FR3015126A1 - Dispositif de refroidissement d'un module de batterie electrique - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'un module (1) de batterie d'un véhicule, ledit module (1) comprenant aux moins deux cellules (2) reliées électriquement au moyen de pattes (10,110) de connexion conductrices de courant. La principale caractéristique d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, est que chaque patte (10,110) de connexion est constituée de deux parois (11, 12, 111, 112) conductrices ménageant entre elles un espace destiné à la circulation d'un fluide caloporteur dans le but de refroidir ledit module.

Description

Dispositif de refroidissement d'un module de batterie electrique L'invention se rapporte à un dispositif de refroidissement d'un module de batterie. Généralement, une batterie électrique d'un véhicule électrique ou 5 hybride, est amenée à subir des phases de chauffage importantes qui sont susceptibles d'altérer les capacités de ladite batterie et de nuire à son bon fonctionnement. Ces phases peuvent, par exemple, être rencontrées lors de la charge de la batterie ou lors de périodes de roulage intensives du véhicule. Il est donc nécessaire de refroidir rapidement et efficacement une batterie 10 électrique embarquée dans un véhicule, afin qu'elle puisse conserver à tout instant une efficacité optimisée et afin de limiter le gradient de température interne de la batterie. Le préconditionnement thermique des cellules de batterie froides est également possible avec ce dispositif de refroidissement afin de les amener à une température adéquate pour un bon fonctionnement. 15 Les dispositifs de refroidissement d'une batterie électrique existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut, par exemple, citer la demande JP2001086769, qui décrit un dispositif de refroidissement d'une batterie fondé sur le couplage d'une plaque de refroidissement et d'un dissipateur de chaleur, de manière à faire circuler un liquide caloporteur. Un tel dispositif présente 20 l'inconvénient d'être complexe à mettre en oeuvre, en raison notamment de la multiplicité des pièces impliquées dans l'opération de refroidissement de la batterie. Les dispositifs de refroidissement d'un module de batterie selon l'invention, sont fiables et efficaces, tout en s'affranchissant des inconvénients 25 relevés dans l'état de la technique. Ils permettent notamment d'évacuer la chaleur par les bornes des cellules d'une batterie en contact thermique privilégié avec le coeur de batterie. L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'un module de batterie d'un véhicule, ledit module comprenant aux moins deux cellules 30 reliées électriquement au moyen de pattes de connexion conductrices de courant.

La principale caractéristique d'un dispositif selon l'invention est que chaque patte de connexion est constituée de deux parois conductrices ménageant entre elles un espace destiné à la circulation d'un fluide caloporteur dans le but de refroidir ledit module.

De cette manière, en faisant circuler un fluide caloporteur à l'intérieur des pattes de connexion du module, qui constituent les points chauds dudit module, le refroidissement de chaque cellule est particulièrement efficace et fiable, tout en limitant le gradient de température au sein du module. Avec une telle configuration, chaque patte de connexion a une double fonction, qui est, d'une part, de connecter électriquement deux pôles de deux cellules adjacentes, et d'autre part, d'évacuer la chaleur du coeur de chaque cellule électrique par le biais du fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut revêtir toute forme et peut ainsi, par exemple, être constitué d'un liquide ou d'un gaz. Ce fluide peut circuler, soit directement entre les parois de chaque patte de connexion, soit dans un conduit spécifique aménagé entre lesdites parois. Les cellules peuvent indifféremment être montées en série ou en parallèle. Préférentiellement, les cellules sont rigides. De façon avantageuse, lesdites cellules sont prismatiques. Avantageusement, chaque cellule est rigide et comprend un pôle 20 négatif et un pôle positif matérialisés chacun par un plot émergeant d'une face de ladite cellule, chaque patte de connexion reliant deux pôles de signes opposés appartenant à deux cellules adjacentes. De façon préférentielle, chaque patte présente une première paroi en contact avec au moins une cellule du module, et une deuxième paroi située en 25 vis-à-vis de la première paroi. Selon un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, au moins un tube est inséré dans l'espace situé entre les deux parois conductrices de chaque patte de connexion du module, ledit tube assurant la circulation du fluide caloporteur.

