EP4268311A1 - Dispositif de régulation thermique - Google Patents

Dispositif de régulation thermique

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EP4268311A1
EP4268311A1 EP21854929.3A EP21854929A EP4268311A1 EP 4268311 A1 EP4268311 A1 EP 4268311A1 EP 21854929 A EP21854929 A EP 21854929A EP 4268311 A1 EP4268311 A1 EP 4268311A1
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EP
European Patent Office
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pipe
fluid
pocket
pipes
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP21854929.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loïc DE FRANCQUEVILLE
Bertrand Florentz
Fabrice Chopard
Andrea CAPILLO
Axel BRIAND
Philippe Borel
Sébastien Philippe
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SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Hutchinson SA
Original Assignee
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Hutchinson SA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA, Hutchinson SA filed Critical SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Publication of EP4268311A1 publication Critical patent/EP4268311A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/615Heating or keeping warm
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    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
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    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
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    • HELECTRICITY
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    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
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    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a thermal regulation device intended in particular to ensure the cooling and/or heating of a battery of a motor vehicle.
  • Motor vehicles in particular electric or hybrid vehicles whose propulsion is ensured at least partially by an electric motor, are equipped with a battery comprising several cells arranged in series and/or in parallel in a protective casing in order to form a battery or a set called a battery pack.
  • Charging and discharging a battery are exothermic processes. However, in the event of too high a temperature, the aging reactions are accelerated and a reduction in the service life of the battery may follow. There is also a risk of thermal runaway which can lead to the destruction of the battery. On the contrary, if the temperature is too low, that is to say below a predefined minimum threshold, the capacity of the battery can decrease sharply.
  • This can be air circulation in natural or forced convection, circulation of glycol water or oil, or even the evaporation of a refrigerant fluid.
  • direct cooling When it comes to oil or air in particular, the fluid can be in direct contact with the battery cells. Such cooling is referred to as direct cooling.
  • the fluid can pass through cooling surfaces, for example through a closed circuit comprising a cooling loop equipped with cooling plates forming heat exchangers.
  • cooling is referred to as indirect cooling.
  • the invention aims to remedy the aforementioned problems in a simple, reliable and inexpensive manner.
  • the invention relates to a thermal regulation device comprising a member to be heated or cooled, a fluid circulation pipe comprising at least one flexible part capable of deforming as a function of the pressure of the fluid within the pipe. , and at least one contact zone coming into contact with said member when the pressure of the fluid in the pipe is greater than a determined pressure and which is moved away from said member when the pressure of the fluid in the pipe is lower than the determined pressure, the thermal regulation device comprising regulation means capable of varying the pressure of the fluid within the pipe.
  • the return of the contact zone to the separated position can be ensured by the intrinsic elasticity of the flexible part, by the addition of additional return means, or by applying a vacuum in the pipe so as to suck the fluid contained in the pipe, at least in part and thus moving the contact zone away from the member to be heated or cooled.
  • the application of a depression is particularly useful in the case of the assembly or disassembly of such a device.
  • the contact zone can be formed, at least in part, by the flexible part.
  • the ratio between the contact surface between the pipe and the member to be heated, when the pressure of the fluid is lower than the determined pressure, and the contact surface between the pipe and the member to be heated, when the pressure of the fluid is greater than the determined pressure, can be between 0 and 1, preferably between 0 and 0.5.
  • the fluid can be a heat transfer fluid, for example glycol water, or a refrigerant fluid.
  • the contact between the pipe and the member can be direct or indirect, that is to say made via an additional element or an interface layer.
  • the flexible part can be made of elastomer or of thermoplastic or of metallic material, or by combination of materials, at least in part.
  • the elastomeric material is for example of the rubber type.
  • thermoplastic material is for example of the TPV type.
  • the elastomeric or thermoplastic material can be filled, at least in one zone of the pipe, using a thermally conductive filler, for example graphite, in order to improve heat exchange between the fluid and the member.
  • a thermally conductive filler for example graphite
  • the filler can be a flame-retardant material or even an electrical insulator, or a combination of the aforementioned fillers.
  • At least part of the pipe may comprise a composite material, a thermoplastic or a thermosetting material, or a combination of these materials.
  • the flexible part may comprise at least one wall comprising at least one zone inclined with respect to the direction of movement of the contact zone.
  • the contact zone moves for example in translation along an axis perpendicular to the member in the zone intended to come into contact with the pipe.
  • a translation along the axis of the wall in the contact zone could also be considered.
  • Adapting the pressure within the pipe can also make it possible to vary the contact surface between the pipe and the element(s) to be cooled or heated.
  • the higher the pressure within the pipe the more the contact zone will be extended, so as to promote heat exchange.
  • the lower the pressure within the pipe the lower the contact zone, or even zero, so as to limit heat exchange.
  • Said wall may comprise several successive inclined zones, oriented in different directions.
  • the flexible zone can thus have the general shape of a bellows capable of deforming.
  • the contact zone may comprise at least one metallic part.
  • Such a metal part makes it possible to promote heat exchange.
  • Said metal part may be intended to come into contact with the fluid in the pipe and with the member.
  • the metal part can be embedded in the thickness of the pipe.
  • the device may comprise a support part, the pipe being formed in part or resting on said support part, opposite the contact zone.
  • the support part can be a casing element of an electric battery of a motor vehicle.
  • the support part can be a crosspiece or a spar.
  • the crosspiece or the spar can be made of composite or metallic material.
  • the composite material may comprise reinforcing fibers embedded in a polymer matrix.
  • the support part may be a material consisting of a set of plies superimposed on each other, the pipe being delimited at least in part between two plies of the support part.
  • a support thus integrates the driving function.
  • Such a support can be produced by a process of pultrusion or extrusion by drawing or gluing or welding.
  • the device may comprise several pipes separated from each other and each comprising a flexible part and a contact zone capable of coming into contact with or of being separated from the member to be heated or cooled.
  • the same support part can be common to at least two pipes.
  • the same metal part intended to come into contact with the fluid and with the component can be common to several pipes.
  • Said metal part and/or the support part can be a metal sheet.
  • the device may comprise at least one elastic member mounted between the contact zone and the support part.
  • said elastic member can be mounted between the contact zone and the member to be heated or cooled.
  • Said elastic member may have shape memory.
  • Said elastic member can be housed in the pipe or outside thereof.
  • the elastic member can be formed by a separate element separate from the flexible part of the pipe.
  • the elastic member can be formed by the flexible part itself, or by a separate element but integrated into the flexible part.
  • the elastic member can be formed by a spring, for example a compression spring or a tension spring.
  • the spring is for example a helical spring.
  • the device may comprise means for storing calories and/or cold temperatures.
  • Said calorie and/or cold storage means may comprise a phase change material or PCM, for example water, glycol, a saline solution or paraffin.
  • the thermal phase change material can consist of n-hexadecane, eicosane or a lithium salt, all of which have melting points below 50°C.
  • the MCP material may be based on a fatty acid or a eutectic or hydrated salt, or even fatty alcohols, for example.
  • Such thermal storage means make it possible to accumulate thermal energy (calories or cold temperatures) by latent heat (phase change) or by sensible heat.
  • These storage means can in particular be charged with calories or cold temperatures during a first phase of operation, and be discharged either by heating or cooling the member, or through the fluid circulating in the pipes, in a second phase of operation.
  • Said calorie and/or cold storage means can be mounted in a conduit of the device or between two conduits of the device.
  • the pipe may include a reinforcement extending over all or part of the pipe.
  • Said reinforcement may comprise reinforcing fibers embedded in or on the surface of a polymer matrix.
  • the matrix is intended to perform the sealing function.
  • the thermal regulation device may comprise heating means capable of heating said member and/or the fluid circulating in the pipe.
  • the heating means can be integrated into the pipe.
  • the heating means may comprise metal or carbon fibers, derived for example from the reinforcement, capable of forming an electrical resistor capable of generating calories by the Joule effect when a voltage is applied to said fibers or to said armature.
  • Some of the reinforcing fibers can then perform both the reinforcing function and the thermal heating function.
  • the heating means may comprise a metal or carbon armature capable of forming an electrical resistance capable of generating calories by the Joule effect when a voltage is applied to said armature.
  • the reinforcement can also perform the reinforcement function, in addition to the heating function.
  • the reinforcement can be made using a non-woven or woven structure.
  • the reinforcement can be obtained by braiding, knitting, wrapping or spiraling wires or metallic or carbon-based fibers.
  • the yarns or fibers of the reinforcement may have a resistivity of between 10 12 and 10 6 ⁇ .cm.
  • the structure of the reinforcement may be capable of allowing flexibility of the pipe by an appropriate arrangement of the yarns or fibers.
  • the fluid circulation line may have the general shape of a pipe.
