EP3881390A1 - Dispositif de traitement thermique d'un élément électrique susceptible de chauffer et procédé mettant en ouvre le dispositif de traitement thermique - Google Patents

Dispositif de traitement thermique d'un élément électrique susceptible de chauffer et procédé mettant en ouvre le dispositif de traitement thermique

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Publication number
EP3881390A1
EP3881390A1 EP19794604.9A EP19794604A EP3881390A1 EP 3881390 A1 EP3881390 A1 EP 3881390A1 EP 19794604 A EP19794604 A EP 19794604A EP 3881390 A1 EP3881390 A1 EP 3881390A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
heat treatment
treatment device
chamber
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19794604.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Kamel Azzouz
Imad CHELALI
Amrid MAMMERI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
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    • H—ELECTRICITY
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    • F28D1/035—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other with U-flow or serpentine-flow inside the conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention is in the field of devices for cooling electrical elements capable of heating, and relates more particularly to heat treatment devices of electric storage systems of motor vehicles.
  • cooling / heating devices make it possible to decrease or increase, as the case may be, the temperature of a set of batteries.
  • cooling / heating devices for electric batteries use cooling exchangers. These batteries are cooled by a cold plate inside which circulates a coolant.
  • the cooling exchangers lead to non-homogeneous cooling of the batteries of all of the batteries, thereby causing a reduction in the life of said batteries as well as in their performance.
  • Document FR3037727 is particularly known, in which a device for cooling batteries of electric or hybrid cars is disclosed. More particularly, this document relates to a device for cooling the cells of the batteries of the Ion-Lithium type battery pack. It includes a hermetically sealed housing in which a two-phase fluid and an air layer circulates. The electrical storage cells are partially immersed in the two-phase fluid, so that the heat exchange between the cells and the two-phase fluid is ensured. Thus, the cooling of the batteries is carried out by immersion of the battery cells in said fluid.
  • the two-phase liquid reserve consists of a tank located outside the housing and connected to said housing to allow circulation of the two-phase fluid.
  • the invention aims to improve the cooling of a set of batteries by overcoming the above-mentioned problems of the prior art, by proposing a heat treatment device which cools and with good temperature uniformity of the electrical element. treated, thus optimizing the life as well as the performance of such an electrical element, in particular of an electrical storage device for a motor vehicle.
  • the invention also provides an electrical device composed of a housing, a plurality of electrical elements capable of heating and a thermal treatment device according to the first object of the invention.
  • the invention finally relates to a method of cooling a plurality of electrical elements capable of heating and of a device according to the second object of the invention.
  • the subject of the present invention is a device for heat treatment of at least one electrical element placed in a chamber and capable of heating, the device for heat treatment comprising at least a first circuit configured to be traversed by a heat transfer fluid and at least one second circuit configured to be traversed by a dielectric fluid sprayed into the chamber.
  • the first circuit and the second circuit are at least partially delimited by a face arranged opposite the chamber.
  • the heat treatment device allows the condensation of said dielectric fluid after spraying and evaporation. So the processing device thermal has a double function, the spraying of the dielectric fluid and its condensation.
  • the heat treatment device is intended to close a housing composed of at least three side walls and a bottom wall.
  • the heat treatment device defines, with the housing, a chamber in which is housed at least one electrical element capable of heating.
  • This electrical element can, for example, correspond to at least one electrical storage cell.
  • the heat treatment device comprises a circuit in which a heat transfer fluid flows. This heat transfer fluid makes it possible to cool the dielectric fluid by contact, so that the latter condenses.
  • the heat treatment device has a second circuit. In this second circuit a dielectric fluid flows. The second circuit allows the spraying of the dielectric fluid within the chamber.
  • the second circuit is arranged on one side of the heat treatment device, so that once said heat treatment device is placed in position on the housing, said second circuit is oriented towards the chamber.
  • the heat treatment device comprises at least one plate provided with at least one cavity which constitutes at least one part of the first circuit and at least one cell which at least partially delimits the second circuit.
  • This plate provided with two large parallel faces, or substantially parallel, called upper face and lower face.
  • the first circuit leads to the upper face of the plate while the second circuit leads to the lower face of the plate.
  • the first circuit consists of at least one cavity extending in the thickness of the plate. This cavity is angular and extends over the entire upper face of the plate.
  • the second circuit consists of at least one cell, advantageously but not limited to, three cells formed in the thickness of the plate. These cells are oblong and deploy at least two by two in parallel. Advantageously also, these cells are juxtaposed with that of the first circuit.
  • the face disposed opposite the chamber is at least partly formed by the plate.
  • the plate is placed in fields on an edge of the side walls delimiting the chamber, the opposite face of the chamber being the face comprising the second circuit of the plate.
  • the heat treatment device comprises an alternation of branches of the cavity and of the cell disposed in a main plane of the plate.
  • the main plane of the plate is the longitudinal and transverse plane in which the plate of the heat treatment device mainly extends.
  • the first angular circuit extends on the upper face of the plate, in the longitudinal plane.
  • This first circuit comprises a plurality of branches.
  • the second circuit extends on the underside of the plate, in the longitudinal plane.
  • This circuit includes a cell.
  • the branches of the cavity of the first circuit and the cells of the second circuit are juxtaposed with each other and intertwined to be alternating.
  • at least one plane passes through at least the cavity and through at least the alveolus.
  • the cavity forming the first circuit and at least one of the cells forming the second circuit have a common plane.
  • the cavity of the first circuit and the cell of the second circuit intersect in this common plane. Seen in the main plane of the plate and along a transverse direction perpendicular to the longitudinal axis, a branch of the first circuit, then a cavity of the second circuit, then another branch of the first circuit, then a cell of the second circuit , then another branch of the first circuit and finally a third cell of the second circuit.
  • the heat treatment device comprises at least one cover, the cover and the plate delimiting the first circuit.
  • This cover is advantageously of the same dimensions as those of the plate.
  • the latter is arranged on the upper face of the plate, so as to cover the plate and the branches of the first circuit. Thus, it allows the closure of said first circuit, and ensures its sealing.
  • this cover includes a channel, which follows the path of the first circuit.
  • This channel makes it possible, once the cover is placed in position on the plate, to delimit the first circuit on the plate.
  • the branches combined with the channel constitute the passage of the heat transfer fluid in the first circuit.
  • the heat treatment device comprises a closure cover, the closure cover and the plate delimiting at least part of the second circuit.
  • the closure cover can form the underside of the plate which faces the chamber.
  • the closure cover consists of a strip inserted in the cavity forming the second circuit.
  • Such a strip is advantageously rectilinear.
  • This strip can be provided with at least one ear allowing it to be fixed to the plate of the heat treatment device.
  • the strip is provided with four ears, arranged in pairs at each end of the strip. The ears then comprise at least one orifice allowing attachment to the plate.
  • Each closure cover is provided with at least one bore allowing the passage of a spraying means.
  • This spraying means can in particular correspond to a nozzle.
  • the closure cover comprises four bores allowing the passage of four nozzles.
  • the closure cover includes an orifice allowing the entry of the dielectric fluid into the second circuit.
  • the face disposed opposite the chamber is at least partially formed by at least the closure cover.
  • the closing cover housed in the cell delimits, with the plate, the second circuit.
  • the closure cover which forms part of the underside of the plate, is also arranged opposite the room.
  • the plate and the closure cover constitutes at least in part the face disposed opposite the chamber.
  • the heat treatment device comprises an inlet for the heat transfer fluid and an outlet for the heat transfer fluid, both in communication with the first circuit.
  • the heat treatment device formed by the plate is provided at one longitudinal end of the plate of the inlet port of the heat transfer fluid.
  • This inlet has a bore extending into the edge of the plate. This bore allows the fluid to pass through the thickness of the plate.
