FR3034568A1 - Module de batterie, notamment pour vehicule automobile, et echangeur thermique pour module de batterie correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un module de batterie (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un empilement de cellules (3) électrochimiques et un échangeur thermique (5) comprenant un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide caloporteur (13) et au moins une boîte collectrice de fluide (17, 18). Selon l'invention, - l'échangeur thermique (5) comprend en outre au moins un premier collecteur de fluide (25) et au moins un deuxième collecteur de fluide (27), respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de fluide (17, 18) associée, - le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur (13) comprend un nombre prédéfini de portions d'échange thermique (15a, 15b) respectivement en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide (25) associé et un deuxième collecteur de fluide (27) associé, et - chaque cellule (3) électrochimique du module de batterie (1) est intercalée entre au moins deux portions d'échange thermique (15a, 15b), en étant en contact thermique et mécanique contre les deux portions d'échange thermique (15a, 15b). L'invention concerne aussi un échangeur thermique (5) pour un tel module de batterie (1).

Description

-1- Module de batterie, notamment pour véhicule automobile, et échangeur thermique pour module de batterie correspondant La présente invention concerne le domaine des batteries pour véhicule 5 automobile, notamment électrique ou hybride, et concerne plus particulièrement un module de batterie comprenant des cellules électrochimiques et un échangeur thermique notamment pour le refroidissement des cellules. L'invention concerne également un échangeur thermique pour un tel module de batterie. 10 Une batterie comprend un assemblage de modules, eux-mêmes comprenant un assemblage de cellules électrochimiques en série et/ou en parallèle. Les cellules électrochimiques peuvent être de type cylindrique, prismatique ou souple. Selon la technologie des cellules souples, également appelée « pouch-cells » en anglais, chaque cellule souple comprend une enveloppe métallique intégrant une 15 électrode positive, une électrode négative et un séparateur. Chaque cellule comprend également une borne positive et une borne négative. En plus de l'impact du vieillissement des cellules sur la durée de vie d'un module de batterie, les charges et les décharges de la batterie provoquent une production de chaleur qui peut conduire à une altération prématurée voire à la détérioration des 20 cellules. En outre, une différence de température entre les cellules du module de batterie entraîne un vieillissement inégal des cellules de batterie. Les cellules de batterie doivent être refroidies pour dissiper la perte de chaleur. À cet effet, de façon connue, des plaques de refroidissement présentant respectivement un canal périphérique pour la circulation d'un fluide caloporteur, 25 notamment du liquide de refroidissement, sont agencées de part et d'autre des cellules du module de batterie. Un inconvénient connu est la distribution de température non uniforme. En effet, avec cette solution de l'état de l'art, le refroidissement d'une cellule est localisée surtout en périphérie de cette cellule. 30 En outre, ces plaques de refroidissement sont brasées entre elles et la multitude de connectiques augmente le risque de défaillance d'étanchéité. 3034568 -2- Selon une autre variante connue, des plaques de refroidissement présentant des canaux de circulation du liquide de refroidissement intégrés sont agencées entre les cellules et sont brasées entre elles et à des conduits d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement.

