EP4402741A1 - Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement - Google Patents

Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement

Info

Publication number
EP4402741A1
EP4402741A1 EP22768810.8A EP22768810A EP4402741A1 EP 4402741 A1 EP4402741 A1 EP 4402741A1 EP 22768810 A EP22768810 A EP 22768810A EP 4402741 A1 EP4402741 A1 EP 4402741A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
interface
cooling
cooling plate
plate
battery
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
EP22768810.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Recouvreur
Christophe ROBIN
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.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
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 Ampere SAS filed Critical Ampere SAS
Publication of EP4402741A1 publication Critical patent/EP4402741A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0263—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry or cross-section of header box
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0278—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of stacked distribution plates or perforated plates arranged over end plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0282—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry of conduit ends, e.g. by using inserts or attachments for modifying the pattern of flow at the conduit inlet or outlet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6552—Closed pipes transferring heat by thermal conductivity or phase transition, e.g. heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/0297—Side headers, e.g. for radiators having conduits laterally connected to common header
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/10—Particular layout, e.g. for uniform temperature distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • TITLE Cooling Plate Coolant Manifold Interface.
  • a cooling plate coolant manifold interface is provided.
  • the invention also relates to an assembly comprising a cooling plate equipped with such an interface.
  • the invention further relates to a battery thermal management system comprising such an interface or assembly.
  • the invention also relates to a vehicle equipped with such an interface, such an assembly or such a thermal management system.
  • Document CN109728381 A discloses a method for designing a water plate implementing fluid passage sections adjusted so as to concentrate the flow in the regions of the plate where the heat dissipation requirements are greatest.
  • This solution makes it possible to use the same water plate, and therefore the same water collector, to meet different thermal management needs.
  • this solution has drawbacks.
  • such a plate does not make it possible to adapt to the thermal management needs of all the batteries.
  • Some batteries may require the use of a different water plate, including a different sized water plate. This device therefore does not meet the adaptation needs necessary to be able to use a standard water collector.
  • the object of the invention is to provide a device remedying the above drawbacks and improving the devices known from the prior art.
  • the invention makes it possible to produce a device which is simple and reliable and which makes it possible to use a standard water collector with different water plates while optimizing the thermal management of the battery.
  • the invention relates to an interface for a coolant manifold of a cooling plate, the interface comprising
  • a second main face intended to be connected to a cooling plate having at least two passages for circulation of a cooling fluid, the second main face comprising at least two holes of different geometries respectively allowing a circulation of cooling fluid between the coolant manifold and each of the at least two passages of the cooling plate.
  • the interface is intended to be connected to a cooling plate arranged close to a face of a battery for its cooling, said face of a battery comprising at least a first and a second zone such that the temperature of the first zone is significantly higher than the temperature of the second zone when the battery is in operation, the cooling plate having at least two passages for the circulation of a cooling fluid, a first passage among the at least two passages being the closest to the first zone, and a second lane among the at least two lanes being closest to the second zone, the first and the second lane each being supplied with cooling fluid via two separate holes among the at least two holes of different geometries, and the hole which supplies the first corridor with cooling fluid has a greater cross-sectional area than the hole which supplies the second corridor with cooling fluid.
  • the interface is intended to be connected to a cooling plate upstream or downstream of a cooling plate relative to a direction of circulation of a cooling fluid in a cooling plate.
  • the interface is made of aluminum.
  • the invention also relates to an assembly comprising:
  • the cooling plate being intended to cool a battery comprising at least one battery module, the at least one battery module being of given length X, the cooling plate comprises Y corridors coolant circulation and the Y lanes of the cooling plate are spaced from each other by a distance X/(Y+1 ).
  • the at least one interface may have Y holes.
  • the invention also relates to a thermal management system for an electric battery comprising at least one interface according to the invention or an assembly according to the invention.
  • the invention further relates to a motor vehicle comprising an electric battery and a thermal management system according to the invention.
  • the attached drawing shows, by way of example, one embodiment of an interface for a water collector according to the invention, one embodiment of an assembly comprising a cooling plate equipped with an interface according to the invention and an embodiment of a thermal management system for a battery comprising such an interface or such an assembly.
  • FIG. 1 represents an embodiment of a motor vehicle equipped with an interface for a water collector according to the invention.
  • Figure 2 shows one embodiment of a cooling plate.
  • Figure 3 shows one embodiment of a standard water collector.
  • Figure 4 shows an embodiment of a standard water collector equipped with a water collector interface.
  • FIG. 5 illustrates the flow rates of cooling fluid obtained respectively in each of the passages of a cooling plate successively from an interface 1 according to a first and a second embodiment.
  • Figure 6 illustrates one embodiment of a water collector interface.
  • FIG. 7 represents a first and a second distribution of the temperature of the cooling plate obtained respectively by equipping the water collector with an interface according to a first and a second embodiment.
  • Figure 8 is a graph representing all the simulations performed to calibrate the interface 1 .
  • the motor vehicle 10 is an electric or hybrid motor vehicle, in particular a passenger vehicle or a utility vehicle.
  • the motor vehicle 10 is equipped with a battery 5 according to the invention, of the Lithium or Li-ion type.
  • the battery 5 could also be a so-called all-solid or solid electrolyte battery.
  • the battery 5 comprises several battery modules 51, the modules 51 comprising Li-ion battery cells 511 .
  • the motor vehicle 10 is also equipped with a thermal management system 4 of a battery comprising the elements necessary for the implementation of a circulation of cooling fluid near the battery modules 51 .
  • system 4 includes the following elements:
  • the terms “manifold” or “water manifold” are used to designate a coolant manifold.
  • plate or “cooling plate” are used to refer to a water plate or a coolant plate, or a liquid coolant plate.
  • the system 4 allows circulation of the cooling fluid in a cooling direction 44.
  • the pump 41 creates a movement of the cooling fluid, in particular between
  • the cooling fluid passes through the plate 3, thus circulating close to the battery modules 51 for their cooling.
  • the coolant temperature measured at point B is therefore significantly higher than the coolant temperature measured at point A.
  • the fluid Downstream of point B, the fluid is then cooled by the cooling means 42, which may for example be a circuit in which Freon gas circulates, in particular a coil wound around the refrigerated portion of the circuit 43, for its cooling.
  • the cooling means 42 may for example be a circuit in which Freon gas circulates, in particular a coil wound around the refrigerated portion of the circuit 43, for its cooling.
  • the pump 41 makes it possible to adjust the flow rate of the cooling fluid circulating in the circuit 43.