  • the bore extends from the edge of the plate to the cavity forming at least part of the first circuit.
  • the bore allows the reception of the heat transfer fluid in the plate of the heat treatment device and its routing to the cavity forming at least partially this first circuit.
  • the plate includes an outlet for the heat transfer fluid from the first circuit.
  • This outlet has a bore extending into the edge of the plate, at the longitudinal end of the plate which already receives the inlet. This bore is in communication with the cavity of the first circuit of the plate. It allows the passage of the fluid in this edge of the plate, from the first circuit to the outside of the plate.
  • the heat treatment device comprises at least one spraying means which communicates with the second circuit, the spraying means being configured to spray the dielectric fluid in the chamber.
  • the spraying means is a nozzle allowing the spraying of the dielectric fluid inside the chamber, in which the electrical storage cells are arranged.
  • the spraying of the dielectric fluid by means of the nozzle allows cooling of the battery cells, by vaporization of the dielectric fluid in contact with the external walls of the electrical storage cells.
  • the nozzle is in fluid communication with the second circuit of the heat treatment device, by being fixed directly on the plate or on the closure cover of the second circuit.
  • the dielectric fluid flowing in said second circuit is therefore sprayed, via the nozzles, into the chamber.
  • these nozzles can be configured to generate a misting of the dielectric fluid.
  • the heat treatment device comprises an inlet opening for the dielectric fluid which communicates with the second circuit, the spraying means forming an outlet opening for the dielectric fluid.
  • the entry opening is made in the closing cover which delimits the second circuit.
  • the spraying means formed for example by one or more nozzles, allows the spraying of the dielectric fluid traveling in the second circuit on the electrical storage cells housed in the chamber.
  • this or these nozzles form an outlet opening for the dielectric fluid of the second circuit constituting the heat treatment device.
  • the invention also relates to an electrical storage device comprising a housing, a plurality of electrical storage cells and a heat treatment device according to one of the preceding characteristics, the housing and the heat treatment device defining a chamber in which is housed the electrical element capable of heating.
  • the electrical storage device comprises a housing formed by at least three side walls and a bottom wall.
  • the bottom wall extends perpendicular to the side walls, starting from a first end of the latter.
  • the chamber is delimited by these side walls and this bottom wall of the housing. Said chamber houses the electrical storage cells.
  • the heat treatment device in particular the plate, extends to rest on a free edge of the side walls of the housing. The plate thus placed tightly closes the chamber.
  • a bottom wall of the housing forms a reserve of dielectric fluid.
  • the dielectric fluid has condensed by the plate, in particular by means of the first circuit, it falls by gravity to the bottom of the housing and the bottom wall then forms a reserve of the dielectric fluid.
  • the dielectric fluid is sprayed on the electrical storage cells contained in the chamber of the heat treatment device. After the spraying, the dielectric fluid can evaporate on contact with the electrical storage cells, then condense on contact with the face of the plate facing the chamber, and finally accumulate in the liquid state on the bottom wall of the housing .
  • the heat treatment device is configured to spray the dielectric fluid in the chamber and to condense this same dielectric fluid in the chamber.
  • the invention also relates to a method of cooling a plurality of electrical storage cells of an electrical storage device which comprises the preceding characteristics, comprising a step of spraying the dielectric fluid towards the electrical storage cells, a step evaporation of the dielectric fluid in contact with the electrical storage cells and a step of condensation of the dielectric fluid in contact with the face disposed opposite the chamber.
  • the objective of the cooling process is to cool the electrical storage cells of the electrical storage device by a closed circuit internal to the chamber and whose state of the dielectric fluid changes.
  • This process includes several steps, including a step of spraying the dielectric fluid on the electrical storage cells. As these cells are hot, the dielectric fluid, on contact with them, evaporates and rises to the underside of the plate which is opposite the chamber of the heat treatment device. Then, in contact with this face, the dielectric fluid condenses, to be sprayed again on the electrical storage cells, then forming a cooling cycle with two changes of state.
  • FIGURE 1 illustrates a perspective representation of an electrical storage device according to the invention, comprising a box seen in section making it possible to make the electrical storage cells visible;
  • FIGURE 2 illustrates a top view of the heat treatment device according to the invention;
  • FIGURE 3 illustrates a bottom view of the heat treatment device according to the invention
  • FIGURE 4 illustrates a perspective representation of a sectional view of the heat treatment device according to the invention
  • FIGURE 5 illustrates a perspective representation of a sectional view of the heat treatment device according to the invention provided with its plate and its cover;
  • FIGURE 6 illustrates a perspective representation of a sectional view of the heat treatment device according to the invention provided with its plate and closing covers;
  • FIGURE 7 illustrates a perspective representation of the electrical storage device comprising the housing and the heat treatment device according to the invention.
  • the invention relates to an electrical storage device 100.
  • This electrical storage device 100 comprises a housing no.
  • the housing no comprises at least three lateral walls ni and a bottom wall 112.
  • the housing 110 comprises four lateral walls 111, two by two parallel.
  • the bottom wall 112 extends perpendicular to the side walls 111, from one of their edges.
  • a heat treatment device 200 is placed in abutment against a free edge of the side walls 111 of the housing 110.
  • the heat treatment device 200, the side walls 111 and the bottom wall 112 of the housing 110 together define a chamber 120.
  • the volume internal of this chamber 120 can be sealed with respect to the environment external to the housing 110.
  • At least one electrical storage cell 130 is housed in this chamber 120.
  • this chamber 120 According to the example illustrated in FIG. 1, there are provided a plurality of electrical storage cells 130 aligned one next to the other, these electrical storage cells 130 having peripheral walls which extend perpendicular to the heat treatment device 200, and two end walls which extend parallel to the heat treatment device 200.
  • FIG. 1 illustrates a partial sectional view of the housing 110 in which the electrical storage cells 130 are housed and on which the heat treatment device 200 is disposed.
  • the partial sectional view of the housing 110 makes it possible to make the chamber 120 visible formed by the side walls 111, the bottom wall 112 and the heat treatment device 200, as well as the electrical storage cells 130.
  • twelve electrical storage cells 130 are juxtaposed one on the other. to the others and arranged in the chamber 120 of the housing 110.
  • the electrical storage cells 130 are generally centered in the housing 110 relative to the heat treatment device 200.
  • the bottom wall 112 of the housing 110 forms at least partly a reservoir which extends over the main plane of this bottom wall 112.
  • the main plane of the wall of bottom 112 corresponds to a plane in which this bottom wall 112 mainly extends.
  • the bottom wall 112 forms a reserve, configured to receive a dielectric fluid.
  • the invention also relates to a heat treatment device 200 of at least one electrical element capable of heating.
  • the electric element capable of heating is the electric storage cell or cells 130, but the invention extends to the cooling of all electric components, in particular a component which participates in the electric traction chain d '' a vehicle such as a power electronic unit, an electrical converter, an electrical harness, etc.
  • the heat treatment device 200 comprises at least one plate 230.
  • This plate 230 extends longitudinally between a first longitudinal end (233) and a second longitudinal end (234).
  • the plate 230 is rectangular in shape and extends mainly in a plane which fits in a longitudinal direction L and in a transverse direction T.
  • the plate 230 has an upper face 231 oriented towards the outside of the housing 110.
  • the plate 230 also includes a lower face 232 visible in FIG. 3, oriented towards the chamber 120, once the plate 230 is supported on the edges of the side walls 111 of the housing 110.
  • the heat treatment device 200 has a first circuit 210.
  • This first circuit 210 is configured to be traversed by a heat transfer fluid.
  • the first circuit 210 comprises at least one cavity 211. This cavity 211 extends over the upper face 231 of the plate 230, in its thickness. This first circuit 210 is advantageously angular and extends over all or part of the plate 230, forming a serpentine with several branches (2110).