  • the fluid circulation pipe may have the general shape of a pocket.
  • the bag may have a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the inlets and outlets of the pocket can be located at the same end of the pocket or respectively at two opposite ends of the pocket.
  • the pocket may comprise a wall of annular section, having a constant thickness over the entire periphery. Such a pocket can be produced by extrusion for example. Such a pocket does not include any covering of material over its thickness.
  • the pocket may comprise a wall of annular section having an overlap zone in which two thicknesses of wall are fixed in a sealed manner to one another.
  • the pocket can be formed, in part, by the support part, for example a spar or a crosspiece, and in part, by a wall fixed in leaktight manner to the support part, so as to delimit an internal volume of the pocket. with the supporting part.
  • the thermal regulation device may comprise at least one first movable plate able to bear against the member to be heated or cooled, at least one second movable plate fixed relative to the first movable plate, and at least one intermediate plate mounted between said movable plates, the first movable plate and the intermediate plate delimiting the pipe, the intermediate plate comprising at least one flexible protrusion forming the flexible part and capable of deforming according to the pressure of the fluid within the pipe, the said protrusion extending through at least one opening of the second movable plate and being capable of bearing on a support part.
  • the pipe may have the general shape of a pocket.
  • the inlet and the outlet can be located in two zones separated from each other of the pocket, for example at two ends of the pocket.
  • At least some of the pipes can be connected by fluidic connection zones so as to form one or more channels in the general shape of a serpentine or baffles extending from one pipe to another.
  • the pipes can be located at the level of the same face of the component to be heated or cooled.
  • the pipes can be connected "in series” one after the other, in "parallel", or any combination of the two modes, via the connection zones.
  • At least one internal channel in the general shape of a serpentine or comprising any type of baffling can be formed in at least one pocket of the aforementioned type.
  • the pocket may be formed of a first part forming in particular a first longitudinal face and a second part forming in particular a second longitudinal face, the two parts being assembled in a sealed manner to one another.
  • the longitudinal direction can be defined as the direction of extension or greatest dimension of the pocket.
  • the inlet and the outlet can be located at the level of the longitudinal faces of the pocket and can extend perpendicularly to the general median plane of the pocket.
  • the entrance and the outlet can be located at opposite longitudinal ends of the pocket, that is to say opposite one another.
  • the inlet and the outlet can be located at the level of the same longitudinal face of the pocket.
  • the inlet and the outlet can be located at the same longitudinal end of the pocket.
  • the inlet and the outlet can be located at two opposite longitudinal ends of the pocket.
  • the channel(s) may include a narrowing of its section, progressive or not, for example from the entrance to the exit.
  • At least one pipe or at least one pocket can be provided with means for generating turbulence in the flow of fluid passing through the pipes.
  • These turbulence generating means are for example formed by areas of material or corrugations, for example in the shape of a chevron. It is also possible to form these turbulence generating means by means of inserts. These means can be formed or molded on the walls or faces of the conduit or of the pocket, or be formed by separate parts fixed to said walls or faces of the conduit or of the pocket. These means can also be formed on a surface against which the pipe or the pocket is pressed when the pipe or the pocket is subjected to a pressurized fluid, for example a face of the cells or of the support.
  • the component to be heated or cooled can be one or more battery cells, for example for a motor vehicle.
  • Each cell may have a generally parallelepipedal shape having first side faces and second side faces, the first faces having a larger dimension than the second faces.
  • the conduits may extend along the first faces and/or the second faces.
  • Each cell may have a cylindrical shape.
  • the cells can be staggered.
  • the pipes can extend between the cells and have curved zones matching the cylindrical shapes of the cells, at least in part.
  • the cells can be so-called “pouch” cells (in English), comprising a pocket made of aluminized multilayer film, or made of aluminum or plastic, for example.
  • the cells for example cylindrical, pouch or prismatic, can be housed in a support block made of thermally conductive material, at least one pipe being able to come into contact with at least one side face of said support block.
  • the device may comprise means for measuring and/or calculating the temperature of the cells, and means for regulating and/or controlling making it possible to adapt the pressure of the fluid flowing in the pipes accordingly.
  • the latter can also adapt the fluid temperature accordingly.
  • the device may include means for circulating the fluid in the pipes.
  • the invention also relates to a motor vehicle, for example of the electric or hybrid type, characterized in that it comprises at least one device of the aforementioned type.
  • FIG. 1 is an exploded view, in perspective, of part of a thermal regulation device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a side view of part of the device, in a first position of the pipes,
  • FIG. 3 is a detail view of figure 2
  • FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3, illustrating a second position of the pipes
  • FIG. 5 is an exploded view in perspective of part of the device, according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a perspective view of part of the device of figure 5,
  • FIG. 7 is a perspective view of a pipe according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of part of the device according to a fourth third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of part of the device, according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 9, illustrating a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 9, illustrating a seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 12 is a view illustrating the mounting of pipes at one of the largest side faces of a parallelepiped-shaped battery cell, in accordance with an eighth embodiment of the invention.
  • FIG. 13 is a view illustrating the assembly of pipes at the level of the smallest side faces of adjacent parallelepipedic cells, in accordance with a ninth embodiment of the invention.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating part of a device according to a tenth embodiment
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating part of a device according to an eleventh embodiment
  • FIG. 16 is a perspective view illustrating part of a device according to a twelfth embodiment
  • FIG. 17 is a perspective view of a pocket of Figure 16
  • FIG. 18 is a perspective view of a pocket according to a thirteenth embodiment of the invention
  • FIG. 19 is a perspective view of a pocket according to a fourteenth embodiment of the invention.
  • FIG. 20 is a perspective view of a pocket according to a fifteenth embodiment of the invention.
  • FIG. 21 is a perspective view of a pocket according to a sixteenth embodiment of the invention.
  • FIG. 22 is a perspective view of a pocket according to a seventeenth embodiment of the invention.
  • FIG. 23 is a perspective view illustrating part of a device according to an eighteenth embodiment
  • FIG. 24 is a perspective view illustrating part of a device according to a nineteenth embodiment
  • FIG. 25 is a perspective view of several pipes according to a twentieth embodiment
  • FIG. 26 is an exploded perspective view of a pocket according to a twenty-first embodiment
  • FIG. 27 is a view corresponding to FIG. 26, illustrating a pocket according to a twenty-second embodiment
  • FIG. 28 is a view corresponding to FIG. 26, illustrating a pocket according to a twenty-third embodiment
  • FIG. 29 is a view corresponding to FIG. 26, illustrating a pocket according to a twenty-fourth embodiment
  • FIG. 30 is a view corresponding to FIG. 25, illustrating pipes according to a twenty-fifth embodiment
  • FIG. 31 is a detail view of part of figure 30.
  • FIGS 1 to 4 illustrate a thermal regulation device 1 according to a first embodiment of the invention.
  • This comprises a member to be heated or cooled, formed here by a set of battery cells 2 of a motor vehicle.
  • Cells 2 are parallelepipedic in shape and adjacent to each other.
  • the device comprises pipes 3 for circulating fluid spaced apart from each other and extending for example along the side walls of smaller surface 2a of the cells 2.
  • each pipe 3 comprises, in section, a first end 4 in contact with a support 4a, represented here by a fixed plate, a second end 5 intended to come into contact with the cells 2 and opposite the first end 4, and a middle zone 6.
  • the ends 4, 5 are substantially planar.
  • the first ends 4 of the pipes 3 can be fixed to the support 4a by gluing or welding or by riveting for example.
  • the support 4a can form the ends 4 of the pipes 3.
  • the middle zone 6 is flexible and deformable along an axis denoted X.
  • the middle zone 6 has the general shape of a bellows.
  • the middle zone 6 is formed by two side walls 6a of the pipe 3 each comprising zones 6b inclined with respect to the axis X, here two inclined zones 6b arranged symmetrically with respect to a median plane P located between the planes of the ends 4, 5 and parallel to said planes of the ends 4, 5.
  • a fluid for example a heat transfer fluid or a refrigerant, circulates in the pipes 3.
  • Each pipe 3 is here formed from a single piece, for example of elastomeric material.
  • the elastomeric material is for example of the TPV type.
  • the elastomeric material can be filled, at least in one zone of the pipe 3, using a thermally conductive filler, for example graphite, in order to improve the heat exchanges between the fluid and the cells.
  • Pipes 3 can alternatively be formed of metallic or composite materials or multilayer film, again a combination of several materials.
  • the middle zone 6 is capable of deforming depending on the pressure of the fluid within the pipe 3, between a first position illustrated in Figures 2 and 3 and a second position illustrated in Figure 4.
  • the fluid pressure in line 3 is greater than a threshold value.
