.
  • the heat exchanger is arranged, in a direction perpendicular to a main direction of elongation of the central duct, between a first electrical and/or electronic component of one of the two rows and a second electrical component and/or or electronics on the other of the two rows.
  • the heat exchanger and if necessary the pumping member, is arranged across the housing of the electrical and/or electronic components, as close as possible to them, without however being across them, or the least. possible of a fluid circulation channel formed between two neighboring electrical and/or electronic components.
  • the box comprises a bottom wall, side walls extending perpendicularly to the bottom wall and a cover extending parallel to the bottom wall, the bottom wall, the side walls and the cover participating in delimiting a housing in which the electrical and/or electronic components are arranged, and the heat exchanger, the heat exchanger being arranged at a distance from the side walls arranged perpendicular to the direction of longitudinal elongation of the center duct.
  • the heat exchanger and if necessary the associated pumping member, is then arranged across the central duct.
  • the distance between the side wall opposite the outlet of the heat exchanger is thus reduced with respect to a position in which the heat exchanger is at a longitudinal end of the central duct.
  • the distance to be traveled by the dielectric fluid to reach this side wall opposite the outlet of the heat exchanger is thus reduced, and in particular halved if the heat exchanger is in a central position.
  • the number of first electrical and/or electronic components along which the fluid must circulate in the central duct in the direction of discharge circulation, namely the direction of circulation of the dielectric fluid at the outlet of the heat exchanger, and the number of circulation channels into which the fluid flowing in the discharge circulation direction enters, is thus limited and the corresponding heat exchange surface decreases. Consequently, the flow rate of dielectric fluid circulating facing these first electrical and/or electronic components is increased.
  • the distance to be covered by the dielectric fluid to reach the inlet of the heat exchanger from the side wall facing this inlet is again reduced compared to the total longitudinal distance of the conduit central.
  • a position of the heat exchanger across the central duct thus makes it possible to optimize the flow rate of fluid circulating along the electrical and/or electronic components, that is to say to limit the difference between the flow rate of dielectric fluid circulating along the electrical and/or electronic components furthest from the heat exchanger and the flow rate of dielectric fluid circulating along the electrical and/or electronic components closest to the heat exchanger, so as to limit the regulation differential heat possible between two electrical and/or electronic components of the same row.
  • the heat exchanger is installed substantially in the center of the bottom wall of the box, or of the cover of the box.
  • the housing can advantageously take the shape of a rectangular parallelepiped, each of the walls of the housing extending by taking a rectangular shape, so that the heat exchanger is arranged in the center of one of the walls of the housing among the bottom wall or lid.
  • the same number of electrical and/or electronic components and/or the same number of circulation channels is installed on either side of the heat exchanger in the first longitudinal direction.
  • an equivalent number of electrical and/or electronic components is arranged in the housing on either side of a plane perpendicular to the main direction of elongation of the central duct and passing through the heat exchanger.
  • the box comprises a bottom wall, side walls extending perpendicularly to the bottom wall and a cover extending parallel to the bottom wall, the bottom wall, the walls sides and the cover participating in delimiting a housing in which the electrical and/or electronic components and the heat exchanger are arranged, the heat exchanger being arranged on a side wall perpendicular to the direction of longitudinal elongation of the central duct.
  • the heat exchanger is arranged at a longitudinal end of the central duct.
  • the heat exchanger is placed inside a recess formed in said side wall.
  • the heat exchanger comprises a dielectric fluid inlet and a dielectric fluid outlet fluidly communicating with the housing of the housing, the heat exchanger comprising a heat transfer fluid inlet and a heat transfer fluid outlet fluidly communicating with a heat transfer fluid circulation system, a pumping member being arranged at the level of the dielectric fluid inlet or at the level of the dielectric fluid outlet.
  • the electronic system as it has just been described above can take the form of an electrical energy storage system of a motor vehicle, in which the electrical and/or electronic components take the form of electrochemical cells forming a battery.
  • FIG. î is a general view of an electrical storage system according to the invention housed within a motor vehicle, comprising a thermal regulation device and electrical and/or electronic components;
  • FIG. 2 is a general perspective view of a housing of the thermal regulation device of FIG. i comprising the electrical and/or electronic components;
  • FIG. 3 is a view according to a longitudinal section of the thermal regulation device of FIG. 2 in which is housed a heat exchanger between the dielectric fluid and a heat transfer fluid, according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a view according to a longitudinal section of the thermal regulation device of FIG. 2 in which is housed a heat exchanger between the dielectric fluid and a heat transfer fluid, according to a second embodiment of the invention.
  • variants of the invention may be associated with each other, in various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive with respect to each other.
  • variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage and/or to differentiate the invention. compared to the prior art.
  • transverse and vertical refer to the orientation of an electronic system according to the invention.
  • a longitudinal direction corresponds to a main direction of elongation of a central duct of the electronic system, this longitudinal direction being parallel to a longitudinal axis L of an L, V, T illustrated in the figures.
  • a transverse direction corresponds to a direction along which a circulation channel mainly extends, this transverse direction being parallel to a transverse axis T of the reference L, V, T and this transverse axis T being perpendicular to the longitudinal axis L
  • a vertical direction corresponds to a direction parallel to a vertical axis V of the reference L, V, T, this vertical axis V being perpendicular to the longitudinal axis L and the transverse axis T.
  • thermal regulation device in relation to an electronic system in the form of a motor vehicle electrical energy storage system, but it must be understood that such an application is not limiting and that it could in particular be applied in the context of the invention to electrical and/or electronic components equipping other electronic systems and for example computer servers.
  • FIGS. i and 2 an electrical storage system i, suitable in particular for equipping a motor vehicle 2 with electric or hybrid motorization, is illustrated.
  • Such an electrical storage system i is intended in particular to supply electrical energy to the motor vehicle 2 with a view to its movement.
  • the electrical storage system i comprises a thermal regulation device 4 configured to cool or raise the temperature of each electrical or electronic component 6 forming part of the electrical storage system 1, these components being in particular liable to heat up during their operation or to their load.
  • this thermal regulation device 4 comprises at least one casing 8 which is configured to receive a plurality of said electrical and/or electronic components 6, here taking the form of battery cells 10, and it further comprises means of thermal regulation 12 capable of regulating the temperature of the electrical or electronic components 6 inside the casing 8. It should be noted that other configurations of the electrical storage system 1 could be implemented according to the invention as soon as this system comprises a thermal regulation device 4 in accordance with the invention.
  • the casing 8 comprises a plurality of walls which define inside this casing 8 a housing 14, more particularly visible in FIG. 2, which is configured to receive at least the electrical and/or electronic components 6 and the regulation means thermal 12.
  • the walls defining the housing 8 form in particular a base 16 and a cover 18.
  • Base 16 includes a bottom wall 20 and a plurality of side walls 22. More specifically, bottom wall 20 extends in a plane parallel to the longitudinal L and transverse T directions generally in the form of a quadrilateral, advantageously rectangular, the side walls 22 for their part each extending from one side of the bottom wall 20 while being inscribed in a plane parallel to the longitudinal L and vertical V directions. In other words, the side walls 22 s extend from the bottom wall 20 perpendicular to the latter.
  • the cover 18 has a shape substantially identical to that of the bottom wall 20, therefore here in the form of an advantageously rectangular quadrilateral, and is arranged to cover the base 16 of the housing 8 and close the opening between the side walls 22 whereby the electrical and/or electronic components 6 are placed in the housing 14. It is understood in particular that the cover 18 is arranged overhanging the base 16, in contact with the free edges of the side walls 22, in particular when the electrical storage system 1 is mounted on the motor vehicle 2.