  • the heat treatment device 200 and more particularly the plate 230 at its upper face 231, has an inlet orifice 213 for the heat transfer fluid.
  • This inlet orifice 213 is disposed on a longitudinal end 233 of the plate 230 forming a longitudinal end of the plate 230.
  • This inlet orifice 213 and consists of a bore made in the thickness of the plate 230 and allowing the heat transfer fluid to be conveyed to the first circuit 210.
  • the inlet orifice 213 communicates with the cavity 211 of the first circuit 210.
  • the heat treatment device 200 and more particularly the plate 230 at its upper face 231, has an outlet orifice 214 for the heat transfer fluid.
  • This outlet orifice 214 is disposed, according to the example illustrated here, on the first longitudinal end 233 of the plate 230.
  • the outlet orifice 214 consists of a bore made in the thickness of the plate 230 and allows the outlet of the heat transfer fluid outside the first circuit 210. Thus, the outlet orifice 214 communicates with the cavity 211 of the first circuit 210.
  • the first circuit 210 thus makes it possible to cool the plate 230, and therefore to keep the face (232) of the plate 230 facing the chamber at a temperature below a condensation temperature of the dielectric fluid, which guarantees that at its contact, this dielectric fluid passes to the liquid state.
  • the heat treatment device 200 comprises a second circuit 220.
  • This second circuit 220 is configured to be traversed by the dielectric fluid.
  • FIG. 3 shows the heat treatment device 200 from a point of view opposite that of FIG. 2. The face (232) facing the chamber is therefore clearly visible.
  • the second circuit 220 includes at least one cell 221.
  • This cell 221 extends in the thickness of the plate 230 and opens onto the underside 232 thereof.
  • the lower face 232 is here the face which is opposite the chamber.
  • This second circuit 220 advantageously, but is not limited to, three cells 221. These cells 221 extend longitudinally, over all or part of the length of the plate 230.
  • the cells 221 are placed equidistant from each other and substantially centered in the transverse dimension T of the plate 230.
  • Each cell 221 is closed by a closing cover 222, which for example takes the form of a straight strip.
  • the closing cover 222 of the second circuit 220 is housed in the cell 221.
  • the cells 221 are in the form of longitudinal openings having at least one clearance configured for fixing a closure cover 222.
  • each cell 221 has four clearances allowing the fixing of the closing cover 222.
  • the closing cover 222 consists of a strip having fixing ears (2220) to the cell 221 of the second circuit 220.
  • each closing cover 222 comprises four fixing ears (2220).
  • the closure cover 222 is configured to position itself in the cell 221 of the second circuit 220, in a sealed manner so that the dielectric fluid which circulates in the second circuit 220 is channeled to a particular outlet.
  • the closure hood 222 has on its periphery a seal allowing, when it is positioned in the cavity 221, the sealing of the second circuit 220 relative to the plate 230.
  • the closure hood 222 thus that the plate 230 in which the cell 221 extends, thus delimit the second circuit 220 of the heat treatment device 200.
  • the second circuit 220 extends so as to be in contact with the lower face 232 of the plate 230.
  • the lower face 232 of the plate 230 which is arranged facing the chamber 120, is at least partly formed by said closure cover 222, then housed in the cell 221 concerned.
  • the underside 232 of the plate 230 as well as the closure cover 222 form the face disposed opposite the chamber 120.
  • the heat treatment device 200 comprises at least one spraying means 240.
  • This spraying means 240 advantageously consists of a nozzle.
  • This spraying means 240 communicates fluidly with the second circuit 220.
  • the spraying means 240 is configured to spray or mist the dielectric fluid in the chamber 120.
  • the spraying means 240 is machined in the closure cover 222, which then has an opening allowing the passage of the dielectric fluid through the closure cover 222 so that it can be sprayed in room 120.
  • the spraying means 240 is attached to the closure cover 222, which then comprises a thread into which is screwed a nozzle head so that the dielectric fluid can be sprayed into the chamber 120
  • the spraying means 240 is machined in the plate 230, the latter then not comprising a closing cover to delimit the second circuit 220. In such a configuration, the spraying means 240 communicates with the second circuit 220 by passing through the face 232 opposite the chamber so as to be able to be supplied with dielectric fluid and then spray it into the chamber 120 thereafter.
  • spraying means 240 combined with spraying means 240 added to the plate 230 and / or to the closure cover 222.
  • This spraying means 240 allowing the dielectric fluid from the second circuit 220 to be conveyed to the chamber 120 of the electrical storage device 100, then constitutes an outlet for the dielectric fluid 223 from the second circuit 220.
  • the second circuit 220 comprises a plurality of spraying means 240 arranged over all or part of the length of the second circuit 220.
  • the heat treatment device 200 comprises an inlet opening 224 for the dielectric fluid.
  • This inlet opening 224 communicates with the second circuit 220 in order to allow the routing of the dielectric fluid towards the cell 221 of the second circuit 220.
  • This inlet opening 224 consists of an orifice located at a longitudinal end of the second circuit 220 .
  • each closing cover 222 comprises an inlet opening 224 for the dielectric fluid, the inlet openings 224 being arranged along the second longitudinal end 234 of the plate 230 opposite the first longitudinal end 233 to which receives the inlet orifice 213 and the outlet orifice 214 of the first circuit.
  • the plate 230 of the heat treatment device 200 comprises an alternation of the cavity 211 and of cells 221 organized along the transverse dimension T, in a main plane P of the plate 230.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the plate 230 of the heat treatment device 200, devoid of its cover and its closing covers.
  • the cavity 211 of the first circuit 210 is juxtaposed with the cell 221 of the second circuit 220, the branches of the cavity 211 alternating with the cells 221, each opening respectively on the upper face 231 and on the lower face 232 of the plate 230.
  • At least one plane P ′ passes through at least the cavity 211 and through at least one cell 221.
  • the cavity 211 and the cell 221 thus have a common plane P ’.
  • this plane P ' passes through all of the branches (2110) which form the cavity 211 of the first circuit 210, as well as through all of the cells 221 of the second circuit 220.
  • a cover 212 is advantageously disposed on the upper face 231 of the plate 230.
  • the cover 212 follows the shape of the plate 230 and has along the cavity 211 forming the first circuit 210 at least a channel 2120. This channel 2120 in collaboration with the cavity 211 formed in the plate 230 makes it possible to delimit the first circuit 210.
  • the channel 2120 of the cover 212 is obtained by deformation of the material of the cover 212, for example following a stamping operation on the cover 212.
  • the cover 212 of the first circuit 210 comprises on all or part of its periphery holes 2121 intended to receive fixing means, allowing the cover 212 and the plate 230 of the heat treatment device 200 to be held in position on the housing.
  • the closing cover 222 is housed in the cells 221 of the second circuit 220.
  • the closing cover 222 and the cells 221 define the second circuit 220.
  • the cross-sectional view of the heat treatment device 200 provided with its plate 230 and two closing covers 222 housed in two cells 221 of the second circuit 220 makes it possible to illustrate the passage of the dielectric fluid.
  • the heat treatment device 200 on which the cover 212 is supported and in which the closing covers 222 of the second circuit 220 are housed is disposed on a docking edge 113 of the housing 110, as visible in FIG. 7.
  • the invention also relates to a method of cooling an electrical element capable of heating, such as for example a plurality of electrical storage cells 130.
  • This cooling method comprises a step of spraying the dielectric fluid towards the electrical storage cells 130 housed in the chamber 120, then a step of evaporation of the dielectric fluid in contact with the electrical storage cells 130 and a step of condensing the dielectric fluid. in contact with the face 232 disposed opposite the chamber 120.