  • the first end 5 is in contact, in particular in direct contact, with the cells 2 of the battery, so as to allow heat exchange between the fluid flowing in the pipes 3 and the cells 2.
  • the fluid pressure in line 3 is lower than the threshold value.
  • the first end 4 is separated from the cells 2 of the battery, so as to avoid or limit heat exchange between the fluid flowing in the pipes 3 and the cells 2.
  • the return to the second position can be ensured by the elasticity of the middle zone 6.
  • the device 1 may comprise means for measuring and/or calculating the temperature of the cells 2, and regulation and/or control means making it possible to adapt the pressure of the fluid flowing in the pipes 3 accordingly.
  • the latter can also adapt the fluid temperature accordingly.
  • the first position can for example make it possible to ensure the cooling of the cells 2 in case of need.
  • the second position can for example make it possible to avoid such cooling, in particular when they need to be heated, for example in winter conditions.
  • FIGs 5 and 6 illustrate a second embodiment of the invention, which differs from that exposed with reference to Figures 1 to 4 in that each pipe 3 is formed of two distinct parts, namely a first part forming the first end 4 and the middle zone 6, and a second part formed by a zone of a sheet metal 7, for example aluminum, or a panel made of thermally conductive material.
  • the junction between the first part 4, 6, made for example of elastomer, and the metal sheet 7, is a sealed junction so that the fluid can flow into the internal volume of the pipe 3 delimited by the first end 4, the middle zone 6 and the zone concerned the plate 7.
  • the fluid is in direct contact with the plate 7.
  • the same sheet 7 is common to several pipes 3.
  • the sheet 7 is thus movable in translation relative to the first end 4, between a first position in which it is able to bear against the cells 2 of the battery, and a second position in which it is separated from said cells 2.
  • Such an embodiment makes it possible to improve the conductivity of the contact zone between the pipes 3 and the cells 2.
  • FIG. 7 illustrates a third embodiment of the invention, which differs from that described with reference to Figures 5 and 6 in that elastic members 8, here helical tension springs, are mounted in the pipes 3.
  • a first end of each elastic member 8 is fixed to the first end 4 of the pipe 3, a second end of each elastic member 8 being fixed to the second end 5 of the pipe 3.
  • the elastic members 8 exert a return force tending to bring the the first and second ends 4, 5 of each pipe 3. In other words, the elastic members 8 tend to return the pipes 3 to the position illustrated in FIG. 4.
  • Figure 8 illustrates a fourth embodiment of the invention, which differs from that described with reference to Figure 7 in that the elastic members 8, here also formed by helical tension springs, are mounted between the support 4a and a metal sheet 7 similar to that described with reference to Figures 5 and 6, that is to say a sheet 7 forming the second ends 5 of the pipes 3.
  • the elastic members 8 exert a return force tending to bring the support 4a and the sheet 7 closer together.
  • FIG. 9 illustrates a fifth embodiment, which differs from that described with reference to FIGS. 1 to 4 in that the device 1 comprises pipes 9 filled, at least partially, with a phase change material 10. These pipes 9 are not intended for the circulation of a fluid and do not necessarily include a deformable zone 6. In particular, the second ends 5 of the pipes 3 filled with such a material can be kept in contact with the cells 2 of the battery.
  • the number of pipes 9 filled with phase change material can be variable, as well as their distribution within the pipes 3 in which the fluid circulates.
  • the phase change material 10 or MCP is for example water, glycol, a saline solution or paraffin.
  • the phase change material 10 may consist of n-hexadecane, eicosane or a lithium salt, all of which have melting points below 50°C.
  • the phase change material 10 can be based on a fatty acid or a eutectic or hydrated salt, or even fatty alcohols, for example.
  • Such a material is a thermal storage means used to accumulate thermal energy (calories or cold temperatures) by latent heat (phase change) or by sensible heat.
  • Such a material 10 can in particular be charged with calories or cold during a first phase of operation, and be discharged either by heating or cooling the cells 2, or through the fluid circulating in the pipes 3, in a second phase of operation. .
  • the pipes 3 in which the fluid flows can be used to cool the cells 2 and the phase change material 10 can make it possible to store the calories when the heat dissipation of the cells 2 is too great.
  • FIG. 10 illustrates a sixth embodiment, which differs from that described with reference to FIGS. 1 to 4 in that the device 1 comprises phase change material 10 of the aforementioned type, in the spaces located between the pipes support 4a and cells 2.
  • FIG. 11 illustrates a seventh embodiment, which differs from that described with reference to FIGS. 1 to 4 in that device 1 comprises a layer of phase-change material 10 of the aforementioned type, located between the second ends 5 of the pipes 3 and the cells 2.
  • the pipes 3 can be used to discharge the calories stored in the phase change material for example.
  • Figure 12 illustrates an eighth embodiment in which the conduits 3 extend along at least one side wall of greater area of a cell 2.
  • FIG. 13 illustrates a ninth embodiment, similar to that described previously, the pipes 3 extending along the side walls of smaller area of the cells 2.
  • the cells 2 are placed adjacent to each other. to the others, at the level of their larger lateral walls.
  • FIG. 14 illustrates a tenth embodiment in which the cells 2 each have a cylindrical shape, the cells 2 being parallel to each other and arranged in staggered rows.
  • the pipes 3 extend between the cells 2 and have curved zones matching the cylindrical shapes of the cells 2, at least in part.
  • Each pipe extends for example in a plane perpendicular to the axes of the cells 2.
  • the first ends 4 of the pipes 3 can be integral with certain cells 2, which then serve as a fixed support, and the second ends 5 of the pipes 3 can be adapted to come to rest on the opposite cells 2, depending on the pressure of the fluid inside the pipes 3.
  • Figure 15 illustrates an eleventh embodiment in which the cells 2 are for example cylindrical and are housed in a block 11 of thermally conductive material, the pipes 3 being arranged along at least one side face 12 of said support block.
  • the first ends 4 of the pipes 3 can be fixed to a support not shown in FIG. fluid inside the pipes 3.
  • Figure 16 illustrates a twelfth embodiment, which differs from the embodiment illustrated in Figure 13 in that the pipes 3 are formed by pockets 3 extending for example over the entire height of the cells 2 and extending along the side faces of smaller dimensions 2a of the cells 2.
  • each pocket 3 may include a wall of annular section, having a constant thickness over the entire periphery. Such a pocket 3 can be produced by extrusion for example. Such a pocket does not include any covering of material over its thickness.
  • each pocket 3 may comprise a wall of annular section having an overlap zone 3a in which two thicknesses of wall are fixed in a leaktight manner to one another, for example by welding or gluing. .
  • FIG. 19 illustrates a fourteenth embodiment in which the pocket 3, or more generally the pipe, comprises a reinforcement 13 extending over all or part of the pipe 3.
  • the reinforcement 13 is formed by a metal or carbon reinforcement capable of forming also an electrical resistor capable of generating calories by Joules effect when a voltage is applied to said armature.
  • the pocket or pipe 3 thus comprises heating means which can be used or not depending on the operating conditions.
  • the reinforcement or reinforcement 13 is able to allow flexibility of the pocket or pipe 3.
  • Figure 20 illustrates a fifteenth embodiment in which the pocket 3 is equipped with a reinforcement 13 in the form of a metal blade of annular section, said reinforcement 13 being sufficiently flexible to allow the deformation of the pocket 3.
  • the reinforcement 13 is located at the level of the internal face of the pocket 13.
  • Figure 21 illustrates a sixteenth embodiment, which differs from that described with reference to Figure 20 in that the reinforcement 13 is located at the outer face of the pocket 3.
  • Figure 22 illustrates a seventeenth embodiment, which differs from that described with reference to Figure 20 in that the reinforcement 13 is integrated into the thickness of the pocket 3.
  • Such a metal reinforcement 13 can also make it possible to promote heat exchange between the cells 2 and the fluid circulating in the pocket 3.
  • Figure 23 illustrates an eighteenth in which the support parts 4a are formed by crosspieces.
  • Each crosspiece 4a can be made of composite or metallic material.
  • Each crosspiece may have a section in the general shape of an I, a U or an L.
  • the composite material may comprise reinforcing fibers embedded in a polymer matrix.
  • Each pocket 3 is formed, in part, by the support part 4a, and in part, by a wall or a flexible sheet 3b fixed in leaktight manner to the support part 4a at its lower and upper edges, so as to delimit an internal volume of the pocket 3 with the support part 4a.
  • Figure 24 illustrates a nineteenth embodiment which differs from that set forth with reference to Figure 16 in that the pockets 3 extend along the larger surface side walls 2b of the cells 2.
  • Cells 2 can be so-called “pouch” cells, each comprising an aluminum or plastic pocket for example.