Cependant, toutes ces liaisons brasées sont autant de sources potentielles de fuite du liquide de refroidissement, notamment en raison de phénomènes de dilatation en fonctionnement. De plus, seuls les canaux de circulation du liquide de refroidissement sont en contact avec les cellules. Le refroidissement de la cellule n'est donc pas non plus 10 uniforme avec cette variante. La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes de l'état de l'art en proposant un échangeur thermique pour module de batterie dont la structure et le positionnement par rapport aux surfaces des cellules permet d'améliorer l'efficacité des échanges thermiques et donc le refroidissement des cellules du module de batterie, tout 15 en optimisant l'étanchéité. À cet effet, l'invention a pour objet un module de batterie, notamment pour véhicule automobile, comprenant un empilement de cellules électrochimiques et un échangeur thermique comprenant un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide 20 caloporteur et au moins une boîte collectrice de fluide, caractérisé en ce que : l'échangeur thermique comprend en outre au moins un premier collecteur de fluide et au moins un deuxième collecteur de fluide, respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de fluide associée, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur comprend un 25 nombre prédéfini de portions d'échange thermique respectivement en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide associé et un deuxième collecteur de fluide associé, et en ce que chaque cellule électrochimique du module de batterie est intercalée entre au moins deux portions d'échange thermique, en étant en contact thermique et 30 mécanique contre les deux portions d'échange thermique. Un module de batterie intégrant un tel échangeur thermique permet d'augmenter la fonctionnalité et la sécurité du module de batterie. 3034568 -3- En effet, l'échange thermique et donc le refroidissement des cellules électrochimiques est amélioré du fait du contact direct entre les cellules et les portions d'échange thermique, par exemple réalisées à partir de tubes plats qui peuvent être cintrés ou non. 5 Le module de batterie selon l'invention permet notamment de se dispenser d'utiliser une plaque thermiquement conductrice supplémentaire pour le drainage des calories qui serait agencée en contact avec la surface extérieure des cellules. De plus, le contact direct des portions d'échange thermique dudit dispositif de guidage contre les cellules permet d'assurer un refroidissement optimisé des cellules, le 10 fluide compris dans les portions d'échange thermique étant au plus près de la source de chaleur à refroidir. Les portions d'échange thermique présentent au moins un canal de circulation du fluide caloporteur. Avantageusement, chaque portion d'échange thermique présente une 15 pluralité de canaux de circulation du fluide caloporteur afin d'optimiser l'échange thermique. Les canaux de circulation sont internes aux portions d'échange thermique. Ainsi, à l'état assemblé du module de batterie, le fluide circule au plus près des cellules électrochimiques à refroidir par exemple. 20 Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur comprend au moins un premier groupe et un deuxième groupe de portions d'échange thermique, tels que : les portions d'échange thermique du premier groupe sont agencées de manière adjacente en contact mécanique et en contact thermique avec une première 25 cellule électrochimique commune du module de batterie en étant en communication fluidique avec un premier ensemble de collecteurs de fluide associé, et les portions d'échange thermique du deuxième groupe sont agencées de manière adjacente en contact mécanique et en contact thermique avec une deuxième 30 cellule électrochimique commune du module de batterie en étant en communication fluidique avec un deuxième ensemble de collecteurs de fluide associé différent du premier ensemble de collecteurs de fluide. 3034568 -4- Ainsi, chaque groupe comprend au moins une portion d'échange thermique agencée en contact thermique et en contact mécanique contre une même cellule associée, et chaque groupe est agencé en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide associé et un deuxième collecteur de fluide associé, le premier 5 collecteur, respectivement le deuxième collecteur, est commun pour l'ensemble des portions d'échange thermique du groupe. Le nombre de portions d'échange thermique de chaque groupe peut être adapté et le nombre de groupe de portions d'échange thermique peut être adapté. 11 y a autant d'ensembles de premier et deuxième collecteurs de fluide que de groupes de portions d'échange thermique. Cette flexibilité d'assemblage permet de réaliser un faisceau d'échange thermique plus ou moins grand selon les besoins. En outre, avec cette solution, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur n'est pas réalisé par un unique conduit qui serpente par exemple depuis une entrée de fluide jusqu'à une sortie de fluide, ce qui permet de réduire les pertes de 15 charge au niveau du fluide caloporteur. Selon un aspect de l'invention, les cellules électrochimiques sont des cellules souples, par exemple de forme générale sensiblement parallélépipédique. Les portions d'échange thermique sont par exemple réalisées à partir de tubes 20 plats. Ces tubes plats qui peuvent être cintrés ou non sont destinés à être mis en appui contre les cellules par exemple dites souples. Les tubes plats présentent donc une forme générale complémentaire de la forme des cellules souples du module de batterie. On assure ainsi un contact uniforme. 25 Selon un mode de réalisation, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur comprend au moins un conduit de forme sensiblement en épingle comprenant deux portions d'échange thermique sensiblement parallèles et une portion de jonction, reliant les deux portions d'échange thermique. Une cellule électrochimique est destinée à être disposée entre les deux portions d'échange thermique en contact 30 mécanique et en contact thermique contre les deux portions d'échange thermique. La portion de jonction présente par exemple une forme sensiblement en arc de cercle. 3034568 -5- Le conduit de forme sensiblement en épingle comprend une première portion d'échange thermique présentant une première extrémité assemblée à un premier collecteur de fluide associé, et une deuxième portion d'échange thermique présentant une deuxième extrémité assemblée à un deuxième collecteur de fluide associé. 5 Avec cette disposition, seules les extrémités libres de deux portions d'échange thermique d'un conduit de forme sensiblement en épingle sont assemblées à un collecteur de fluide associé, les autres extrémités étant reliées une à une par la portion de jonction. Ceci permet de diminuer les connectiques entre le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur et les collecteurs de fluide. 10 Selon un mode de réalisation particulier, le module de batterie comprend : au moins un premier groupe et un deuxième groupe, chaque groupe comprenant au moins un conduit de forme sensiblement en épingle, et au moins trois cellules électrochimiques alternativement agencées entre les portions d'échange thermique d'au moins un conduit de forme sensiblement en épingle d'un groupe respectif, et entre les portions d'échange thermique de conduits de forme sensiblement en épingle de deux groupes différents. Ainsi, chaque cellule électrochimique peut être refroidie par exemple à l'aide d'une pluralité de conduits sensiblement en épingle juxtaposés autour de la même cellule. Ce n'est pas un unique conduit qui serpente par exemple autour de l'ensemble des cellules du modules de batterie en formant une succession d'épingles. On optimise ainsi l'échange thermique, et notamment le refroidissement des cellules du module de batterie.