  • base 16 and the cover 18 are also fixed to each other so as to seal the housing 14 of the casing 8 from the external environment of the casing 8.
  • 16 and the cover 18 are made integral with each other so that no exchange of fluid can be achieved between the interior of the housing 14 of the housing 8 and the external environment of the housing 8 at the level of the interaction between base and lid.
  • the electrical and / or electronic components 6 are arranged in the housing 14 of the housing 8 in the form of at least two rows, that is to say that the electrical and/or electronic components 6 form two sets aligned along a direction parallel to the longitudinal direction L.
  • a first part of the electrical and/or electronic components electronic components 6 form a first set arranged in the form of a first row of electrical and/or electronic components 6 aligned along a first direction parallel to the longitudinal direction L, and a second part of the electrical and/or electronic components electronics 6 form a second assembly arranged in the form of a second row of electrical and/or electronic components 6 aligned along a second direction parallel to the direction longitudinal tion L and the first direction.
  • the two rows of electrical and/or electronic components 6 contribute to delimiting in the housing 14 a central duct 28 which extends along a main direction of elongation A which is advantageously substantially parallel to the longitudinal direction L, this duct also being visible in Figure 2.
  • the electrical and/or electronic components 6 are arranged in each row parallel to each other, and more particularly perpendicular to the longitudinal direction L. Two electrical and/or electronic components 6 adjacent to the same row participate in defining a channel of circulation 30 extending substantially perpendicular to the central duct 28, that is to say substantially along the transverse direction T. These circulation channels 30 extend from the central duct to a lateral duct 31 formed along of the longitudinal direction L between a side wall 22 and each of the electrical and/or electronic components 6 of a row.
  • the electrical and/or electronic components have the shape of a cell of rectangular section, with long sides which extend opposite the electrical and/or electronic component of the row which is directly adjacent and short sides which extend respectively along the central duct 28 and the corresponding side duct 31. It should however be noted that without departing from the context of the invention, provision could be made for the electrical and/or electronic components to have a different shape and in particular the shape of a cylinder of circular section, several electrical and/or electronic components therefore being able to be grouped together in a set presenting a layout parallel to other similar sets of the same row.
  • each electrical and/or electronic component 6 of each row is aligned with an electrical and/or electronic component 6 of another row substantially along the transverse direction T.
  • each electrical and/or electronic component 6 of one of the two rows is aligned with an electrical and/or electronic component 6 of the other row substantially along a direction parallel to the transverse direction T.
  • each circulation channel 30 defined by the electrical and/or electronic components 6 of one of the two rows is also aligned transversely with one of the circulation channels 30 defined by the electrical and/or electronic components 6 of the other row, these two channels being arranged symmetrically on either side of the central duct 28.
  • the thermal regulation means 12 comprise in particular a heat exchanger 24, capable of cooling a dielectric fluid intended to be sprayed onto the electrical and/or electronic components, and a pumping member 26 of the dielectric fluid forcing the circulation of the dielectric fluid at least in the heat exchanger 24.
  • the dielectric fluid participates in the thermal regulation of the electrical and/or electronic components 6 by exchanging calories with said electrical and/or electronic components 6.
  • the dielectric fluid is contained in the housing 14 of the casing 8, the electrical components and / or electronic 6 being at least partly immersed in the dielectric fluid, thus allowing the exchange of heat on all of the external surfaces of the electrical and / or electronic components 6 which is immersed.
  • all the electrical and/or electronic components 6 are totally immersed in the dielectric fluid, thus optimizing their thermal regulation by the dielectric fluid.
  • the heat exchanger 24 allows the exchange of calories between the dielectric fluid and a heat transfer fluid circulating through a heat transfer fluid circuit not shown in the figures.
  • the heat exchanger 24 comprises a first pass 32 through which the dielectric fluid can circulate and a second pass 34 through which the heat transfer fluid can circulate.
  • the first pass 32 has a dielectric fluid inlet 36 fluidly connected to the housing 14 in which the dielectric fluid is contained and a dielectric fluid outlet 38 also fluidically connected to the housing 14.
  • the second pass 34 is itself constitutive of the fluid circuit heat carrier, also external to the electrical storage system. The exchange of calories between the dielectric fluid and the heat transfer fluid takes place when said dielectric and heat transfer fluids respectively circulate through their pass 32, 34.
  • the dielectric fluid circulating in the first pass 32 can yield calories to the benefit of the heat transfer fluid circulating in the second pass 34, the temperature of the dielectric fluid thus being reduced by this loss of calories, or the dielectric fluid circulating in the first pass 32 can capture calories transferred by the heat transfer fluid circulating in the second pass 34, the temperature of the dielectric fluid thus being increased by this calorie intake. It is understood from the above that the temperature of the dielectric fluid is thermally regulated at the level of the heat exchanger 24 by the heat transfer fluid, thanks to an exchange of calories between the dielectric fluid circulating in the first pass 32 and the heat transfer fluid circulating in the second pass 34
  • the pumping member 26 forces the circulation of the dielectric fluid at least through the heat exchanger 24. More precisely, the pumping member 26 forces the circulation of the dielectric fluid at least through the first pass 32 of the heat exchanger 24.
  • the pumping member 26 is configured to force the circulation of the dielectric fluid on the one hand through the heat exchanger 24, and on the other hand through the housing 14. Thanks to the pumping member 26, which draws in part of the dielectric fluid present in the housing and which generates a movement of the dielectric fluid in which the electrical and/or electronic components 6 are immersed, the dielectric fluid is thermally regulated by circulating through the heat exchanger 24, then is directed in the housing 14 to the electrical and/or electronic components 6, which are therefore supplied with cooled dielectric fluid and more capable of ensuring their thermal regulation.
  • the pumping member 26 is preferably arranged at the dielectric fluid inlet 36 of the heat exchanger 24, but it should be noted that without departing from the context of the invention, the pumping member could be placed at the level of the dielectric fluid outlet 38 and more generally could be either placed in the housing 14, since it fulfills its function of forcing the circulation of the dielectric fluid at through heat exchanger 24 and housing 14.
  • the heat exchanger 24 is installed in the housing 14 of the casing 8 at the level of the central duct 28 between the two rows of electrical and/or electronic components 6.
  • the dielectric fluid outlet 38 of the heat exchanger 24 is arranged opposite at least a portion of the central duct 28.
  • the thermally regulated dielectric fluid at the level of the first pass 32 of the heat exchanger 24 and expelled from the heat exchanger 24 at the level of the dielectric fluid outlet 38 then circulates in at least a portion of the central conduit 28.
  • the heat exchanger 24 can be installed according to the invention on a side wall or substantially in the center of the central duct, it being understood that in each of these cases it is installed substantially equidistant from the two rows of electrical and/or electronic components 6.
  • the pumping member 26 and the heat exchanger 24 are configured to propel the dielectric fluid through the central conduit 28 formed between two rows of electrical and/or electronic components 6.
  • the dielectric fluid is propelled by the pumping member 26 from the dielectric fluid outlet 38 in the central conduit 28 along the main direction of elongation A, the flow of the dielectric fluid in the conduit central 28 being represented by solid arrows.