  • the flow rate of the fluid conditions in particular the amount of heat transfer between the battery modules and the coolant.
  • the cooling plate 3 is in the shape of a rectangular parallelepiped of length L31, width L32 and height H, having:
  • main faces FP31, FP32 of dimensions L31xL32, one of the main faces FP31, FP32 being intended to be placed near or in contact with the battery modules 51,
  • the plate 3 has eight rectilinear corridors 31 to 38 and of length L31 allowing the cooling fluid to circulate inside the cooling plate, from the side face FL32, called the inlet face, to the side face FL34, called the exit face.
  • the eight corridors thus create eight distinct fluid flows in the cooling plate.
  • the corridors 31 to 38 of the cooling plate 3 are made by extrusion, and are commonly called “multiport extruded pipes”. Other embodiments of the corridors are possible, for example by molding.
  • the circuit 43 is advantageously connected to the plate 3 via two water collectors 2.
  • the FL32 inlet face and the FL34 outlet face are respectively connected (directly or indirectly) to a first and a second collector.
  • FIG. 3 represents an embodiment of a water collector 2.
  • the water collector comprises an end 23 in the form of a pipe enabling it to be connected to the circuit 43, and a large open end 24 of preferentially elongated shape, allowing its connection in particular to one of the entry or exit faces FL32, FL34 of plate 3.
  • At least one of the two collectors is additionally equipped with a collector interface
  • Manifold 1 interface is a hollow part; its envelope is a rectangular parallelepiped whose length and width adjust to the dimensions of the open end 24 of the water collector 2.
  • the interface 1 has first and second main faces FP11, FP12 and four side faces.
  • Interface 1 can be made of aluminium. In one embodiment, its length can be 250 millimeters, its width can be between 30 and 40 millimeters and its thickness can be 5 millimeters. The dimensions and shape of interface 1 may vary depending on the dimensions and shape of manifold 2 and plate 3.
  • the first main face FP11 of the interface 1 is intended to be connected to the water collector 2. In one embodiment, it has a wide opening 01, advantageously adjusted to the dimensions of the wide open end 24 of the collector 2. Thus , when the opening 01 of the interface 1 is fixed facing the opening 24 of the collector
  • the second main face FP12 is intended to be connected to the cooling plate 3.
  • the second main face FP12 has at least two holes 101, 102 for the passage of the cooling fluid. It is intended to be fixed to one of the side inlet or outlet faces FL32, FL34 of the cooling plate 3.
  • the at least two holes 101, 102 are located respectively opposite at least a first and a second lane of plate 3.
  • Interface 1 therefore makes it possible to connect a water collector 2 to a cooling plate 3, without the water collector and the plate having been specifically designed to operate together.
  • the geometric shape of the interface 1 in particular the geometric shape of its main faces FP11, FP12, can easily be adapted to allow the circulation of a cooling fluid between a given water collector and a plate of given cooling.
  • the interface makes it possible to adapt the circulation of the fluid to the spatial distribution of the heat generated by the battery modules 51, and this without requiring any modification at the level of the water collector 2 or of the plate 3.
  • the purpose of adapting the circulation of the cooling fluid is to standardize the temperature of the battery to limit temperature peaks in given areas of the battery.
  • At least two holes 101, 103 of the interface 1 can be of different geometries.
  • an interface 1 according to the invention can have between 2 and N holes, at least two holes among the N being of different geometries and each of the holes being arranged opposite a separate corridor from the cooling plate 3.
  • the interface 1 has 8 holes, 101 to 108, such that the holes 101, 102, 108 located at the ends of the interface 1 are of greater diameter than the holes 103 at 107 located in the central part of the interface, in particular the diameter of the circular holes 101, 102, 108 is 6 millimeters and that of the circular holes 103 to 107 is 4 millimeters.
  • the interface 1 represented by figure 6 can be used upstream and/or downstream of the plate 3 represented by figure 2.
  • the interface 1 provides a hole for each lane of the plate 3, holes 101 to 108 respectively supplying lanes 31 to 38 of the plaque. Due to their larger diameter than that of the other holes of the interface, the holes 101, 102, 108 generate a greater cooling fluid flow in the corridors 31, 32 and 38, relative to the other corridors 33 to 37 of the plate 3.
  • FIGS 5 and 7 illustrate the effect of an interface 1 according to the invention through two embodiments of the interface 1,
  • FIG. 5 illustrates the flow rates of cooling fluid (in kilograms per hour) obtained respectively in each of the eight corridors 31 to 38 of a cooling plate 3 successively equipped with an interface 1 according to the initial embodiment Mod_i, then d an interface 1 according to the final embodiment Mod_f.
  • the values of the initial flow rates D1_i to D8_i are between 100 and 140 kg/h, the flow rates D1_i to D3_i being between 100 and 120 kg/h and the flow rates D4_i to D8_i being between 120 and 140 kg/h.
  • the values of the final flow rates D1_f to D8_f are between 90 and 175 kg/h, the flow rates D3_f to D7_f being between 90 and 110 kg/h and the flow rates D 1 _f, D2_f and D8_f being between 140 and 175 kg/h.
  • an interface 1 according to the final embodiment Mod_f imposes a bit rate in the side corridors 31, 32 and 38 which is 50% higher than the bit rate of the other corridors 33 to 37.
  • the maximum bit rate in the final embodiment Mod_f is 50% greater than the maximum bit rate in the initial embodiment Mod_i.
  • FIG. 7 illustrates the effect of an interface 1 according to the invention on the thermal management of the battery.
  • the views V1 and V2 represent respectively a first and a second distribution of the temperature of the cooling plate obtained by equipping the water collector 2 with an interface 1 according to the initial embodiment Mod_i, then according to the mode of final realization Mod_f.
  • the first view V1 highlights two zones 301_i, 302_i whose temperature is significantly higher than the rest of the plate 3.
  • the invention therefore makes it possible to improve the performance of the cooling plate by adjusting the geometry of the holes of the interface.
  • the improvement is observed according to two indicators, the maximum temperature Tmax_i, Tmax_f measured on the plate 3 and the coefficient of thermal resistance Rth_i, Rth_f of the plate, which indicates the capacity of a material (here the plate) to prevent the heat to pass through it. Between the initial embodiment Mod_i and the final embodiment Mod_f, these two parameters are significantly improved:
  • the maximum temperature measured in the final mode Tmax_f (29.5°C) is approximately two degrees lower than the maximum temperature measured in the initial mode Tmax_i (31 .2°C),
  • the implementation of the invention requires determining an optimal configuration of the interface 1 - that is to say the number, the position and the geometry of the holes arranged on the second main face FP12 of the interface 1 - depending on the geometry of the cooling plate 3 and the spatial distribution of the heat generated by the battery modules 51 .
