EP4774784A1 - Dispositif de regulation thermique - Google Patents

Dispositif de regulation thermique

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Publication number
EP4774784A1
EP4774784A1 EP24762337.4A EP24762337A EP4774784A1 EP 4774784 A1 EP4774784 A1 EP 4774784A1 EP 24762337 A EP24762337 A EP 24762337A EP 4774784 A1 EP4774784 A1 EP 4774784A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
housing
enclosure
regulation device
thermal regulation
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
EP24762337.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Moussa Nacer-Bey
Kamel Azzouz
Julien Tissot
Julio GUERRA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Electrification 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 Valeo Electrification SAS filed Critical Valeo Electrification SAS
Publication of EP4774784A1 publication Critical patent/EP4774784A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01M10/62—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
    • H01M10/656—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
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • 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

  • the present invention relates to a thermal regulation device for components whose operation is sensitive to temperature, these components being in particular intended for energy storage and possibly being battery cells, in particular for vehicles.
  • battery packs can release a significant amount of heat and therefore be subject to temperature increases which can in some cases cause them to be damaged or even destroyed. Consequently, their cooling is essential in order to keep them in good condition and thus ensure the reliability, autonomy and performance of the vehicle. Furthermore, the operation of battery packs can be less efficient in the event of low temperatures, as the electrical or electronic components equipping these battery packs then need time to warm up before operating at full capacity.
  • one or more thermal regulation devices intended to regulate the temperature of the battery packs are implemented to ensure the heating and/or cooling functions of the electrical or electronic components inside these battery packs and thus optimize the operation of the different components.
  • the present invention aims in particular to further improve the thermal regulation of components.
  • the invention thus relates to a thermal regulation device for components whose operation is sensitive to temperature, these components being in particular intended for energy storage and possibly being battery cells, in particular for vehicles, this thermal regulation device comprising:
  • a housing forming an enclosure configured to receive one or more components immersed in a dielectric fluid
  • a dielectric fluid circuit passing through the enclosure and being provided with a fluid inlet and a fluid outlet, the fluid inlet being provided with a non-return valve configured to prevent gas which would be present in the enclosure from escaping through the fluid inlet.
  • [8] Gas may appear during thermal runaway of the battery and it is required to evacuate the gases through an expansion tank in the dielectric fluid circuit. To evacuate these gases without losing dielectric fluid, the gas must enter through the inlet of the expansion tank. The pressure and volume of gas can be so great that the gas is able to rise up the hydraulic circuit. To ensure the correct direction of flow, the non-return valve is advantageously positioned at the inlet of the module.
  • the non-return valve comprises a body fixed to a hollow column of the housing forming a cavity of the fluid inlet.
  • the non-return valve further comprises a movable valve, in particular along the axis of the cavity.
  • the valve comprises a shutter, in particular in the form of a disc, carried by a central rod connected to the body by elastically deformable spokes.
  • valve can take an open position and a closed position depending on the position of the shutter.
  • the valve is made of plastic, for example.
  • the shape of the fluid inlet of the housing is configured so as to be able to be engaged on a supply nozzle on a base, by a simple translational movement.
  • the fluid inlet is formed on a lateral extension of the housing.
  • the fluid inlet opens onto a lower face of the housing through a hole, in particular a circular hole.
  • the dielectric fluid circuit also passes into a lower fluid chamber, located under the enclosure which receives the components, and the lower fluid chamber being delimited at least in part by an openwork lower plate on which the component(s) arranged in the enclosure rest.
  • the enclosure of the housing which is configured to receive the components comprises an upper fluid chamber, and the lower fluid chamber receives the arrival of dielectric fluid from the fluid inlet and the lower and upper fluid chambers are configured so as to allow the flow of dielectric fluid from the lower chamber to the upper chamber so that the moving electric fluid exchanges heat with the components in the enclosure.
  • the upper fluid chamber is delimited by an openwork upper plate provided with a plurality of openings through which the dielectric fluid coming from the enclosure passes.
  • the invention also relates to a module provided with a thermal regulation device as mentioned above, comprising a housing forming an enclosure receiving several battery cells immersed in a dielectric fluid, and the non-return valve being located in the module.
  • the invention also relates to a battery pack assembly comprising a plurality of modules such as those mentioned above, each equipped with a thermal regulation device, and the modules being placed on a base of the battery pack assembly which carries at least one dielectric fluid supply end piece and one dielectric fluid discharge end piece.
  • the invention also relates, independently or in combination with the above, to a thermal regulation device for components whose operation is sensitive to temperature, these components being in particular intended for energy storage and being able to be battery cells, in particular for vehicles, this thermal regulation device comprising:
  • a housing forming an enclosure configured to receive one or more components immersed in a dielectric fluid, the housing being configured to be able to be placed on a base which carries at least one dielectric fluid supply end piece and one dielectric fluid discharge end piece, and the housing having a lower face facing the base, once placed on this base, - a dielectric fluid circuit passing through the enclosure and being provided with a fluid inlet and a fluid outlet on the lower face of the housing so as to be able to be fluidically connected, when placing the housing on the base, respectively to the dielectric fluid supply end piece and the dielectric fluid discharge end piece of the base.
  • the invention is particularly advantageous because, due to the fact that the fluid inlet and the fluid outlet of the housing are on the lower face of the housing and therefore on the same side of the housing, it is possible to have a simple connection operation between the housing and the end pieces on the base.
  • this location of the fluid inlet and outlet on the housing allows a simpler connection operation than, for example, the case where the fluid inlet would be on one face of the housing and the fluid outlet on an opposite face of the housing.
  • a connection operation would be required on the face of the fluid inlet and another connection operation on the opposite face on which the fluid outlet is located.
  • a single operation may be sufficient for the installation of the entire inlet and outlet connection, by a simple movement of placing the housing on the base.
  • this simple operation it is possible to connect the fluid inlet of the housing to the fluid supply nozzle on the base, and the fluid outlet of the housing to the fluid discharge nozzle on the base.
  • the invention makes it possible to simplify the fluid connection operations between the housing and the connection tips on the base.
  • the fluid inlet of the housing has a female shape into which the male-type fluid supply nozzle on the base can engage.
  • the fluid outlet of the housing has a female shape into which the male-type fluid discharge nozzle on the base can engage.
  • the shape of the fluid inlet of the housing and/or the shape of the fluid outlet of the housing are configured so as to be able to be engaged on the supply nozzle and/or the discharge nozzle on the base, by a simple translation movement.
  • the invention makes it possible to offer a “Quick Connect” type connection.
  • the fluid inlet of the housing comprises a cavity, in particular substantially cylindrical, having an axis substantially perpendicular to the lower face of the housing.
  • the cavity of the fluid inlet extends parallel to these battery cells.
  • the fluid inlet cavity is formed in a hollow column on the housing.
  • the fluid inlet in particular the hollow column, is located on an edge of the lower face of the housing.
  • the fluid inlet is located on a small side of this rectangular perimeter.
  • the fluid inlet is formed on a lateral extension of the housing.
  • the fluid inlet opens onto this lower face of the housing through a hole, in particular a circular hole.
  • the fluid supply nozzle on the base is introduced into the cavity of the fluid inlet via this hole on the underside of the housing.
  • the lateral extension of the housing on which the fluid inlet is formed has a lower height than the height of the housing at the level of the enclosure which receives the components, in particular the battery cells.
  • the lateral extension of the housing on which the fluid inlet is formed has a divergent shape from the fluid inlet towards the enclosure which receives the components.
  • the divergent, or flared, shape of this lateral extension of the housing has symmetry by a longitudinal axis of the lower face of the housing.
  • This axis is notably parallel to the long side of the rectangular perimeter of the lower face.
  • the fluid inlet is placed centrally on the lateral extension of the housing.
  • the fluid inlet comprises at the top of the cavity, opposite the hole on the lower face of the housing, an opening allowing the fluid to circulate in the lateral extension of the housing before reaching the enclosure of the housing.
  • the lateral extension defines a bent channel connecting, on the one hand, the top of the cavity through which the incoming flow of fluid emerges and, on the other hand, a lower chamber, located under the enclosure which receives the components.
  • the lower chamber is located between the lower face of the housing and the enclosure.
  • the lower fluid chamber extends substantially opposite the entire bottom of the enclosure.
  • the bent channel serves to divert the fluid entering through the fluid inlet to a lower area, namely the lower chamber.
  • the lateral extension thus makes it possible to direct the dielectric fluid towards the lower chamber, under the components, in particular the battery cells.
  • the lower chamber forms a reinforced fluid supply zone which can extend opposite all of the battery cells or opposite only a subset of the battery cells.
  • a seal is provided between the fluid supply nozzle on the base and the hollow column forming the cavity of the fluid inlet of the housing.
  • the enclosure of the housing which is configured to receive the components comprises an upper fluid chamber.
  • the upper chamber is located opposite the lower chamber so that the components, in particular the battery cells, are interposed between the lower fluid chamber and the upper fluid chamber.
  • the upper fluid chamber extends against an upper face of the housing.
  • the upper fluid chamber has substantially the same surface area as that of the lower chamber.
  • the lower fluid chamber receives the arrival of dielectric fluid from the fluid inlet and the lower and upper fluid chambers are configured to allow the flow of dielectric fluid from the lower chamber to the upper chamber so that the moving electric fluid exchanges heat with the components in the enclosure.
  • the thermal control device when the thermal control device is mounted on a vehicle, the lower chamber is lower than the upper chamber. Thus in operation, the fluid circulates in the enclosure from bottom to top, against the effect of gravity.
  • a pump outside the housing, for example of the electric type, is used to force this flow of fluid.
  • the lower and upper fluid chambers are part of the fluid circuit of the thermal regulation device according to the invention.
  • the lower fluid chamber is delimited at least in part by an openwork lower plate on which the component(s) arranged in the enclosure rest.
  • this perforated lower plate comprises a plurality of openings through which the dielectric fluid passes to flow into the enclosure.
  • the perforated lower plate faces a bottom wall of the housing so that the lower fluid chamber is delimited between the perforated lower plate and this bottom wall of the housing.
  • the perforated lower plate rests on support elements which are located in the lower fluid chamber.
  • the support elements join the perforated lower plate and the bottom wall of the housing.
  • the support elements serve in particular as mechanical reinforcement for the perforated lower plate on which the rows of battery cells rest.
  • the cells can in fact have a significant weight on the perforated lower plate.
  • Support elements also serve to maintain the spacing between the perforated bottom plate and the bottom wall of the housing, so as to preserve the dimensions of the lower fluid chamber.
  • the support elements have a regular arrangement, for example in parallel rows.