  • This process can be completed by a step of accumulation of the dielectric fluid in the liquid state on the bottom wall 112 of the housing 110, and a step of pumping this dielectric fluid to send it into the second circuit 220, so that it is sprayed again.
  • the dielectric fluid is sucked up by a pump advantageously housed in the electrical storage device 100.
  • the dielectric fluid is then conveyed from the pump to the plate 230 of the heat treatment device 200.
  • the dielectric fluid enters the second circuit 220 by the inlet opening 224 of the second circuit 220, to flow between the cell 221 and the closure cover 222 housed in this cell 221.
  • the dielectric fluid then passes through the spraying means 240 to be sprayed or misted within the chamber 120 of the electrical storage device 100.
  • the chamber 120 of the electrical storage device 100 houses the electrical storage cells 130 with which the sprayed dielectric fluid comes into contact.
  • the electrical storage cells 130 being at a temperature higher than the evaporation temperature of the dielectric fluid, this dielectric fluid evaporates while recovering by change of state the calories of the electrical storage cells 130.
  • the dielectric fluid in the gaseous state then comes into contact with at least part of the lower face 232 of the plate 230 of the heat treatment device 200. In contact with this face, the temperature of which is lower than the condensation temperature of the dielectric fluid, the gas formed by the dielectric fluid condenses.
  • the plate 230 of the heat treatment device 200 has a dual functionality, by comprising both a means 240 for spraying the dielectric fluid and a means for condensing this same dielectric fluid.
  • the heat transfer fluid may consist of a heat transfer liquid of the brine type. It can also consist of a refrigerant.
  • the dielectric fluid it is a fluorine-based fluid whose evaporation temperature at atmospheric pressure is greater than 32, 33 or 34 degrees Celsius, and whose condensation temperature is less than 31, 30 or 29 degrees Celsius.
  • the present invention therefore provides a simple means which makes it possible to effectively cool an electrical element which heats, and thus to improve the longevity and the reliability of this element, in particular by improving the temperature uniformity within the chamber.
  • the present invention cannot however be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means and configuration and to any technically effective combination of such means.
  • the shape and arrangement of the plate, the spraying means, the first and second circuits can be modified without harming the invention insofar as they fulfill the functions described in this document.

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Abstract

Procédé de refroidissement d'éléments électriques susceptibles de chauffer et dispositif électrique comprenant un dispositif de traitement thermique » L'invention concerne un dispositif de traitement thermique (200) d'au moins un élément électrique disposé dans une chambre (120) et susceptible de chauffer, le dispositif de traitement thermique (200) comprenant au moins un premier circuit configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur et au moins un second circuit configuré pour être parcouru par un fluide diélectrique, caractérisé en ce que le premier circuit et le second circuit sont au moins en partie délimités par une face disposée en regard de la chambre (120). L'invention concerne également un dispositif électrique (100) comprenant un boitier (110), une pluralité d'éléments électriques susceptibles de chauffer et un dispositif de traitement thermique (200). L'invention concerne un procédé de refroidissement d'une pluralité d'éléments électriques susceptibles de chauffer d'un dispositif électrique (100).

Description

« Dispositif de traitement thermique d’un élément électrique susceptible de chauffer et procédé mettant en œuvre le dispositif de traitement thermique »
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de refroidissement d’éléments électrique susceptibles de chauffer, et concerne plus particulièrement des dispositifs de traitement thermique des systèmes de stockage électrique de véhicule automobile.
Dans le domaine des véhicules automobiles, des dispositifs de refroidissement/chauffage permettent de diminuer ou d’augmenter selon le cas la température d’un ensemble de batteries. D’une manière générale, de tels dispositifs de refroidissement/chauffage de batteries électriques font appel à des échangeurs de refroidissement. Ces batteries sont refroidies au moyen d’une plaque froide à l’intérieure de laquelle circule un liquide de refroidissement. Toutefois, les échangeurs de refroidissement conduisent à un refroidissement non homogène des batteries de l’ensemble des batteries, entraînant alors une diminution de la durée de vie desdites batteries ainsi que de leurs performances.
Dans le but de résoudre ce problème de refroidissement non homogène des batteries, plusieurs systèmes sont connus. On connaît notamment le document FR3037727 dans lequel un dispositif de refroidissement des batteries de voitures électriques ou hybrides est divulgué. Plus particulièrement, ce document concerne un dispositif de refroidissement des cellules des batteries du pack batterie de type Ion-Lithium. Il comprend un boîtier fermé hermétiquement dans lequel circule un fluide diphasique et une couche d’air. Les cellules de stockage électrique sont partiellement plongées dans le fluide diphasique, de sorte que l’échange thermique entre les cellules et le fluide diphasique soit assuré. Ainsi, le refroidissement des batteries est effectué par immersion des cellules des batteries dans ledit fluide. La réserve du liquide diphasique consiste en une cuve située à l’extérieur du boîtier et reliée audit boîtier afin de permettre la circulation du fluide diphasique.
Toutefois, l’immersion des cellules de stockage électrique dans un fluide, notamment diélectrique, ne permet pas toujours un refroidissement homogène des cellules.
L’invention a pour objectif d’améliorer le refroidissement d’un ensemble de batteries en palliant les problèmes sus mentionnés de l’état de la technique, en proposant un dispositif de traitement thermique qui refroidit et avec une bonne homogénéité de température du élément électrique traité, optimisant alors la durée de vie ainsi que la performance d’un tel élément électrique, notamment d’un dispositif de stockage électrique pour véhicule automobile.
L’invention propose également un dispositif électrique composé d’un boîtier, une pluralité d’éléments électriques susceptibles de chauffer et un dispositif de traitement thermique selon le premier objet de l’invention. L’invention porte enfin sur un procédé de refroidissement d’une pluralité d’éléments électriques susceptibles de chauffer et d’un dispositif selon le deuxième objet de l’invention.
La présente invention a pour objet un dispositif de traitement thermique d’au moins un élément électrique disposé dans une chambre et susceptible de chauffer, le dispositif de traitement thermique comprenant au moins un premier circuit configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur et au moins un second circuit configuré pour être parcouru par un fluide diélectrique pulvérisé dans la chambre.
De manière spécifique, le premier circuit et le second circuit sont au moins en partie délimités par une face disposée en regard de la chambre.
Cette face permet la pulvérisation du fluide diélectrique au sein de la chambre. De plus, le dispositif de traitement thermique permet la condensation dudit fluide diélectrique après pulvérisation et évaporation. Ainsi, le dispositif de traitement thermique a une double fonction, la pulvérisation du fluide diélectrique et sa condensation.
Le dispositif de traitement thermique est destiné à fermer un boîtier composé d’au moins trois parois latérales et d’une paroi de fond. Le dispositif de traitement thermique délimite, avec le boîtier, une chambre dans laquelle est logé au moins un élément électrique susceptible de chauffer. Cet élément électrique peut, par exemple, correspondre à au moins une cellule de stockage électrique.
Le dispositif de traitement thermique comprend un circuit dans lequel s’écoule un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur permet de refroidir le fluide diélectrique par contact, afin que ce dernier se condense. De plus, le dispositif de traitement thermique comporte un second circuit. Dans ce second circuit s’écoule un fluide diélectrique. Le second circuit permet la pulvérisation du fluide diélectrique au sein de la chambre.
Le second circuit est disposé sur une face du dispositif de traitement thermique, de telle sorte qu’une fois ledit dispositif de traitement thermique mis en position sur le boîtier, ledit second circuit est orienté en direction de la chambre.
Il en va de même pour le premier circuit qui présente au moins une face orientée vers la chambre.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comprend au moins une plaque pourvue d’au moins une cavité qui constitue au moins une partie du premier circuit et d’au moins une alvéole qui délimite au moins en partie le second circuit.