  • FIG. 25 illustrates another embodiment, which differs from those exposed with reference to FIGS. 1 to 15 in that at least some of the pipes 3 are connected by fluidic connection zones 3c so as to form a channel in the general shape of serpentine or baffles extending from pipe to pipe.
  • the channel has an inlet 24 and an outlet 25.
  • the pipes 3 are located at the level of the same face of the cell or cells 2a and can thus all be connected "in series" one after the other, by the intermediary of the connecting zones 3c.
  • FIG. 26 illustrates another embodiment in which the device comprises at least one pocket 3 similar for example to the pocket of FIG. 17, but in which an internal channel 30 in the general shape of a serpentine is formed.
  • the serpentine shape is an example among other shapes that the fluid circulation inside pocket 3 could take.
  • the pocket 3 is for example formed of a first part 31 forming in particular a first longitudinal face 31a and a second part 32 forming in particular a second longitudinal face 32a, the two parts 31, 32 being assembled in a sealed manner one to the other. 'other.
  • the longitudinal direction L is here defined as the direction of extension or of the largest dimension of the pocket 3.
  • the inlet 24 and the outlet 35 are located at the level of the longitudinal faces 31a, 32a of the pocket 3 and extend perpendicular to the general median plane of the pocket 3.
  • the inlet 24 and the outlet 25 are here located at opposite longitudinal ends of the pocket 3, that is to say opposite one another.
  • Figure 27 illustrates another embodiment which differs from that described with reference to Figure 26 in that the inlet 24 and the outlet 25 are located at the same longitudinal face of the pocket.
  • the channel may include a narrowing of its section, progressive or not, for example from the inlet to the outlet, as illustrated in this figure. Such narrowing is also applicable to the other embodiments.
  • Figure 28 illustrates another embodiment which differs from that described with reference to Figure 26 in that the inlet 24 and the outlet 25 are located at the same longitudinal end of the pocket 3.
  • Figure 29 illustrates another embodiment which differs from that described with reference to Figure 27 in that the inlet 24 and the outlet 25 are located at two opposite longitudinal ends of the pocket 3.
  • FIG. 30 illustrates another embodiment which differs from that described with reference to FIG. 25 in that at least one pipe 3 is provided with means for generating turbulence in the flow of fluid passing through the pipes 3.
  • These means turbulence generation are for example formed by areas of material or corrugations 33, for example in the shape of a chevron. It is also possible to form these turbulence generating means by means of inserts separate from the pipes 3 and fixed to or inserted into the relevant pipe 3.
  • These means can be formed or molded on the walls or the faces 31a, 32a of the pipe 3, or be formed by separate parts fixed to said walls or faces 31a, 32a of the pipe 3.
  • These means can also be formed on a surface against which the pipe 3 is pressed when the pipe is subjected to a fluid under pressure, for example one face of the cells 2a or of the support 4a.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation thermique (1) comportant un organe (2) à chauffer ou à refroidir, une conduite (3) de circulation de fluide comprenant au moins une partie souple (6) apte à se déformer en fonction de la pression du fluide au sein de la conduite (3), et au moins une zone de contact (5) venant en contact avec ledit organe (2) lorsque la pression du fluide dans la conduite (3) est supérieur à une pression déterminée et qui est écartée dudit organe (2) lorsque la pression du fluide dans la conduite (3) est inférieure à la pression déterminée, le dispositif de régulation thermique (1) comportant des moyens de régulation aptes à faire varier la pression du fluide au sein de la conduite (3).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif de régulation thermique
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un dispositif de régulation thermique destiné notamment à assurer le refroidissement et/ou le chauffage d’une batterie d’un véhicule automobile.
Etat de la technique antérieure
Les véhicules automobiles, notamment les véhicules électriques ou hybrides dont la propulsion est assurée au moins partiellement par un moteur électrique, sont équipés d’une batterie comportant plusieurs cellules agencées en série et/ou en parallèle dans un boîtier de protection afin de former une batterie ou un ensemble appelé pack batterie.
La charge et la décharge d'une batterie sont des processus exothermiques. Or, en cas de température trop élevée, les réactions de vieillissement sont accélérées et il peut s'en suivre une diminution de la durée de vie de la batterie. Il existe également un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie. Au contraire, en cas de température trop basse, c'est-à-dire inférieure à un seuil minimal prédéfini, la capacité de la batterie peut décroître fortement.
Il est donc important de surveiller et d’assurer la gestion thermique de la batterie.
Actuellement les batteries des véhicules électriques et hybrides sont refroidies grâce à des systèmes actifs de différentes natures.
Il peut s’agir de circulation d’air en convection naturelle ou forcée, de circulation d’eau glycolée ou d’huile, ou encore de l’évaporation d’un fluide réfrigérant.
Lorsqu’il s’agit d’huile ou d’air notamment, le fluide peut être en contact direct avec les cellules de la batterie. Un tel refroidissement est qualifié de refroidissement direct.
En variante, le fluide peut traverser des surfaces de refroidissement, par exemple au travers d’un circuit fermé comportant une boucle de refroidissement équipée de plaques de refroidissement formant des échangeurs de chaleur. Un tel refroidissement est qualifié de refroidissement indirect.
Dans le cas du refroidissement indirect, il convient de maximiser les surfaces de contact entre les échangeurs de chaleur et la batterie et de limiter les résistances de contact afin d’éviter une surchauffe des cellules dégradant leur durée de vie et leurs performances. Afin de minimiser les résistances de contact, les constructeurs de batteries ont généralement recours à l’utilisation de matériaux d’interface thermique du type films ou « pads », ou encore des pâtes thermiques. La mise en place de ces éléments est souvent complexe et coûteuse et peut nécessiter un temps important lors de l’assemblage du pack batterie.
L’invention vise à remédier de façon simple, fiable et peu onéreuse aux problèmes précités.
Résumé de l’invention
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de régulation thermique comportant un organe à chauffer ou à refroidir, une conduite de circulation de fluide comprenant au moins une partie souple apte à se déformer en fonction de la pression du fluide au sein de la conduite, et au moins une zone de contact venant en contact avec ledit organe lorsque la pression du fluide dans la conduite est supérieure à une pression déterminée et qui est écartée dudit organe lorsque la pression du fluide dans la conduite est inférieure à la pression déterminée, le dispositif de régulation thermique comportant des moyens de régulation aptes à faire varier la pression du fluide au sein de la conduite.
De cette manière, il est possible de refroidir ou de chauffer l’organe lorsque la conduite est en contact avec ledit organe. Par ailleurs, il est possible d’arrêter ou de réduire le refroidissement ou le chauffage de l’organe, lorsque la zone de contact est écartée dudit organe. Le mouvement de la zone de contact est obtenu par déformation de la partie souple, en adaptant, lors du fonctionnement du dispositif de régulation thermique, la pression du fluide au sein de la conduite, à l’aide des moyens de régulation.
Ces caractéristiques permettent notamment :
- de limiter l’inertie thermique en position écartée de la zone de contact, de façon à faciliter le chauffage de l’organe à chauffer, par exemple en conditions de fonctionnement hivernales.
- de faciliter le montage ou le démontage d’un tel dispositif en écartant la zone dudit organe, de manière à former un jeu de montage.
Le rappel de la zone de contact en position écartée peut être assuré par l’élasticité intrinsèque de la partie souple, par l’adjonction de moyens de rappel additionnels, ou par application d’une dépression dans la conduite de manière à aspirer le fluide contenu dans la conduite, au moins en partie et écarter ainsi la zone de contact de l’organe à chauffer ou à refroidir.
L’application d’une dépression est particulièrement utile dans le cas du montage ou du démontage d’un tel dispositif.
La zone de contact peut être formée, au moins en partie, par la partie souple.
Le rapport entre la surface de contact entre la conduite et l’organe à chauffer, lorsque la pression du fluide est inférieure à la pression déterminée, et la surface de contact entre la conduite et l’organe à chauffer, lorsque la pression du fluide est supérieure à la pression déterminée, peut être compris entre 0 et 1 , de préférence compris entre 0 et 0,5. Le fluide peut être un fluide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée, ou un fluide frigorigène. Le contact entre la conduite et l’organe peut être direct ou indirect, c’est-à-dire réalisé par l’intermédiaire d’un élément additionnel ou d’une couche d’interface.
La partie souple peut être réalisée en élastomère ou en thermoplastique ou en matériau métallique, ou par combinaison de matériaux, au moins en partie.
Le matériau élastomère est par exemple du type caoutchouc.
Le matériau thermoplastique est par exemple du type TPV.
Le matériau élastomère ou thermoplastique peut être chargé, au moins dans une zone de la conduite, à l’aide d’une charge thermiquement conductrice, par exemple du graphite, afin d’améliorer les échanges thermiques entre le fluide et l’organe.