  • the support elements ensure flow in the lower fluid chamber, under the cells.
  • the support elements are all identical to each other.
  • the support elements are formed by pads, in particular cylindrical ones.
  • the support elements are formed in one piece with either the perforated lower plate or the bottom wall of the housing.
  • the support elements are formed by elastically deformable blades.
  • the elastically deformable blades make it possible to absorb shocks encountered during driving and ensure flow in the lower fluid chamber, under the cells.
  • the elastically deformable blades each have an inverted V-shaped cross-section with the tip of the V in contact with the perforated lower plate and the branches of the V resting on the bottom wall of the housing.
  • the elastically deformable blades are arranged in parallel rows.
  • the elastically deformable blades are made of metal, in particular aluminum.
  • the upper fluid chamber is delimited by an openwork upper plate provided with a plurality of openings through which the dielectric fluid coming from the enclosure passes.
  • the openings on the lower plate and the upper plate have a symmetrical arrangement.
  • the openings are arranged in a similar manner on the lower plate and the upper plate.
  • the top plate has openings that engage the top of the components, in particular battery cells.
  • the openings have an individual dimension, for example a diameter, at least 10 times, or even at least 20 times, or even at least 50 times, smaller than an individual dimension, for example a diameter, of the openings on the upper plate which engage the upper part of the components.
  • each component is surrounded by several openings, in particular six openings, arranged regularly around each component to be cooled.
  • the lower and upper plates are substantially flat and parallel to each other.
  • the fluid outlet of the housing comprises a converging channel extending from the upper chamber, in particular over the entire width of the upper chamber, towards a cavity of the fluid outlet.
  • the hollow column in particular of cylindrical shape, is configured to form the female shape of the fluid outlet which engages on the collection nozzle on the base.
  • the converging channel is formed on a side of the housing.
  • the flank is perpendicular to the lower face of the housing and extends in particular on one side of the rectangular periphery of the lower face.
  • the converging channel has a substantially triangular shape converging towards the fluid outlet.
  • the shape of the divergent at the fluid inlet and the shape of the convergent at the fluid outlet makes it possible to reduce pressure losses and improve fluid distribution.
  • the housing comprises a side wall extending perpendicular to the bottom wall of the housing.
  • the side wall delimits the perimeter of the enclosure, a perimeter which envelops the components, in particular battery cells, placed in the enclosure.
  • the side wall comprises corrugations making it possible to match the shape of the cylindrical battery cells placed in the enclosure.
  • the housing comprises a sealed electrical passage member mounted in a sealed manner through a wall of the housing.
  • this sealed electrical passage member comprises a first end for fixing an electrical bar (also called
  • busbar in English
  • this sealed electrical passage member is mounted in an opening of the housing.
  • the upper plate described above of the upper chamber thus makes it possible to maintain the components, in particular the battery cells.
  • the components are electrically connected to electrical conductors, in particular joined to electrical bars.
  • the electrical conductors have patterns for electrically connecting the components, in particular the battery cells, to each other.
  • the electrical conductors are carried by a dedicated support, also called a “busbar holder” in English.
  • the dedicated support comprises orifices allowing terminals of the battery cells to be electrically connected to pass therethrough.
  • the invention also relates to a module provided with a thermal regulation device comprising a housing forming an enclosure receiving several battery cells immersed in a dielectric fluid, the housing being configured to be able to be placed on a base which carries at least one dielectric fluid supply end piece and one dielectric fluid discharge end piece, and the housing having a lower face facing the base, once placed on this base, the thermal regulation device further comprising a dielectric fluid circuit passing through the enclosure and being provided with a fluid inlet and a fluid outlet on the lower face of the housing so as to be able to be fluidically connected, when placing the housing on the base, respectively to the dielectric fluid supply end piece and the dielectric fluid discharge end piece of the base.
  • the invention also relates to a battery pack assembly comprising a plurality of modules as described above, each equipped with a thermal regulation device as mentioned above, and the modules being placed on a base of the battery pack assembly which carries at least one dielectric fluid supply end piece and one dielectric fluid discharge end piece.
  • the invention also relates to a base of a pack assembly such as mentioned above, comprising at least one dielectric fluid supply end piece and one dielectric fluid discharge end piece.
  • the base comprises at least one common fluid supply conduit provided with at least one dielectric fluid supply end piece, in particular several dielectric fluid supply end pieces arranged along this common supply conduit.
  • this or these dielectric fluid supply tips are connectable to the fluid inlets of the housings which contain the components, in particular the battery cells.
  • the base comprises at least one common fluid discharge conduit provided with at least one dielectric fluid discharge end piece, in particular several dielectric fluid discharge end pieces arranged along this common supply conduit.
  • this or these dielectric fluid evacuation tips are connectable to the fluid outlets of the housings which contain the components, in particular the battery cells.
  • the base comprises a fluid connection flange to which the common fluid supply and discharge conduits are connected.
  • conduits may have a polygonal, for example rectangular, or, alternatively, rounded, cross-section.
  • the base comprises at least one collective electrical bar, in particular extending parallel to one of the fluid supply and discharge conduits, configured to ensure the electrical connection with the battery cells in the housings, in particular via the sealed electrical passage members mounted on the housings.
  • the base comprises two collective electrical bars, one being of positive polarity and the other of negative polarity.
  • the two collective electrical bars are arranged in parallel, in particular on either side of a row of boxes.
  • each housing comprises a cover configured to close the enclosure having received the components.
  • the base comprises a floor and crosspieces placed on the floor, and the module housing(s) are intended to rest on these crosspieces, which are for example made of plastic-based composite material or metal.
  • the sleepers are of the profiled type, and in particular of rectangular cross-section.
  • the crosspieces are in particular arranged transversely to the battery modules so that each crosspiece supports several modules and each module rests on several crosspieces.
  • each module rests on the base, in particular crosspieces of the base, by its bottom wall which participates in the formation of the lower chamber.
  • the invention also relates to a method of assembling a thermal regulation device for components whose operation is sensitive to temperature, on a base of a battery pack assembly, the method comprising the following steps: providing a housing forming an enclosure configured to receive one or more components immersed in a dielectric fluid, this housing forming a dielectric fluid circuit passing through the enclosure and being provided with a fluid inlet and a fluid outlet on a lower face of the housing,
  • Figure 1 is a perspective representation of a battery pack assembly according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a view of the battery pack assembly of Figure 1, without the frame on the base;
  • Figure 3 is a side view of the battery pack assembly of Figure 2;
  • Figure 4 is a perspective representation of a module of the battery pack assembly of Figure 1;
  • Figure 5 is a cross-sectional representation of the module of Figure 4, showing the fluid inlet of the module;
  • Figure 6 is a perspective view of a non-return valve fitted to the fluid inlet of the module of Figure 5;
  • Figure 7 is a perspective view of the upper perforated plate equipping the fluid inlet of the module of Figure 5;
  • Figure 8 is a cross-sectional representation of the module of Figure 4, showing the fluid outlet of the module;
  • FIG. 9 Figure 9 is a perspective representation of the interior of the module of Figure 4, showing in particular the upper perforated plate of the module;
  • Figure 10 is a sectional representation of the module of Figure 4, showing the sealed electrical passage member;
  • FIG. 11 is a sectional representation of the module of Figure 4, showing the sealed electrical passage member in another view;
  • Figure 12 is a view of the base of the battery pack assembly of Figure 1;
  • Figure 13 is a sectional view of a module according to another example of implementation of the invention, with support elements formed by elastically deformable blades.
  • FIGS 1 and 2 show a battery pack assembly 100 comprising a plurality of modules 200 (here four in number) each equipped with a thermal regulation device 1 according to an exemplary embodiment of the invention, and the modules 200 are placed on a base 300 of the battery pack assembly 100.
  • the base 300 is surrounded by a rectangular frame 360 together forming a space in which the modules 200 are housed.
  • the thermal regulation device 1 which equips each module 200 comprises a housing 2 forming an enclosure 3 receiving several battery cells 5 immersed in a dielectric fluid.
  • Cells 5 are arranged in enclosure 3 in parallel rows, in a staggered pattern, to gain compactness.
  • Each housing 2 comprises a cover 201 configured to close the enclosure 3 having received the cells 5.
  • each module 200 is configured to be able to be placed on the base 300 which carries, for each module 200, an end piece dielectric fluid supply port 6 (also visible in Figure 5 in section) and a dielectric fluid discharge port 7 (also visible in Figure 7 in section).
  • the supply tips 6 are located on a common supply conduit 310 of the base 300 which serves as a feed conduit for the supply tips 6.
  • the feed nozzles 6 are identical to each other. Each feed nozzle 6 is cylindrical in shape, provided with a groove 311 for the insertion of an O-ring seal 312.
  • the common supply conduit 310 has a rectilinear shape and the supply nozzles 6 are arranged with regular spacing on this common supply conduit 310.
  • This common supply conduit 310 extends along an edge of the base 300.
  • the evacuation tips 7 are located on a common evacuation conduit 320 which allows the dielectric fluid collected by the evacuation tips 7 to be evacuated.
  • Each discharge nozzle 7 is cylindrical in shape, provided with a groove 321 for the insertion of an O-ring seal 322.
  • the common exhaust duct 320 has a rectilinear shape and the exhaust nozzles 7 are arranged with regular spacing on this common exhaust duct 320.
  • This common exhaust duct 320 extends along an edge of the base 300.
  • the fluid connection flange 330 has a fluid inlet 331 for supplying fluid to the common supply conduit 310 and a fluid outlet 332 for discharging fluid from the common discharge conduit 320.
  • the common supply conduit 310 and the common discharge conduit 320 are each connected to the fluid connection flange 330 by a tube 335 which extends in particular perpendicular to the common supply and discharge conduits 310 and 320.
  • the fluid connection flange 330 is arranged for example halfway between the common supply and discharge conduits 310 and 320 which are parallel to each other. [161] For each module 200, the housing 2 has a lower face 8 facing the base 300, once placed on this base.
  • the thermal regulation device 1 comprises a circuit
  • Figures 5, 8 and 9 show arrows symbolizing the flow of fluid in the fluid circuit 10.
  • the fluid inlet 11 of the housing 2 has a female shape into which the fluid supply nozzle 6, of the male type, on the base 300 can engage.
  • the fluid outlet 12 of the housing 2 has a female shape in which the fluid discharge nozzle 7, of the male type, on the base 300 can engage.
  • the shape of the fluid inlet 11 of the housing and the shape of the fluid outlet 12 of the housing 2 are configured so as to be able to be engaged on the supply nozzle 6 and the discharge nozzle 7 on the base 300, by a simple translational movement.