Cette plaque pourvue de deux grandes faces parallèles, ou sensiblement parallèles, appelées face supérieure et face inférieure. Le premier circuit débouche sur la face supérieure de la plaque tandis que le second circuit débouche sur la face inférieure de la plaque.
Le premier circuit consiste en au moins une cavité s’étendant dans l’épaisseur de la plaque. Cette cavité est anguiforme et se déploie sur l’ensemble de la face supérieure de la plaque. Le second circuit consiste en au moins une alvéole, avantageusement mais non limitativement, trois alvéoles ménagées dans l’épaisseur de la plaque. Ces alvéoles sont de forme oblongue et se déploient parallèlement au moins deux à deux. Avantageusement encore, ces alvéoles sont juxtaposées à celle du premier circuit. Selon une autre caractéristique de l’invention, la face disposée en regard de la chambre est au moins en partie formée par la plaque.
En d’autres termes, la plaque est posée à champs sur un bord des parois latérales délimitant la chambre, la face en regard de la chambre étant la face comportant le second circuit de la plaque. Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comporte une alternance de branches de la cavité et d’alvéole disposées dans un plan principal de la plaque.
Le plan principal de la plaque est le plan longitudinal et transversal dans lequel s’étend majoritairement la plaque du dispositif de traitement thermique. Le premier circuit anguiforme s’étend sur la face supérieure de la plaque, dans le plan longitudinal. Ce premier circuit comporte une pluralité de branches. Le second circuit s’étend sur la face inférieure de la plaque, dans le plan longitudinal. Ce circuit comporte une alvéole. Les branches de la cavité du premier circuit et les alvéoles du second circuit sont juxtaposées les unes aux autres et entremêlées pour être en alternance. Selon une autre caractéristique de l’invention, au moins un plan passe par au moins la cavité et par au moins l’alvéole.
La cavité formant le premier circuit et au moins une des alvéoles formant le second circuit présentent un plan commun. En d’autres termes, la cavité du premier circuit et l’alvéole du second circuit se croisent dans ce plan commun. Vue dans le plan principal de la plaque et le long d’une direction transversale perpendiculaire à l’axe longitudinal, une branche du premier circuit, puis une cavité du second circuit, puis une autre branche du premier circuit, puis une alvéole du second circuit, puis une autre branche du premier circuit et enfin une troisième alvéole du second circuit.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comprend au moins un couvercle, le couvercle et la plaque délimitant le premier circuit. Ce couvercle est avantageusement aux mêmes dimensions que celles de la plaque. Ce dernier est disposé sur la face supérieure de la plaque, de manière à couvrir la plaque et les branches du premier circuit. Ainsi, il permet la fermeture dudit premier circuit, et assure son étanchéité.
Avantageusement, ce couvercle comporte une rigole, qui suit le cheminement du premier circuit. Cette rigole permet, une fois le couvercle mis en position sur la plaque, de délimiter le premier circuit sur la plaque. En effet, les branches combinées à la rigole constituent le passage du fluide caloporteur dans le premier circuit.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comprend un capot de fermeture, le capot de fermeture et la plaque délimitant au moins une partie du second circuit.
Le capot de fermeture peut former la face inférieure de la plaque qui est tournée vers la chambre. Avantageusement, le capot de fermeture consiste en une réglette insérée dans la cavité formant le second circuit. Une telle réglette est avantageusement rectiligne.
Cette réglette peut être pourvue d’au moins une oreille permettant sa fixation sur la plaque du dispositif de traitement thermique. Avantageusement, la réglette est pourvue de quatre oreilles, disposées par paires à chacune des extrémités de la réglette. Les oreilles comprennent alors au moins un orifice permettant la fixation à la plaque.
Chaque capot de fermeture est pourvu d’au moins un alésage permettant le passage d’un moyen de pulvérisation. Ce moyen de pulvérisation peut notamment correspondre à une buse. Avantageusement, le capot de fermeture comprend quatre alésages permettant le passage de quatre buses.
A une de ses extrémités longitudinales, le capot de fermeture comprend un orifice permettant l’entrée du fluide diélectrique dans le second circuit.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la face disposée en regard de la chambre est au moins en partie formée par au moins le capot de fermeture.
Le capot de fermeture logé dans l’alvéole délimite, avec la plaque, le second circuit. Ainsi, le capot de fermeture, qui forme une partie de la face inférieure de la plaque, est lui aussi disposé en regard de la chambre. La plaque et le ou les capots de fermeture constitue au moins en partie la face disposée en regard de la chambre.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comporte un orifice d’entrée du fluide caloporteur et un orifice de sortie du fluide caloporteur tous deux en communication avec le premier circuit.
Le dispositif de traitement thermique formé par la plaque est pourvu à une extrémité longitudinale de la plaque de l’orifice d’entrée du fluide caloporteur. Cet orifice d’entrée comporte un alésage s’étendant dans le bord de la plaque. Cet alésage permet le passage du fluide dans l’épaisseur de la plaque. De plus, l’alésage s’étend du bord de la plaque jusqu’à la cavité formant au moins une partie du premier circuit. Ainsi, l’alésage permet la réception du fluide caloporteur dans la plaque du dispositif de traitement thermique et son acheminement jusqu’à la cavité formant au moins en partie ce premier circuit.
La plaque comprend un orifice de sortie du fluide caloporteur du premier circuit. Cet orifice de sortie comporte un alésage s’étendant dans le bord de la plaque, à l’extrémité longitudinale de la plaque qui reçoit déjà l’orifice d’entrée. Cet alésage est en communication avec la cavité du premier circuit de la plaque. Il permet le passage du fluide dans ce bord de la plaque, du premier circuit vers l’extérieur de la plaque.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comporte au moins un moyen de pulvérisation qui communique avec le second circuit, le moyen de pulvérisation étant configuré pour pulvériser le fluide diélectrique dans la chambre.
Selon un exemple de réalisation, le moyen de pulvérisation est une buse permettant la pulvérisation du fluide diélectrique à l’intérieur de la chambre, dans laquelle sont disposées les cellules de stockage électrique. Ainsi, la pulvérisation du fluide diélectrique au moyen de la buse permet un refroidissement des cellules de batteries, par vaporisation du fluide diélectrique au contact des parois extérieures des cellules de stockage électriques.
La buse est en communication fluidique avec le second circuit du dispositif de traitement thermique, en étant fixée directement sur la plaque ou sur le capot de fermeture du second circuit. Le fluide diélectrique s’acheminant dans ledit second circuit est donc pulvérisé, via les buses, dans la chambre. Selon un exemple, ces buses peuvent être configurées pour générer une brumisation du fluide diélectrique.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique comprend une ouverture d’entrée du fluide diélectrique qui communique avec le second circuit, le moyen de pulvérisation formant une ouverture de sortie du fluide diélectrique.
Selon un exemple, l’ouverture d’entrée est ménagée dans le capot de fermeture qui délimite le second circuit. Le moyen de pulvérisation, formé par exemple par une ou plusieurs buses, permet la pulvérisation du fluide diélectrique s’acheminant dans le second circuit sur les cellules de stockage électrique logées dans la chambre. Ainsi, cette ou ces buses forment une ouverture de sortie du fluide diélectrique du second circuit constitutif du dispositif de traitement thermique.
L’invention a également pour objet un dispositif de stockage électrique comprenant un boîtier, une pluralité de cellules de stockage électrique et un dispositif de traitement thermique selon l’une des caractéristiques précédentes, le boîtier et le dispositif de traitement thermique délimitant une chambre dans laquelle est logée l’élément électrique susceptible de chauffer.
Le dispositif de stockage électrique comporte un boîtier formé d’au moins trois parois latérales et d’une paroi de fond. La paroi de fond s’étend perpendiculairement aux parois latérales, à partir d’une première extrémité de celles-ci.