En variante, la charge peut être un matériau ignifugeant ou encore un isolant électrique, ou une combinaison des charges précitées.
Une partie au moins de la conduite peut comporter un matériau composite, un thermoplastique ou un thermodurcissable, ou une combinaison de ces matériaux.
La partie souple peut comporter au moins une paroi comportant au moins une zone inclinée par rapport à la direction du déplacement de la zone de contact.
La zone de contact se déplace par exemple en translation selon un axe perpendiculaire à l’organe dans la zone destinée à venir en contact avec la conduite. Une translation selon l’axe de la paroi dans la zone de contact pourrait aussi être envisagée.
L’adaptation de la pression au sein de la conduite peut également permettre de faire varier la surface de contact entre la conduite et le ou les éléments à refroidir ou à chauffer. Dans ce cas, plus la pression au sein de la conduite est élevée et plus la zone de contact sera étendue, de façon à favoriser les échanges thermiques. A l’inverse, plus la pression au sein de la conduite est faible, plus la zone de contact sera faible, voire nulle, de façon à limiter les échanges thermiques.
Ladite paroi peut comporter plusieurs zones inclinées successives, orientées dans des sens différents. La zone souple peut ainsi présenter une forme générale de soufflet apte à se déformer.
La zone de contact peut comporter au moins une partie métallique.
Une telle partie métallique permet de favoriser les échanges thermiques.
Ladite partie métallique peut être destinée à venir en contact avec le fluide dans la conduite et avec l’organe.
En variante, la partie métallique peut être noyée dans l’épaisseur de la conduite.
Le dispositif peut comporter une partie de support, la conduite étant formée en partie ou prenant appui sur ladite partie de support, à l’opposé de la zone de contact.
La partie de support peut être un élément de carter d’une batterie électrique d’un véhicule automobile. La partie de support peut être une traverse ou un longeron. La traverse ou le longeron peut être réalisé en matériau composite ou métallique. Le matériau composite peut comporter des fibres de renfort noyées dans une matrice polymère.
La partie de support peut être un matériau constitué d’un ensemble de plis superposés les uns sur les autres, la conduite étant délimitée au moins en partie entre deux plis de la partie de support. Un tel support intègre ainsi la fonction de conduite. Un tel support peut être réalisé par un procédé de pultrusion ou extrusion par tirage ou collage ou soudage.
Le dispositif peut comporter plusieurs conduites écartées les unes des autres et comportant chacune une partie souple et une zone de contact apte à venir en appui ou à être écartée de l’organe à chauffer ou à refroidir.
Une même partie de support peut être commune à au moins deux conduites.
Une même partie métallique destinée à venir en contact avec le fluide et avec l’organe peut être commune à plusieurs conduites.
Ladite partie métallique et/ou la partie de support peut être une tôle métallique.
Le dispositif peut comporter au moins un organe élastique monté entre la zone de contact et la partie de support. En variante, ledit organe élastique peut être monté entre la zone de contact et l’organe à chauffer ou à refroidir.
Ledit organe élastique peut être à mémoire de forme. Ledit organe élastique peut être logé dans la conduite ou à l’extérieur de celle-ci.
L’organe élastique peut être formé par un élément distinct et séparé de la partie souple de la conduite. En variante, l’organe élastique peut être formé par la partie souple elle-même, ou par un élément distinct mais intégré dans la partie souple.
L’organe élastique peut être formé par un ressort, par exemple un ressort de compression ou un ressort de traction. Le ressort est par exemple un ressort hélicoïdal.
Le dispositif peut comporter des moyens de stockage de calories et/ou de frigories.
Lesdits moyens de stockage de calories et/ou de frigories peuvent comporter un matériau à changement de phase ou MCP, par exemple de l'eau, du glycol, une solution saline ou de la paraffine. En particulier, le matériau à changement de phase (MCP) thermique peut être constitué de n-hexadécane, d'eicosane ou d'un sel de lithium, tous présentant des points de fusion inférieurs à 50°C. En alternative, le matériau MCP peut être à base d'acide gras ou de sel eutectique ou hydraté, ou encore d'alcools gras, par exemple. De tels moyens de stockage thermique permettent d'accumuler de l'énergie thermique (calories ou frigories) par chaleur latente (changement de phase) ou par chaleur sensible.
Ces moyens de stockage peuvent notamment être chargés en calories ou en frigories durant une première phase de fonctionnement, et être déchargés soit en chauffant ou en refroidissant l’organe, soit au travers du fluide circulant dans les conduites, dans une seconde phase de fonctionnement. Lesdits moyens de stockage de calories et/ou de frigories peuvent être montés dans une conduite du dispositif ou entre deux conduites du dispositif.
La conduite peut comporter un renfort s’étendant sur tout ou partie de la conduite. Ledit renfort peut comporter des fibres de renforts noyées dans ou en surface d’une matrice polymère. La matrice est destinée à assurer la fonction d’étanchéité.
Le dispositif de régulation thermique peut comporter des moyens de chauffage aptes à chauffer ledit organe et/ou le fluide circulant dans la conduite.
Les moyens de chauffage peuvent être intégrés à la conduite.
Les moyens de chauffage peuvent comporter des fibres métalliques ou en carbone, issues par exemple du renfort, aptes à former une résistance électrique capable de générer des calories par effet Joule lorsqu’une tension est appliquée auxdites fibres ou à ladite armature.
Certaines des fibres de renfort peuvent alors assurer à la fois la fonction de renfort et la fonction de chauffage thermique.
Les moyens de chauffage peuvent comporter une armature métallique ou en carbone apte à former une résistance électrique capable de générer des calories par effet Joule lorsqu’une tension est appliquée à ladite armature.
L’armature peut également assurer la fonction de renfort, en plus de la fonction de chauffage. Le renfort peut être réalisé à l’aide d’une structure intissée ou tissée.
Le renfort peut être obtenu par tressage, tricotage, guipage ou spiralage de fils ou de fibres métalliques ou à base de carbone. Les fils ou les fibres du renfort peuvent présenter une résistivité comprise entre 1012 et 106 Q.cm.
La structure du renfort peut être apte à permettre une souplesse de la conduite par une disposition adéquate des fils ou des fibres.
La conduite de circulation de fluide peut présenter une forme générale de tuyau.
La conduite de circulation de fluide peut présenter une forme générale de poche. La poche peut comporter une entrée de fluide et une sortie de fluide. Les entrées et sorties de la poche peuvent être situées à une même extrémité de la poche ou respectivement au niveau de deux extrémités opposées de la poche.
La poche peut comporter une paroi de section annulaire, présentant une épaisseur constante sur toute la périphérie. Une telle poche peut être réalisée par extrusion par exemple. Une telle poche ne comporte pas de recouvrement de matière sur son épaisseur.
En variante, la poche peut comporter une paroi de section annulaire présentant une zone de recouvrement dans laquelle deux épaisseurs de paroi sont fixées de manière étanche l’une à l’autre.
La poche peut être formée, pour partie, par la partie de support, par exemple un longeron ou une traverse, et pour partie, par une paroi fixée de manière étanche à la partie de support, de manière à délimiter un volume interne de la poche avec la partie de support. Le dispositif de régulation thermique peut comporter au moins une première plaque mobile apte à venir en appui sur l’organe à chauffer ou à refroidir, au moins une seconde plaque mobile fixe par rapport à la première plaque mobile, et au moins une plaque intermédiaire montée entre lesdites plaques mobiles, la première plaque mobile et la plaque intermédiaire délimitant la conduite, la plaque intermédiaire comportant au moins une excroissance souple formant la partie souple et apte à se déformer en fonction de la pression du fluide au sein de la conduite, ladite excroissance s’étendant au travers d’au moins une ouverture de la seconde plaque mobile et étant apte à prendre appui sur une partie de support.
En fonctionnement, lorsque le volume interne de la conduite n’est pas alimenté en fluide sous pression, l’excroissance n’est pas déformée et occupe un volume minimal de sorte que les plaques mobiles sont écartées de l’organe à chauffer ou à refroidir et sont proches de la partie de support.
A l’inverse, lorsque le volume interne de la conduite est alimenté en fluide sous pression, les excroissances sont déformées ou gonflées par le fluide sous pression. Ceci a pour effet d’augmenter la dimension desdites excroissances dans la direction perpendiculaire aux plaques, c’est-à-dire d’augmenter la distance entre les plaques mobiles et la partie de support. Cela a également pour effet de réduire la distance entre l’organe à chauffer ou à refroidir et la première plaque mobile, jusqu’à ce que ladite première plaque mobile vienne au contact dudit organe, de manière à permettre un échange de chaleur entre le fluide s’écoulant ou présent dans la conduite et ledit organe.
La conduite peut présenter une forme générale de poche.