  • the dielectric fluid circulates in a first direction in the central duct 28 at the outlet of the heat exchanger 24 then in each of the circulation channels 30 between the electrical and/or electronic components 6 before returning in the direction of the heat exchanger 24 in flowing in a second direction opposite to the first direction via the side ducts 31
  • FIG. 3 is particular in that the heat exchanger 24 takes a central position, at a distance from each of the side walls, being like previously mentioned arranged in the axis of the central duct 28.
  • the heat exchanger 24 is thus installed on a separate wall from the side walls, at a distance from the latter.
  • the heat exchanger can in particular be installed on the bottom wall 20 of the casing 8, and more particularly, be installed in the center of the bottom wall 20 of the casing 8.
  • the heat transfer fluid circuit can pass through the wall of bottom 20 of housing 8 so as to be able to be fluidically connected to second pass 34 of heat exchanger 24.
  • the heat exchanger 24 can be installed on the cover 18 of the box 8, and more particularly in the center of the cover 18 of the box 8, and the heat transfer fluid circuit can pass through the cover to be fluidically connected to the second pass 34 of the heat exchanger 24.
  • the heat exchanger 24 is installed in the central duct 28 delimited by the electrical and/or electronic components 6. Consequently, the heat exchanger 24 divides into a first portion 28a and in a second portion 28b the central conduit 28, the dielectric fluid inlet 36 being arranged opposite the first portion 28a of the central conduit 28, the dielectric fluid outlet 38 being arranged opposite the second portion 28b of the conduit central 28.
  • the heat exchanger 24 is arranged between a first electrical and/or electronic component 6 of one of the two rows and a second electrical and/or electronic component 6 of the other of the two rows.
  • the heat exchanger 24 is aligned with two electrical and/or electronic components 6 of a respective row. This alignment of the heat exchanger 24 with two electrical and/or electronic components 6 along a direction perpendicular to the main direction of elongation A of the central duct 28 makes it possible to ensure that all of the circulation channels 30 is released to facilitate the circulation of dielectric fluid.
  • the dielectric fluid outlet 38 faces two circulation channels 30 arranged symmetrically on either side of the central duct 28 and respectively delimited by two electrical and/or electronic components 6 of the same row.
  • the thermally regulated dielectric fluid in the heat exchanger 24 and directed into the housing at the level of the dielectric fluid outlet 38 is split into a first portion which circulates mainly in the central conduit 28, and into a second and a third portion which circulate respectively in the circulation channels facing the dielectric fluid outlet 38, the first portion of the dielectric fluid being larger than the second and third portions due to the larger fluid passage section of the central conduit than that of the channels of circulation 30.
  • a portion of dielectric fluid is deflected laterally through a circulation channel to circulate between two electrical and/or electronic components.
  • the fluid circulating in the circulation channels 30 coming from the second portion 28b of the central conduit then emerges into the side conduits 31 along the side walls 22 of the housing 8 before returning to the first portion 28a from the central duct via other circulation channels.
  • the heat exchanger is arranged in the center of the housing 14, being equidistant from the opposite side walls in the longitudinal direction.
  • the same number of electrical and/or electronic components 6 is arranged in the casing 8 longitudinally on either side of the heat exchanger 24, or more particularly on either side of a plane perpendicular to the main direction of elongation A of the central duct 28 and passing through the heat exchanger 24.
  • the same number of circulation channels 30 are arranged in the housing 8 longitudinally on either side of the heat exchanger 24, or more particularly on either side of a plane perpendicular to the main direction of elongation A of the central duct 28 and passing through the heat exchanger 24.
  • six electrical and/or electronic components 6 and eight circulation channels 30 are located on either side of the heat exchanger 24.
  • six electrical and/or electronic components 6 and eight circulation channels 30 participate in defining the first portion 28a of the central conduit 28 while six other electrical and/or electronic components 6 and eight circulation channels 30 participate in defining the second portion 28b of the central conduit 28.
  • the invention allows homogeneous thermal regulation between the rows of electrical and/or electronic components 6 due to the position of the heat exchanger in alignment with the central duct 28, and more particularly due to the arrangement of the dielectric fluid outlet of the heat exchanger in alignment with the central duct.
  • the particular configuration with a heat exchanger arranged in the center, or more generally with a heat exchanger arranged at a distance from the side walls arranged perpendicular to the central duct, makes it possible to reduce the distance between the heat exchanger and the electrical and/or electronic components furthest from this heat exchanger, and therefore to cause a dielectric fluid to circulate at a higher rate along these furthest electrical and/or electronic components.
  • the flow rate of dielectric fluid within the circulation channels 30 tends to decrease as the distance between the circulation channels 30 and the heat exchanger 24 increases, and the first exemplary embodiment aims to reduce the maximum distance between a circulation channel 30 and the heat exchanger 24.
  • the flow rate of dielectric fluid circulating in the channel circulation channel 30 farthest from the heat exchanger is of a lower value of the order of 10% compared to the flow rate of dielectric fluid circulating in the circulation channel 30 closest to the heat exchanger, whereas in the case where the heat exchanger is arranged at one end of the central duct, the flow rate of dielectric fluid circulating in the circulation channel 30 farthest from the heat exchanger is of a lower value of the order of 30% by relative to the flow rate of dielectric fluid circulating in the circulation channel 30 closest to the heat exchanger.
  • FIG. 4 is particular in that the heat exchanger 24, still arranged in the axis of the central conduit 28 in accordance with , is here arranged in the vicinity of one of the side walls.
  • the heat exchanger 24 is housed inside the casing opposite a side wall perpendicular to the longitudinal direction of the duct, and in particular inside a recess 25 formed in this side wall.
  • a compartmentalization wall can be provided to close this recess and allow the heat exchanger to be dry, that is to say not in contact with the dielectric fluid present in the housing, or the recess can be filled with dielectric fluid with the heat exchanger which is submerged, it being understood that this heat exchanger is sealed against any inlet of dielectric fluid other than at the inlet of dielectric fluid 36.
  • This second embodiment makes it possible not to reduce the space available for the electrical and/or electronic components 6 within the housing inside the casing 8, while ensuring that the dielectric fluid at the outlet of the heat exchanger is directed at the center of two rows of electrical and/or electronic components, to participate in cooling of these components which is homogeneous from one row to the other.

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Abstract

Système électronique comprenant des composants électriques et/ou électroniques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement et un dispositif de régulation thermique (4) des composants électriques et/ou électroniques (6), le dispositif de régulation thermique (4) comportant un boîtier (8) configuré pour loger les composants électriques et/ou électroniques (6) qui sont disposés dans le boîtier (8) de sorte à former au moins deux rangées de composants électriques et/ou électroniques (6) s'étendant le long d'une première direction longitudinale (L), les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques (6) participant à délimiter entre elles un conduit central (28) s'étendant selon cette première direction longitudinale (L), le dispositif de régulation thermique (4) étant configuré pour réguler thermiquement ces composants électriques et/ou électroniques (6) via un fluide diélectrique apte à immerger au moins en partie les composants électriques et/ou électroniques (6), caractérisé en ce que le dispositif de régulation thermique (4) comprend au moins un échangeur thermique (24) configuré pour être traversé par le fluide diélectrique et un fluide caloporteur, l'échangeur thermique (24) étant configuré pour projeter le fluide diélectrique au moins à travers le conduit central (28).

Description

DESCRIPTION
Titre ^ Système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et un dispositif de régulation thermique.
La présente invention se situe dans le domaine des systèmes électroniques comprenant au moins un composant électrique et/ ou électronique, et elle concerne plus particulièrement un dispositif de régulation thermique de composants électriques et/ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement.