La chambre est délimitée par ces parois latérales et cette paroi de fond du boîtier. Ladite chambre loge les cellules de stockage électrique. Le dispositif de traitement thermique, notamment la plaque, s’étend en appui sur un bord libre des parois latérales du boîtier. La plaque ainsi posée ferme de manière étanche la chambre.
Selon une autre caractéristique de l’invention, une paroi de fond du boîtier forme une réserve de fluide diélectrique. En effet, une fois le fluide diélectrique condensé par la plaque, notamment au moyen du premier circuit, celui-ci tombe par gravité au fond du boîtier et la paroi de fond forme alors une réserve du fluide diélectrique.
Le fluide diélectrique est pulvérisé sur les cellules de stockage électrique contenues dans la chambre du dispositif de traitement thermique. Après la pulvérisation, le fluide diélectrique peut s’évaporer au contact des cellules de stockage électrique, puis se condenser au contact de la face de la plaque orientée vers la chambre, et enfin s’accumuler à l’état liquide sur la paroi de fond du boîtier.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de traitement thermique est configuré pour pulvériser le fluide diélectrique dans la chambre et pour condenser ce même fluide diélectrique dans la chambre.
L’invention a également pour objet un procédé de refroidissement d’une pluralité de cellules de stockage électrique d’un dispositif de stockage électrique qui comprend les caractéristiques précédentes, comprenant une étape de pulvérisation du fluide diélectrique vers les cellules de stockage électrique, une étape d’évaporation du fluide diélectrique au contact des cellules de stockage électrique et une étape de condensation du fluide diélectrique au contact de la face disposée en regard de la chambre.
Le procédé de refroidissement a pour objectif le refroidissement des cellules de stockage électrique du dispositif de stockage électrique par un circuit fermé interne à la chambre et dont le fluide diélectrique change d’état. Ce procédé comporte plusieurs étapes, dont une étape de pulvérisation du fluide diélectrique sur les cellules de stockage électrique. Ces cellules étant chaudes, le fluide diélectrique, à leur contact, s’évapore et monte vers la face inférieure de la plaque qui est en regard de la chambre du dispositif de traitement thermique. Ensuite, au contact de cette face, le fluide diélectrique se condense, pour être à nouveau pulvérisé sur les cellules de stockage électrique, formant alors un cycle de refroidissement à deux changements d’état.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers 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 :
- la FIGURE 1 illustre une représentation en perspective d’un dispositif de stockage électrique selon l’invention, comportant un boîtier vu en coupe permettant de rendre visible les cellules de stockage électrique ; - la FIGURE 2 illustre une vue de dessus du dispositif de traitement thermique selon l’invention ;
- la FIGURE 3 illustre une vue de dessous du dispositif de traitement thermique selon l’invention ;
- la FIGURE 4 illustre une représentation en perspective d’une vue en coupe du dispositif de traitement thermique selon l’invention ;
- la FIGURE 5 illustre une représentation en perspective d’une vue en coupe du dispositif de traitement thermique selon l’invention muni de sa plaque et de son couvercle ;
- la FIGURE 6 illustre une représentation en perspective d’une vue en coupe du dispositif de traitement thermique selon l’invention muni de sa plaque et de capots de fermeture ;
- la FIGURE 7 illustre une représentation en perspective du dispositif de stockage électrique comportant le boîtier et le dispositif de traitement thermique selon l’invention.
Les caractéristiques, les 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 des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées 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.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. Comme visible sur la figure 1, l’invention concerne un dispositif de stockage électrique 100. Ce dispositif de stockage électrique 100 comporte un boîtier no. Le boîtier no comporte au moins trois parois latérales ni et une paroi de fond 112. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention visible en figure 1, le boîtier 110 comporte quatre parois latérales 111, parallèles deux à deux. La paroi de fond 112 s’étend perpendiculairement aux parois latérales 111, à partir d’un de leurs bords. Un dispositif de traitement thermique 200 est posé en appui contre un bord libre des parois latérales 111 du boîtier 110. Le dispositif de traitement thermique 200, les parois latérales 111 et la paroi de fond 112 du boîtier 110 délimitent ensemble une chambre 120. Le volume interne de cette chambre 120 peut être étanche par rapport à l’environnement extérieur au boîtier 110.
Au moins une cellule de stockage électrique 130 est logée dans cette chambre 120. Selon l’exemple illustré à la figure 1, il est prévu une pluralité de cellules de stockage électrique 130 alignées les unes à côté des autres, ces cellules de stockage électrique 130 présentant des parois périphériques qui s’étendent perpendiculairement au dispositif de traitement thermique 200, et deux parois terminales qui s’étendent parallèlement au dispositif de traitement thermique 200.
La figure 1 illustre une vue partielle et en coupe du boîtier 110 dans lequel sont logées les cellules de stockage électrique 130 et sur lequel est disposé le dispositif de traitement thermique 200. La vue partielle en coupe du boîtier 110 permet de rendre apparent la chambre 120 formée par les parois latérales 111, la paroi de fond 112 et le dispositif de traitement thermique 200, ainsi que les cellules de stockage électrique 130. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, douze cellules de stockage électrique 130 sont juxtaposées les unes aux autres et disposées dans la chambre 120 du boîtier 110. Les cellules de stockage électrique 130 sont globalement centrées dans le boîtier 110 par rapport au dispositif de traitement thermique 200.
La paroi de fond 112 du boîtier 110 forme au moins en partie un réservoir qui s’étend sur le plan principal de cette paroi de fond 112. Le plan principal de la paroi de fond 112 correspond à un plan dans lequel cette paroi de fond 112 s’étend majoritairement. Ainsi, la paroi de fond 112 forme une réserve, configurée pour recevoir un fluide diélectrique.
L’invention porte également sur un dispositif de traitement thermique 200 d’au moins un élément électrique susceptible de chauffer. Dans le cas d’espèce, l’élément électrique susceptible de chauffer est la ou les cellules de stockage électrique 130, mais l’invention s’étend au refroidissement de tous composants électriques, notamment un composant qui participe à la chaîne de traction électrique d’un véhicule comme une boîtier électronique de puissance, un convertisseur électrique, un faisceau électrique, etc...
Tel qu’illustré sur la figure 2, le dispositif de traitement thermique 200 comprend au moins une plaque 230. Cette plaque 230 s’étend longitudinalement entre une première extrémité longitudinale (233) et une seconde extrémité longitudinale (234). La plaque 230 est de forme rectangulaire et s’étend majoritairement dans un plan qui s’inscrit dans une direction longitudinale L et dans une direction transversale T. La plaque 230 comporte une face supérieure 231 orientée vers l’extérieur du boîtier 110. La plaque 230 comprend également une face inférieure 232 visible sur la figure 3, orientée vers la chambre 120, une fois la plaque 230 mise en appui sur les bords des parois latérales 111 du boîtier 110.
Tel que visible sur la figure 2, le dispositif de traitement thermique 200 comporte un premier circuit 210. Ce premier circuit 210 est configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur.
Le premier circuit 210 comporte au moins une cavité 211. Cette cavité 211 s’étend sur la face supérieure 231 de la plaque 230, dans son épaisseur. Ce premier circuit 210 est avantageusement anguiforme et s’étend sur toute ou partie de la plaque 230, en formant un serpentin à plusieurs branches (2110).
Le dispositif de traitement thermique 200, et plus particulièrement la plaque 230 au niveau de sa face supérieure 231, comporte un orifice d’entrée 213 du fluide caloporteur. Cet orifice d’entrée 213 est disposé sur une extrémité longitudinale 233 de la plaque 230 formant une extrémité longitudinale de la plaque 230. Cet orifice d’entrée 213 et consiste en un alésage réalisé dans l’épaisseur de la plaque 230 et permettant l’acheminement du fluide caloporteur vers le premier circuit 210. Ainsi, l’orifice d’entrée 213 communique avec la cavité 211 du premier circuit 210.