L’entrée et la sortie peuvent être situées dans deux zones écartées l’une de l’autre de la poche, par exemple à deux extrémités de la poche.
Certaines au moins des conduites peuvent être reliées par des zones de liaison fluidique de manière à former un ou des canal(aux) en forme générale de serpentin ou de chicanes s’étendant d’une conduite à l’autre. Les conduites peuvent être situées au niveau d’une même face de l’organe à chauffer ou à refroidir. Les conduites peuvent être reliées « en série » les unes à la suite des autres, en « parallèle », ou toute combinaison des deux modes, par l’intermédiaire des zones de liaison.
Au moins un canal interne en forme générale de serpentin ou comportant tout type de chicanage peut être formée dans au moins une poche du type précité.
La poche peut être formée d’une première partie formant notamment une première face longitudinale et une seconde partie formant notamment une seconde face longitudinale, les deux parties étant assemblées de manière étanche l’une à l’autre. La direction longitudinale peut être définie comme la direction d’extension ou de plus grande dimension de la poche.
L’entrée et la sortie peuvent être situées au niveau des faces longitudinales de la poche et peuvent s’étendre perpendiculairement au plan général médian de la poche. L’entrée et la sortie peuvent être situées à des extrémités longitudinales opposées de la poche, c’est-à-dire à l’opposée l’une de l’autre.
L’entrée et la sortie peuvent être situées au niveau d’une même face longitudinale de la poche. L’entrée et la sortie peuvent être situées au niveau d’une même extrémité longitudinale de la poche.
L’entrée et la sortie peuvent être situées au niveau de deux extrémités longitudinales opposées de la poche.
Le(s) canal(aux) peut comporter un rétrécissement de sa section, progressif ou non, par exemple de l’entrée vers la sortie.
Au moins une conduite ou au moins une poche peut être pourvue de moyens de génération de turbulence dans l’écoulement de fluide traversant les conduites. Ces moyens de génération de turbulence sont par exemple formés par des zones de matière ou corrugations, par exemple en forme de chevron. Il est également possible de former ces moyens de génération de turbulence par l’intermédiaire d’inserts. Ces moyens peuvent être formés ou moulés sur les parois ou les faces de la conduite ou de la poche, ou être formées par des pièces distinctes fixées sur lesdites parois ou faces de la conduite ou de la poche. Ces moyens peuvent également être formés sur une surface contre laquelle la conduite ou la poche vient se plaquer lorsque la conduite ou la poche est soumise à un fluide sous pression, par exemple une face des cellules ou du support. L’organe à chauffer ou à refroidir peut être une ou plusieurs cellules de batterie, par exemple pour un véhicule automobile.
Chaque cellule peut présenter une forme générale parallélépipédique présentant des premières faces latérales et des secondes faces latérales, les premières faces présentant une dimension plus importante que les secondes faces. Les conduites peuvent s’étendre le long des premières faces et/ou des secondes faces.
Chaque cellule peut présenter une forme cylindrique. Les cellules peuvent être agencées en quinconce. Les conduites peuvent s’étendre entre les cellules et présenter des zones courbées épousant les formes cylindriques des cellules, au moins en partie.
Les cellules peuvent être des cellules dites «pouch» (en anglais), comportant une poche en film multicouche aluminisé, ou en aluminium ou en plastique par exemple.
Les cellules, par exemple cylindriques, pouch ou prismatiques, peuvent être logées dans un bloc support en matériau thermiquement conducteur, au moins une conduite étant apte à venir en contact avec au moins une face latérale dudit bloc support.
Le dispositif peut comporter des moyens de mesure et/ou de calcul de la température des cellules, et des moyens de régulation et/ou de commande permettant d’adapter la pression du fluide s’écoulant dans les conduites en conséquence. Ces derniers peuvent également adapter la température du fluide en conséquence.
Le dispositif peut comporter des moyens de mise en circulation du fluide dans les conduites. L’invention concerne également un véhicule automobile, par exemple de type électrique ou hybride, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un dispositif du type précité.
Brève description des figures
[Fig. 1] est une vue éclatée, en perspective, d’une partie d’un dispositif de régulation thermique selon une première forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 2] est une vue de côté d’une partie du dispositif, dans une première position des conduites,
[Fig. 3] est une vue de détail de la figure 2,
[Fig. 4] est une vue correspondant à la figure 3, illustrant une seconde position des conduites, [Fig. 5] est une vue éclatée et en perspective d’une partie du dispositif, selon une deuxième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 6] est une vue en perspective d’une partie du dispositif de la figure 5,
[Fig. 7] est une vue en perspective d’une conduite selon une troisième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 8] est une vue en perspective d’une partie du dispositif selon une quatrième troisième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 9] est une vue en perspective d’une partie du dispositif, selon une cinquième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 10] est une vue correspondant à la figure 9, illustrant une sixième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 11] est une vue correspondant à la figure 9, illustrant une septième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 12] est une vue illustrant le montage de conduites au niveau de l’une des plus grandes faces latérales d’une cellule de batterie de forme parallélépipédique, conformément à une huitième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 13] est une vue illustrant le montage de conduites au niveau des faces latérales les plus petites de cellules parallélépipédiques adjacentes, conformément à une neuvième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 14] est une vue en perspective illustrant une partie d’un dispositif selon une dixième forme de réalisation,
[Fig. 15] est une vue en perspective illustrant une partie d’un dispositif selon une onzième forme de réalisation,
[Fig. 16] est une vue en perspective illustrant une partie d’un dispositif selon une douzième forme de réalisation,
[Fig. 17] est une vue en perspective d’une poche de la figure 16, [Fig. 18] est une vue en perspective d’une poche selon une treizième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 19] est une vue en perspective d’une poche selon une quatorzième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 20] est une vue en perspective d’une poche selon une quinzième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 21] est une vue en perspective d’une poche selon une seizième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 22] est une vue en perspective d’une poche selon une dix-septième forme de réalisation de l’invention,
[Fig. 23] est une vue en perspective illustrant une partie d’un dispositif selon une dix-huitième forme de réalisation,
[Fig. 24] est une vue en perspective illustrant une partie d’un dispositif selon une dix-neuvième forme de réalisation,
[Fig. 25] est une vue en perspective de plusieurs conduites selon une vingtème forme de réalisation,
[Fig. 26] est une vue éclatée et en perspective d’une poche selon une vingt-et-unième forme de réalisation,
[Fig. 27] est une vue correspondant à la figure 26, illustrant une poche selon une vingt- deuxième forme de réalisation,
[Fig. 28] est une vue correspondant à la figure 26, illustrant une poche selon une vingt- troisième forme de réalisation,
[Fig. 29] est une vue correspondant à la figure 26, illustrant une poche selon une vingt- quatrième forme de réalisation,
[Fig. 30] est une vue correspondant à la figure 25, illustrant des conduites selon une vingt- cinquième forme de réalisation,
[Fig. 31] est une vue de détail d’une partie de la figure 30.
Description détaillée de l’invention
Les figures 1 à 4 illustrent un dispositif de régulation thermique 1 selon une première forme de réalisation de l’invention. Celui-ci comporte un organe à chauffer ou à refroidir, formé ici par un ensemble de cellules 2 de batterie d’un véhicule automobile. Les cellules 2 sont de forme parallélépipédiques et adjacentes les unes aux autres.
Le dispositif comporte des conduites 3 de circulation de fluide écartés les unes des autres et s’étendant par exemple le long des parois latérales de plus petite surface 2a des cellules 2. Comme cela est visible à la figure 3 notamment, chaque conduite 3 comporte, en section, une première extrémité 4 en contact avec un support 4a, représenté ici par une plaque fixe, une seconde extrémité 5 destinée à venir en contact avec les cellules 2 et opposée à la première extrémité 4, et une zone médiane 6. Les extrémités 4, 5 sont sensiblement planes.
Les premières extrémités 4 des conduites 3 peuvent être fixées au support 4a par collage ou soudage ou par rivetage par exemple. En variante, le support 4a peut former les extrémités 4 des conduites 3.
La zone médiane 6 est souple et déformable suivant un axe noté X. La zone médiane 6 présente une forme générale de soufflet. En particulier, la zone médiane 6 est formée par deux parois latérales 6a de la conduite 3 comportant chacune des zones 6b inclinées par rapport à l’axe X, ici deux zones inclinées 6b agencées de façon symétrique par rapport à un plan médian P situé entre les plans des extrémités 4, 5 et parallèle auxdits plans des extrémités 4, 5.
Un fluide, par exemple un fluide caloporteur ou un fluide frigorigène, circule dans les conduites 3.