  • an interface according to the invention comprising at least two holes of different geometries 101, 103, intended to be connected to a cooling plate arranged close to a face of a battery for its cooling, if the face of the battery comprises at least a first and a second zone such that the temperature of the first zone is significantly higher than the temperature of the second zone when the battery is in operation, and if the cooling plate has at least two corridors 31, 33 for circulation of a cooling fluid, a first corridor among the at least two corridors 31, 33 being the closest to the first zone, and a second corridor among the at least two corridors 31, 33 being the closest to the second zone, the first and the second corridor each being supplied with cooling fluid via two distinct holes among the at least two holes 101, 103 of different geometries, then s, in one embodiment, the hole that supplies the first corridor with cooling fluid will have a larger cross-sectional area than the hole which supplies the second corridor with cooling fluid, the sectional area being measured perpendicular to the direction of flow of the cooling fluid.
  • the graph G1 of figure 8 is a representation of all the simulations carried out to calibrate the interface 1 represented by figure 6, each point of the graph G1 representing a simulation.
  • the abscissa axis represents the permeability of the assembly formed by interface 1 and plate 3, expressed in mm2. The higher the permeability, the lower the power required to operate the pump 41. Thus, a point located in the right part of the graph represents an interface 1 which will require less energy to supply the pump 41 than a point located in the left part of the graph.
  • the y-axis represents the maximum temperature reached in a zone of the battery.
  • the point Mod_i represents, for example, a configuration of interface 1 generating a permeability of 74 mm2 and a maximum temperature of 32.1° C. in a given zone of the battery.
  • the configuration corresponding to the point Mod_i is located in high values of temperature and permeability. In other words, in the embodiment associated with the Mod_i point, the use of the interface 1 does not require a large energy surplus at the level of the pump 41; however, the thermal regulation of the battery is not optimal.
  • point Mod_1 represents a configuration of interface 1 generating a permeability of 60 mm2 and a maximum temperature of 30.1°C in a given area of the battery. The configuration corresponding to the point Mod_1 is located in low values of temperature and permeability. In other words, in the embodiment associated with the point Mod_1, the thermal regulation of the battery is optimal, however the use of the interface 1 requires a surplus of energy at the level of the pump 41 .
  • the optimal zone is determined by a plateau corresponding to a set of simulations for which the maximum temperature of the battery remains constant while the permeability of interface 1 decreases.
  • the optimization of interface 1 could take into account other criteria.
  • the process of optimizing the cooling of the battery 5 is therefore partly based on the design of the interface 1 .
  • the simplicity of design and production of the interface 1 makes it possible to modify this part until late in the life of the project, which confers flexibility for the design of the other elements of the system 4, in particular the cooling plate 3 or the manifold 2.
  • the interface 1 according to the invention allows both
  • the invention also relates to an assembly consisting of the interface 1 and a generic cooling plate.
  • the generic cooling plate could be designed so that its dimensions are determined according to the dimensions of the battery 5 to be cooled.
  • the associated generic plate could be a plate comprising Y lanes extending in the length of the module, the Y lanes being spaced from each other by a distance X/(Y+1 ).
  • the interface 1 associated with the plate would then present Y holes whose geometry would be optimized according to the spatial distribution of the temperature of the battery.
  • the interface 1 alone or in association with a generic plate makes it possible to simplify the development process and to reduce the development costs of the motor vehicle 10.
  • water has sometimes been used instead of “coolant” to express the same concept, because coolants often have an aqueous base.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

Interface (1) pour collecteur de fluide de refroidissement (2) d'une plaque de refroidissement (3), l'interface (1) comprenant une première face principale (FP11 ) destinée à être raccordée à un collecteur de fluide de refroidissement (2), et une deuxième face principale (FP12) destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement (3) présentant au moins deux couloirs (31, 33) de circulation d'un fluide de refroidissement, la deuxième face principale (FP12) comprenant au moins deux trous (101, 103) de géométries différentes permettant respectivement une circulation de fluide de refroidissement entre le collecteur de fluide de refroidissement (2) et chacun des au moins deux couloirs (31, 33) de la plaque de refroidissement (3).

Description

TITRE : Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement.
L’invention concerne une interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement. L’invention porte aussi sur un ensemble comprenant une plaque de refroidissement équipée d’une telle interface. L’invention porte en outre sur un système de gestion thermique pour batterie comprenant une telle interface ou un tel ensemble. L’invention porte également sur un véhicule équipé d’une telle interface, d’un tel ensemble ou d’un tel système de gestion thermique.
Dans l’industrie automobile, la réutilisation de pièces existantes participe aux stratégies de réduction du coût de conception et de production des nouveaux modèles de véhicules.
C’est le cas notamment pour les collecteurs de fluide de refroidissement permettant de créer une circulation de fluide de refroidissement dans les plaques de refroidissement, ou plaque à eau, des batteries électriques. L’utilisation de collecteurs d’eau dits « standards », c’est-à-dire communs à plusieurs modèles de véhicules, ne doit toutefois pas se faire au détriment de la gestion thermique de la batterie. En effet, les besoins en gestion thermique de la batterie peuvent différer d’un véhicule à l’autre et l’utilisation d’un collecteur de fluide de refroidissement standard ne doit pas limiter la prise en compte de ces différences.
On connait du document CN109728381 A une méthode de conception d’une plaque à eau mettant en œuvre des sections de passage du fluide ajustées de manière à concentrer le flux dans les régions de la plaque où les besoins en dissipation de chaleur sont les plus importants. Cette solution permet d’utiliser la même plaque à eau, et donc le même collecteur d’eau pour répondre à différents besoins de gestion thermique. Toutefois cette solution présente des inconvénients. En particulier, une telle plaque ne permet pas de s’adapter aux besoins de gestion thermique de toutes les batteries. Certaines batteries peuvent nécessiter d’utiliser une plaque à eau différente, notamment une plaque à eau de dimensions différentes. Ce dispositif ne répond donc pas aux besoins d’adaptation nécessaires pour pouvoir utiliser un collecteur d’eau standard.
Le but de l’invention est de fournir un dispositif remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs connus de l’art antérieur. En particulier, l’invention permet de réaliser un dispositif qui soit simple et fiable et qui permette d’utiliser un collecteur d’eau standard avec différentes plaques à eau tout en optimisant la gestion thermique de la batterie.