Le dispositif de traitement thermique 200, et plus particulièrement la plaque 230 au niveau de sa face supérieure 231, comporte un orifice de sortie 214 du fluide caloporteur. Cet orifice de sortie 214 est disposé, selon l’exemple illustré ici, sur la première extrémité longitudinale 233 de la plaque 230. L’orifice de sortie 214 consiste en un alésage réalisé dans l’épaisseur de la plaque 230 et permet la sortie du fluide caloporteur hors du premier circuit 210. Ainsi, l’orifice de sortie 214 communique avec la cavité 211 du premier circuit 210.
Le premier circuit 210 permet ainsi de refroidir la plaque 230, et donc de tenir la face (232) de la plaque 230 en regard de la chambre à une température inférieure à une température de condensation du fluide diélectrique, ce qui garantit qu’à son contact, ce fluide diélectrique passe à l’état liquide.
Tel que visible sur la figure 3, le dispositif de traitement thermique 200 comporte un second circuit 220. Ce second circuit 220 est configuré pour être parcouru par le fluide diélectrique. La figure 3 montre le dispositif de traitement thermique 200 selon un point de vue opposé à celui de la figure 2. La face (232) en regard de la chambre est donc clairement apparente.
Le second circuit 220 comporte au moins une alvéole 221. Cette alvéole 221 s’étend dans l’épaisseur de la plaque 230 et débouche sur la face inférieure 232 de celle- ci. La face inférieure 232 est ici la face qui est en regard de la chambre. Ce second circuit 220 comporte avantageusement, mais non limitativement, trois alvéoles 221. Ces alvéoles 221 s’étendent longitudinalement, sur toute ou partie de la longueur de la plaque 230.
Comme illustré sur la figure 3 et selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les alvéoles 221 sont placées à équidistance les unes des autres et sensiblement centrées dans la dimension transversale T de la plaque 230.
Chaque alvéole 221 est fermée par un capot de fermeture 222, qui prend par exemple la forme d’une réglette rectiligne. Le capot de fermeture 222 du second circuit 220 est logé dans l’alvéole 221. Avantageusement, les alvéoles 221 sont sous formes d’ouvertures longitudinales présentant au moins un dégagement configuré pour la fixation d’un capot de fermeture 222. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, chaque alvéole 221 comporte quatre dégagements permettant la fixation du capot de fermeture 222.
Comme illustré sur la figure 3, le capot de fermeture 222 consiste en une réglette comportant des oreilles de fixation (2220) à l’alvéole 221 du second circuit 220. Avantageusement, chaque capot de fermeture 222 comporte quatre oreilles de fixation (2220). Le capot de fermeture 222 est configuré pour se mettre en position dans l’alvéole 221 du second circuit 220, de manière étanche pour que le fluide diélectrique qui circule dans le second circuit 220 soit canalisé vers une sortie particulière.
Préférentiellement, le capot de fermeture 222 comporte sur sa périphérie un joint d’étanchéité permettant, lors de sa mise en position dans l’alvéole 221, l’étanchéité du second circuit 220 par rapport à la plaque 230. Le capot de fermeture 222 ainsi que la plaque 230 dans laquelle s’étend l’alvéole 221, délimitent ainsi le second circuit 220 du dispositif de traitement thermique 200.
On notera que le second circuit 220 s’étend de manière à être en contact avec la face inférieure 232 de la plaque 230. Ainsi, la face inférieure 232 de la plaque 230, qui est disposée en regard de la chambre 120, est au moins en partie formée par ledit capot de fermeture 222, alors logé dans l’alvéole 221 concernée. En d’autres termes, la face inférieure 232 de la plaque 230 ainsi que le capot de fermeture 222 forment la face disposée en regard de la chambre 120.
En outre, le dispositif de traitement thermique 200 selon l’invention comporte au moins un moyen de pulvérisation 240. Ce moyen de pulvérisation 240 consiste avantageusement en une buse.
Ce moyen de pulvérisation 240 communique fluidiquement avec le second circuit 220. En effet, le moyen de pulvérisation 240 est configuré pour pulvériser ou brumiser le fluide diélectrique dans la chambre 120.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le moyen de pulvérisation 240 est usiné dans le capot de fermeture 222, qui comporte alors une ouverture permettant le passage du fluide diélectrique à travers le capot de fermeture 222 pour qu’il puisse être pulvérisé dans la chambre 120. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moyen de pulvérisation 240 est rapporté sur le capot de fermeture 222, qui comporte alors un filetage dans lequel est vissé une tête de buse pour que le fluide diélectrique puisse être pulvérisé dans la chambre 120. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moyen de pulvérisation 240 est usiné dans la plaque 230, cette dernière ne comportant alors pas de capot de fermeture pour délimiter le second circuit 220. Dans une telle configuration, le moyen de pulvérisation 240 communique avec le second circuit 220 en passant au travers de la face 232 en regard de la chambre afin de pouvoir être alimenté en fluide diélectrique et alors le pulvériser dans la chambre 120 par la suite.
Il est envisageable d’avoir des moyens de pulvérisation 240 usinés combinés à des moyens de pulvérisation 240 rapportés sur la plaque 230 et/ou sur le capot de fermeture 222.
Ce moyen de pulvérisation 240 permettant l’acheminement du fluide diélectrique du second circuit 220 vers la chambre 120 du dispositif de stockage électrique 100, constitue alors une sortie du fluide diélectrique 223 du second circuit 220.
Avantageusement, le second circuit 220 comporte une pluralité de moyens de pulvérisation 240 disposés sur toute ou partie de la longueur du second circuit 220.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de traitement thermique 200 comprend une ouverture d’entrée 224 du fluide diélectrique. Cette ouverture d’entrée 224 communique avec le second circuit 220 afin de permettre l’acheminement du fluide diélectrique vers l’alvéole 221 du second circuit 220. Cette ouverture d’entrée 224 consiste en un orifice situé à une extrémité longitudinale du second circuit 220.
Avantageusement, dans le second circuit 220 composé de plusieurs alvéoles 221 ainsi que de plusieurs capots de fermeture 222, chaque capot de fermeture 222 comporte une ouverture d’entrée 224 du fluide diélectrique, les ouvertures d’entrée 224 étant disposées le long de la seconde extrémité longitudinale 234de la plaque 230 opposé à la première extrémité longitudinale 233 à qui reçoit l’orifice d’entrée 213 et l’orifice de sortie 214 du premier circuit. Tel que visible sur la figure 4, la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200 comporte une alternance de la cavité 211 et d’alvéoles 221 organisés le long de la dimension transversale T, dans un plan principal P de la plaque 230.
La figure 4 est une vue en coupe transversale de la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200, dépourvu de son couvercle et de ses capots de fermeture. La cavité 211 du premier circuit 210 est juxtaposée à l’alvéole 221 du second circuit 220, les branches de la cavité 211 étant en alternance avec les alvéoles 221, chacune débouchant respectivement sur la face supérieure 231 et sur la face inférieure 232 de la plaque 230.
De plus, au moins un plan P’ passe par au moins la cavité 211 et par au moins une alvéole 221. La cavité 211 et l’alvéole 221 présentent ainsi un plan P’ commun. Avantageusement, ce plan P’ passe par l’ensemble des branches (2110) qui forme la cavité 211 du premier circuit 210, ainsi que par l’ensemble des alvéoles 221 du second circuit 220.
Tel qu’illustré sur la figure 5, un couvercle 212 est avantageusement disposé sur la face supérieure 231 de la plaque 230. Le couvercle 212 épouse la forme de la plaque 230 et présente le long de la cavité 211 formant le premier circuit 210 au moins une rigole 2120. Cette rigole 2120 en collaboration avec la cavité 211 ménagée dans la plaque 230 permet de délimiter le premier circuit 210.