Selon une variante de réalisation, au moins une portion d'échange thermique présente une première extrémité assemblée à un premier collecteur d'entrée de fluide associé et une deuxième extrémité opposée assemblée à un deuxième collecteur de fluide associé. Avec ce mode de réalisation, il n'y a pas par exemple de cintrage des tubes plats 30 pour former les conduits sensiblement en épingle. En conséquence, les portions d'échange thermique selon cette variante de réalisation peuvent être empilées avec des cellules électrochimiques sans spécification par rapport à l'épaisseur de ces cellules. En 3034568 -6- effet, il n'y a pas de rayon minimal de cintrage à prendre en compte avec cette variante de réalisation. Le module de batterie peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques 5 suivantes, prises séparément ou en combinaison : Les portions d'échange thermique sont assemblées par brasage à au moins un collecteur de fluide associé. Cette liaison par brasage permet de réaliser un ou plusieurs sous-ensembles d'éléments d'échange thermique, chaque sous-ensemble comprenant une ou plusieurs portions d'échange thermique ou un ou plusieurs 10 conduits d'échange thermique assemblés à des collecteurs associés. Le ou les sous-ensembles peuvent ensuite être rapportés pour le reste de l'assemblage de l'échangeur thermique, et plus généralement du module de batterie, avec une technologie d'assemblage mécanique. On peut ainsi adapter en outre le nombre d'éléments d'échange thermique que l'on souhaite agencer dans le module 15 de batterie. L'échangeur thermique comprend une première boîte collectrice et une deuxième boîte collectrice. Le premier collecteur de fluide ou les premiers collecteurs du premier et du deuxième ensemble sont assemblés mécaniquement à la première boîte collectrice. Le deuxième collecteur de fluide ou les deuxièmes collecteurs du 20 premier et du deuxième ensemble sont assemblés mécaniquement à la deuxième boîte collectrice. Les collecteurs sont chacun assemblés mécaniquement à une boîte collectrice associée avec interposition d'un joint d'étanchéité compressible. Ceci contribue à la mise en oeuvre d'une technologie à assemblage mécanique permettant de minimiser 25 les risques de fuite de fluide au sein de l'échangeur thermique. Le module de batterie comprend une entrée de fluide caloporteur agencée du côté des bornes de connexion des cellules électrochimiques, et une sortie de fluide caloporteur agencée du côté opposé aux bornes des cellules électrochimiques. On favorise ainsi le refroidissement des cellules électrochimiques au niveau de leurs bornes de connexion représentant une zone de plus grand échauffement de la cellule. 3034568 -7- - Les portions d'échange thermique sont réalisées dans un matériau métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. Le fluide circulant dans l'échangeur thermique est préférentiellement un liquide réfrigérant, ce qui permet avantageusement d'évacuer des quantités importantes de 5 calories, rendant ainsi possible l'exposition des cellules électrochimiques à des conditions se traduisant par une forte élévation de la température, telles qu'un chargement rapide du module de batterie. L'invention a aussi pour objet un échangeur thermique pour un module de 10 batterie tel que défini précédemment, l'échangeur thermique comprenant un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide caloporteur et au moins une boîte collectrice de fluide, caractérisé en ce que : - l'échangeur thermique comprend en outre au moins un premier collecteur de 15 fluide et au moins un deuxième collecteur de fluide, respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de fluide associée, et en ce que - le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur comprend un nombre prédéfini de portions d'échange thermique respectivement agencées en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide associé et avec 20 un deuxième collecteur de fluide associé, les portions d'échange thermique étant respectivement destinées à être agencées en contact thermique et mécanique contre au moins une cellule du module de batterie. En particulier, les portions d'échange thermique présentent respectivement une face destinée à être en appui mécanique contre une face correspondante d'une cellule 25 électrochimique associée. Les portions d'échange thermique et les premier et deuxième collecteurs de fluide associés forment un sous-ensemble d'éléments d'échange thermique. Un ou plusieurs sous-ensembles sont assemblés mécaniquement à une ou plusieurs boîtes collectrices pour former l'échangeur thermique. Le nombre de ces sous-ensembles à 30 assembler mécaniquement aux boîtes collectrices peut être adapté, ce qui permet une grande flexibilité dans l'assemblage de l'échangeur thermique et par la suite dans 3034568 -8- l'assemblage du module de batterie destiné à recevoir l'échangeur thermique, en fonction du nombre de cellules électrochimiques. De plus, en utilisant principalement une technologie d'assemblage mécanique des composants de l'échangeur thermique, à savoir des assemblages sans brasage, à 5 température ambiante, par exemple par sertissage, expansion de tubes, clippage ou autre liaison mécanique, on réduit les risques de fuite du fluide, qui peuvent s'avérer critiques au niveau des cellules du module de batterie lorsqu'un tel échangeur thermique est intégré dans un module de batterie par exemple pour le refroidissement des cellules électrochimiques.