A cet effet, l’invention porte sur une interface pour collecteur de fluide de refroidissement d’une plaque de refroidissement, l’interface comprenant
- une première face principale destinée à être raccordée à un collecteur de fluide de refroidissement, et
- une deuxième face principale destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement présentant au moins deux couloirs de circulation d’un fluide de refroidissement, la deuxième face principale comprenant au moins deux trous de géométries différentes permettant respectivement une circulation de fluide de refroidissement entre le collecteur de fluide de refroidissement et chacun des au moins deux couloirs de la plaque de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, l’interface est destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement disposée à proximité d’une face d’une batterie pour son refroidissement, ladite face d’une batterie comprenant au moins une première et une deuxième zones telles que la température de la première zone est significativement supérieure à la température de la deuxième zone lorsque la batterie est en fonctionnement, la plaque de refroidissement présentant au moins deux couloirs de circulation d’un fluide de refroidissement, un premier couloir parmi les au moins deux couloirs étant le plus proche de la première zone, et un deuxième couloir parmi les au moins deux couloirs étant le plus proche de la deuxième zone, le premier et le deuxième couloir étant chacun alimentés en fluide de refroidissement via deux trous distincts parmi les au moins deux trous de géométries différentes, et le trou qui alimente le premier couloir en fluide de refroidissement présente une plus grande aire de section que le trou qui alimente le deuxième couloir en fluide de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, l’interface est destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement en amont ou en aval d’une plaque de refroidissement relativement à un sens de circulation d’un fluide de refroidissement dans une plaque de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, l’interface est réalisée en aluminium.
L’invention porte également sur un ensemble comprenant :
- au moins une interface selon l’invention,
- deux collecteurs d’eau, et
- une plaque de refroidissement.
Dans un premier mode de réalisation de l’ensemble, la plaque de refroidissement étant destinée à refroidir une batterie comprenant au moins un module de batterie, l’au moins un module de batterie étant de longueur donnée X, la plaque de refroidissement comprend Y couloirs de circulation du fluide de refroidissement et les Y couloirs de la plaque de refroidissement sont espacés les uns des autres d’une distance X/(Y+1 ).
Dans le premier mode de réalisation de l’ensemble, l’au moins une interface peut présenter Y trous.
L’invention porte également sur un système de gestion thermique d’une batterie électrique comprenant au moins une interface selon l’invention ou un ensemble selon l’invention.
L’invention porte de plus sur un véhicule automobile comprenant une batterie électrique et un système de gestion thermique selon l’invention.
Le dessin annexé représente, à titre d’exemple, un mode de réalisation d’une interface pour collecteur d’eau selon l’invention, un mode de réalisation d’un ensemble comprenant une plaque de refroidissement équipée d’une interface selon l’invention et un mode de réalisation d’un système de gestion thermique pour batterie comprenant une telle interface ou un tel ensemble.
[Fig. 1 ] La figure 1 représente un mode de réalisation d’un véhicule automobile équipé d’une interface pour collecteur d’eau selon l’invention. [Fig. 2] La figure 2 représente un mode de réalisation d’une plaque de refroidissement.
[Fig. 3] La figure 3 représente mode de réalisation d’un collecteur d’eau standard.
[Fig. 4] La figure 4 représente mode de réalisation d’un collecteur d’eau standard équipé d’une interface pour collecteur d’eau.
[Fig. 5] La figure 5 illustre les débits de fluide de refroidissement obtenus respectivement dans chacun des couloirs d’une plaque de refroidissement successivement d’une interface 1 selon un premier et un deuxième mode de réalisation. [Fig 6] La figure 6 illustre un mode de réalisation d’une interface pour collecteur d’eau.
[Fig. 7] La figure 7 représente une première et une deuxième distribution de la température de la plaque de refroidissement obtenues respectivement en équipant le collecteur d’eau d’une interface selon un premier et un deuxième mode de réalisation.
[Fig 8] La figure 8 est un graphe représentant l’ensemble des simulations effectuées pour calibrer l’interface 1 .
Un mode de réalisation d’un véhicule automobile 10 selon l’invention est décrit ci-après en référence à la figure 1 . Le véhicule automobile 10 est un véhicule automobile électrique ou hybride, notamment un véhicule de tourisme ou un véhicule utilitaire.
Le véhicule automobile 10 est équipé d’une batterie 5 selon l’invention, de type Lithium, ou Li-ion. La batterie 5 pourrait également être une batterie dite tout solide ou à électrolyte solide. La batterie 5 comprend plusieurs modules de batterie 51 , les modules 51 comprenant des cellules Li-ion de batterie 511 .
Le véhicule automobile 10 est également équipé d’un système 4 de gestion thermique d’une batterie comprenant les éléments nécessaires à la mise en œuvre d’une circulation de fluide de refroidissement à proximité des modules de batterie 51 .
Dans un mode de réalisation, le système 4 comprend les éléments suivants :
- une plaque de refroidissement 3 avantageusement placée au contact ou à proximité des modules de batterie 51 ,
- deux collecteurs d’eau 2, ou collecteurs de fluide de refroidissement,
- une pompe 41 ,
- un moyen de refroidissement 42, - un circuit 43 reliant la pompe 41 , le moyen de refroidissement 42 et la plaque 3.
Dans la suite du document, les termes « collecteur » ou « collecteur d’eau » sont utilisés pour désigner un collecteur de fluide de refroidissement. De même, les termes « plaque » ou « plaque de refroidissement » sont utilisés pour désigner une plaque à eau ou une plaque à fluide de refroidissement, ou une plaque à liquide de refroidissement.
Ainsi le système 4 permet une circulation du fluide de refroidissement selon une direction de refroidissement 44. La pompe 41 crée un déplacement du fluide de refroidissement, notamment entre
- un point A situé entre la pompe 41 et la plaque 3, en amont de la plaque 3 relativement au sens de circulation 44 du fluide de refroidissement, et
- un point B situé entre la plaque 3 et le moyen de refroidissement 42, en aval de la plaque 3 relativement au sens de circulation 44 du fluide de refroidissement.
Entre le point A et le point B, le fluide de refroidissement traverse la plaque 3, circulant ainsi à proximité des modules de batterie 51 pour leur refroidissement. La température du fluide de refroidissement mesurée au point B est donc sensiblement supérieure à la température du fluide de refroidissement mesurée au point A.