Les systèmes 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, entraînant 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, on connaît des dispositifs de refroidissement des éléments de batterie électriques de voitures électriques ou hybrides comprenant un boîtier 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 boîtier et reliée audit boîtier par l’intermédiaire d’une pompe afin de permettre la circulation du fluide diélectrique et le renouvellement de ce fluide diélectrique à l’intérieur du boîtier. De la sorte, le fluide diélectrique, mis en mouvement et refroidi préalablement à son retour dans le boîtier, est également apte à circuler à l’intérieur du boîtier autour des cellules de stockage électrique. Cependant, il convient de noter que lorsque le fluide diélectrique refroidi est mis en mouvement par la pompe, les cellules de stockage disposées les plus loin de l’arrivée de fluide diélectrique dans le boîtier sont moins bien refroidies par échange de calories avec le fluide diélectrique que les cellules de stockage qui sont situées au plus proche de l’arrivée de fluide diélectrique, de sorte que le refroidissement des composants électriques ou électroniques n’est pas réalisé de façon homogène.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et a pour principal objet un système électronique comprenant des composants électriques et/ ou électroniques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement et un dispositif de régulation thermique des composants électriques et/ou électroniques, le dispositif de régulation thermique comportant un boîtier configuré pour loger les composants électriques et/ ou électroniques qui sont disposés dans le boîtier de sorte à former au moins deux rangées de composants électriques et/ ou électroniques s’étendant le long d’une première direction longitudinale, les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques participant à délimiter entre elles un conduit central s’étendant selon cette première direction longitudinale, le dispositif de régulation étant configuré pour réguler thermiquement ces composants électriques et/ ou électroniques via un fluide diélectrique apte à immerger au moins en partie les composants électriques et/ ou électroniques, caractérisé en ce que le dispositif de régulation thermique comprend au moins un échangeur thermique configuré pour être traversé par le fluide diélectrique et un fluide caloporteur, l’échangeur thermique étant configuré pour projeter le fluide diélectrique au moins à travers le conduit central. Le dispositif de régulation thermique vise à réduire la température de plusieurs composants électriques et/ ou électroniques grâce à la circulation du fluide diélectrique refroidi entre les composants électriques et/ou électroniques. Le fluide diélectrique est par ailleurs refroidi par échange de calories avec le fluide caloporteur au niveau de l’échangeur thermique. On comprend de cela que le fluide diélectrique est refroidi dans l’échangeur thermique par échange de calories avec le fluide caloporteur, puis est dirigé vers les composants électriques et/ou électroniques pour les refroidir à leur tour.
Le fluide diélectrique est dirigé dans le boîtier, après avoir été régulé thermiquement à travers l’échangeur thermique, sous l’effet de l’actionnement d’un organe de pompage, la sortie de l’échangeur thermique étant configurée pour que le fluide diélectrique soit poussé dans un premier temps à travers le conduit central entre les rangées de composants électriques et/ou électroniques. En circulant à travers le conduit central, le fluide diélectrique n’a pour échappatoire possible que les espaces entre deux composants électriques et/ ou électroniques d’une même rangée, en direction de conduits latéraux formés le long des parois latérales du boîtier disposées symétriquement de part et d’autre du conduit central, de sorte que ce fluide peut être réparti de façon homogène entre ces deux rangées de composants électriques et/ou électroniques.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur thermique est rendu solidaire d’une paroi du boîtier au niveau du conduit central formé entre les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques. La paroi du boîtier sur laquelle est fixé l’échangeur thermique est choisie pour que l’échangeur thermique soit agencé à une extrémité longitudinale du conduit central ou bien qu’il soit agencé au milieu du conduit central. Dans ce contexte, l’échangeur thermique est installé dans le conduit central, entre les deux rangées de composants électriques et/ ou électroniques.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, les composants électriques et/ou électroniques sont disposés dans chaque rangée parallèlement les uns aux autres, et plus particulièrement perpendiculairement à la direction longitudinale L du conduit central, deux composants électriques et/ou électroniques voisins d’une même rangée participant à définir un canal de circulation s’étendant sensiblement perpendiculairement au conduit central, c’est- à-dire sensiblement le long de le direction transversale T et reliant le conduit central à un conduit latéral agencé le long d’une paroi du boîtier. Les canaux de circulation s’étendant perpendiculairement au conduit central peuvent présenter tous une même largeur, mesurée entre deux composants électriques et/ou électroniques voisins qui les délimitent.
En d’autres termes, le dispositif de régulation thermique est tel que des canaux de circulation sont disposés régulièrement d’une extrémité longitudinale à l’autre du logement, le fluide diélectrique pouvant de manière régulière rejoindre des conduits latéraux formés entre une rangée de composants électriques et/ou électroniques et la paroi du boîtier en regard, pour circuler à contre-sens par rapport au conduit central formé entre les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques et former une boucle de circulation passant par l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, les composants électriques et/ou électroniques sont disposés dans le boîtier de sorte à former au moins deux alignements de composants électriques et/ou électroniques s’étendant le long d’une deuxième direction transversale perpendiculaire à la première direction longitudinale, l’échangeur thermique étant aligné avec deux composants électriques et/ou électroniques d’un même alignement. En d’autres termes, l’échangeur thermique est disposé, selon une direction perpendiculaire à une direction principale d’allongement du conduit central, entre un premier composant électrique et/ou électronique d’une des deux rangées et un deuxième composant électrique et/ou électronique de l’autre des deux rangées. De la sorte, l’échangeur thermique, et le cas échéant l’organe de pompage, est agencé en travers du logement des composants électriques et/ ou électroniques, au plus près de ceux-ci, sans toutefois être en travers, ou le moins possible d’un canal de circulation de fluide formé entre deux composants électriques et/ ou électroniques voisins.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le boîtier comprend une paroi de fond, des parois latérales s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond et un couvercle s’étendant parallèlement à la paroi de fond, la paroi de fond, les parois latérales et le couvercle participant à délimiter un logement dans lequel sont disposés les composants électriques et/ou électroniques, et l’échangeur thermique, l’échangeur thermique étant disposé à distance des parois latérales disposées perpendiculairement à la direction d’allongement longitudinale du conduit central.