  • the fluid inlet 11 comprises a substantially cylindrical cavity 14 having an axis Y substantially perpendicular to the lower face 8 of the housing 2.
  • the battery cells 5, of cylindrical shape, are arranged in the direction of the height of the housing 2 (the height being the dimension along the Y axis), and the cavity 14 of the fluid inlet 11 extends parallel to these battery cells 5.
  • the cavity 14 of the fluid inlet 11 is formed in a hollow column 15 on the housing 2.
  • the fluid inlet 11 and the hollow column 15 are located on an edge of the lower face 8 of the housing.
  • the fluid inlet 11 is located on a small side of this rectangular perimeter, as illustrated in figure 4.
  • the fluid inlet 11 is formed on a lateral extension 17 of the housing 2.
  • the fluid inlet 11 opens onto the lower face 8 through a circular hole 18.
  • the lateral extension 17 of the housing 2 on which the fluid inlet 11 is formed has a height (measured along the Y axis) lower than the height of the housing 2 at the level of the enclosure 3 which receives the battery cells.
  • the lateral extension 17 of the housing 2 on which the fluid inlet 11 is formed has a divergent shape from the fluid inlet 11 in the direction of the enclosure 3.
  • the divergent, or flared, shape of this lateral extension 17 of the housing 2 has a symmetry by a longitudinal axis X of the lower face 8 of the housing 2.
  • This X axis is parallel to the large side of the rectangular perimeter of the lower face 8.
  • the fluid inlet 11 is placed centrally on the lateral extension 17 of the housing 2.
  • the fluid inlet 11 comprises at the top of the cavity 14, opposite the hole 18 on the lower face 8 of the housing 2, an opening 19 allowing the fluid to circulate in the lateral extension 17 of the housing 2 before reaching the enclosure 3 of the housing 2.
  • the lateral extension 17 defines a bent channel 20 connecting, on the one hand, the top of the cavity 14 through which the incoming flow of fluid emerges and, on the other hand, a lower chamber 22, located under the enclosure 3.
  • the lower chamber 22 is located between the lower face 8 of the housing 2 and the enclosure 3, and extends substantially opposite the entire bottom of the enclosure 3.
  • the bent channel 20 allows, as it were, the fluid entering through the fluid inlet 11 to be directed towards a lower area, namely the lower chamber 22.
  • the lateral extension 17 thus makes it possible to direct the dielectric fluid towards the lower chamber 22, under the battery cells 5.
  • the enclosure 3 comprises an upper fluid chamber 24.
  • the upper chamber 24 is located opposite the lower chamber 22 so that the battery cells 5 are interposed between the lower fluid chamber 22 and the upper fluid chamber 24.
  • the upper fluid chamber 24 extends against an upper face 25 of the housing 2, more precisely of the cover 201.
  • the upper fluid chamber 24 has substantially the same surface area as that of the lower chamber 22.
  • the lower fluid chamber 22 sees the arrival of dielectric fluid from the fluid inlet 11 and the lower 22 and upper 24 fluid chambers are configured so as to allow the flow of dielectric fluid from the lower chamber 22 to the upper chamber 24 so that the moving electric fluid comes to exchange heat with the cells 5 in the enclosure 3.
  • the thermal regulation device 1 when the thermal regulation device 1 is mounted on a vehicle, the lower chamber 22 is lower than the upper chamber 24. Thus, in operation, the fluid circulates in the enclosure 3 from bottom to top, against the effect of gravity. A pump, outside the housing 2, for example of the electric type, is used to force this flow of fluid.
  • the lower fluid chamber 22 is delimited at least in part by a perforated lower plate 26 on which the cells 5 arranged in the enclosure 3 rest.
  • this perforated lower plate 26 comprises a plurality of openings 27 through which the dielectric fluid passes to flow into the enclosure 3.
  • the perforated lower plate 26 faces a bottom wall 28 of the housing 2 so that the lower fluid chamber 22 is delimited between the perforated lower plate 26 and this bottom wall 28 of the housing 2.
  • the support elements 29 join the perforated lower plate 26 and the bottom wall 28 of the housing 2.
  • the support elements 29 serve in particular as mechanical reinforcement for the perforated lower plate 26 on which the rows of battery cells 5 rest.
  • the cells can indeed have a significant weight on the perforated lower plate.
  • the support elements 29 also serve to maintain the spacing between the perforated lower plate 26 and the bottom wall 28 of the housing 2, so as to preserve the dimensions of the lower fluid chamber 22.
  • the support elements 29, all identical to each other, have a regular arrangement, for example in parallel rows.
  • the support elements 29 are formed by cylindrical pads.
  • the support elements 29 are for example formed in a single piece with either the perforated lower plate 26 or the bottom wall 28 of the housing 2.
  • the support elements 30 are formed by elastically deformable blades 31.
  • the elastically deformable blades 31 each have an inverted V-shaped cross-section with the tip of the V in contact with the perforated lower plate 26 and the branches of the V resting on the bottom wall 28 of the housing 2.
  • the elastically deformable blades 31 are arranged in parallel rows, and are made of metal, in particular aluminum.
  • an upper perforated plate 32 provided with a plurality of openings 33 through which the dielectric fluid coming from the enclosure 3 passes, as can be seen in Figures 7 and 9.
  • the openings 27 on the lower plate 26 and the openings 33 of the upper plate 32 have a symmetrical arrangement.
  • the upper plate 32 has openings 34 which engage the upper part of the battery cells 5.
  • the openings 33 have an individual dimension, for example a diameter, at least 10 times, or even at least 20 times, or even at least 50 times, smaller than an individual dimension, for example a diameter, of the openings 34 on the upper plate 32 which engage the upper part of the components. [212] In other words, the openings 33 through which the fluid passes are relatively small compared to the section of the cells 5.
  • Each cell 5 is surrounded by several openings 33, in particular six openings 33, arranged regularly around each cell 5.
  • the lower 26 and upper 32 plates are substantially flat and parallel to each other.
  • the upper fluid chamber 24 communicates with the fluid outlet 12 of the housing 2.
  • the fluid outlet 12 of the housing 2 comprises a converging channel 36 extending from the upper chamber 24, across the entire width of the upper chamber 24, towards a cavity 37 of the fluid outlet 12.
  • the perforated upper plate 32 comprises a longitudinal fluid outlet slot 44 which marks the start of the converging channel 36.
  • the fluid outlet cavity 37 is formed by a hollow column 38 of the housing 2.
  • This hollow column 38 of cylindrical shape is configured to form the female shape of the fluid outlet 12 which engages on the collection nozzle 7 on the base 300.
  • the converging channel 36 is formed on a side 39 of the housing 2, as visible in Figures 3 and 4 for example.
  • This side 39 is perpendicular to the lower face 8 of the housing 2 and extends on one side of the rectangular periphery of the lower face 8.
  • the converging channel 36 has a substantially triangular shape converging towards the fluid outlet 12.
  • the housing 2 comprises a side wall 40 extending perpendicular to the bottom wall of the housing 2.
  • the side wall 40 delimits the perimeter of the enclosure 3, a perimeter which envelops the battery cells 5 placed in the enclosure 3.
  • the side wall 40 has corrugations 41 making it possible to match the shape of the cylindrical battery cells 5 placed in the enclosure 3, as illustrated in FIG. 4. [227] This allows for compactness of the housing 2, with the least possible loss of space.
  • the fluid inlet 11 is provided with a non-return valve 45 configured to prevent gas which would be present in the fluid circuit 10 from escaping through the fluid inlet 11.
  • Gas may appear during thermal runaway of the battery and it is required to evacuate the gases through an expansion tank connected to the dielectric fluid circuit 10.
  • the gas must enter through the inlet of the expansion tank.
  • the pressure and volume of gas can be so great that the gas is able to rise up the hydraulic circuit.
  • the non-return valve 45 is positioned at the inlet 11 of the module.
  • the non-return valve 45 comprises a body 46 fixed to the hollow column 15 of the housing 2 forming the cavity of the fluid inlet 11.
  • the non-return valve 45 further comprises a movable valve 47 movable along the Y axis.
  • the valve 47 comprises a shutter 48 in the form of a disc, carried by a central rod 49 connected to the body 46 by elastically deformable spokes 50.
  • the valve 47 can take an open position and a closed position depending on the position of the shutter 48.
  • This valve 47 is for example made of plastic.
  • the housing 2 comprises a sealed electrical passage member 55 mounted in a sealed manner through an opening in a wall 56 of the housing 2.
  • This wall 56 is on an upper peripheral collar 54 of the housing 2.
  • This sealed electrical passage member 55 comprises a first end 57 for fixing an electrical bar 58 (also called a “busbar” in English) inside the enclosure 3 and a second end 59 for fixing an electrical bar 60 external to the housing 2.
  • an electrical bar 58 also called a “busbar” in English
  • the electrical conductors 58 which may have a branching shape, are carried by a dedicated support 62, also called a “busbar holder” in English.
  • the dedicated support 62 in the general form of a plate arranged parallel to the upper perforated plate 32, has orifices 63 allowing terminals 64 of the battery cells 5 to be electrically connected to pass through them.
  • the dedicated support 62 is placed on the top of the cells 5, between the upper perforated plate 32 and the cover 201.
  • the base 300 comprises two collective electrical bars 340 extending parallel to the common fluid supply and discharge conduits 310, 320.
  • the collective electrical bars 340 are configured to ensure the electrical connection with the battery cells 5 in the housings 2, via the sealed electrical passage members 55 mounted on the housings 2.
  • the two collective electric bars 340 are, for one, of positive polarity and, for the other, of negative polarity.
  • the base 300 comprises a floor 350 and crosspieces 351 placed parallel to the floor 350, and the modules 200 rest on these crosspieces 351, which are for example made of plastic-based composite material or metal.
  • the sleepers 351 are of the profiled type and of rectangular cross-section.
  • crosspieces 351 are arranged transversely to the battery modules 200 so that each crosspiece 351 supports a row of several modules and each module 200 rests on several crosspieces 351.
  • the assembly of a thermal regulation device 1 described above comprises the following steps: providing a housing 2 forming an enclosure 3 configured to receive the cells 5 immersed in the dielectric fluid,
  • each fluid inlet 11 and each fluid outlet 12 of the housing 2 respectively to the dielectric fluid supply end piece and the dielectric fluid discharge end piece of the base 300.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de régulation thermique (1) pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d'énergie et pouvant être des cellules de batterie (5), notamment pour véhicule, ce dispositif de régulation thermique comportant : - un boîtier (2) formant une enceinte (3) configurée pour recevoir un ou plusieurs composants en immersion dans un fluide diélectrique, - un circuit de fluide diélectrique (10) passant par l'enceinte (3) et étant pourvu d'une entrée de fluide (11) et une sortie de fluide, l'entrée de fluide (11) étant munie d'un clapet anti-retour (45) configuré pour empêcher du gaz qui serait présent dans l'enceinte (3) de s'évacuer par l'entrée de fluide.