Chaque conduite 3 est ici formée d’une seule pièce, par exemple en matériau élastomère. Le matériau élastomère est par exemple du type TPV. Le matériau élastomère peut être chargé, au moins dans une zone de la conduite 3, à l’aide d’une charge thermiquement conductrice, par exemple du graphite, afin d’améliorer les échanges thermiques entre le fluide et les cellules. Les conduites 3 peuvent alternativement être formées de matériaux métalliques ou composites ou film multicouche, en encore une association de plusieurs matériaux.
La zone médiane 6 est apte à se déformer en fonction de la pression du fluide au sein de la conduite 3, entre une première position illustrée aux figures 2 et 3 et une seconde position illustrée à la figure 4.
Dans la première position (figures 2 et 3), la pression du fluide dans la conduite 3 est supérieure à une valeur seuil. Dans cette position, la première extrémité 5 est en contact, en particulier en contact direct, avec les cellules 2 de la batterie, de manière à permettre un échange de chaleur entre le fluide s’écoulant dans les conduites 3 et les cellules 2.
Dans la seconde position (figure 4), la pression du fluide dans la conduite 3 est inférieure à la valeur seuil. Dans cette position, la première extrémité 4 est écartée des cellules 2 de la batterie, de façon à éviter ou limiter les échanges de chaleur entre le fluide s’écoulant dans les conduites 3 et les cellules 2. Le retour à la seconde position peut être assurée par l’élasticité de la zone médiane 6.
Le dispositif 1 peut comporter des moyens de mesure et/ou de calcul de la température des cellules 2, et des moyens de régulation et/ou de commande permettant d’adapter la pression du fluide s’écoulant dans les conduites 3 en conséquence. Ces derniers peuvent également adapter la température du fluide en conséquence. La première position peut par exemple permettre d’assurer le refroidissement des cellules 2 en cas de besoin. La seconde position peut par exemple permettre d’éviter un tel refroidissement, en particulier lorsqu’elles ont besoin d’être chauffées, par exemple en conditions hivernales.
Les figures 5 et 6 illustrent une deuxième forme de réalisation de l’invention, qui diffère de celle exposée en référence aux figures 1 à 4 en ce que chaque conduite 3 est formée de deux parties distinctes, à savoir une première partie formant la première extrémité 4 et la zone médiane 6, et une seconde partie formée par une zone d’une tôle métallique 7, par exemple en aluminium, ou d’un panneau réalisé en matériau thermiquement conducteur. La jonction entre la première partie 4, 6, réalisée par exemple en élastomère, et la tôle métallique 7, est une jonction étanche de façon à ce que le fluide puisse s’écouler dans le volume interne de la conduite 3 délimitée par la première extrémité 4, la zone médiane 6 et la zone concernée la tôle 7. Le fluide est en contact direct avec la tôle 7.
Dans cette forme de réalisation, une même tôle 7 est commune à plusieurs conduites 3.
La tôle 7 est ainsi mobile en translation par rapport à la première extrémité 4, entre une première position dans laquelle elle est apte à venir en appui contre les cellules 2 de la batterie, et une seconde position dans laquelle elle est écartée desdites cellules 2. Une telle forme de réalisation permet d’améliorer la conductivité de la zone de contact entre les conduites 3 et les cellules 2.
La figure 7 illustre une troisième forme de réalisation de l’invention, qui diffère de celle décrite en référence aux figures 5 et 6 en ce que des organes élastiques 8, ici des ressorts de traction hélicoïdaux, sont montés dans les conduites 3. Une première extrémité de chaque organe élastique 8 est fixée à la première extrémité 4 de la conduite 3, une seconde extrémité de chaque organe élastique 8 étant fixée à la seconde extrémité 5 de la conduite 3. Les organes élastiques 8 exercent un effort de rappel tendant à rapprocher les première et seconde extrémités 4, 5 de chaque conduite 3. En d’autres termes, les organes élastiques 8 tendent à rappeler les conduites 3 vers la position illustrée à la figure 4.
La figure 8 illustre une quatrième forme de réalisation de l’invention, qui diffère de celle décrite en référence à la figure 7 en ce que les organes élastiques 8, formés ici également par des ressorts de traction hélicoïdaux, sont montés entre le support 4a et une tôle métallique 7 similaire à celle décrite en référence aux figures 5 et 6, c’est-à-dire une tôle 7 formant les secondes extrémités 5 des conduites 3.
Les organes élastiques 8 exercent un effort de rappel tendant à rapprocher le support 4a et la tôle 7.
La figure 9 illustre une cinquième forme de réalisation, qui diffère de celle décrite en référence aux figures 1 à 4 en ce que le dispositif 1 comporte des conduites 9 remplies, au moins partiellement, par un matériau à changement de phase 10. Ces conduites 9 ne sont pas destinées à la circulation d’un fluide et ne comportent pas nécessairement de zone déformable 6. En particulier, les secondes extrémités 5 des conduites 3 remplies d’un tel matériau peuvent être maintenues en contact avec les cellules 2 de la batterie.
Le nombre de conduites 9 remplie de matériau à changement de phase peut être variable, ainsi que leur répartition au sein des conduites 3 dans lesquelles circule le fluide.
Le matériau à changement de phase 10 ou MCP est par exemple de l'eau, du glycol, une solution saline ou de la paraffine. En particulier, le matériau à changement de phase 10 peut être constitué de n-hexadécane, d'eicosane ou d'un sel de lithium, tous présentant des points de fusion inférieurs à 50°C. En alternative, le matériau à changement de phase 10 peut être à base d'acide gras ou de sel eutectique ou hydraté, ou encore d'alcools gras, par exemple. Un tel matériau est un moyen de stockage thermique permettent d'accumuler de l'énergie thermique (calories ou frigories) par chaleur latente (changement de phase) ou par chaleur sensible.
Un tel matériau 10 peut notamment être chargé en calories ou en frigories durant une première phase de fonctionnement, et être déchargé soit en chauffant ou en refroidissant les cellules 2, soit au travers du fluide circulant dans les conduites 3, dans une seconde phase de fonctionnement.
Les conduites 3 dans lesquelles s’écoulent le fluide peuvent servir au refroidissement des cellules 2 et le matériau à changement de phase 10 peut permettre de stocker les calories lorsque la dissipation thermique des cellules 2 est trop importante.
La figure 10 illustre une sixième forme de réalisation, qui diffère de celle décrite en référence aux figures 1 à 4 en ce que le dispositif 1 comporte du matériau à changement de phase 10 du type précité, dans les espaces situés entre les conduites 3, le support 4a et les cellules 2. La figure 11 illustre une septième forme de réalisation, qui diffère de celle décrite en référence aux figures 1 à 4 en ce que le dispositif 1 comporte une couche de matériau à changement de phase 10 du type précité, située entre les secondes extrémités 5 des conduites 3 et les cellules 2. Dans une telle forme de réalisation, les conduites 3 peuvent être utilisées pour décharger les calories stockées dans le matériau à changement de phase par exemple.
La figure 12 illustre une huitième forme de réalisation dans laquelle les conduites 3 s’étendent le long d’au moins une paroi latérale de plus grande surface d’une cellule 2.
A l’inverse, la figue 13 illustre une neuvième forme de réalisation, similaire à celle décrite précédemment, les conduites 3 s’étendant le long des parois latérales de plus petite surface des cellules 2. Les cellules 2 sont placées de façon adjacente les unes aux autres, au niveau de leurs plus grandes parois latérales.
Bien entendu, il est possible de combiner l’utilisation de conduites 3 à la fois le long des plus petites parois latérales et le long des plus grandes parois latérales. La figure 14 illustre une dixième forme de réalisation dans laquelle les cellules 2 présentent chacune une forme cylindrique, les cellules 2 étant parallèles les unes aux autres et agencées en quinconce. Les conduites 3 s’étendent entre les cellules 2 et présentent des zones courbées épousant les formes cylindriques des cellules 2, au moins en partie.
Chaque conduite s’étend par exemple dans un plan perpendiculaire aux axes des cellules 2. Les premières extrémités 4 des conduites 3 peuvent être solidaires de certaines cellules 2, qui servent alors de support fixe, et les secondes extrémités 5 des conduites 3 peuvent être aptes à venir en appui sur les cellules 2 opposées, en fonction de la pression du fluide à l’intérieur des conduites 3.
La figure 15 illustre une onzième forme de réalisation dans laquelle les cellules 2 sont par exemple cylindriques et sont logées dans un bloc 11 en matériau thermiquement conducteur, les conduites 3 étant agencées le long d’au moins une face latérale 12 dudit bloc support. Comme précédemment les premières extrémités 4 des conduites 3 peuvent être fixées à un support non représenté à la figure 14, les secondes extrémités 5 des conduites 3 étant aptes à venir en appui sur la face latérale correspondante 12 du bloc 11 en fonction de la pression du fluide à l’intérieur des conduites 3.