Ainsi, l’échangeur thermique, et le cas échéant l’organe de pompage associé, est alors disposé en travers du conduit central. La distance entre la paroi latérale en regard de la sortie de l’échangeur thermique est ainsi diminuée par rapport à une position dans laquelle l’échangeur thermique est à une extrémité longitudinale du conduit central. La distance à parcourir par le fluide diélectrique pour atteindre cette paroi latérale en regard de la sortie de l’échangeur thermique est ainsi réduite, et notamment divisée par deux si l’échangeur thermique est dans une position centrale. Le nombre de premiers composants électriques et/ ou électroniques le long duquel doit circuler le fluide dans le conduit central dans le sens de circulation de refoulement, à savoir le sens de circulation du fluide diélectrique en sortie de l’échangeur thermique, et le nombre de canaux de circulation dans lesquels le fluide circulant dans le sens de circulation de refoulement pénètre, est ainsi limité et la surface d’échange de chaleur correspondante diminue. On augmente en conséquence le débit de fluide diélectrique circulant en regard de ces premiers composants électriques et/ou électroniques. En fin de la boucle de circulation de fluide, la distance à parcourir par le fluide diélectrique pour rejoindre l’entrée de l’échangeur thermique depuis la paroi latérale en regard de cette entrée est là aussi réduite par rapport à la distance longitudinale totale du conduit central. Le nombre de deuxièmes composants électriques et/ ou électroniques le long duquel doit circuler le fluide dans le conduit central dans le sens de circulation d’aspiration, à savoir le même sens de circulation que celui de refoulement, mais en amont de l’échangeur thermique, et le nombre de canaux de circulation desquels le fluide sort pour prendre le sens de circulation d’aspiration dans le conduit central, est ainsi réduite et la surface d’échange de chaleur correspondante est réduite. On s’assure en conséquence d’un débit important de fluide diélectrique circulant en regard de ces deuxièmes composants électriques et/ou électroniques. Une position de l’échangeur thermique en travers du conduit central permet ainsi d’optimiser le débit de fluide circulant le long des composants électriques et/ou électroniques, c’est-à-dire de limiter la différence entre le débit de fluide diélectrique circulant le long des composants électriques et/ ou électroniques les plus éloignés de l’échangeur thermique et le débit de fluide diélectrique circulant le long des composants électriques et/ ou électroniques les plus proches de l’échangeur thermique, de manière à limiter le différentiel de régulation thermique possible entre deux composants électriques et/ ou électroniques d’une même rangée.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur thermique est installé sensiblement au centre de la paroi de fond du boîtier, ou du couvercle du boîtier. Le boîtier peut prendre avantageusement une forme de parallélépipède rectangle, chacune des parois du boîtier s’étendant en prenant une forme rectangulaire, de sorte que l’échangeur thermique est disposé au centre de l’une des parois du boîtier parmi la paroi de fond ou le couvercle.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, un même nombre de composants électriques et/ ou électroniques et/ ou un même nombre de canaux de circulation est installé de part et d’autre de l’échangeur thermique selon la première direction longitudinale. Autrement dit, un nombre équivalent de composants électriques et/ ou électroniques est disposé dans le boîtier de part et d’autre d’un plan perpendiculaire à la direction principale d’allongement du conduit central et passant par l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le boîtier comprend une paroi de fond, des parois latérales s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond et un couvercle s’étendant parallèlement à la paroi de fond, la paroi de fond, les parois latérales et le couvercle participant à délimiter un logement dans lequel sont disposés les composants électriques et/ou électroniques et l’échangeur thermique, l’échangeur thermique étant disposé sur une paroi latérale perpendiculaire à la direction d’allongement longitudinale du conduit central. En d’autres termes, l’échangeur thermique est disposé à une extrémité longitudinale du conduit central. Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur thermique est disposé à l’intérieur d’un renfoncement formé dans ladite paroi latérale.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur thermique comprend une entrée de fluide diélectrique et une sortie de fluide diélectrique communiquant fluidiquement avec le logement du boîtier, l’échangeur thermique comprenant une entrée de fluide caloporteur et une sortie de fluide caloporteur communiquant fluidiquement avec un système de circulation de fluide caloporteur, un organe de pompage étant disposé au niveau de l’entrée de fluide diélectrique ou au niveau de la sortie de fluide diélectrique.
Selon une caractéristique de l’invention, le système électronique tel qu’il vient d’être précédemment décrit peut prendre la forme d’un système de stockage d’énergie électrique d’un véhicule automobile, dans lequel les composants électriques et/ou électroniques prennent la forme de cellules électrochimiques constitutives de batterie.
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 :
[Fig. î] est une vue générale d’un système de stockage électrique selon l’invention logé au sein d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de régulation thermique et des composants électriques et/ou électroniques ;
[Fig. 2] est une vue générale en perspective d’un boîtier du dispositif de régulation thermique de la figure i comprenant les composant électriques et/ou électroniques ;
[Fig. 3] est une vue selon une coupe longitudinale du dispositif de régulation thermique de la figure 2 dans lequel est logé un échangeur thermique entre le fluide diélectrique et un fluide caloporteur, selon un premier exemple de réalisation de l’invention ;
[Fig. 4] est une vue selon une coupe longitudinale du dispositif de régulation thermique de la figure 2 dans lequel est logé un échangeur thermique entre le fluide diélectrique et un fluide caloporteur, selon un deuxième exemple 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 par rapport 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 et/ 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, les dénominations « longitudinale »,
« transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation d’un système électronique selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction principale d’allongement d’un conduit central du système électronique, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d’un L, V, T illustré sur les figures. Une direction transversale correspond à une direction le long de laquelle s’étend principalement un canal de circulation, cette direction transversale étant parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T et cet axe transversal T étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L. Enfin, une direction verticale correspond à une direction parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T, cet axe vertical V étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L et l’axe transversal T.
Par ailleurs, dans la description détaillée qui va suivre, le dispositif de régulation thermique selon un aspect de l’invention va être décrit en relation avec un système électronique sous forme de 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 et/ ou électroniques équipant d’autres systèmes électroniques et par exemple des serveurs informatiques.
Sur les figures i et 2, un système de stockage électrique î, apte notamment à équiper un véhicule 2 automobile à motorisation électrique ou hybride, est illustré. Un tel système de stockage électrique i est notamment destiné à fournir une énergie électrique au véhicule 2 automobile en vue de son déplacement.
Le système de stockage électrique i comporte un dispositif de régulation thermique 4 configuré pour refroidir ou monter en température chaque composant électrique ou électronique 6 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 4 comprend au moins un boîtier 8 qui est configuré pour recevoir une pluralité desdits composants électriques et/ou électroniques 6, prenant ici la forme d’éléments de batterie 10, et il comprend en outre des moyens de régulation thermique 12 aptes à réguler la température des composants électriques ou électroniques 6 à l’intérieur du boîtier 8. Il convient de noter 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 4 conforme à l’invention.
Le boîtier 8 comprend une pluralité de parois qui définissent à l’intérieur de ce boîtier 8 un logement 14, plus particulièrement visible à la figure 2, qui est configuré pour recevoir au moins les composants électriques et/ou électroniques 6 et les moyens de régulation thermique 12. Les parois définissant le boîtier 8 forment notamment une base 16 et un couvercle 18.
La base 16 comprend une paroi de fond 20 et une pluralité de parois latérales 22. De manière plus précise, la paroi de fond 20 s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale L et transversale T globalement sous la forme d’un quadrilatère, avantageusement rectangulaire, les parois latérales 22 s’étendant quant à elle chacune depuis un côté de la paroi de fond 20 en s’inscrivant dans un plan parallèle aux directions longitudinale L et verticale V. En d’autres termes, les parois latérales 22 s’étendent depuis la paroi de fond 20 perpendiculairement à cette dernière.
Le couvercle 18 présente une forme sensiblement identique à celle de la paroi de fond 20, donc ici sous la forme d’un quadrilatère avantageusement rectangulaire, et est agencé pour recouvrir la base 16 du boîtier 8 et fermer l’ouverture entre les parois latérales 22 par laquelle les composants électriques et/ou électroniques 6 sont placés dans le logement 14. On comprend notamment que le couvercle 18 est disposé en surplomb de la base 16, en contact des bords libres des parois latérales 22, notamment lorsque le système de stockage électrique 1 est monté sur le véhicule 2 automobile.
Par ailleurs, la base 16 et le couvercle 18 sont par ailleurs fixés l’un à l’autre de sorte à rendre hermétique le logement 14 du boîtier 8 de l’environnement extérieur du boîtier 8. On comprend par « hermétique » que la base 16 et le couvercle 18 sont rendus solidaires l’un de l’autre de sorte qu’aucun échange de fluide ne puisse être réalisé entre l’intérieur du logement 14 du boîtier 8 et l’environnement extérieur du boîtier 8 au niveau de l’interaction entre base et couvercle.
Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, qui représente le système de stockage électrique 1 vu selon un plan de coupe P et selon deux exemples de réalisation alternatifs, les composants électriques et/ou électroniques 6 sont disposés dans le logement 14 du boîtier 8 sous forme d’au moins deux rangées, c’est à dire que les composants électriques et/ ou électroniques 6 forment deux ensembles alignés le long d’une direction parallèle à la direction longitudinale L. Une première partie des composants électriques et/ ou électroniques 6 forment un premier ensemble disposé sous la forme d’une première rangée de composants électriques et/ou électroniques 6 s’alignant le long d’une première direction parallèle à la direction longitudinale L, et une deuxième partie des composants électriques et/ ou électroniques 6 forment un deuxième ensemble disposé sous la forme d’une deuxième rangée de composants électriques et/ou électroniques 6 s’alignant le long d’une deuxième direction parallèle à la direction longitudinale L et la première direction. Dans cette configuration, les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques 6 contribuent à délimiter dans le logement 14 un conduit central 28 qui s’étend le long d’une direction principale d’allongement A qui est avantageusement sensiblement parallèle à la direction longitudinale L, ce conduit étant également visible sur la figure 2.
Les composants électriques et/ou électroniques 6 sont disposés dans chaque rangée parallèlement les uns aux autres, et plus particulièrement perpendiculairement à la direction longitudinale L. Deux composants électriques et/ou électroniques 6 voisins d’une même rangée participent à définir un canal de circulation 30 s’étendant sensiblement perpendiculairement au conduit central 28, c’est-à-dire sensiblement le long de le direction transversale T. Ces canaux de circulation 30 s’étendent depuis le conduit central jusqu’à un conduit latéral 31 formé le long de la direction longitudinale L entre une paroi latérale 22 et chacun des composants électriques et/ ou électroniques 6 d’une rangée.
Dans l’exemple illustré, les composants électriques et/ ou électroniques présentent une forme de cellule de section rectangulaire, avec des grands côtés qui s’étendent en regard du composant électrique et/ ou électronique de la rangée qui est directement voisin et des petits côtés qui s’étendent respectivement le long du conduit central 28 et du conduit latéral 31 correspondant. Il convient toutefois de noter que sans sortir du contexte de l’invention, on pourrait prévoir que les composants électriques et/ ou électroniques présentent une forme différente et notamment une forme de cylindre de section circulaire, plusieurs composants électriques et/ou électroniques pouvant dès lors être regroupés en un ensemble présentant une disposition parallèle à d’autres ensembles similaires d’une même rangée.
De plus, au moins un composant électrique et/ou électronique 6 de chaque rangée s’aligne avec un composant électrique et/ou électronique 6 d’une autre rangée sensiblement le long de la direction transversale T. Avantageusement et selon l’exemple illustré sur la figure 3, chaque composant électrique et/ ou électronique 6 d’une des deux rangées s’aligne avec un composant électrique et/ ou électronique 6 de l’autre rangée sensiblement le long d’une direction parallèle à la direction transversale T. On comprend de cela que chaque canal de circulation 30 défini par les composants électriques et/ou électroniques 6 d’une des deux rangées est également aligné transversalement avec l’un des canaux de circulation 30 définis par les composants électriques et/ou électroniques 6 de l’autre rangée, ces deux canaux étant disposés symétriquement de part et d’autre du conduit central 28.
Comme plus particulièrement visible sur les figures 3 et 4, les moyens de régulation thermique 12 comportent notamment un échangeur thermique 24, apte à refroidir un fluide diélectrique destiné à être projeté sur les composants électriques et/ou électroniques, et un organe de pompage 26 du fluide diélectrique forçant la circulation du fluide diélectrique au moins dans l’échangeur thermique 24.
Le fluide diélectrique participe à la régulation thermique des composants électriques et/ou électroniques 6 en échangeant des calories avec lesdits composants électriques et/ ou électroniques 6. Pour cela, le fluide diélectrique est contenu dans le logement 14 du boîtier 8, les composants électriques et/ou électroniques 6 étant au moins en partie immergés dans le fluide diélectrique, permettant ainsi l’échange de calories sur l’ensemble des surfaces externes des composants électriques et/ ou électroniques 6 qui est immergé. Avantageusement, tous les composants électriques et/ ou électroniques 6 sont totalement immergés dans le fluide diélectrique, optimisant ainsi leur régulation thermique par le fluide diélectrique.
Selon l’invention, l’échangeur thermique 24 permet l’échange de calories entre le fluide diélectrique et un fluide caloporteur circulant à travers un circuit de fluide caloporteur non représenté sur les figures. Pour cela et tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, l’échangeur thermique 24 comprend une première passe 32 à travers laquelle peut circuler le fluide diélectrique et une deuxième passe 34 à travers laquelle peut circuler le fluide caloporteur.
La première passe 32 présente une entrée de fluide diélectrique 36 fluidiquement relié au logement 14 dans lequel est contenu le fluide diélectrique et une sortie de fluide diélectrique 38 également fluidiquement relié au logement 14. La deuxième passe 34 est quant à elle constitutive du circuit de fluide caloporteur, par ailleurs externe au système de stockage électrique. L’échange de calories entre le fluide diélectrique et le fluide caloporteur se réalise lorsque lesdits fluides diélectrique et caloporteur circulent respectivement à travers leur passe 32, 34. Par exemple, le fluide diélectrique circulant dans la première passe 32 peut céder des calories au profit du fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 34, la température du fluide diélectrique étant ainsi diminuée par cette perte de calories, ou le fluide diélectrique circulant dans la première passe 32 peut capter des calories cédées par le fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 34, la température du fluide diélectrique étant ainsi augmentée par cet apport en calories. On comprend de ce qui précède que la température du fluide diélectrique est régulée thermiquement au niveau de l’échangeur thermique 24 par le fluide caloporteur, grâce à un échange de calories entre le fluide diélectrique circulant dans la première passe 32 et le fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 34
L’organe de pompage 26 force la circulation du fluide diélectrique au moins à travers l’échangeur thermique 24. Plus précisément, l’organe de pompage 26 force la circulation du fluide diélectrique au moins à travers la première passe 32 de l’échangeur thermique 24.
Avantageusement, l’organe de pompage 26 est configuré pour forcer la circulation du fluide diélectrique d’une part à travers l’échangeur thermique 24, et d’autre part à travers le logement 14. Grâce à l’organe de pompage 26, qui aspire une partie du fluide diélectrique présent dans le logement et qui génère un mouvement du fluide diélectrique dans lequel sont immergés les composants électriques et/ ou électroniques 6, le fluide diélectrique est régulé thermiquement en circulant à travers l’échangeur thermique 24, puis est dirigé dans le logement 14 vers les composants électriques et/ ou électroniques 6, qui sont donc alimentés en fluide diélectrique refroidi et plus apte à assurer leur régulation thermique.
Selon l’exemple illustré sur les figures 3 et 4, l’organe de pompage 26 est préférentiellement disposé au niveau de l’entrée de fluide diélectrique 36 de l’échangeur thermique 24, mais il convient de noter que sans sortir du contexte de l’invention, l’organe de pompage pourrait être disposé au niveau de la sortie de fluide diélectrique 38 et de façon plus générale pourrait être indifféremment disposé dans le logement 14, dès lors qu’il remplit sa fonction de forcer la circulation du fluide diélectrique à travers l’échangeur thermique 24 et le logement 14.