En aval du point B, le fluide est ensuite refroidi par le moyen de refroidissement 42, qui peut être par exemple un circuit dans lequel circule du gaz Fréon, notamment un serpentin enroulé autour de la portion réfrigérée du circuit 43, pour son refroidissement.
La pompe 41 permet de régler le débit du fluide de refroidissement circulant dans le circuit 43. Le débit du fluide conditionne notamment la quantité de transfert thermique entre les modules de batterie et le fluide de refroidissement.
Un mode de réalisation d’une plaque de refroidissement est décrit par la figure 2. La plaque de refroidissement 3 est en forme de parallélépipède rectangle de longueur L31 , de largeur L32 et de hauteur H, présentant :
- deux faces principales rectangulaires opposées FP31 , FP32, de dimensions L31xL32, une des faces principales FP31 , FP32 étant destinée à être placée à proximité ou au contact des modules de batterie 51 ,
- deux faces latérales FL31 , FL33, de dimensions L31xH, et
- deux faces latérales FL32, FL34, de dimensions L32xH, la face latérale FL32 étant située en amont de la face latérale FL34 par rapport au sens de circulation 44 du fluide de refroidissement.
Dans ce mode de réalisation, la plaque 3 présente huit couloirs 31 à 38 rectilignes et de longueur L31 permettant au fluide de refroidissement de circuler à l’intérieur de la plaque de refroidissement, de la face latérale FL32, dite face d’entrée, à la face latérale FL34, dite face de sortie. Les huit couloirs créent ainsi huit flux de fluide distincts dans la plaque de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, les couloirs 31 à 38 de la plaque de refroidissement 3 sont réalisés par extrusion, et sont communément nommés « conduites extrudées multiports ». D’autres modes de réalisation des couloirs sont envisageables, par exemple par moulage.
Afin de permettre la circulation du fluide de refroidissement dans la plaque 3, le circuit 43 est avantageusement connecté à la plaque 3 par l’intermédiaire de deux collecteurs d’eau 2. Notamment, la face d’entrée FL32 et la face de sortie FL34 sont respectivement connectées (directement ou indirectement) à un premier et un deuxième collecteur. La figure 3 représente un mode de réalisation d’un collecteur d’eau 2. Le collecteur d’eau comprend une extrémité 23 en forme de tuyau permettant son raccordement au circuit 43, et une large extrémité ouverte 24 de forme préférentiellement allongée, permettant son raccordement notamment à l’une des faces d’entrée ou de sortie FL32, FL34 de la plaque 3.
Dans le mode de réalisation de l’invention illustré par la figure 4, au moins un des deux collecteurs est en outre équipé d’une interface pour collecteur
1 , l’interface s’interposant entre le collecteur et la plaque de refroidissement 3.
L’interface pour collecteur 1 est une pièce creuse ; son enveloppe est un parallélépipède rectangle dont la longueur et la largeur s’ajustent aux dimensions de l’extrémité ouverte 24 du collecteur d’eau 2. L’interface 1 présente une première et une deuxième faces principales FP11 , FP12 et quatre faces latérales.
L’interface 1 peut être réalisée en aluminium. Dans un mode de réalisation, sa longueur peut être de 250 millimètres, sa largeur peut se situer entre 30 et 40 millimètres et son épaisseur peut être de 5 millimètres. Les dimensions et la forme de l’interface 1 peuvent varier selon les dimensions et la forme du collecteur 2 et de la plaque 3.
La première face principale FP11 de l’interface 1 est destinée à être raccordée au collecteur d’eau 2. Dans un mode de réalisation, elle présente une large ouverture 01 , avantageusement ajustée aux dimensions de la large extrémité ouverte 24 du collecteur 2. Ainsi, lorsque l’ouverture 01 de l’interface 1 est fixée face à l’ouverture 24 du collecteur
2, l’ensemble du fluide de refroidissement entrant dans le collecteur 2 via l’extrémité 23 est recueilli par l’interface 1 . La deuxième face principale FP12 est destinée à être raccordée à la plaque de refroidissement 3. La deuxième face principale FP12 présente au moins deux trous 101 , 102 pour le passage du fluide de refroidissement. Elle est destinée à être fixée à l’une des faces latérales d’entrée ou de sortie FL32, FL34 de la plaque de refroidissement 3. Avantageusement, lorsque la deuxième face principale FP12 est fixée à l’une des faces latérales d’entrée ou de sortie FL32, FL34 de la plaque 3, les au moins deux trous 101 , 102 se situent respectivement en vis-à-vis d’au moins un premier et un deuxième couloir de la plaque 3.
Ainsi, lorsque la deuxième face principale FP12 de l’interface 1 est fixée hermétiquement à la face latérale d’entrée FL32 de la plaque 3, l’ensemble du fluide de refroidissement entrant dans l’interface 1 via l’ouverture 01 se répartit entre les au moins deux couloirs situés en vis-à-vis des au moins deux trous 101 , 102. En d’autres termes, le fluide de refroidissement
- entre dans le collecteur 2 via l’extrémité 23 en forme de tuyau,
- traverse le collecteur 2 et l’interface 1 ,
- pénètre dans au moins deux couloirs de la plaque de refroidissement via les au moins deux trous 101 , 102.
De même, lorsque la deuxième face principale FP12 de l’interface 1 est fixée hermétiquement à la face latérale de sortie FL34 de la plaque 3, l’ensemble du fluide de refroidissement entrant dans l’interface 1 via les au moins deux trous 101 , 102 convergent vers l’ouverture 01 située en vis-à- vis de la large extrémité ouverte 24 du collecteur 2. En d’autres termes, le fluide de refroidissement
- sort de la plaque de refroidissement 3 via les au moins deux trous placés en vis-à-vis d’au moins deux couloirs de la plaque 3,
- traverse l’interface 1 , puis
- traverse le collecteur 2 pour ressortir, via l’extrémité 23, dans le circuit 43. L’interface 1 permet donc de connecter un collecteur d’eau 2 à une plaque de refroidissement 3, sans que le collecteur d’eau et la plaque n’aient été spécifiquement conçus pour fonctionner ensemble. En effet, la forme géométrique de l’interface 1 , notamment la forme géométrique de ses faces principales FP11 , FP12, peut aisément s’adapter pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement entre un collecteur d’eau donné et une plaque de refroidissement donnée.