Description

DESCRIPTION
Titre : DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE
[1] La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, notamment pour véhicule.
[2] Il est connu de nos jours d’équiper des véhicules électriques, thermiques ou hybrides de composants de stockage d’énergie électrique permettant une alimentation électrique des différents éléments du véhicule. Ces composants de stockage d’énergie électrique sont généralement composés de cellules de stockage d’énergie électrique positionnées dans un pack-batterie.
[3] Les constructeurs automobiles cherchent aujourd’hui à fournir des véhicules électriques ou hybrides plus puissants, et dont l’autonomie électrique est augmentée. Pour cela, de plus en plus de packs-batterie, et/ou des packs-batterie de plus en plus grand, sont installés sur ces véhicules électriques ou hybrides. Il est connu d’installer l’ensemble ou au moins une partie de ces packs-batterie au niveau du plancher du véhicule, sensiblement sur toute la largeur du véhicule.
[4] On comprend que, lors du fonctionnement du véhicule, les packs-batterie peuvent dégager une quantité de chaleur importante et dès lors être soumis à des hausses de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction. Par conséquence, leur refroidissement est essentiel afin de les maintenir en bon état et d’assurer ainsi la fiabilité, l’autonomie et la performance du véhicule. Par ailleurs, le fonctionnement des packs-batterie peut être moins efficace en cas de basses températures, les composants électriques ou électroniques équipant ces packs-batterie ayant alors besoin d’un temps de montée en température avant de fonctionner à plein rendement.
[5] Pour ce faire, un ou plusieurs dispositifs de régulation thermique destinés à réguler la température des packs-batterie sont mis en oeuvre pour assurer les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des composants électriques ou électroniques à l’intérieur de ces packs-batteries et ainsi optimiser le fonctionnement des différents composants.
[6] La présente invention vise notamment à améliorer encore la régulation thermique de composants. [7] L’invention a ainsi pour objet un dispositif de régulation thermique pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, notamment pour véhicule, ce dispositif de régulation thermique comportant :
- un boîtier formant une enceinte configurée pour recevoir un ou plusieurs composants en immersion dans un fluide diélectrique,
- un circuit de fluide diélectrique passant par l’enceinte et étant pourvu d’une entrée de fluide et une sortie de fluide, l'entrée de fluide étant munie d'un clapet anti-retour configuré pour empêcher du gaz qui serait présent dans l’enceinte de s’évacuer par l’entrée de fluide.
[8] Du gaz peut apparaître lors d'un emballement thermique de la batterie et il est requis d'évacuer les gaz par un vase d'expansion du circuit de fluide diélectrique. Pour évacuer ces gaz sans perdre de fluide diélectrique, il faut que le gaz entre par l’entrée du vase d’expansion. La pression et le volume de gaz peuvent être si important que le gaz est capable de remonter le circuit hydraulique. Pour assurer le bon sens d’écoulement, le clapet anti-retour est avantageusement positionné à l’entrée du module.
[9] Selon l’un des aspects de l’invention, le clapet anti-retour comporte un corps fixé à une colonne creuse du boîtier formant une cavité de l’entrée de fluide.
[10] Selon l’un des aspects de l’invention, le clapet anti-retour comporte en outre une soupape mobile, notamment suivant l'axe de la cavité.
[11] Selon l’un des aspects de l’invention, la soupape comporte un obturateur, notamment sous la forme d’un disque, porté par une tige centrale reliée au corps par des rayons élastiquement déformables.
[12] Ainsi la soupape peut prendre une position ouverte et une position fermée en fonction de la position de l’obturateur.
[13] La soupape est par exemple réalisée en matière plastique.
[14] Selon l’un des aspects de l’invention, la forme de l'entrée de fluide du boîtier est configurée de manière à pouvoir être engagée sur un embout d'alimentation sur un socle, par un simple mouvement de translation.
[15] Selon l’un des aspects de l’invention, l’entrée de fluide est formée sur une extension latérale du boîtier.
[16] Selon l’un des aspects de l’invention, l’entrée de fluide débouche sur une face inférieure du boîtier par un trou, notamment circulaire. [17] Selon l’un des aspects de l’invention, le circuit de fluide diélectrique passe également dans une chambre inférieure de fluide, située sous l’enceinte qui reçoit les composants, et la chambre inférieure de fluide étant délimitée au moins en partie par une plaque inférieure ajourée sur laquelle viennent en appui le ou les composants disposés dans l'enceinte.
[18] Selon l’un des aspects de l’invention, l'enceinte du boîtier qui est configurée pour recevoir les composants comprend une chambre supérieure de fluide, et la chambre inférieure de fluide voit l'arrivée de fluide diélectrique depuis l'entrée de fluide et les chambres inférieure et supérieure de fluide sont configurées de manière à permettre l'écoulement de fluide diélectrique de la chambre inférieure vers la chambre supérieure de sorte que le fluide électrique en mouvement vienne échanger de la chaleur avec les composants dans l'enceinte.
[19] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure de fluide est délimitée par une plaque supérieure ajourée pourvue d’une pluralité d’ajours par lesquels passe le fluide diélectrique provenant de l'enceinte.
[20] L’invention concerne également un module muni d’un dispositif de régulation thermique tel que précité, comportant un boîtier formant une enceinte recevant plusieurs cellules de batterie en immersion dans un fluide diélectrique, et le clapet anti-retour étant localisé dans le module.
[21 ] L’invention concerne également un ensemble de pack batterie comportant une pluralité de modules tels que précités, équipés chacun d’un dispositif de régulation thermique, et les modules étant posés sur un socle de l’ensemble de pack batterie qui porte au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique
[22] L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de régulation thermique pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, notamment pour véhicule, ce dispositif de régulation thermique comportant :
- un boîtier formant une enceinte configurée pour recevoir un ou plusieurs composants en immersion dans un fluide diélectrique, le boîtier étant configuré pour pouvoir être posé sur un socle qui porte au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique, et le boîtier présentant une face inférieure en regard du socle, une fois posé sur ce socle, - un circuit de fluide diélectrique passant par l’enceinte et étant pourvu d’une entrée de fluide et une sortie de fluide sur la face inférieur du boîtier de sorte à pouvoir être connectées fluidiquement, lors du placement du boîtier sur le socle, respectivement à l’embout d’alimentation de fluide diélectrique et l’embout d’évacuation de fluide diélectrique du socle.
[23] L'invention est particulièrement avantageuse car, du fait que l'entrée de fluide et la sortie de fluide du boîtier soient sur la face inférieure du boîtier et donc sur un même côté du boîtier, il est possible d'avoir une opération de connexion simple entre le boîtier et les embouts sur le socle. Notamment cette localisation des entrée et sortie de fluide sur le boîtier permet une opération de connexion plus simple que, par exemple, le cas où l'entrée de fluide serait sur une face du boîtier et la sortie de fluide sur une face opposée du boîtier. Dans ce cas, il faudrait une opération de connexion sur la face de l'entrée de fluide et une autre opération de connexion sur la face opposée sur laquelle se trouve la sortie de fluide. Au contraire, dans l'invention, une seule opération peut suffire pour la mise en place de l’ensemble de la connectique d'entrée et de sortie, par un simple mouvement de pose du boîtier sur le socle. Par cette simple manipulation, il est possible d’engager l’entrée de fluide du boîtier sur l'embout d'alimentation de fluide sur le socle, et la sortie de fluide du boîtier sur l'embout d'évacuation de fluide sur le socle.
[24] En résumé, l'invention permet de simplifier les opérations de connexion de fluide entre le boîtier et les embouts de connexion sur le socle.
[25] Selon l’un des aspects de l’invention, l'entrée de fluide du boîtier présente une forme femelle dans laquelle peut s'engager l'embout d'alimentation de fluide, de type mâle, sur le socle.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, la sortie de fluide du boîtier présente une forme femelle dans laquelle peut s'engager l'embout d'évacuation de fluide, de type mâle, sur le socle.
[27] Dans une variante, il est possible de prévoir les entrée et sortie de fluide sur le boîtier comme des formes mâles coopérant avec des formes femelles des embouts d'alimentation et d'évacuation sur le socle.
[28] Il peut aussi être prévu que l’une seulement de l’entrée et de la sortie de fluide du boîtier soit mâle, l'autre étant femelle.
[29] Toutes les combinaisons sont, bien entendu, envisageables.
[30] Selon l’un des aspects de l’invention, la forme de l'entrée de fluide du boîtier et/ou la forme de la sortie de fluide du boîtier sont configurées de manière à pouvoir être engagées sur l'embout d'alimentation et/ou l'embout d'évacuation sur le socle, par un simple mouvement de translation.
[31] Ceci permet d'avoir une opération de connexion fluidique simple, sans faire appel, par exemple, à des manipulations de vissage ou de brasure/soudure entre différents éléments de connectique de fluide.
[32] L’invention permet d’offrir une connexion de type « Quick Connect ».
[33] Selon l’un des aspects de l’invention, l'entrée de fluide du boîtier comporte une cavité, notamment sensiblement cylindrique, ayant un axe sensiblement perpendiculaire à la face inférieure du boîtier.
[34] Selon l’un des aspects de l’invention, dans le cas où le boîtier reçoit des cellules de batterie disposées dans le sens de la hauteur du boîtier, la cavité de l'entrée de fluide s’étend parallèlement à ces cellules de batterie.
[35] Selon l’un des aspects de l’invention, la cavité de l'entrée de fluide est formée dans une colonne creuse sur le boîtier.
[36] Selon l’un des aspects de l’invention, l'entrée de fluide, notamment la colonne creuse, est localisée sur un bord de la face inférieure du boîtier.
[37] Selon l’un des aspects de l’invention, lorsque cette face inférieure du boîtier présente un pourtour globalement rectangulaire, l'entrée de fluide est localisée sur un petit côté de ce pourtour rectangulaire.
[38] Selon l’un des aspects de l’invention, l’entrée de fluide est formée sur une extension latérale du boîtier.
[39] Selon l’un des aspects de l’invention, l’entrée de fluide débouche sur cette face inférieure du boîtier par un trou, notamment circulaire.