10 Ainsi, les portions d'échange thermique de l'échangeur thermique sont destinées à être agencées en contact direct avec les parois des cellules de batterie à refroidir. Les portions d'échange thermique en contact mécanique direct avec les cellules du module de batterie permettent une distribution de la température sur toute la surface de l'élément d'échange thermique. Dans le cas particulier du refroidissement du module de 15 batterie, ces portions d'échange thermique transmettent les frigories à la cellule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 20 la figure 1 est une vue en perspective schématique et simplifiée d'un module de batterie comprenant un échangeur thermique selon un premier mode de réalisation, la figure 2 est une vue en coupe schématique montrant une pluralité de tubes plats formés en épingle de l'échangeur thermique selon le premier mode de réalisation et une pluralité de cellules électrochimiques du module de batterie intercalées entre les 25 tubes plats en épingle, et la figure 3 est une vue en coupe schématique montrant une pluralité de tubes plats de l'échangeur thermique selon un deuxième mode de réalisation et une pluralité de cellules électrochimiques du module de batterie intercalées entre les tubes plats. Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes 30 références. Les réalisations décrites ci-après sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que 3034568 -9- chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent uniquement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations, 5 Les éléments de la ligure 3 portant les références des éléments des figures I et 2 précédées d'une centaine I sont sensiblement similaires à ces éléments des figures 1 et 2 et ne sont pas décrits de nouveau en détail. Module de batterie 10 En référence à la figure I, l'invention concerne un module de batterie 1, notamment pour véhicule automobile, comprenant un empilement de cellules 3 électrochimiques et un échangeur thermique 5 notamment pour le refroidissement des cellules 3 du module de batterie I. L'invention concerne plus particulièrement un tel échangeur thermique 5.