La figure 16 illustre une douzième forme de réalisation, qui diffère de la forme de réalisation illustrée à la figure 13 en ce que les conduites 3 sont formées par des poches 3 s’étendant par exemple sur toute la hauteur des cellules 2 et s’étendant le long des faces latérales de plus petite dimensions 2a des cellules 2.
Comme cela est mieux visible à la figure 17, chaque poche 3 peut comporter une paroi de section annulaire, présentant une épaisseur constante sur toute la périphérie. Une telle poche 3 peut être réalisée par extrusion par exemple. Une telle poche ne comporte pas de recouvrement de matière sur son épaisseur.
Selon une variante illustrée à la figure 18, chaque poche 3 peut comporter une paroi de section annulaire présentant une zone de recouvrement 3a dans laquelle deux épaisseurs de paroi sont fixées de manière étanche l’une à l’autre, par exemple par soudage ou collage.
La figure 19 illustre une quatorzième forme de réalisation dans laquelle la poche 3, ou plus généralement la conduite, comporte un renfort 13 s’étendant sur tout ou partie de la conduite 3. Le renfort 13 est formé par armature métallique ou carbone apte à former également une résistance électrique capable de générer des calories par effet Joules lorsqu’une tension est appliquée à ladite armature. La poche ou conduite 3 comporte ainsi des moyens de chauffage pouvant être utilisés ou non en fonction des conditions de fonctionnement. L’armature ou renfort 13 est apte à permettre une souplesse de la poche ou conduite 3.
La figure 20 illustre une quinzième forme de réalisation dans laquelle la poche 3 est équipée d’un renfort 13 se présentant sous la forme d’une lame métallique de section annulaire, ledit renfort 13 étant suffisamment souple pour permettre la déformation de la poche 3. Dans cette forme de réalisation, le renfort 13 est situé au niveau de la face interne de la poche 13.
La figure 21 illustre une seizième forme de réalisation, qui diffère de celle décrite en référence à la figure 20 en ce que le renfort 13 est situé au niveau de la face externe de la poche 3.
La figure 22 illustre une dix-septième forme de réalisation, qui diffère de celle décrite en référence à la figure 20 en ce que le renfort 13 est intégré à l’épaisseur de la poche 3.
Un tel renfort métallique 13 peut également permettre dé favoriser les échanges thermiques entre les cellules 2 et le fluide circulant dans la poche 3.
La figure 23 illustre une dix-huitième dans laquelle les parties de support 4a sont formés par des traverses. Chaque traverse 4a peut être réalisé en matériau composite ou métallique. Chaque traverse peut présenter une section en forme générale de I, de U ou de L. Le matériau composite peut comporter des fibres de renfort noyées dans une matrice polymère.
Chaque poche 3 est formée, pour partie, par la partie de support 4a, et pour partie, par une paroi ou une feuille souple 3b fixée de manière étanche à la partie de support 4a au niveau de ses bords inférieurs et supérieurs, de manière à délimiter un volume interne de la poche 3 avec la partie de support 4a.
La figure 24 illustre une dix-neuvième forme de réalisation qui diffère de celle exposée en référence à la figure 16 en ce que les poches 3 s’étendent le long des parois latérales de plus grande surface 2b des cellules 2.
Les cellules 2 peuvent être des cellules dites «pouch» (en anglais), comportant chacune une poche en aluminium ou plastique par exemple.
La figure 25 illustre une autre forme de réalisation, qui diffère de celles exposées en référence aux figures 1 à 15 en ce que certaines au moins des conduites 3 sont reliées par des zones de liaison fluidique 3c de manière à former un canal en forme général de serpentin ou de chicanes s’étendant d’une conduite à l’autre. Le canal comporte une entrée 24 et une sortie 25. Les conduites 3 sont situées au niveau d’une même face de la ou des cellules 2a et peuvent ainsi toutes être reliées « en série » les unes à la suite des autres, par l’intermédiaire des zones de liaison 3c.
La figure 26 illustre une autre forme de réalisation dans laquelle le dispositif comporte au moins une poche 3 similaire par exemple à la poche de la figure 17, mais dans laquelle est formé un canal interne 30 en forme générale de serpentin. La forme de serpentin est un exemple parmi d’autres formes que pourraient prendre la circulation fluide à l’intérieur de la poche 3.
La poche 3 est par exemple formée d’une première partie 31 formant notamment une première face longitudinale 31 a et une seconde partie 32 formant notamment une seconde face longitudinale 32a, les deux parties 31 , 32 étant assemblées de manière étanche l’une à l’autre. La direction longitudinale L est ici définie comme la direction d’extension ou de plus grande dimension de la poche 3. Dans cette forme de réalisation, l’entrée 24 et la sortie 35 sont situées au niveau des faces longitudinales 31 a, 32a de la poche 3 et s’étendent perpendiculairement au plan général médian de la poche 3. L’entrée 24 et la sortie 25 sont ici situées à des extrémités longitudinales opposées de la poche 3, c’est-à-dire à l’opposée l’une de l’autre.
La figure 27 illustre une autre forme de réalisation qui diffère de celle décrite en référence à la figure 26 en ce que l’entrée 24 et la sortie 25 sont situées au niveau d’une même face longitudinale de la poche.
Par ailleurs, le canal peut comporter un rétrécissement de sa section, progressif ou non, par exemple de l’entrée vers la sortie, comme illustré sur cette figure. Un tel rétrécissement est également applicable aux autres formes de réalisation.
La figure 28 illustre une autre forme de réalisation qui diffère de celle décrite en référence à la figure 26 en ce que l’entrée 24 et la sortie 25 sont situées au niveau d’une même extrémité longitudinale de la poche 3.
La figure 29 illustre une autre forme de réalisation qui diffère de celle décrite en référence à la figure 27 en ce que l’entrée 24 et la sortie 25 sont situées au niveau de deux extrémités longitudinales opposées de la poche 3.
La figure 30 illustre une autre forme de réalisation qui diffère de celle décrite en référence à la figure 25 en ce qu’au moins une conduite 3 est pourvue de moyens de génération de turbulence dans l’écoulement de fluide traversant les conduites 3. Ces moyens de génération de turbulence sont par exemple formés par des zones de matière ou corrugations 33, par exemple en forme de chevron. Il est également possible de former ces moyens de génération de turbulence par l’intermédiaire d’inserts distincts des conduites 3 et fixées à ou insérés dans la conduite concernée 3. Ces moyens peuvent être formés ou moulés sur les parois ou les faces 31a, 32a de la conduite 3, ou être formées par des pièces distinctes fixées sur lesdites parois ou faces 31 a, 32a de la conduite 3. Ces moyens peuvent également être formés sur une surface contre laquelle la conduite 3 vient se plaquer lorsque la conduite est soumise à un fluide sous pression, par exemple une face des cellules 2a ou du support 4a.
Bien entendu, de tels moyens de génération de turbulence peuvent être appliqués aux formes de réalisation comportant une poche.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de régulation thermique (1 ) comportant un organe (2) à chauffer ou à refroidir, une conduite (3) de circulation de fluide comprenant au moins une partie souple (6) apte à se déformer en fonction de la pression du fluide au sein de la conduite (3), et au moins une zone de contact (5) venant en contact avec ledit organe (2) lorsque la pression du fluide dans la conduite (3) est supérieure à une pression déterminée et qui est écartée dudit organe (2) lorsque la pression du fluide dans la conduite (3) est inférieure à la pression déterminée, le dispositif de régulation thermique (1 ) comportant des moyens de régulation aptes à faire varier la pression du fluide au sein de la conduite (3).
2. Dispositif (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la partie souple (6) est réalisée en élastomère ou thermoplastique ou en métal ou en film multicouche, au moins en partie.
3. Dispositif (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie souple (6) comporte au moins une paroi (6a) comportant au moins une zone (6b) inclinée par rapport à la direction du déplacement de la zone de contact (5).
4. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone de contact (5) comporte au moins une partie métallique ou tout matériau à conductivité thermique élevée (7).
5. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte une partie de support (4a), la conduite (3) étant formée en partie par, ou prenant appui sur, ladite partie de support (4a), à l’opposé de la zone de contact (5).
6. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs conduites (3) écartées les unes des autres et comportant chacune une partie souple (6) et une zone de contact (5) apte à venir en appui contre, ou à être écartée de, l’organe (2) à chauffer ou à refroidir.
7. Dispositif (1 ) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu’il comporte un organe élastique (8) monté entre la zone de contact (5) et la partie de support (4, 4a).
8. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de stockage de calories et/ou de frigories (10).
9. Dispositif (1 ) selon la revendication 8, caractérisé en lesdits moyens de stockage de calories et/ou de frigories sont montés dans une conduite (9) du dispositif (1 ) ou entre deux conduites (3) du dispositif (1 ).
10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 9.
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