[40] Selon l’un des aspects de l’invention, l'embout d'alimentation de fluide sur le socle est introduit dans la cavité de l'entrée de fluide via ce trou sur la face inférieure du boîtier.
[41] Selon l’un des aspects de l’invention, l’extension latérale du boîtier sur laquelle est formée l'entrée de fluide présente une hauteur plus faible que la hauteur du boîtier au niveau de l'enceinte qui reçoit les composants, notamment les cellules de batterie.
[42] Selon l’un des aspects de l’invention, lorsque la face inférieure du boîtier est observée suivant un axe perpendiculaire à cette face inférieure, l’extension latérale du boîtier sur laquelle est formée l'entrée de fluide présente une forme divergente depuis l'entrée de fluide en direction de l'enceinte qui reçoit les composants. [43] Ainsi le fluide diélectrique qui arrive dans le boîtier au niveau de l'entrée de fluide est distribué, grâce à cette forme divergente de l’extension latérale du boîtier, sur toute la largeur de l'enceinte.
[44] Ceci permet d'améliorer les performances en termes de perte de charge.
[45] Selon l’un des aspects de l’invention, la forme divergente, ou évasée, de cette extension latérale du boîtier présente une symétrie par un axe longitudinal de la face inférieure du boîtier.
[46] Cet axe est notamment parallèle au grand côté du pourtour rectangulaire de la face inférieure.
[47] Selon l’un des aspects de l’invention, l'entrée de fluide est placée de manière centrée sur l’extension latérale du boîtier.
[48] Selon l’un des aspects de l’invention, l'entrée de fluide comporte au sommet de la cavité, à l'opposé du trou sur la face inférieure du boîtier, une ouverture permettant au fluide de circuler dans l’extension latérale du boîtier avant d'atteindre l'enceinte du boîtier.
[49] Selon l’un des aspects de l’invention, l'extension latérale définit un canal coudé reliant, d’une part, le sommet de la cavité par lequel débouche l'écoulement entrant de fluide et, d’autre part, une chambre inférieure, située sous l’enceinte qui reçoit les composants.
[50] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre inférieure est située entre la face inférieure du boîtier et l’enceinte.
[51] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre inférieure de fluide s’étend sensiblement en regard de la totalité du fond de l’enceinte.
[52] Le canal coudé permet en quelque sorte de rabattre le fluide qui entre par l'entrée de fluide vers une zone plus basse, à savoir la chambre inférieure.
[53] L’extension latérale permet ainsi de diriger le fluide diélectrique vers la chambre inférieure, sous les composants, notamment les cellules de batterie.
[54] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre inférieure forme une zone renforcée d’alimentation de fluide qui peut s’étendre en regard de la totalité des cellules de batterie ou en regard d’un sous-ensemble seulement des cellules de batterie.
[55] Selon l’un des aspects de l’invention, un joint d'étanchéité est prévu entre l'embout d'alimentation de fluide sur le socle et la colonne creuse formant la cavité de l'entrée de fluide du boîtier.
[56] Selon l’un des aspects de l’invention, l'enceinte du boîtier qui est configurée pour recevoir les composants comprend une chambre supérieure de fluide. [57] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure est localisée opposée à la chambre inférieure de sorte que les composants, notamment les cellules de batterie, soient interposés entre la chambre inférieure de fluide et la chambre supérieure de fluide.
[58] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure de fluide s'étend contre une face supérieure du boîtier.
[59] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure de fluide présente sensiblement la même superficie que celle de la chambre inférieure.
[60] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre inférieure de fluide voit l'arrivée de fluide diélectrique depuis l'entrée de fluide et les chambres inférieure et supérieure de fluide sont configurées de manière à permettre l'écoulement de fluide diélectrique de la chambre inférieure vers la chambre supérieure de sorte que le fluide électrique en mouvement vienne échanger de la chaleur avec les composants dans l'enceinte.
[61] Il convient de noter que, lorsque le dispositif de régulation thermique est monté sur un véhicule, la chambre inférieure est plus basse que la chambre supérieure. Ainsi en fonctionnement, le fluide circule dans l’enceinte de bas vers le haut, contre l’effet de la gravité. Une pompe, en dehors du boîtier, par exemple de type électrique, est utilisée pour forcer cet écoulement de fluide.
[62] Selon l’un des aspects de l’invention, les chambres inférieure et supérieure de fluide font partie du circuit de fluide du dispositif de régulation thermique selon l’invention.
[63] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre inférieure de fluide est délimitée au moins en partie par une plaque inférieure ajourée sur laquelle viennent en appui le ou les composants disposés dans l'enceinte.
[64] Selon l’un des aspects de l’invention, cette plaque inférieure ajourée comporte une pluralité d’ajours par lesquels passe le fluide diélectrique pour s’écouler dans l'enceinte.
[65] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque inférieure ajourée est en regard d’une paroi de fond du boîtier de sorte que la chambre inférieure de fluide est délimitée entre la plaque inférieure ajourée et cette paroi de fond du boîtier.
[66] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque inférieure ajourée repose sur des éléments d’appui qui sont localisés dans la chambre inférieure de fluide.
[67] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments d’appui joignent la plaque inférieure ajourée et la paroi de fond du boîtier.
[68] Ainsi les éléments d’appui servent notamment de renfort mécanique pour la plaque inférieure ajourée sur laquelle repose les rangées de cellules de batterie. Les cellules peuvent en effet présenter un poids important sur la plaque inférieure ajourée. Les éléments d’appui servent également à conserver l’espacement entre la plaque inférieure ajourée et la paroi de fond du boîtier, de sorte à préserver les dimensions de la chambre inférieure de fluide.
[69] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments d’appui présentent une disposition régulière, par exemple en rangées parallèles.
[70] Les éléments d’appui permettent d’assurer l’écoulement dans la chambre inférieure de fluide, sous les cellules.
[71] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments d’appui sont tous identiques entre eux.
[72] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments d’appui sont formés par des plots, notamment cylindriques.
[73] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments d’appui sont formés d’un seul tenant avec soit la plaque inférieure ajourée, soit la paroi de fond du boîtier.
[74] Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, les éléments d’appui sont formés par des lames élastiquement déformables.
[75] De manière avantageuse, les lames élastiquement déformables permettent d’absorber des chocs rencontrés lors de la conduite et permettent d’assurer l’écoulement dans la chambre inférieure de fluide, sous les cellules.
[76] Selon l’un des aspects de l’invention, les lames élastiquement déformables présentent chacune une section transversale en V inversé avec la pointe du V en contact avec la plaque inférieure ajourée et les branches du V en appui sur la paroi de fond du boîtier.
[77] Selon l’un des aspects de l’invention, les lames élastiquement déformables sont disposées par rangées parallèles.
[78] Selon l’un des aspects de l’invention, les lames élastiquement déformables sont réalisées en métal, notamment en aluminium.
[79] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure de fluide est délimitée par une plaque supérieure ajourée pourvue d’une pluralité d’ajours par lesquels passe le fluide diélectrique provenant de l'enceinte.
[80] Selon l’un des aspects de l’invention, les ajours sur la plaque inférieure et la plaque supérieure ont une disposition symétrique.
[81 ] Autrement dit, les ajours sont disposés de manière similaire sur la plaque inférieure et la plaque supérieure. [82] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque supérieure comporte des ouvertures qui s'engagent sur la partie supérieure des composants, notamment des cellules de batterie.
[83] Selon l’un des aspects de l’invention, les ajours présentent une dimension individuelle, par exemple un diamètre, au moins 10 fois, voire au moins 20 fois, voire au moins 50 fois, plus petite qu’une dimension individuelle, par exemple un diamètre, des ouvertures sur la plaque supérieure qui s'engagent sur la partie supérieure des composants.
[84] Autrement dit, les ajours par lesquels passent le fluide sont relativement petit par rapport à la section des composants.
[85] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque composant est entouré de plusieurs ajours, notamment de six ajours, disposés de manière régulière autour de chaque composant à refroidir.
[86] Selon l’un des aspects de l’invention, les plaques inférieure et supérieure sont sensiblement planes et parallèles entre elles.
[87] Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre supérieure de fluide communique avec la sortie de fluide du boîtier.
[88] Selon l’un des aspects de l’invention, la sortie de fluide du boîtier comporte un canal convergent s'étendant depuis la chambre supérieure, notamment sur toute la largeur de la chambre supérieure, vers une cavité de la sortie de fluide.
[89] Selon l’un des aspects de l’invention, la cavité de sortie de fluide est formée dans par une colonne creuse du boîtier.
[90] Selon l’un des aspects de l’invention, la colonne creuse, notamment de forme cylindrique, est configurée pour former la forme femelle de la sortie de fluide qui vient s'engager sur l'embout de collecte sur le socle.
[91] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal convergent est formé sur un flanc du boîtier.
[92] Selon l’un des aspects de l’invention, le flanc est perpendiculaire à la face inférieure du boîtier et s'étend notamment sur un côté du pourtour rectangulaire de la face inférieure.
[93] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal convergent présente une forme sensiblement triangulaire convergent vers la sortie de fluide. [94] Selon l’un des aspects de l’invention, la forme du divergent à l'entrée de fluide et la forme du convergent à la sortie de fluide permet de réduire les pertes de charges et améliorer la distribution de fluide.
[95] Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier comporte une paroi latérale s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond du boîtier.
[96] Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale délimite le pourtour de l’enceinte, pourtour qui enveloppe les composants, notamment cellules de batterie, placés dans l’enceinte.
[97] Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale comporte des ondulations permettant d’épouser la forme des cellules de batterie de forme cylindrique placées dans l’enceinte.
[98] Ceci permet d’avoir une compacité du boîtier, avec le moins de perte de place possible.
[99] Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier comporte un organe de passage électrique étanche monté de manière étanche à travers une paroi du boîtier.
[100] Selon l’un des aspects de l’invention, cet organe de passage électrique étanche comporte une première extrémité de fixation d’un barreau électrique (encore appelé
« busbar » en anglais) à l'intérieur de l'enceinte et une deuxième extrémité de fixation d’un barreau électrique externe au boîtier.
[101] Selon l’un des aspects de l’invention, cet organe de passage électrique étanche est monté dans une ouverture du boîtier.
[102] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque supérieure décrite ci-dessus de la chambre supérieure permet ainsi de maintenir les composants, notamment les cellules de batterie.
[103] Selon l’un des aspects de l’invention, les composants sont connectés électriquement à des conducteurs électriques, notamment joints à des barreaux électriques.
[104] Selon l’un des aspects de l’invention, les conducteurs électriques présentent des motifs permettant de relier électriquement les composants, notamment les cellules de batterie, les uns aux autres.