En outre, l’interface permet d’adapter la circulation du fluide à la répartition spatiale de la chaleur générée par les modules de batterie 51 , et ce sans nécessiter de modification au niveau du collecteur d’eau 2 ou de la plaque 3. L’adaptation de la circulation du fluide de refroidissement a pour objectif d’homogénéiser la température de la batterie pour limiter les pics de température dans des zones données de la batterie.
A cet effet, au moins deux trous 101 , 103 de l’interface 1 peuvent être de géométries différentes. Pour une plaque de refroidissement présentant N couloirs, une interface 1 selon l’invention peut présenter entre 2 et N trous, au moins deux trous parmi les N étant de géométries différentes et chacun des trous étant disposé en vis-à-vis d’un couloir distinct de la plaque de refroidissement 3.
Par exemple, dans le mode de réalisation représenté par la figure 6, l’interface 1 présente 8 trous, 101 à 108, tels que les trous 101 , 102, 108 situés aux extrémités de l’interface 1 sont de diamètre supérieur aux trous 103 à 107 situés en partie centrale de l’interface, notamment le diamètre des trous circulaires 101 , 102, 108 est de 6 millimètres et celui des trous circulaires 103 à 107 est de 4 millimètres.
L’interface 1 représentée par la figure 6 peut être utilisée en amont et/ou en aval de la plaque 3 représentée par la figure 2. Dans ce mode de réalisation, l’interface 1 fournit un trou pour chaque couloir de la plaque 3, les trous 101 à 108 alimentant respectivement les couloirs 31 à 38 de la plaque. Du fait de leur diamètre supérieur à celui des autres trous de l’interface, les trous 101 , 102, 108 génèrent un débit de fluide de refroidissement plus important dans les couloirs 31 , 32 et 38, relativement aux autres couloirs 33 à 37 de la plaque 3.
L’interface 1 selon l’invention permet ainsi de calibrer indépendamment le débit de fluide dans chaque couloir de la plaque de refroidissement afin d’optimiser le refroidissement des modules de batterie 51. Autrement dit, le diamètre de chacun des trous de l’interface est calculé afin de régler, dans chaque couloir de la plaque de refroidissement, le débit de fluide de refroidissement qui permettra de diminuer et d’homogénéiser la température de la batterie.
Les figures 5 et 7 illustrent l’effet d’une interface 1 selon l’invention à travers deux modes de réalisation de l’interface 1 ,
- un mode de réalisation initial Mod_i, avant optimisation du diamètre des trous de l’interface,
- un mode de réalisation final Mod_f, après optimisation du diamètre des trous de l’interface.
La figure 5 illustre les débits de fluide de refroidissement (en kilogrammes par heure) obtenus respectivement dans chacun des huit couloirs 31 à 38 d’une plaque de refroidissement 3 équipée successivement d’une interface 1 selon le mode de réalisation initial Mod_i, puis d’une interface 1 selon le mode de réalisation final Mod_f.
Dans le mode de réalisation initial Mod_i, les valeurs des débits initiaux D1_i à D8_i sont comprises entre 100 et 140 kg/h, les débits D1_i à D3_i étant compris entre 100 et 120 kg/h et les débits D4_i à D8_i étant compris entre 120 et 140 kg/h. Dans le mode de réalisation final Mod_f, les valeurs des débits finaux D1_f à D8_f sont comprises entre 90 et 175 kg/h, les débits D3_f à D7_f étant compris entre 90 et 110 kg/h et les débits D 1 _f, D2_f et D8_f étant compris entre 140 et 175 kg/h.
Dans l’exemple de la figure 5, on observe qu’une interface 1 selon le mode de réalisation final Mod_f impose un débit dans les couloirs latéraux 31 , 32 et 38 qui est supérieur de 50% au débit des autres couloirs 33 à 37. De plus le débit maximal dans le mode de réalisation final Mod_f est supérieur de 50% au débit maximal dans le mode de réalisation initial Mod_i.
La figure 7 illustre l’effet d’une interface 1 selon l’invention sur la gestion thermique de la batterie. En effet, les vues V1 et V2 représentent respectivement une première et une deuxième distribution de la température de la plaque de refroidissement obtenues en équipant le collecteur d’eau 2 d’une interface 1 selon le mode de réalisation initial Mod_i, puis selon le mode de réalisation final Mod_f.
La première vue V1 , avec utilisation d’une interface 1 selon le mode de réalisation initial Mod_i, met en évidence deux zones 301_i, 302_i dont la température est significativement supérieure au reste de la plaque 3. La deuxième vue V2, avec utilisation d’une interface 1 selon le mode de réalisation final Mod_f, montre que ces deux mêmes zones 301 _f, 302_f présentent une température plus proche de celle du centre de la plaque 3.
L’invention permet donc d’améliorer les performances de la plaque de refroidissement par ajustement de la géométrie des trous de l’interface. L’amélioration s’observe selon deux indicateurs, la température maximale Tmax_i, Tmax_f mesurée sur la plaque 3 et le coefficient de résistance thermique Rth_i, Rth_f de la plaque, qui indique la capacité d'un matériau (ici la plaque) à empêcher la chaleur de le traverser. Entre le mode de réalisation initial Mod_i et le mode de réalisation final Mod_f, ces deux paramètres sont significativement améliorés :
- la température maximale mesurée dans le mode final Tmax_f (29.5°C) est inférieure d’environ deux degrés à la température maximale mesurée dans le mode initial Tmax_i (31 .2°C),
- la résistance thermique mesurée dans le mode final (Rth_f = 8.10-3 K/W) est abaissée de 10% par rapport à la résistance thermique mesurée dans le mode initial (Rth_i = 9.10-3 K/W).
Ainsi, la mise en œuvre de l’invention nécessite de déterminer une configuration optimale de l’interface 1 -c’est-à-dire le nombre, la position et la géométrie des trous disposés sur la deuxième face principale FP12 de l’interface 1 - en fonction de la géométrie de la plaque de refroidissement 3 et de la répartition spatiale de la chaleur générée par les modules de batterie 51 .
Par exemple, pour une interface selon l’invention, comprenant au moins deux trous de géométries différentes 101 , 103, destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement disposée à proximité d’une face d’une batterie pour son refroidissement, si la face de la batterie comprend au moins une première et une deuxième zones telles que la température de la première zone est significativement supérieure à la température de la deuxième zone lorsque la batterie est en fonctionnement, et si la plaque de refroidissement présente au moins deux couloirs 31 , 33 de circulation d’un fluide de refroidissement, un premier couloir parmi les au moins deux couloirs 31 , 33 étant le plus proche de la première zone, et un deuxième couloir parmi les au moins deux couloirs 31 , 33 étant le plus proche de la deuxième zone, le premier et le deuxième couloir étant chacun alimentés en fluide de refroidissement via deux trous distincts parmi les au moins deux trous 101 , 103 de géométries différentes, alors, dans un mode de réalisation, le trou qui alimente le premier couloir en fluide de refroidissement présentera une plus grande aire de section que le trou qui alimente le deuxième couloir en fluide de refroidissement, l’aire de section étant mesurée perpendiculairement à la direction d’écoulement du fluide de refroidissement.