15 Cellules de batterie Le module de batterie I peut comprendre un empilement de cellules 3 dites souples, communément appelées «pouch cens» en anglais. Ce type de cellule peut présenter une fon-ne générale sensiblement plate avec des surfaces planes permettant un 20 meilleur contact et donc un meilleur échange thermique avec l'échangeur thermique 5. Selon lus exemples de réalisation illustrés sur les figures l à 3, les cellules 3 présentent une forme générale de plaque sensiblement parallélépipédique. Les cellules 3 comprennent respectivement une enveloppe 7 qui peut être flexible, dans le cas d'une cellule dite souple.

25 L'enveloppe 7 de chaque cellule 3 loge une électrode positive, une électrode négative et un séparateur, non visibles sur les figures. L'enveloppe 7 présente notamment deux faces latérales opposées 9, il s'agit ici de deux grandes faces Latérales 9 opposées s'étendant sur toute la longueur L d'une cellule 3 donnée, par opposition aux deux petites faces latérales 10 s'étendant selon l'épaisseur de la cellule 3. L'électrode 30 positive ou négative (non visible) d'une cellule 3 s'étend par exemple le long d'une grande face 9 latérale de l'enveloppe 7. 3034568 -10- Les cellules 3 présentent respectivement deux bornes de connexion 11 isolées électriquement l'une de l'autre. Les bornes de connexion 11 forment ici respectivement un prolongement par rapport au plan défini par la plaque.

5 Échangeur thermique L'échangeur thermique 5 est notamment prévu pour refroidir les cellules électrochimiques 3. L'échangeur thermique 5 comporte un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide caloporteur 13. On entend par fluide caloporteur tout fluide permettant de 10 transporter de la chaleur ou du froid entre deux milieux. Il s'agit notamment d'un fluide réfrigérant, tel que de l'eau glycolée. Le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide 13 comprend un nombre prédéfini de portions d'échange thermique 15a, 15b, par exemple au moins deux portions d'échange thermique 15a et 15b. Chaque portion d'échange thermique 15a, 15b 15 est destinée à être en contact thermique et mécanique contre au moins une cellule 3 du module de batterie 1. L'échangeur thermique 5 comporte de plus au moins une boîte collectrice 17, 18, couramment appelée boîte à eau dans le cas d'un fluide caloporteur tel que de l'eau glycolée. Dans l'exemple illustré, l'échangeur thermique 5 comporte une première boîte 20 collectrice 17 et une deuxième boîte collectrice 18, agencées de part et d'autre de l'empilement de cellules 3 et de portions d'échange thermique 15a, 15b. Pour un souci de lisibilité de la figure 1, la première boîte collectrice 17 n'est pas représentée dans son ensemble.

25 Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide 13 présente au moins un conduit sensiblement en forme d'épingle 14, au centre duquel une cellule 3 du module de batterie 1 est destinée à être agencée. Chaque conduit en épingle 14 comprend une première portion d'échange 30 thermique 15a et une deuxième portion d'échange thermique 15b, les deux portions d'échange thermique 15a, 15b étant sensiblement parallèles et reliées entre elles par une portion de jonction 16. Selon l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la portion de 3034568 -11- jonction 16 présente une forme sensiblement en arc de cercle. Le conduit en épingle 14 peut être réalisé à partir d'un tube plat et la portion de jonction 16 peut être réalisée par un cintrage du tube plat. La portion de jonction 16 s'étend en regard et au-delà d'une petite face latérale 10 d'une cellule 3 associée disposée entre les deux portions 5 d'échange thermique 15a, 15b du conduit en épingle 14. On peut prévoir plusieurs conduits en épingle 14 agencés de manière adjacente autour d'une même cellule 3 du module de batterie 1, comme cela est schématisé sur la figure 1. Il en résulte qu'au moins deux portions d'échange thermique 15a ou 15b sont agencées de manière adjacente en contact mécanique et en contact thermique avec une 10 cellule 3 commune. Plus particulièrement, au moins deux premières portions d'échange thermique 15a des conduits en épingle 14 sont agencées de manière adjacente en contact thermique et mécanique contre une même cellule 3. De même, au moins deux deuxièmes portions d'échange thermique 15b des conduits en épingle 14 sont agencées de manière adjacente en contact thermique et mécanique contre une même cellule 3.