[105] Selon l’un des aspects de l’invention, les conducteurs électriques sont portés par un support dédié, encore appelé « busbar holder » en anglais.
[106] Selon l’un des aspects de l’invention, le support dédié comporte des orifices permettant d’y passer des bornes des cellules de batterie à relier électriquement. [107] L’invention a encore pour objet un module muni d’un dispositif de régulation thermique comportant un boîtier formant une enceinte recevant plusieurs cellules de batterie en immersion dans un fluide diélectrique, le boîtier étant configuré pour pouvoir être posé sur un socle qui porte au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique, et le boîtier présentant une face inférieure en regard du socle, une fois posé sur ce socle, le dispositif de régulation thermique comportant en outre un circuit de fluide diélectrique passant par l’enceinte et étant pourvu d’une entrée de fluide et une sortie de fluide sur la face inférieure du boîtier de sorte à pouvoir être connectées fluidiquement, lors du placement du boîtier sur le socle, respectivement à l’embout d’alimentation de fluide diélectrique et l’embout d’évacuation de fluide diélectrique du socle.
[108] L’invention a encore pour objet un ensemble de pack batterie comportant une pluralité de modules tels que décrit ci-dessus, équipés chacun d’un dispositif de régulation thermique tel que précité, et les modules étant posés sur un socle de l’ensemble de pack batterie qui porte au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique.
[109] L’invention a encore pour objet un socle d’un ensemble de pack tel que précité, comportant au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique.
[110] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comporte au moins un conduit d’alimentation commun de fluide muni d’au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique, notamment de plusieurs embouts d’alimentation de fluide diélectrique disposés le long de ce conduit d’alimentation commun.
[111] Selon l’un des aspects de l’invention, ce ou ces embouts d’alimentation de fluide diélectrique sont connectable aux entrées de fluide des boîtiers qui renferment les composants, notamment les cellules de batterie.
[112] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comporte au moins un conduit d’évacuation commun de fluide muni d’au moins un embout d’évacuation de fluide diélectrique, notamment de plusieurs embouts d’évacuation de fluide diélectrique disposés le long de ce conduit d’alimentation commun.
[113] Selon l’un des aspects de l’invention, ce ou ces embouts d’évacuation de fluide diélectrique sont connectable aux sorties de fluide des boîtiers qui renferment les composants, notamment les cellules de batterie. [114] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comprend une bride de connexion fluidique à laquelle se raccorde les conduits d’alimentation et d’évacuation communs de fluide.
[115] Ces conduits d’alimentation et d’évacuation de fluide peuvent être vus comme des conduits nourriciers.
[116] Ces conduits peuvent présenter une section transversale polygonale, par exemple rectangulaire, ou, en variante, arrondie.
[117] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comprend au moins un barreau électrique collectif, notamment s’étendant parallèlement à l’un des conduits d’alimentation et d’évacuation de fluide, configuré pour assureur la connexion électrique avec les cellules de batterie dans les boîtiers, notamment via les organes de passage électrique étanche montés sur les boîtiers.
[118] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comprend deux barreaux électriques collectifs, l’un étant de polarité positive et l’autre de polarité négative.
[119] Selon l’un des aspects de l’invention, les deux barreaux électriques collectifs sont disposés de manière parallèle, notamment de part et d’autre d’une rangée de boîtiers.
[120] Plusieurs modules indépendants, potentiellement identiques les uns aux autres, peuvent être placés sur le socle.
[121 ] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque boîtier comprend un capot configuré pour fermer l’enceinte ayant reçu les composants.
[122] Selon l’un des aspects de l’invention, le socle comporte un plancher et des traverses posées sur le plancher, et le ou les boîtiers de module sont destinés à reposer sur ces traverses, qui sont par exemple en matière composites à base de plastique ou en métal.
[123] Selon l’un des aspects de l’invention, les traverses sont de type profilé, et notamment de section transversale rectangulaire.
[124] Selon l’un des aspects de l’invention, plusieurs traverses sont posées sur le plancher.
[125] Selon l’un des aspects de l’invention, les traverses sont notamment disposées transversalement aux modules de batterie de sorte que chaque traverse soutient plusieurs modules et chaque module repose sur plusieurs traverses.
[126] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque module repose sur le socle, notamment des traverses du socle, par sa paroi de fond qui participe à la formation de la chambre inferieure.
[127] L’invention a encore pour objet un procédé d’assemblage d’un dispositif de régulation thermique pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, sur un socle d’un ensemble de pack batterie, le procédé comportant les étapes suivantes : fournir un boîtier formant une enceinte configurée pour recevoir un ou plusieurs composants en immersion dans un fluide diélectrique, ce boitier formant un circuit de fluide diélectrique passant par l’enceinte et étant pourvu d’une entrée de fluide et une sortie de fluide sur une face inférieure du boîtier,
- poser le boîtier sur un socle qui porte au moins un embout d’alimentation de fluide diélectrique et un embout d’évacuation de fluide diélectrique, de sorte à connecter fluidiquement, lors du placement du boîtier sur le socle, l’entrée de fluide et la sortie de fluide du boîtier respectivement à l’embout d’alimentation de fluide diélectrique et l’embout d’évacuation de fluide diélectrique du socle.
[128] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[129] [Fig 1] La figure 1 est une représentation en perspective d’un ensemble de pack batterie selon un exemple de réalisation de l’invention ;
[130] [Fig. 2] La figure 2 est une vue de l’ensemble de pack batterie de la figure 1 , sans le cadre sur le socle ;
[131] [Fig. 3] La figure 3 est une représentation de côté de l’ensemble de pack batterie de la figure 2 ;
[132] [Fig. 4] La figure 4 est une représentation en perspective d’un module de l’ensemble de pack batterie de la figure 1 ;
[133] [Fig. 5] La figure 5 est une représentation en coupe du module de la figure 4, montrant l’entrée de fluide du module ;
[134] [Fig. 6] La figure 6 est une vue en perspective d’un clapet anti-retour équipant l’entrée de fluide du module de la figure 5 ;
[135] [Fig. 7] La figure 7 est une vue en perspective de la plaque ajourée supérieure équipant l’entrée de fluide du module de la figure 5 ;
[136] [Fig. 8] La figure 8 est une représentation en coupe du module de la figure 4, montrant la sortie de fluide du module ;
[137] [Fig. 9] La figure 9 est une représentation en perspective de l’intérieur du module de la figure 4, montrant notamment la plaque ajourée supérieure du module ; [138] [Fig. 10] La figure 10 est une représentation en coupe du module de la figure 4, montrant l’organe de passage électrique étanche ;
[139] [Fig. 11] La figure 11 est une représentation en coupe du module de la figure 4, montrant l’organe de passage électrique étanche suivant une autre vue ;
[140] [Fig. 12] La figure 12 est une vue du socle de l’ensemble de pack batterie de la figure 1 ;
[141] [Fig. 13] La figure 13 est une vue en coupe d’un module selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention, avec des éléments d’appui formés par des lames élastiquement déformables.
[142] Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
[143] On a représenté, sur les figures 1 et 2, un ensemble de pack batterie 100 comportant une pluralité de modules 200 (ici au nombre de quatre) équipés chacun d’un dispositif de régulation thermique 1 selon un exemple de réalisation de l’invention, et les modules 200 sont posés sur un socle 300 de l’ensemble de pack batterie 100. Le socle 300 est entouré d’un cadre rectangulaire 360 formant ensemble un espace dans lequel logent les modules 200.
[144] Comme visible notamment sur les figures 4 et 5, le dispositif de régulation thermique 1 qui équipe chaque module 200 comporte un boîtier 2 formant une enceinte 3 recevant plusieurs cellules de batterie 5 en immersion dans un fluide diélectrique.
[145] Ces cellules de batterie 5, de forme cylindrique, sont de type lithium-ion. D’autres types de batterie peuvent bien entendu être envisagés.
[146] Les cellules 5 sont disposées dans l’enceinte 3 suivant des rangées parallèles, en quinconce, pour gagner en compacité.
[147] Chaque boîtier 2 comprend un capot 201 configuré pour fermer l’enceinte 3 ayant reçu les cellules 5.
[148] Comme illustré sur la figure 12, le boîtier 2 de chaque module 200 est configuré pour pouvoir être posé sur le socle 300 qui porte, pour chaque module 200, un embout d’alimentation 6 de fluide diélectrique (également visible sur la figure 5 en coupe) et un embout d’évacuation 7 de fluide diélectrique (également visible sur la figure 7 en coupe).
[149] Dans l'exemple décrit, les embouts d'alimentation 6 sont localisés sur un conduit d'alimentation commun 310 du socle 300 qui sert de conduit nourricier pour les embouts d'alimentation 6.
[150] Les embouts d'alimentation 6 sont identiques entre eux. Chaque embout d'alimentation 6 est de forme cylindrique, pourvu d'une gorge 311 pour l'insertion d'un joint d'étanchéité torique 312.
[151 ] Le conduit d'alimentation commun 310 présente une forme rectiligne et les embouts d'alimentation 6 sont disposés avec un espacement régulier sur ce conduit d'alimentation commun 310.
[152] Ce conduit d'alimentation commun 310 s’étend le long d'un bord du socle 300.
[153] Les embouts d'évacuation 7 sont localisés sur un conduit d'évacuation commun 320 qui permet d'évacuer le fluide diélectrique collecté par les embouts d'évacuation 7.
[154] Les embouts d'évacuation 7 sont identiques entre eux. Chaque embout d'évacuation 7 est de forme cylindrique, pourvu d'une gorge 321 pour l'insertion d'un joint d'étanchéité torique 322.
[155] Le conduit d'évacuation commun 320 présente une forme rectiligne et les embouts d'évacuation 7 sont disposés avec un espacement régulier sur ce conduit d'évacuation commun 320.
[156] Ce conduit d'évacuation commun 320 s'étend le long d'un bord du socle 300.
[157] Comme bien visible sur la figure 2, les conduits d'évacuation et d'alimentation communs 310 et 320, ici chacun de section transversale rectangulaire, sont connectés à une bride de connexion fluidique 330.
[158] La bride de connexion fluidique 330 comporte une entrée de fluide 331 pour apporter du fluide au conduit d'alimentation commun 310 et une sortie de fluide 332 pour évacuer le fluide provenant du conduit d'évacuation commun 320.
[159] Le conduit d'alimentation commun 310 et le conduit d'évacuation commun 320 sont reliés à la bride de connexion fluidique 330 chacun par une tubulure 335 qui s'étend notamment perpendiculairement aux conduits d'alimentation et d'évacuation commun 310 et 320.