Afin de déterminer une configuration optimale de l’interface 1 , de nombreuses configurations de l’interface 1 (nombre, position et géométrie des trous de l’interface) sont simulées par des logiciels de calcul 3D. Pour chaque configuration donnée de l’interface, le logiciel détermine la répartition spatiale de la température de la batterie, et notamment la température maximale atteinte au point le plus chaud de la batterie.
Le graphe G1 de la figure 8 est une représentation de l’ensemble des simulations effectuées pour calibrer l’interface 1 représentée par la figure 6, chaque point du graphe G1 représentant une simulation. L’axe des abscisses représente la perméabilité de l’ensemble constitué par l’interface 1 et la plaque 3, exprimée en mm2. Plus la perméabilité est élevée, plus la puissance nécessaire au fonctionnement de la pompe 41 est faible. Ainsi, un point situé en partie droite du graphique représente une interface 1 qui nécessitera moins d’énergie pour alimenter la pompe 41 qu’un point situé en partie gauche du graphique.
L’axe des ordonnées représente la température maximale atteinte en une zone de la batterie.
Le point Mod_i représente, par exemple, une configuration de l’interface 1 générant une perméabilité de 74 mm2 et une température maximale de 32,1 °C en une zone donnée de la batterie. La configuration correspondant au point Mod_i se situe dans des valeurs hautes de température et de perméabilité. Autrement dit, dans le mode de réalisation associé au point Mod_i, l’utilisation de l’interface 1 ne nécessite pas un important surplus d’énergie au niveau de la pompe 41 ; toutefois la régulation thermique de la batterie n’est pas optimale. A l’inverse, le point Mod_1 représente une configuration de l’interface 1 générant une perméabilité de 60 mm2 et une température maximale de 30,1 °C en une zone donnée de la batterie. La configuration correspondant au point Mod_1 se situe dans des valeurs basses de température et de perméabilité. Autrement dit, dans le mode de réalisation associé au point Mod_1 , la régulation thermique de la batterie est optimale, toutefois l’utilisation de l’interface 1 nécessite un surplus d’énergie au niveau de la pompe 41 .
Des modes de réalisation intermédiaires, par exemple situés dans une zone optimale Z1 , permettent de réguler la température de la batterie tout en minimisant l’impact de l’interface 1 en termes de surconsommation d’énergie pour le fonctionnement de la pompe 41 . Le mode de réalisation Mod_f a été choisi dans la zone optimale Z1 .
Dans l’exemple illustré par le graphe G1 , la zone optimale est déterminée par un plateau correspondant à une ensemble de simulations pour lesquelles la température maximale de la batterie reste constante alors que la perméabilité de l’interface 1 décroit. Dans des modes de réalisation alternatifs, l’optimisation de l’interface 1 pourrait prendre en compte d’autres critères.
Suite au processus d’optimisation du design de l’interface 1 par simulation 3D, la configuration retenue pour l’interface 1 (nombre, position et géométrie des trous de l’interface) est aisément et rapidement réalisable.
Le processus d’optimisation du refroidissement de la batterie 5 repose donc en partie sur le design de l’interface 1 . La simplicité de design et de production de l’interface 1 permet de modifier cette pièce jusque tardivement dans la vie du projet, ce qui confère de la souplesse pour le design des autres éléments du système 4, notamment de la plaque de refroidissement 3 ou du collecteur 2. Finalement, l’interface 1 selon l’invention permet à la fois
- de connecter un collecteur d’eau 2 standard à une plaque de refroidissement 3, les dimensions et le nombre de couloirs de la plaque pouvant être variables, et
- d’optimiser la circulation du liquide de refroidissement dans ladite plaque 3 pour garantir une répartition spatiale optimale de la température de la batterie,
- de garder la possibilité d’optimiser le refroidissement de la batterie jusque tardivement dans le processus de développement du véhicule.
L’invention porte également sur un ensemble constitué par l’interface 1 et une plaque de refroidissement générique.
Dans un mode de réalisation, la plaque de refroidissement générique pourrait être conçue de sorte à ce que ses dimensions soient déterminées en fonction des dimensions de la batterie 5 à refroidir.
Par exemple, pour une batterie comprenant un ou plusieurs modules de batterie 51 , chaque module de batterie 51 étant de longueur X, la plaque générique associée pourrait être une plaque comprenant Y couloirs s’étendant dans la longueur du module, les Y couloirs étant espacés les uns des autres d’une distance X/(Y+1 ).
L’interface 1 associée à la plaque présenterait alors Y trous dont la géométrie serait optimisée en fonction de la répartition spatiale de la température de la batterie.
Au total, l’interface 1 seule ou en association avec une plaque générique permet de simplifier le processus de développement et de réduire les coûts de développement du véhicule automobile 10. Dans toute cette description, le terme « eau » a parfois été employé en lieu et place de « liquide de refroidissement » pour exprimer la même notion, du fait que les liquides de refroidissement ont souvent une base aqueuse.

Claims

REVENDICATIONS
1. Interface (1 ) pour collecteur de fluide de refroidissement (2) d’une plaque de refroidissement (3), l’interface (1 ) comprenant une première face principale (FP11 ) destinée à être raccordée à un collecteur de fluide de refroidissement (2), et une deuxième face principale (FP12) destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement (3) présentant au moins deux couloirs (31 , 33) de circulation d’un fluide de refroidissement, la deuxième face principale (FP12) comprenant au moins deux trous (101 , 103) de géométries différentes permettant respectivement une circulation de fluide de refroidissement entre le collecteur de fluide de refroidissement (2) et chacun des au moins deux couloirs (31 , 33) de la plaque de refroidissement (3).