Préférentiellement, le tube est pressé entre les deux parois de chaque patte de connexion, de manière à venir au contact desdites parois. De cette manière, le tube est maintenu solidement contre les cellules du module, et la chaleur sera mieux évacuée par le fluide caloporteur par l'intermédiaire des pattes de connexion électrique. De façon préférentielle, le tube est réalisé dans un matériau qui est conducteur thermique et isolant électrique. En effet, ledit tube doit pouvoir transmettre efficacement le froid aux parois de chaque patte, sans pouvoir transmettre du courant électrique, qui pourrait provoquer des courts-circuits et altérer le fonctionnement du module. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, le tube est en plastique. Un tel matériau présente l'avantage d'être léger, et donc de ne pas accroître significativement la masse globale du module. Pour cette configuration, le tube peut par exemple être réalisé par extrusion. De façon avantageuse, la forme du tube est obtenue par thermoformage. Le thermoformage est une technique qui consiste à prendre le tube droit, puis à le chauffer pour le ramollir, et à le mettre en forme en lui appliquant les courbures souhaitées. Le matériau durcit lorsqu'il refroidit, gardant cette forme. La paroi intérieure du tube peut prendre différentes formes pour augmenter la surface et le coefficient d'échange thermique, comme par exemple une section en étoile et avantageusement une forme d'hélice. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un dispositif de 25 refroidissement selon l'invention, le tube est métallique et a subi un traitement de surface isolant électrique. Préférentiellement, ce traitement de surface a été appliqué sur la surface intérieure et la surface extérieure dudit tube. Préférentiellement, le module présente au moins une rangée de plusieurs pattes de connexion alignées, le dispositif de refroidissement 30 comprenant au moins un tube de circulation de fluide caloporteur par rangée.

Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, les deux parois de chaque patte de connexion enferment ou encadrent un conduit soufflé destiné à faire circuler le fluide caloporteur. Il s'agit d'un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, pour lequel le conduit soufflé se substitue au tube du premier mode de réalisation préféré. Ce conduit est positionné dans l'espace ménagé entre les deux parois de chaque patte de connexion. Avantageusement, le module présente au moins une rangée de plusieurs pattes de connexion alignées, le dispositif de refroidissement comprenant un seul conduit soufflé par rangée. De cette manière, plusieurs pattes de connexion d'une même rangée enserrent un seul conduit soufflé de fluide caloporteur. De façon préférentielle, le conduit est en plastique soufflé.

Avantageusement, le fluide caloporteur est un liquide. Ce liquide peut, par exemple, posséder une chaleur spécifique élevée pour évacuer plus de chaleur des cellules. De façon préférentielle, le liquide caloporteur est à choisir parmi un fluide réfrigérant et de l'eau glycolée.

De façon avantageuse, le liquide caloporteur est un fluide alternatif isolant électrique. Avantageusement, chaque patte de connexion est constituée de deux parois en aluminium. Ce matériau présente l'avantage d'être conducteur de courant et conducteur thermique, tout en demeurant léger.

Un dispositif de refroidissement selon l'invention présente l'avantage d'être facile et rapide à mettre en oeuvre, en raison du faible nombre de pièces impliquées. Il a de plus l'avantage d'être particulièrement performant car il refroidit chaque cellule directement au niveau de ses bornes, permettant à la chaleur produite par chaque cellule de s'évacuer efficacement par le fluide caloporteur. Il présente enfin l'avantage d'être simplifié et peu encombrant, car il s'appuie sur des éléments déjà présents dans la batterie, comme par exemple les pattes de connexion électrique, pour évacuer la chaleur desdites cellules via les plots des cellules. On donne ci-après, une description détaillée de deux modes de réalisation préférés d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, en se référant aux figures 1 à 4. - La figure 1 est une vue en perspective d'un module de batterie et d'un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 2 est une vue en coupe d'un module de batterie et du premier mode de réalisation préféré du dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 3 est une vue en perspective d'un module de batterie et d'un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 4 est une vue en coupe d'un module de batterie et du deuxième mode de réalisation préféré du dispositif de refroidissement selon l'invention, En se référant aux figures 1 et 3, un module 1 d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride est constitué d'une multiplicité de cellules 2 prismatiques, généralement aux alentours d'une quinzaine, montées en série. Schématiquement, les cellules sont identiques et ont chacune une forme parallélépipédique. Chaque cellule 2 possède deux plots 3,4 émergeant de l'une de ses faces, un plot 3 matérialisant le pôle positif de ladite cellule 2 et l'autre plot 4 matérialisant le pôle négatif de celle-ci.