Selon l’invention, l’échangeur thermique 24 est installé dans le logement 14 du boîtier 8 au niveau du conduit central 28 entre les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques 6. Autrement dit, la sortie de fluide diélectrique 38 de l’échangeur thermique 24 est disposée en regard d’au moins une portion du conduit central 28. Le fluide diélectrique régulé thermiquement au niveau de la première passe 32 de l’échangeur thermique 24 et expulsé de l’échangeur thermique 24 au niveau de la sortie de fluide diélectrique 38 circule ensuite dans au moins une portion du conduit central 28.
Tel que cela va être décrit plus en détail ci-après en référence aux exemples de réalisation illustrés sur les figures 3 et 4, l’échangeur thermique 24 peut être installé selon l’invention sur une paroi latérale ou sensiblement au centre du conduit central, étant entendu que dans chacun de ces cas il est installé sensiblement à équidistance des deux alignements de composants électriques et/ou électroniques 6.
Dans chacune de ces configurations, l’organe de pompage 26 et l’échangeur thermique 24 sont configurés pour propulser le fluide diélectrique à travers le conduit central 28 formé entre deux rangées de composants électriques et/ou électroniques 6. Tel qu’illustré schématiquement sur les figures 3 et 4, le fluide diélectrique est propulsé par l’organe de pompage 26 depuis la sortie de fluide diélectrique 38 dans le conduit central 28 le long de la direction principale d’allongement A, l’écoulement du fluide diélectrique dans le conduit central 28 étant représenté par des flèches pleines. Le fluide diélectrique circule dans un premier sens dans le conduit central 28 en sortie de l’échangeur thermique 24 puis dans chacun des canaux de circulation 30 entre les composants électriques et/ ou électroniques 6 avant de revenir en direction de l’échangeur thermique 24 en circulant dans un deuxième sens opposé au premier sens via les conduits latéraux 31
On va maintenant décrire plus particulièrement un premier exemple de réalisation de l’invention, en référence à la figure 3, qui est particulier en ce que l’échangeur thermique 24 prend une position centrale, à distance de chacune des parois latérales, en étant comme précédemment évoqué disposé dans l’axe du conduit central 28.
L’échangeur thermique 24 est ainsi installé sur une paroi distincte des parois latérales, à distance de celles-ci. L’échangeur thermique peut notamment être installé sur la paroi de fond 20 du boîtier 8, et plus particulièrement, être installé au centre de la paroi de fond 20 du boîtier 8. Dans cette configuration, le circuit de fluide caloporteur peut traverser la paroi de fond 20 du boîtier 8 de sorte à pouvoir être relié fluidiquement à la deuxième passe 34 de l’échangeur thermique 24. De manière alternative, l’échangeur thermique 24 peut être installé sur le couvercle 18 du boîtier 8, et plus particulièrement au centre du couvercle 18 du boîtier 8, et le circuit de fluide caloporteur peut traverser le couvercle pour être relié fluidiquement à la deuxième passe 34 de l’échangeur thermique 24. II résulte de cette position centrale que l’échangeur thermique 24 est installé dans le conduit central 28 délimité par les composants électriques et/ou électroniques 6. Dès lors, l’échangeur thermique 24 divise en une première portion 28a et en une deuxième portion 28b le conduit central 28, l’entrée de fluide diélectrique 36 étant disposée en regard de la première portion 28a du conduit central 28, la sortie de fluide diélectrique 38 étant disposée en regard de la deuxième portion 28b du conduit central 28.
Avantageusement, l’échangeur thermique 24 est disposé entre un premier composant électrique et/ou électronique 6 d’une des deux rangées et un deuxième composant électrique et/ou électronique 6 de l’autre des deux rangées. En d’autres termes, l’échangeur thermique 24 est aligné avec deux composants électriques et/ou électroniques 6 d’une rangée respective. Cet alignement de l’échangeur thermique 24 avec deux composants électriques et/ ou électroniques 6 le long d’une direction perpendiculaire à la direction principale d’allongement A du conduit central 28 permet de s’assurer que l’ensemble des canaux de circulation 30 est dégagé pour faciliter la circulation de fluide diélectrique.
Dans cette configuration, la sortie de fluide diélectrique 38 est en regard de deux canaux de circulation 30 disposés symétriquement de part et d’autre du conduit central 28 et respectivement délimités par deux composants électriques et/ou électroniques 6 d’une même rangée. Le fluide diélectrique régulé thermiquement dans l’échangeur thermique 24 et dirigé dans le logement au niveau de la sortie de fluide diélectrique 38 est scindé en une première portion qui circule principalement dans le conduit central 28, et en une deuxième et une troisième portion qui circulent respectivement dans les canaux de circulation en regard de la sortie de fluide diélectrique 38, la première portion du fluide diélectrique étant plus importante que les deuxième et troisième portions du fait de la section de passage de fluide plus importante du conduit central que celle des canaux de circulation 30. Au fur et à mesure de la circulation du fluide diélectrique dans le conduit central, dans un sens de circulation à l’opposé de l’échangeur thermique 24, une portion de fluide diélectrique est déviée latéralement à travers un canal de circulation pour circuler entre deux composants électriques et/ ou électroniques.
Tel qu’illustré sur les figures, le fluide circulant dans les canaux de circulation 30 en provenance de la deuxième portion 28b du conduit central débouche ensuite dans les conduits latéraux 31 le long des parois latérales 22 du boîtier 8 avant de revenir dans la première portion 28a du conduit central via d’autres canaux de circulation.
Lorsque le fluide diélectrique circule à travers le conduit central 28, les canaux de circulation 30 et le long des parois transversales 22 du boîtier 8, ledit fluide diélectrique longe les surfaces externes des composants électriques et/ou électroniques 6 entraînant un échange thermique entre le fluide diélectrique et les composants électriques et/ou électroniques 6.
Dans l’exemple illustré de la figure 3, l’échangeur thermique est disposé au centre du logement 14, en étant à équidistance des parois latérales opposées selon la direction longitudinale. Dans cette configuration, un même nombre de composants électriques et/ ou électroniques 6 est disposé dans le boîtier 8 longitudinalement de part et d’autre de l’échangeur thermique 24, ou plus particulièrement de part et d’autre d’un plan perpendiculaire à la direction principale d’allongement A du conduit central 28 et passant par l’échangeur thermique 24. De manière analogue, un même nombre de canaux de circulation 30 est disposé dans le boîtier 8 longitudinalement de part et d’autre de l’échangeur thermique 24, ou plus particulièrement de part et d’autre d’un plan perpendiculaire à la direction principale d’allongement A du conduit central 28 et passant par l’échangeur thermique 24.
Selon l’exemple illustré ici, six composants électriques et/ou électroniques 6 et huit canaux de circulation 30 sont situés de part et d’autre de l’échangeur thermique 24. En d’autres termes, six composants électriques et/ ou électroniques 6 et huit canaux de circulation 30 participent à définir la première portion 28a du conduit central 28 tandis que six autres composants électriques et/ou électroniques 6 et huit canaux de circulation 30 participent à définir la deuxième portion 28b du conduit central 28. Tel qu’évoqué, l’invention permet une régulation thermique homogène entre les rangées de composants électriques et/ou électroniques 6 du fait de la position de l’échangeur thermique dans l’alignement du conduit central 28, et plus particulièrement du fait de l’agencement de la sortie de fluide diélectrique de l’échangeur thermique dans l’alignement du conduit central. La configuration particulière avec un échangeur thermique disposé au centre, ou de manière plus générale avec un échangeur thermique disposé à distance des parois latérales disposées perpendiculairement au conduit central, permet de diminuer la distance entre l’échangeur thermique et les composants électriques et/ou électroniques les plus éloignés de cet échangeur thermique, et donc de faire circuler un fluide diélectrique à plus haut débit le long de ces composants électriques et/ou électroniques les plus éloignés.