[160] La bride de connexion fluidique 330 est disposé par exemple à mi-chemin entre les conduits d'alimentation et d'évacuation commun 310 et 320 qui sont parallèles entre eux. [161] Pour chaque module 200, le boîtier 2 présente une face inférieure 8 en regard du socle 300, une fois posé sur ce socle.
[162] Pour chaque module 200, le dispositif de régulation thermique 1 comporte un circuit
10 de fluide diélectrique passant par l’enceinte 3 et étant pourvu d’une entrée de fluide
11 et une sortie de fluide 12 sur la face inférieure 8 du boîtier 2 de sorte à pouvoir être connectées fluidiquement, lors du placement du boîtier 2 sur le socle 300, respectivement à l’embout d’alimentation de fluide diélectrique 6 et l’embout d’évacuation de fluide diélectrique 7 du socle 300.
[163] On a représenté sur les figures 5, 8 et 9 des flèches symbolisant l’écoulement de fluide du circuit de fluide 10.
[164] L’entrée de fluide 11 du boîtier 2 présente une forme femelle dans laquelle peut s'engager l'embout d'alimentation de fluide 6, de type mâle, sur le socle 300.
[165] La sortie de fluide 12 du boîtier 2 présente une forme femelle dans laquelle peut s'engager l'embout d'évacuation de fluide 7, de type mâle, sur le socle 300.
[166] La forme de l'entrée de fluide 11 du boîtier et la forme de la sortie de fluide 12 du boîtier 2 sont configurées de manière à pouvoir être engagées sur l'embout d'alimentation 6 et l'embout d'évacuation 7 sur le socle 300, par un simple mouvement de translation.
[167] Ceci permet d'avoir une opération de connexion fluidique simple, sans faire appel, par exemple, à des manipulations de vissage ou de brasure/soudure entre différents éléments de connectique de fluide. L’invention permet d’offrir une connexion de type
« Quick Connect ».
[168] L'entrée de fluide 11 comporte une cavité sensiblement cylindrique 14 ayant un axe Y sensiblement perpendiculaire à la face inférieure 8 du boîtier 2.
[169] Les cellules de batterie 5, de forme cylindrique, sont disposées dans le sens de la hauteur du boîtier 2 (la hauteur étant la dimension suivant l’axe Y), et la cavité 14 de l'entrée de fluide 11 s’étend parallèlement à ces cellules de batterie 5.
[170] La cavité 14 de l'entrée de fluide 11 est formée dans une colonne creuse 15 sur le boîtier 2.
[171] L'entrée de fluide 11 et la colonne creuse 15 sont localisées sur un bord de la face inférieure 8 du boîtier.
[172] Lorsque cette face inférieure 8 du boîtier présente un pourtour globalement rectangulaire, l'entrée de fluide 11 est localisée sur un petit côté de ce pourtour rectangulaire, comme illustré sur la figure 4. [173] L’entrée de fluide 11 est formée sur une extension latérale 17 du boîtier 2.
[174] L’entrée de fluide 11 débouche sur la face inférieure 8 par un trou circulaire 18.
[175] L'embout d'alimentation de fluide 6 sur le socle 300 est introduit dans la cavité 14 de l'entrée de fluide 11 via ce trou 18.
[176] L’extension latérale 17 du boîtier 2 sur laquelle est formée l'entrée de fluide 11 présente une hauteur (mesurée selon l’axe Y) plus faible que la hauteur du boîtier 2 au niveau de l'enceinte 3 qui reçoit les cellules de batterie.
[177] Lorsque la face inférieure 8 du boîtier 2 est observée suivant l’axe Y perpendiculaire à cette face inférieure 8, l’extension latérale 17 du boîtier 2 sur laquelle est formée l'entrée de fluide 11 présente une forme divergente depuis l'entrée de fluide 11 en direction de l'enceinte 3.
[178] Ainsi le fluide diélectrique qui arrive dans le boîtier 2 au niveau de l'entrée de fluide
11 est distribué, grâce à cette forme divergente de l’extension latérale 17 du boîtier 2, sur toute la largeur de l'enceinte 3.
[179] La forme divergente, ou évasée, de cette extension latérale 17 du boîtier 2 présente une symétrie par un axe longitudinal X de la face inférieure 8 du boîtier 2.
[180] Cet axe X est parallèle au grand côté du pourtour rectangulaire de la face inférieure 8.
[181 ] L'entrée de fluide 11 est placée de manière centrée sur l’extension latérale 17 du boîtier 2.
[182] L'entrée de fluide 11 comporte au sommet de la cavité 14, à l'opposé du trou 18 sur la face inférieure 8 du boîtier 2, une ouverture 19 permettant au fluide de circuler dans l’extension latérale 17 du boîtier 2 avant d'atteindre l'enceinte 3 du boîtier 2.
[183] L'extension latérale 17 définit un canal coudé 20 reliant, d’une part, le sommet de la cavité 14 par lequel débouche l'écoulement entrant de fluide et, d’autre part, une chambre inférieure 22, située sous l’enceinte 3.
[184] La chambre inférieure 22 est située entre la face inférieure 8 du boîtier 2 et l’enceinte 3, et s’étend sensiblement en regard de la totalité du fond de l’enceinte 3.
[185] Le canal coudé 20 permet en quelque sorte de rabattre le fluide qui entre par l'entrée de fluide 11 vers une zone plus basse, à savoir la chambre inférieure 22.
[186] L’extension latérale 17 permet ainsi de diriger le fluide diélectrique vers la chambre inférieure 22, sous les cellules de batterie 5.
[187] L'enceinte 3 comprend une chambre supérieure 24 de fluide. [188] La chambre supérieure 24 est localisée opposée à la chambre inférieure 22 de sorte que les cellules de batterie 5 soient interposés entre la chambre inférieure 22 de fluide et la chambre supérieure 24 de fluide.
[189] La chambre supérieure 24 de fluide s'étend contre une face supérieure 25 du boîtier 2, plus précisément du capot 201 .
[190] La chambre supérieure 24 de fluide présente sensiblement la même superficie que celle de la chambre inférieure 22.
[191] La chambre inférieure 22 de fluide voit l'arrivée de fluide diélectrique depuis l'entrée de fluide 11 et les chambres inférieure 22 et supérieure 24 de fluide sont configurées de manière à permettre l'écoulement de fluide diélectrique de la chambre inférieure 22 vers la chambre supérieure 24 de sorte que le fluide électrique en mouvement vienne échanger de la chaleur avec les cellules 5 dans l'enceinte 3.
[192] Il convient de noter que, lorsque le dispositif de régulation thermique 1 est monté sur un véhicule, la chambre inférieure 22 est plus basse que la chambre supérieure 24. Ainsi en fonctionnement, le fluide circule dans l’enceinte 3 de bas vers le haut, contre l’effet de la gravité. Une pompe, en dehors du boîtier 2, par exemple de type électrique, est utilisée pour forcer cet écoulement de fluide.
[193] Les chambres inférieure 22 et supérieure 24 de fluide font partie du circuit de fluide 10 du dispositif de régulation thermique selon l’invention.
[194] La chambre inférieure 22 de fluide est délimitée au moins en partie par une plaque inférieure ajourée 26 sur laquelle viennent en appui les cellules 5 disposées dans l'enceinte 3.
[195] Comme on peut bien le voir sur la figure 9, cette plaque inférieure ajourée 26 comporte une pluralité d’ajours 27 par lesquels passe le fluide diélectrique pour s’écouler dans l'enceinte 3.
[196] La plaque inférieure ajourée 26 est en regard d’une paroi de fond 28 du boîtier 2 de sorte que la chambre inférieure 22 de fluide est délimitée entre la plaque inférieure ajourée 26 et cette paroi de fond 28 du boîtier 2.
[197] La plaque inférieure ajourée 26 repose sur des éléments d’appui 29 qui sont localisés dans la chambre inférieure 22 de fluide.
[198] Les éléments d’appui 29 joignent la plaque inférieure ajourée 26 et la paroi de fond 28 du boîtier 2.
[199] Ainsi les éléments d’appui 29 servent notamment de renfort mécanique pour la plaque inférieure ajourée 26 sur laquelle repose les rangées de cellules de batterie 5. Les cellules peuvent en effet présenter un poids important sur la plaque inférieure ajourée. Les éléments d’appui 29 servent également à conserver l’espacement entre la plaque inférieure ajourée 26 et la paroi de fond 28 du boîtier 2, de sorte à préserver les dimensions de la chambre inférieure 22 de fluide.
[200] Les éléments d’appui 29, tous identiques entre eux, présentent une disposition régulière, par exemple en rangées parallèles.
[201] Les éléments d’appui 29 permettent d’assurer l’écoulement dans la chambre inférieure 22 de fluide, sous les cellules 5.
[202] Dans l’exemple décrit, les éléments d’appui 29 sont formés par des plots cylindriques.
[203] Les éléments d’appui 29 sont par exemple formés d’un seul tenant avec soit la plaque inférieure ajourée 26, soit la paroi de fond 28 du boîtier 2.
[204] Dans un autre exemple de réalisation de l’invention illustré sur la figure 13, les éléments d’appui 30 sont formés par des lames élastiquement déformables 31 .
[205] De manière avantageuse, les lames élastiquement déformables 31 permettent d’absorber des chocs rencontrés lors de la conduite et permettent d’assurer l’écoulement dans la chambre inférieure 22 de fluide, sous les cellules 5.
[206] Les lames élastiquement déformables 31 présentent chacune une section transversale en V inversé avec la pointe du V en contact avec la plaque inférieure ajourée 26 et les branches du V en appui sur la paroi de fond 28 du boîtier 2.
[207] Les lames élastiquement déformables 31 sont disposées par rangées parallèles, et sont réalisées en métal, notamment en aluminium.
[208] Pour revenir à la description de la chambre supérieure 24 de fluide, celle-ci est délimitée par une plaque supérieure ajourée 32 pourvue d’une pluralité d’ajours 33 par lesquels passe le fluide diélectrique provenant de l'enceinte 3, comme on peut le voir sur les figures 7 et 9.
[209] Les ajours 27 sur la plaque inférieure 26 et les ajours 33 de la plaque supérieure 32 ont une disposition symétrique.
[210] La plaque supérieure 32 comporte des ouvertures 34 qui s'engagent sur la partie supérieure des cellules de batterie 5.