En se référant aux figures 2 et 4, chaque plot 3,4 est constitué d'un corps cylindrique allongé 6, qui est prolongé par une tête 7 élargie. Ledit corps 6 est fileté, et chaque plot 3,4 est ainsi vissé dans une cellule 2 de sorte que ledit corps 6 se retrouve à l'intérieur de ladite cellule 2 et ladite tête 7 à l'extérieur de celle-ci. Chaque plot 3,4 est métallique. En se référant aux figures 1 et 3, les cellules 2 du module 1 sont parfaitement alignées les unes aux autres, deux cellules 2 consécutives étant accolées l'une à l'autre. De cette manière, le module 1 fait apparaitre deux rangées 8,9 rectilignes de plots 3,4 qui sont parallèles entre elles. Chacune desdites rangées 8,9 est constituée d'une succession alternée de pôles positifs et de pôles négatifs. Ainsi, deux pôles 3,4 successifs d'une même rangée 8,9 sont de signes opposés et appartiennent à deux cellules 2 distinctes et adjacentes. En se référant aux figures 1 et 2, les cellules 2 sont reliées entre elles électriquement par l'intermédiaire de pattes 10 de connexion métalliques. Plus précisément, chaque patte 10 relie électriquement deux pôles 3,4 successifs de signes opposés d'une même rangée, lesdits deux pôles 3,4 appartenant à deux cellules 2 adjacentes. En se référant à la figure 2, selon un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, chaque patte 10 de connexion est constituée d'une première 11 paroi et d'une deuxième 12 paroi, lesdites parois 11, 12 étant en aluminium. Chacune desdites parois 11, 12 présente une partie centrale plane 13 qui est percée de deux trous circulaires, dont le diamètre est supérieur à celui du corps cylindrique 6 de chaque plot 3,4, et dont la distance de séparation est identique à la distance séparant deux plots 3,4 successifs de signes opposés d'une même rangée 8,9 et appartenant à deux cellules 2 adjacentes. La partie centrale 13 de chaque paroi 11, 12 est sensiblement rectangulaire et présente deux bords 14, 15 relevés présentant une section transversale hémicylindrique. La première paroi 11 de chaque patte 10 est vissée sur la face 5 de la cellule 2 de laquelle émergent les plots 3,4. La deuxième paroi 12 de la patte de connexion 10 est placée contre la première paroi 11, qui est vissée sur la cellule 2, de sorte que les deux trous de chacune desdites parois 11,12 se correspondent parfaitement, et de sorte que les bords relevés 14,15 de chaque paroi 11,12 viennent se compléter pour former deux conduits 16,17 cylindriques et parallèles. Ainsi, au sein d'une même rangée 8,9 de plots 3,4, les deux conduits 16,17 de chaque patte de connexion 10 sont alignés avec les conduits 16,17 de toutes les autres pattes 10. En se référant à la figure 1, selon un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, un tube 18 de circulation d'un liquide caloporteur est enfilé dans les conduits 16,17 de chaque patte de connexion 10 des deux rangées 8,9 de manière à d'abord refroidir lesdites pattes 10, puis les plots 3,4 de chaque cellule 2 et enfin le reste desdites cellules 2. Ce tube 18 est préférentiellement en plastique et est conducteur thermique sans être conducteur de courant. Ce tube 18 présente une entrée 19 et une sortie 20 de liquide caloporteur, ledit tube 18 comprenant par ailleurs entre ladite entrée 19 et ladite sortie 20, - une première branche 21 passant par un premier conduit de chaque patte 10 de connexion d'une première rangée 8, ladite première 21 branche étant suivie par, - une deuxième branche 22 passant par un premier conduit de chaque patte 10 de connexion d'une deuxième rangée 9, ladite deuxième branche 22 étant suivie par, - une troisième branche 23 passant par un deuxième conduit de chaque patte 10 de connexion de ladite deuxième rangée 9, ladite troisième branche 23 étant suivie par, - une quatrième branche 24 passant par un deuxième conduit de chaque patte 10 de connexion de la première rangée 8, lesdites quatre branches 21, 22 ,23 ,24 étant parallèles.