La rigole 2120 du couvercle 212 est obtenue par déformation de la matière du couvercle 212, suite par exemple à une opération d’emboutissage du couvercle 212.
Le couvercle 212 du premier circuit 210 comporte sur toute ou partie de sa périphérie des trous 2121 destinés à recevoir des moyens de fixation, permettant le maintien en position du couvercle 212 et de la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200 sur le boîtier.
De plus, comme visible sur la figure 6, le capot de fermeture 222 est logé dans les alvéoles 221 du second circuit 220. Le capot de fermeture 222 et les alvéoles 221 délimitent le second circuit 220. i6
La vue en coupe transversale du dispositif de traitement thermique 200 muni de sa plaque 230 et de deux capots de fermeture 222 logés dans deux alvéoles 221 du second circuit 220 permet d’illustrer le passage du fluide diélectrique.
Le dispositif de traitement thermique 200 sur lequel est mis en appui le couvercle 212 et dans lequel sont logés les capots de fermeture 222 du second circuit 220 est disposé sur un bord d’accostage 113 du boîtier 110, comme visible sur la figure 7. L’invention concerne également un procédé de refroidissement d’un élément électrique susceptible de chauffer, comme par exemple une pluralité de cellules de stockage électrique 130. Les cellules de stockage électrique 130 rassemblées comme illustré aux figures 1 à 7, forment un élément de stockage électrique configuré pour délivrer une énergie électrique capable de mettre en mouvement un véhicule automobile.
Ce procédé de refroidissement comporte une étape de pulvérisation du fluide diélectrique vers les cellules de stockage électrique 130 logées dans la chambre 120, puis une étape d’évaporation du fluide diélectrique au contact des cellules de stockage électrique 130 et une étape de condensation du fluide diélectrique au contact de la face 232 disposée en regard de la chambre 120. Ce procédé peut être complété par une étape d’accumulation du fluide diélectrique à l’état liquide sur la paroi de fond 112 du boîtier 110, et une étape de pompage de ce fluide diélectrique pour l’envoyer dans le second circuit 220, de sorte qu’il soit à nouveau pulvérisé.
Le fluide diélectrique est aspiré par une pompe logée avantageusement dans le dispositif de stockage électrique 100. Le fluide diélectrique est alors acheminé de la pompe vers la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200. Le fluide diélectrique entre dans le second circuit 220 par l’ouverture d’entrée 224 du second circuit 220, pour s’écouler entre l’alvéole 221 et le capot de fermeture 222 logé dans cette alvéole 221. Le fluide diélectrique passe ensuite dans le moyen de pulvérisation 240 pour être pulvérisé ou brumisé au sein de la chambre 120 du dispositif de stockage électrique 100. La chambre 120 du dispositif de stockage électrique 100 loge les cellules de stockage électrique 130 avec lesquelles le fluide diélectrique pulvérisé vient au contact. Les cellules de stockage électrique 130 étant à une température supérieure à la température d’évaporation du fluide diélectrique, ce fluide diélectrique s’évapore en récupérant par changement d’état les calories des cellules de stockage électrique 130. Le fluide diélectrique à l’état gazeux vient ensuite au contact d’au moins une partie de la face inférieure 232 de la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200. Au contact de cette face, dont la température est inférieure à la température de condensation du fluide diélectrique, le gaz formé par le fluide diélectrique se condense.
Ainsi, la plaque 230 du dispositif de traitement thermique 200 présente une double fonctionnalité, en comportant à la fois un moyen de pulvérisation 240 du fluide diélectrique et un moyen de condensation de ce même fluide diélectrique.
Dans la description ci-dessus, le fluide caloporteur peut consister en un liquide caloporteur de type eau glycolée. Il peut également consister en un fluide réfrigérant. En ce qui concerne le fluide diélectrique, il s’agit d’un fluide à base fluoré dont la température d’évaporation à pression atmosphérique est supérieure à 32, 33 ou 34 degrés Celsius, et dont la température de condensation est inférieure à 31, 30 ou 29 degrés Celsius.
La présente invention propose donc un moyen simple qui permet de refroidir efficacement un élément électrique qui chauffe, et ainsi d’améliorer la longévité et la fiabilité de cet élément, notamment en améliorant l’homogénéité de température au sein de la chambre.
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 et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En particulier, la forme et la disposition de la plaque, du moyen de pulvérisation, des premier et second circuits peuvent être modifiées sans nuire à l’invention dans la mesure où elles remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

l. Dispositif de traitement thermique (200) d’au moins un élément électrique (130) disposé dans une chambre (120) et susceptible de chauffer, le dispositif de traitement thermique (200) comprenant au moins un premier circuit (210) configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur et au moins un second circuit (220) configuré pour être parcouru par un fluide diélectrique pulvérisé dans la chambre, caractérisé en ce que le premier circuit (210) et le second circuit (220) sont au moins en partie délimités par une même face (232) disposée en regard de la chambre (120).
2. Dispositif de traitement thermique (200) selon la revendication précédente, comprenant au moins une plaque (230) pourvue d’au moins une cavité (211) qui constitue au moins une partie du premier circuit (210) et d’au moins une alvéole (221) qui délimite au moins en partie le second circuit (220).
3. Dispositif de traitement thermique (200) selon la revendication précédente, dans lequel la face (232) disposée au regard de la chambre (120) est au moins en partie formée par la plaque (230).
4. Dispositif de traitement thermique (200) selon la revendication précédente, comprenant une alternance de branches de la cavité (211) et d’alvéole (221) disposées dans un plan principal de la plaque (230).
5. Dispositif de traitement thermique (200) selon la revendication précédente, dans lequel au moins un plan P’ passe par au moins la cavité (211) et par au moins l’alvéole (221).
6. Dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un couvercle (212), le couvercle (212) et la plaque (230) délimitant le premier circuit (210).
7. Dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un capot de fermeture (222), le capot de fermeture (222) et la plaque (230) délimitant au moins une partie du second circuit
8. Dispositif de traitement thermique (200) selon la revendication précédente, dans lequel la face (232) disposée en regard de la chambre (120) est au moins en partie formée par au moins le capot de fermeture (222).
9. Dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un orifice d’entrée (213) du fluide caloporteur et un orifice de sortie (214) du fluide caloporteur tous deux en communication avec le premier circuit (210).
10. Dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un moyen de pulvérisation (240) qui communique avec le second circuit (220), le moyen de pulvérisation (240) étant configuré pour pulvériser le fluide diélectrique dans la chambre (120).
11. Dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une ouverture d’entrée (224) du fluide diélectrique qui communique avec le second circuit (220), le moyen de pulvérisation (240) formant une ouverture de sortie (223) du fluide diélectrique.
12. Dispositif de stockage électrique (100) comprenant un boîtier (110), une pluralité d’éléments électriques susceptibles de chauffer (130) et un dispositif de traitement thermique (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le boîtier (110) et le dispositif de traitement thermique (200) délimitant une chambre (120) dans laquelle sont logés les éléments électriques (130) susceptibles de chauffer.
13. Dispositif de stockage électrique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de traitement thermique (200) est configuré pour pulvériser le fluide diélectrique dans la chambre (120) et pour condenser ce même fluide diélectrique dans la chambre (120).
14. Procédé de refroidissement d’une pluralité d’éléments électriques (130) susceptibles de chauffer d’un dispositif électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 12 à 13, comprenant une étape de pulvérisation du fluide diélectrique vers lesdits éléments électriques (130), une étape d’évaporation du fluide diélectrique au contact desdits éléments électriques (130) et une étape de condensation du fluide diélectrique au contact de la face (232) disposée en regard de la chambre (120).
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