15 Il y a donc segmentation de la surface d'échange avec plusieurs tubes plats cintrés adjacents pour couvrir la surface de la cellule 3 donnée. La segmentation permet de s'accommoder plus efficacement aux défauts de planéité des cellules 3 et améliore ainsi la surface totale d'échange thermique. Le pas entre les conduits en épingle 14 peut être régulier, par exemple de l'ordre 20 de 5mm à 20mm. Ce pas peut être adapté en fonction de la quantité de chaleur à évacuer. De plus, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide 13 comprend un ou plusieurs groupe A, B d'un ou plusieurs conduits en épingle 14. Selon l'exemple illustré, les groupes A, B sont disposés en rangées sensiblement parallèles (cf figures 1 et 2).

25 Sur l'exemple de la figure 1, un premier groupe A et un deuxième groupe B comprenant chacun plusieurs conduits en épingle 14 agencés de manière adjacente autour d'une même cellule 3 donnée, sont illustrés de façon schématique. Dans ce cas : Une première cellule 3 du module de batterie 1 est agencée entre les portions 30 d'échange thermique 15a, 15b opposées de chaque conduit en épingle 14 du premier groupe A. Une deuxième cellule 3 du module de batterie 1 est agencée entre les portions 3034568 -12- d'échange thermique 15a, 15b opposées de chaque conduit en épingle 14 du deuxième groupe B. Une troisième cellule 3 est agencée entre les deux groupes ou rangées A et B de conduits en épingle 14, la troisième cellule 3 se trouvant au contact mécanique et 5 thermique avec les portions d'échange thermique 15a, 15b en regard des deux groupes A et B. Plus précisément, cette troisième cellule 3 est en contact thermique et mécanique avec les faces des portions d'échange thermique 15a, 15b opposées aux faces en contact avec la première ou la deuxième cellule 3. Ainsi, dans le cas d'une pluralité de groupes ou rangées de conduit(s) en épingle 10 14, les cellules 3 du module de batterie 1 sont alternativement disposées entre les portions d'échange thermique 15a, 15b d'un ou des conduits en épingle 14 d'un groupe donné A ou B, et entre les portions d'échange thermique 15a, 15b en regard de deux groupes distincts A et B de conduit(s) en épingle 14, comme cela est représenté sur les figures 1 et 2.