Ces quatre branches sont reliées entre elles par des portions de raccordement. De façon schématique, le tube 18 a globalement une forme en W. Cette configuration du tube 18 permet d'homogénéiser le refroidissement de toutes les cellules 2, en gommant les hétérogénéités dues à la position de 5 chaque cellule 2 dans le module 1. En effet, à titre d'exemple, la première cellule 2 irradiée par le liquide caloporteur sera mieux refroidie que la deuxième cellule 2 placée juste derrière, car le liquide irradiant ladite deuxième cellule 2 aura été préalablement réchauffé par la première cellule 2, et ainsi de suite. Les sinuosités du tube 18 au sein du module 1 permettent de 10 rattraper ces petites différences de température. Les deux parois 11,12 en aluminium de chaque patte de connexion 10 sont placées entre les têtes élargies 7 des plots 3,4 et les cellules 2. Ainsi, le vissage desdits plots 3,4 dans lesdites cellules 2 va permettre aux deux parois 11, 12 d'une patte de connexion 10 de se rapprocher l'une de l'autre, en 15 enserrant étroitement le tube 18 de circulation de liquide caloporteur, passant dans les deux conduits 16,17 ménagés dans chacune desdites pattes 10. Le liquide caloporteur circulant dans le tube 18 va refroidir de proche en proche, essentiellement par conduction thermique, les deux parois 11, 12 de la patte 10, puis les plots 3,4 des cellules 2, et enfin le reste desdites 20 cellules 2. Il est à préciser que le tube 18 de circulation du liquide caloporteur est connecté à une réserve dudit liquide, placée dans le véhicule, à l'extérieur de la batterie électrique. En se référant aux figures 3 et 4, un deuxième mode de réalisation 25 préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention se distingue du premier mode de réalisation précédemment décrit, par le fait que le tube 18 de circulation de liquide caloporteur a été remplacé par un conduit 118 en plastique soufflé, placé entre les deux parois 111,112 de chaque patte de connexion 110.

Les cellules 2 sont reliées entre elles électriquement par l'intermédiaire de pattes 110 de connexion métalliques. Plus précisément, chaque patte 110 relie électriquement deux pôles 3,4 successifs de signes opposés d'une même rangée, lesdits deux pôles 3,4 appartenant à deux cellules 2 adjacentes.

En se référant à la figure 4, chaque patte 110 de connexion est constituée d'une première 111 paroi et d'une deuxième 112 paroi, lesdites parois 111, 112 étant en aluminium. La première paroi 111 de chaque patte 110 est plane, et présente deux trous circulaires, dont le diamètre est supérieur à celui du corps cylindrique 6 de chaque plot 3,4, et dont la distance de séparation est identique à la distance séparant deux plots 3,4 successifs de signes opposés d'une même rangée 8,9 et appartenant à deux cellules 2 adjacentes. Cette première paroi 111 est placée contre la face 5 de la cellule 2 de laquelle émergent les plots 3,4. La deuxième paroi 112 est globalement plane, et présente deux évidements 113 circulaires, dont les fonds sont chacun percés par un trou. Le diamètre de ces deux trous est supérieur à celui du corps cylindrique 6 de chaque plot 3,4, et la distance de séparation entre ces deux trous est identique à la distance séparant deux plots 3,4 successifs de signes opposés, d'une même rangée 8,9 et appartenant à deux cellules 2 adjacentes.