En d’autres termes, le débit de fluide diélectrique au sein des canaux de circulation 30 tend à diminuer au fur et à mesure de l’éloignement des canaux de circulation 30 par rapport à l’échangeur thermique 24 et le premier exemple de réalisation vise à diminuer l’éloignement maximal entre un canal de circulation 30 et l’échangeur thermique 24.
A titre d’exemple, pour illustrer l’intérêt d’une telle position centrale de l’échangeur thermique, il convient de noter que, du côté de la deuxième portion 28b du conduit central 28, le débit de fluide diélectrique circulant dans le canal de circulation 30 le plus éloigné de l’échangeur thermique est d’une valeur inférieure de l’ordre de 10% par rapport au débit de fluide diélectrique circulant dans le canal de circulation 30 le plus proche de l’échangeur thermique, alors que dans le cas où l’échangeur thermique est disposé à une extrémité du conduit central, le débit de fluide diélectrique circulant dans le canal de circulation 30 le plus éloigné de l’échangeur thermique est d’une valeur inférieure de l’ordre de 30% par rapport au débit de fluide diélectrique circulant dans le canal de circulation 30 le plus proche de l’échangeur thermique.
On va maintenant décrire plus particulièrement un deuxième exemple de réalisation de l’invention, en référence à la figure 4, qui est particulier en ce que l’échangeur thermique 24, toujours disposé dans l’axe du conduit central 28 conformément à l’invention, est ici disposé au voisinage d’une des parois latérales. L’échangeur thermique 24 est logé à l’intérieur du boîtier en regard d’une paroi latérale perpendiculaire à la direction longitudinale du conduit, et notamment à l’intérieur d’un renfoncement 25 formé dans cette paroi latérale. Une paroi de compartimentation peut être prévue pour fermer ce renfoncement et permettre que l’échangeur thermique soit au sec, c’est-à-dire non au contact du fluide diélectrique présent dans le logement, ou bien le renfoncement peut être rempli de fluide diélectrique avec l’échangeur thermique qui est immergé, étant entendu que cet échangeur thermique est étanche à toute entrée de fluide diélectrique autre part qu’à l’entrée de fluide diélectrique 36.
Ce deuxième exemple de réalisation permet de ne pas diminuer la place disponible pour les composants électriques et/ ou électroniques 6 au sein du logement à l’intérieur du boîtier 8, tout en s’assurant que le fluide diélectrique en sortie de l’échangeur thermique soit dirigé au centre de deux rangées de composants électriques et/ou électroniques, pour participer à un refroidissement de ces composants qui soit homogène d’une rangée à l’autre.
Il résulte de ce qui précède, et notamment de la description détaillée de deux exemples de réalisation, que l’invention parvient à atteindre le but qu’elle s’est fixée, à savoir réaliser une régulation thermique homogène des composants électriques et/ou électroniques 6, que ce soit d’une rangée à l’autre ou bien au sein même de chaque rangée de ces composants.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système électronique (1) comprenant des composants électriques et/ou électroniques (6) susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement et un dispositif de régulation thermique (4) des composants électriques et/ou électroniques (6), le dispositif de régulation thermique (4) comportant un boîtier (8) configuré pour loger les composants électriques et/ ou électroniques (6) qui sont disposés dans le boîtier (8) de sorte à former au moins deux rangées de composants électriques et/ ou électroniques (6) s’étendant le long d’une première direction longitudinale (L), les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques (6) participant à délimiter entre elles un conduit central (28) s’étendant selon cette première direction longitudinale (L), le dispositif de régulation thermique (4) étant configuré pour réguler thermiquement ces composants électriques et/ ou électroniques (6) via un fluide diélectrique apte à immerger au moins en partie les composants électriques et/ou électroniques (6), caractérisé en ce que le dispositif de régulation thermique (4) comprend au moins un échangeur thermique (24) configuré pour être traversé par le fluide diélectrique et un fluide caloporteur, l’échangeur thermique (24) étant configuré pour projeter le fluide diélectrique au moins à travers le conduit central (28).
2. Système électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’échangeur thermique (24) est rendu solidaire d’une paroi du boîtier (8) au niveau du conduit central (28) formé entre les deux rangées de composants électriques et/ou électroniques (6).
3. Système électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les composants électriques et/ou électroniques (6) sont disposés dans chaque rangée parallèlement les uns aux autres, et plus particulièrement perpendiculairement à la direction longitudinale L du conduit central (28), deux composants électriques et/ou électroniques (6) voisins d’une même rangée participant à définir un canal de circulation (30) s’étendant sensiblement perpendiculairement au conduit central (28) et reliant le conduit central (28) à un conduit latéral (31) agencé le long d’une paroi du boîtier.
4. Système électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les composants électriques et/ou électroniques (6) sont disposés dans le boîtier de sorte à former au moins deux alignements de composants électriques et/ ou électroniques (6) s’étendant le long d’une deuxième direction transversale (T) perpendiculaire à la première direction longitudinale (L), l’échangeur thermique (24) étant aligné avec deux composants électriques et/ou électroniques (6) d’un même alignement.
5. Système électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (8) comprend une paroi de fond (20), des parois latérales (22) s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond (20) et un couvercle (18) s’étendant parallèlement à la paroi de fond (20), la paroi de fond (20), les parois latérales (22) et le couvercle (18) participant à délimiter un logement (14) dans lequel sont disposés les composants électriques et/ou électroniques (6) et l’échangeur thermique (24), l’échangeur thermique (24) étant disposé à distance des parois latérales disposées perpendiculairement au conduit central (28).
6. Système électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’échangeur thermique (24) est installé sensiblement au centre de la paroi de fond (20) ou du couvercle (18) du boîtier (8).
7. Système électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le cas échéant en combinaison avec la revendication 3, dans lequel un même nombre de composants électriques et/ou électroniques (6) et/ou un même nombre de canaux de circulation (30) est installé de part et d’autre de l’échangeur thermique (24) selon la première direction longitudinale (L).
8. Système électronique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le boîtier (8) comprend une paroi de fond (20), des parois latérales (22) s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond (20) et un couvercle (18) s’étendant parallèlement à la paroi de fond (20), la paroi de fond (20), les parois latérales (22) et le couvercle (18) participant à délimiter un logement (14) dans lequel sont disposés les composants électriques et/ ou électroniques (6) et l’échangeur thermique (24), l’échangeur thermique (24) étant disposé sur une paroi latérale (22) perpendiculaire à la direction d’allongement longitudinale du conduit central (28).
9. Système électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’échangeur thermique (24) est disposé à l’intérieur d’un renfoncement (25) formé dans ladite paroi latérale (22).
10. Système électronique (1) selon l’une des revendications précédentes et prenant la forme d’un système de stockage d’énergie électrique d’un véhicule automobile, dans lequel les composants électriques et/ ou électroniques (6) prennent la forme de cellules électrochimiques constitutives de batterie.
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