2. Interface (1 ) selon la revendication précédente, destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement disposée à proximité d’une face d’une batterie (5) pour son refroidissement, ladite face d’une batterie comprenant au moins une première et une deuxième zones telles que la température de la première zone est significativement supérieure à la température de la deuxième zone lorsque la batterie est en fonctionnement, la plaque de refroidissement présentant au moins deux couloirs (31 , 33) de circulation d’un fluide de refroidissement, un premier couloir parmi les au moins deux couloirs (31 , 33) étant le plus proche de la première zone, et un deuxième couloir parmi les au moins deux couloirs (31 , 33) étant le plus proche de la deuxième zone, le premier et le deuxième couloir étant chacun alimentés en fluide de refroidissement via deux trous distincts parmi les au moins deux trous (101 , 103) de géométries différentes, caractérisée en ce que le trou qui alimente le premier couloir en fluide de refroidissement présente une plus grande aire de section que le trou qui alimente le deuxième couloir en fluide de refroidissement.
3. Interface (1 ) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est destinée à être raccordée à une plaque de refroidissement (3) en amont ou en aval d’une plaque de refroidissement relativement à un sens de circulation (44) d’un fluide de refroidissement dans une plaque de refroidissement.
4. Interface (1 ) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle est réalisée en aluminium.
5. Ensemble (6) comprenant :
- au moins une interface (1 ) selon l’une des revendications précédentes,
- deux collecteurs d’eau (2), et
- une plaque de refroidissement (3).
6. Ensemble (6) selon la revendication précédente, la plaque de refroidissement (3) étant destinée à refroidir une batterie (5) comprenant au moins un module de batterie (51 ), l’au moins un module de batterie étant de longueur donnée X, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (3) comprend Y couloirs de circulation du fluide de refroidissement et en ce que les Y couloirs de la plaque de refroidissement (3) sont espacés les uns des autres d’une distance X/(Y+1 ).
7. Ensemble (6) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’au moins une interface (1 ) présente Y trous.
8. Système (4) de gestion thermique d’une batterie électrique (5) comprenant au moins une interface (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4 ou un ensemble (6) selon l’une des revendications 5 à 7.
9. Véhicule automobile (10) comprenant une batterie électrique (5) et un système (4) de gestion thermique selon la revendication précédente.
EP22768810.8A 2021-09-15 2022-08-24 Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement Pending EP4402741A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2109698A FR3127075B1 (fr) 2021-09-15 2021-09-15 Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement.
PCT/EP2022/073585 WO2023041297A1 (fr) 2021-09-15 2022-08-24 Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4402741A1 true EP4402741A1 (fr) 2024-07-24

Family

ID=80122542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22768810.8A Pending EP4402741A1 (fr) 2021-09-15 2022-08-24 Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240369313A1 (fr)
EP (1) EP4402741A1 (fr)
JP (1) JP2024533555A (fr)
KR (1) KR20240055061A (fr)
CN (1) CN118020196A (fr)
FR (1) FR3127075B1 (fr)
WO (1) WO2023041297A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20260026180A (ko) * 2024-08-19 2026-02-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전지셀 화성공정용 냉각 매니폴드 및 이를 포함하는 전지셀 가압 및 냉각장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101088081B1 (ko) * 2004-10-29 2011-11-30 한라공조주식회사 열교환기
US10263301B2 (en) * 2015-01-09 2019-04-16 Dana Canada Corporation Counter-flow heat exchanger for battery thermal management applications
KR102399509B1 (ko) * 2017-03-30 2022-05-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
CN109728381B (zh) 2018-12-28 2020-12-15 广州小鹏汽车科技有限公司 一种液冷板及液冷板设计的优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN118020196A (zh) 2024-05-10
WO2023041297A1 (fr) 2023-03-23
FR3127075A1 (fr) 2023-03-17
JP2024533555A (ja) 2024-09-12
US20240369313A1 (en) 2024-11-07
FR3127075B1 (fr) 2025-05-30
KR20240055061A (ko) 2024-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2394325B1 (fr) Procédé de gestion thermique d'une batterie électrique
EP3014676A1 (fr) Bande de cellules électrochimiques pour réaliser un module de batterie pour véhicule électrique ou hybride, et procédé de réalisation d'un tel module
EP3014693A1 (fr) Module de batterie pour véhicule électrique ou hybride intégrant un échangeur de chaleur
EP2850686B1 (fr) Dispositif de gestion thermique et de connexion pour module batterie
FR3011129A1 (fr) Module de batterie pour vehicule electrique ou hybride pour assurer le refroidissement des cellules, et batterie associee
FR2998715A1 (fr) Batterie electrique modulaire, notamment pour vehicules automobiles, en particulier de type hybride ou electrique
EP4402741A1 (fr) Interface pour collecteur de fluide de refroidissement de plaque de refroidissement
EP2715851A1 (fr) Pile a combustible a gestion thermique amelioree
EP4089794A2 (fr) Unité de batterie avec des moyens de controle ou de régulation de température intégrés
EP3925018A1 (fr) Unité de batterie et véhicule automobile équipé d'au moins une telle unité
FR3048906A1 (fr) Procede de soudage entre un element conducteur et un pole de batterie et batteries assemblees avec un tel procede
WO2015052141A1 (fr) Dispositif de contrôle thermique pour module de batterie de véhicule automobile, à coût maîtrisé, et procédé de fabrication
FR2863400A1 (fr) Systeme a supercondensateurs et procede d'assemblage d'un tel systeme
WO2022214574A1 (fr) Dispositif de traitement thermique pour un element electrique et/ou electronique
FR3107613A1 (fr) Module de batterie d’un vehicule
EP3840099A1 (fr) Accumulateur électrochimique, notamment un accumulateur métal-ion, à emballage souple intégrant un ou plusieurs orifices de passage de fluide de refroidissement, module et procédé de fabrication associés
WO2021048499A1 (fr) Dispositif de gestion thermique pour composant électrique et système comprenant un tel dispositif
WO2022214572A1 (fr) Dispositif de traitement thermique pour un element electrique et/ou electronique
WO2020025869A1 (fr) Élément de régulation thermique d'un composant électrique, d'un véhicule automobile, susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement
WO2013083479A1 (fr) DISPOSITIF DE RÉGULATION THERMIQUE D'UN MODULE-BATTERIe
WO2021053277A1 (fr) Plaque d'echange thermique d'une batterie
FR3155637A1 (fr) Dispositif de refroidissement pour un agencement électrique
FR3163492A1 (fr) Circuit de refroidissement pour une batterie pour un véhicule automobile électrique ou hybride rechargeable
WO2024100341A1 (fr) Circuit caloporteur de cellules de batterie intégré au socle de ladite batterie et procédé de fabrication associé
FR2867608A1 (fr) Refroidisseur pour composant electronique de puissance

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240307

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)