En se référant aux figures 3 et 4, selon le deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, un conduit 118 en plastique soufflé et destiné à assurer la circulation d'un liquide caloporteur, est inséré entre la première 111 paroi et la deuxième paroi 112 de chaque patte de connexion 110 d'une même rangée 8,9 de plots 3,4. De cette manière, chaque rangée 8,9 de plots 3,4 comprend son propre circuit soufflé 118 de liquide caloporteur, un même circuit 118 passant par toutes les pattes de connexion 110 d'une même rangée 8,9 de plots 3,4. De cette manière, la deuxième paroi 112 de chaque patte de connexion 110 est placée en regard de la première paroi 111, de sorte que les 30 deux trous de chacune desdites parois 111,112 se correspondent parfaitement, lesdites parois 111,113 étant séparées l'une de l'autre par le circuit 118 en plastique soufflé. En se référant à la figure 3, chaque conduit 118 en plastique soufflé présente une entrée 119 et une sortie 120 de liquide caloporteur.

En se référant aux figures 3 et 4, les deux parois 111,112 en aluminium de chaque patte de connexion 110 sont placées entre les têtes élargies 7 des plots 3,4 et les cellules 2. Ainsi, le vissage desdits plots 3,4 dans lesdites cellules 2 va permettre aux deux parois 111, 112 d'une patte de connexion 110 de se rapprocher l'une de l'autre, en enserrant étroitement le circuit en plastique soufflé 118 de circulation de liquide caloporteur. Le liquide caloporteur circulant dans le circuit en plastique soufflé va refroidir de proche en proche, essentiellement par conduction thermique, les deux parois 111, 112 de la patte 110, puis les plots 3,4 des cellules 2, et enfin le reste desdites cellules 2.

Il est à préciser que le circuit 118 en plastique soufflé de circulation du liquide caloporteur, est connecté à une réserve dudit liquide, placée dans le véhicule, à l'extérieur de la batterie électrique.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement d'un module (1) de batterie d'un véhicule, ledit module (1) comprenant aux moins deux cellules (2) reliées électriquement au moyen de pattes (10,110) de connexion conductrices de courant, caractérisé en ce que chaque patte (10,110) de connexion est constituée de deux parois (11, 12, 111, 112) conductrices ménageant entre elles un espace destiné à la circulation d'un fluide caloporteur dans le but de refroidir ledit module.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cellule (2) est rigide et comprend un pôle négatif (4) et un pôle positif (3) matérialisés chacun par un plot émergeant d'une face de ladite cellule (2), et en ce que chaque patte (10,110) de connexion relie deux pôles (3, 4) de signes opposés appartenant à deux cellules adjacentes (2).
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque patte (10,110) présente une première paroi (11,111) en contact avec au moins une cellule (2) du module (1), et une deuxième paroi (12, 112) située en vis-à-vis de la première paroi (11, 111).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un tube (18) est inséré dans l'espace situé entre les deux parois (11, 12) conductrices de chaque patte (10) de connexion du module (1), ledit tube (18) assurant la circulation du fluide caloporteur.
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube (18) est pressé entre les deux parois (11, 12) de chaque patte (10) de connexion, de manière à venir au contact desdites parois (11, 12).
6. 6. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le tube (18) est réalisé dans un matériau qui est conducteur thermique et isolant électrique.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le tube (18) est en plastique.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la forme du tube (18) est obtenue par thermoformage.
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le tube (18) est métallique et a subi un traitement de surface isolant électrique sur la surface intérieure et la surface extérieure du tube (18).
10. 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le module (1) présente au moins une rangée (8,9) de plusieurs pattes (10) de connexion alignées, et en ce qu'il comprend au moins un tube (18) de circulation de fluide caloporteur par rangée (8,9).
11. 11.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux parois (111,112) de chaque patte (110) de connexion encadrent un conduit soufflé (100) destiné à faire circuler le fluide caloporteur.
12. 12.Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le module (1) présente au moins une rangée (8,9) de plusieurs pattes (110) de connexion alignées, et en ce qu'il comprend un seul conduit soufflé (118) par rangée (8,9).
13. 13.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le conduit (118) est en plastique soufflé.
14. 14.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est un liquide.
15. 15.Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est un fluide alternatif isolant électrique.
16. 16.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que chaque patte (10, 110) de connexion est constituée de deux parois (11, 12, 111, 112) en aluminium.