[211] Les ajours 33 présentent une dimension individuelle, par exemple un diamètre, au moins 10 fois, voire au moins 20 fois, voire au moins 50 fois, plus petite qu’une dimension individuelle, par exemple un diamètre, des ouvertures 34 sur la plaque supérieure 32 qui s'engagent sur la partie supérieure des composants. [212] Autrement dit, les ajours 33 par lesquels passent le fluide sont relativement petit par rapport à la section des cellules 5.
[213] Chaque cellule 5 est entourés de plusieurs ajours 33, notamment de six ajours 33, disposés de manière régulière autour de chaque cellule 5.
[214] Les plaques inférieure 26 et supérieure 32 sont sensiblement planes et parallèles entre elles.
[215] La chambre supérieure 24 de fluide communique avec la sortie de fluide 12 du boîtier 2.
[216] Comme illustré sur les figures 8 et 9, la sortie de fluide 12 du boîtier 2 comporte un canal convergent 36 s'étendant depuis la chambre supérieure 24, sur toute la largeur de la chambre supérieure 24, vers une cavité 37 de la sortie de fluide 12.
[217] A cet effet, la plaque supérieure ajourée 32 comprend une fente longitudinale 44 de sortie de fluide qui marque le début du canal convergent 36.
[218] La cavité 37 de sortie de fluide 12 est formée dans par une colonne creuse 38 du boîtier 2.
[219] Cette colonne creuse 38 de forme cylindrique est configurée pour former la forme femelle de la sortie de fluide 12 qui vient s'engager sur l'embout de collecte 7 sur le socle 300.
[220] Le canal convergent 36 est formé sur un flanc 39 du boîtier 2, comme visible sur les figures 3 et 4 par exemple.
[221] Ce flanc 39 est perpendiculaire à la face inférieure 8 du boîtier 2 et s'étend sur un côté du pourtour rectangulaire de la face inférieure 8.
[222] Le canal convergent 36 présente une forme sensiblement triangulaire convergent vers la sortie de fluide 12.
[223] La forme du divergent à l'entrée de fluide 11 et la forme du convergent à la sortie de fluide 12 permet de réduire les pertes de charges et améliorer la distribution de fluide.
[224] Le boîtier 2 comporte une paroi latérale 40 s’étendant perpendiculairement à la paroi de fond du boîtier 2.
[225] La paroi latérale 40 délimite le pourtour de l’enceinte 3, pourtour qui enveloppe les cellules de batterie 5 placées dans l’enceinte 3.
[226] La paroi latérale 40 comporte des ondulations 41 permettant d’épouser la forme des cellules de batterie 5 de forme cylindrique placées dans l’enceinte 3, comme illustré sur la figure 4. [227] Ceci permet d’avoir une compacité du boîtier 2, avec le moins de perte de place possible.
[228] L'entrée de fluide 11 est munie d'un clapet anti-retour 45 configuré pour empêcher du gaz qui serait présent dans le circuit de fluide 10 de s’évacuer par l’entrée de fluide 11 .
[229] Du gaz peut apparaître lors d'un emballement thermique de la batterie et il est requis d'évacuer les gaz par un vase d'expansion connecté au circuit de fluide diélectrique 10.
[230] Pour évacuer ces gaz sans perdre de fluide diélectrique, il faut que le gaz entre par l’entrée du vase d’expansion. La pression et le volume de gaz peuvent être si important que le gaz est capable de remonter le circuit hydraulique. Pour assurer le bon sens d’écoulement, le clapet anti-retour 45 est positionné à l’entrée 11 du module.
[231] Comme visible sur les figures 5 et 6, le clapet anti-retour 45 comporte un corps 46 fixé à la colonne creuse 15 du boîtier 2 formant la cavité de l’entrée de fluide 11 .
[232] Le clapet anti-retour 45 comporte en outre une soupape mobile 47 déplaçable suivant l'axe Y.
[233] La soupape 47 comporte un obturateur 48 sous la forme d’un disque, porté par une tige centrale 49 reliée au corps 46 par des rayons élastiquement déformables 50.
[234] La soupape 47 peut prendre une position ouverte et une position fermée en fonction de la position de l’obturateur 48.
[235] Cette soupape 47 est par exemple réalisée en matière plastique.
[236] Comme visible par exemple sur les figures 4, 10 et 11 , le boîtier 2 comporte un organe de passage électrique étanche 55 monté de manière étanche à travers une ouverture d’une paroi 56 du boîtier 2. Cette paroi 56 est sur une collerette périphérique supérieure 54 du boîtier 2.
[237] Cet organe de passage électrique étanche 55 comporte une première extrémité de fixation 57 d’un barreau électrique 58 (encore appelé « busbar » en anglais) à l'intérieur de l'enceinte 3 et une deuxième extrémité de fixation 59 d’un barreau électrique 60 externe au boîtier 2.
[238] Les cellules 5 sont connectées électriquement à aux barreaux électriques 58. Le réseau électrique de connexion de cellules 5 n’est pas décrit plus en détails, car il est bien connu, avec des connexions de polarité positive et des connexions de polarité négative.
[239] Les conducteurs électriques 58, qui peuvent présenter une forme à ramifications, sont portés par un support dédié 62, encore appelé « busbar holder » en anglais. [240] Le support dédié 62, sous la forme générale d’une plaque disposée parallèlement à la plaque ajourée supérieure 32, comporte des orifices 63 permettant d’y passer des bornes 64 des cellules de batterie 5 à relier électriquement.
[241] Le support dédié 62 est placé sur le sommet des cellules 5, entre la plaque ajourée supérieure 32 et le capot 201 .
[242] Le socle 300 comprend deux barreaux électriques collectifs 340 s’étendant parallèlement aux conduits d’alimentation et d’évacuation communs de fluide 310, 320.
[243] Les barreaux électriques collectifs 340 sont configurés pour assureur la connexion électrique avec les cellules de batterie 5 dans les boîtiers 2, via les organes de passage électrique étanche 55 montés sur les boîtiers 2.
[244] Les deux barreaux électriques collectifs 340 sont, pour l’un, de polarité positive et, pour l’autre, de polarité négative.
[245] Les deux barreaux électriques collectifs 340 sont disposés de manière parallèle, de part et d’autre d’une rangée de modules 200, et les barreaux électriques externes 60 joignent ces barreaux collectifs 340 chacun par un coude 341 visible sur la figure 11 .
[246] Le socle 300 comporte un plancher 350 et des traverses 351 posées de manière parallèle sur le plancher 350, et les modules 200 reposent sur ces traverses 351 , qui sont par exemple en matière composites à base de plastique ou en métal.
[247] Les traverses 351 sont de type profilé et de section transversale rectangulaire.
[248] Ces traverses 351 sont disposées transversalement aux modules de batterie 200 de sorte que chaque traverse 351 soutient une rangée de plusieurs modules et chaque module 200 repose sur plusieurs traverses 351 .
[249] L’assemblage d’un dispositif de régulation thermique 1 décrit plus haut comporte les étapes suivantes : fournir un boîtier 2 formant une enceinte 3 configurée pour recevoir les cellules 5 en immersion dans le fluide diélectrique,
- poser le boîtier 2 sur le socle 300 de sorte à connecter fluidiquement, lors du placement du boîtier 2 sur le socle 300, chaque entrée de fluide 11 et chaque sortie de fluide 12 du boîtier 2 respectivement à l’embout d’alimentation de fluide diélectrique et l’embout d’évacuation de fluide diélectrique du socle 300.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Dispositif de régulation thermique (1 ) pour des composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie (5), notamment pour véhicule, ce dispositif de régulation thermique comportant :
- un boîtier (2) formant une enceinte (3) configurée pour recevoir un ou plusieurs composants en immersion dans un fluide diélectrique,
- un circuit de fluide diélectrique (10) passant par l’enceinte (3) et étant pourvu d’une entrée de fluide (11) et une sortie de fluide (12), l'entrée de fluide (11) étant munie d'un clapet anti-retour (45) configuré pour empêcher du gaz qui serait présent dans l’enceinte (3) de s’évacuer par l’entrée de fluide.
[Revendication 2] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel le clapet anti-retour (45) comporte un corps (46) fixé à une colonne creuse (15) du boîtier formant une cavité (14) de l’entrée de fluide.
[Revendication 3] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clapet anti-retour (45) comporte en outre une soupape mobile (47), notamment suivant l'axe de la cavité, soupape par exemple réalisée en matière plastique.
[Revendication 4] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel la soupape (47) comporte un obturateur (48), notamment sous la forme d’un disque, porté par une tige centrale (49) reliée au corps (46) par des rayons élastiquement déformables (50).
[Revendication 5] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la forme de l'entrée de fluide (11 ) du boîtier est configurée de manière à pouvoir être engagée sur un embout d'alimentation (6) sur un socle (300), par un simple mouvement de translation.
[Revendication 6] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’entrée de fluide (11) est formée sur une extension latérale (17) du boîtier.
[Revendication 7] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’entrée de fluide (11) débouche sur une face inférieure (8) du boîtier par un trou (18), notamment circulaire.
[Revendication 8] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide diélectrique (10) passe également dans une chambre inférieure (22) de fluide, située sous l’enceinte (3) qui reçoit les composants, et la chambre inférieure de fluide étant délimitée au moins en partie par une plaque inférieure ajourée (26) sur laquelle viennent en appui le ou les composants disposés dans l'enceinte (3).
[Revendication 9] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel l'enceinte (3) du boîtier qui est configurée pour recevoir les composants comprend une chambre supérieure (24) de fluide, et la chambre inférieure de fluide voit l'arrivée de fluide diélectrique depuis l'entrée de fluide et les chambres inférieure (22) et supérieure (24) de fluide sont configurées de manière à permettre l'écoulement de fluide diélectrique de la chambre inférieure vers la chambre supérieure de sorte que le fluide électrique en mouvement vienne échanger de la chaleur avec les composants dans l'enceinte (3).
[Revendication 10] Dispositif de régulation thermique (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel la chambre supérieure (24) de fluide est délimitée par une plaque supérieure ajourée (32) pourvue d’une pluralité d’ajours par lesquels passe le fluide diélectrique provenant de l'enceinte (3).
[Revendication 11 ] Module (200) muni d’un dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, comportant un boîtier (2) formant une enceinte (3) recevant plusieurs cellules de batterie en immersion dans un fluide diélectrique, et le clapet anti-retour (45) étant localisé dans le module.
[Revendication 12] Ensemble de pack batterie (100) comportant une pluralité de modules (200) selon la revendication précédente, équipés chacun d’un dispositif de régulation thermique, et les modules (200) étant posés sur un socle (300) de l’ensemble de pack batterie qui porte au moins un embout d’alimentation (6) de fluide diélectrique et un embout d’évacuation (7) de fluide diélectrique.
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