15 Avec cette configuration plusieurs conduits en épingle 14 sont agencés autour des cellules 3, le dispositif de guidage de l'écoulement de fluide 13 ne comporte pas un unique conduit qui serpente autour de l'ensemble des cellules 3 du module de batterie 1, en formant une succession d'épingles. Ceci permet de réduire les pertes de charge ainsi qu'un refroidissement plus uniforme. En effet, avec cette configuration le fluide n'est 20 pas plus chaud au niveau des dernières cellules 3 du module de batterie 1 contrairement à un dispositif qui serpenterait entre l'entrée et la sortie de fluide et qui arriverait plus chaud au niveau des dernières cellules après avoir absorbé la chaleur des cellules précédentes. Chaque cellule 3 est donc au contact d'au moins une portion d'échange 25 thermique 15a, 15b à l'état assemblé du module de batterie 1. Les portions d'échange thermique 15a, 15b comprennent respectivement un ou plusieurs canaux (non visibles sur les figures) internes de circulation du fluide caloporteur. Les portions d'échange thermique 15a, 15b sont réalisées en un matériau 30 conducteur thermique, tel qu'un matériau métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. Les portions d'échange thermique 15a, 15b sont par exemple de forme 3034568 -13- sensiblement parallélépipédique. Les portions d'échange thermique 15a, 15b présentent notamment deux grandes faces latérales 19 opposées, par opposition aux deux petites faces latérales 20 s'étendant selon l'épaisseur d'une portion d'échange thermique 15a, 15b, et plus généralement 5 dans cet exemple, selon l'épaisseur d'un tube plat cintré présentant les portions d'échange thermique 15a, 15b. Chaque portion d'échange thermique 15a, 15b s'étend avantageusement sur toute la longueur L d'une cellule 3 associée à l'état assemblé du module de batterie 1. En particulier, une grande face latérale 19 d'une portion d'échange thermique 15a, 15b 10 est agencée en appui mécanique contre une grande face latérale 9 de l'enveloppe 7 d'une cellule 3. À titre d'exemple non limitatif, en particulier dans le cas d'une pluralité de conduits en épingle 14 agencés de manière adjacente autour d'une même cellule 3, les portions d'échange thermique 15a, 15b des conduits en épingle 14 peuvent présenter 15 une largeur inférieure à la longueur L d'une grande face latérale 9 en vis-à-vis de la cellule 3 donnée. Les portions d'échange thermique 15a, 15b présentent par exemple une largeur de l'ordre de 20mm. La hauteur des portions d'échange thermique 15a, 15b est avantageusement choisie de façon à couvrir toute la largeur 1 d'une grande face latérale 9 en vis-à-vis de la cellule 3 donnée.

20 Un échange thermique peut avoir lieu entre les cellules 3 du module de batterie 1 et les portions d'échange thermique 15a, 15b associées. Ainsi, en fonctionnement de l'échangeur thermique 5, les portions d'échange thermique 15a, 15b refroidissent, par conduction, les cellules 3 en contact direct avec les portions d'échange thermique 15a, 15b. Cet échange thermique est optimisé du fait du contact mécanique direct de la 25 portion d'échange thermique 15a ou 15b contre la surface d'une cellule 3 associée. En se référant de nouveau à la figure 1, l'échangeur thermique 5 comprend en outre au moins un premier collecteur de fluide 25 et au moins un deuxième collecteur de fluide 27, respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de 30 fluide 17, 18 associée. Les portions d'échange thermique 15a, 15b sont respectivement agencées en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide 25 associé et avec un deuxième collecteur de fluide 27 associé. 3034568 -14- Les collecteurs 25, 27 peuvent être réalisés sous forme de tubes collecteurs 25, 27, par exemple de forme sensiblement cylindrique (figure 1). À titre d'exemple non limitatif, les tubes collecteurs 25, 27 peuvent présenter un diamètre de l'ordre de 7mm. Selon l'exemple de réalisation avec plusieurs conduits en épingle 14 d'un groupe 5 A, B donné, agencés de manière adjacente autour d'une même cellule 3, ces conduits en épingle 14 adjacents sont assemblés d'une part à un premier collecteur de fluide 25 commun et d'autre part à un deuxième collecteur de fluide 27 commun. Ainsi, les portions d'échange thermique 15a, 15b des conduits en épingle 14 du premier groupe A sont agencées en communication fluidique avec un premier ensemble A' d'un premier 10 collecteur 25 et d'un deuxième collecteur 27. De même, les portions d'échange thermique 15a, 15b des conduits en épingle 14 du deuxième groupe B sont agencées en communication fluidique avec un deuxième ensemble B' d'un premier collecteur 25 et d'un deuxième collecteur 27, ce deuxième ensemble B' comprenant des collecteurs 25, 27 différents de ceux du premier ensemble A'.

15 À cet effet, les conduits en épingle 14 présentent respectivement une première extrémité 21 assemblée à un premier collecteur 25 et une deuxième extrémité 23 assemblée à un deuxième collecteur 27. Plus précisément, les premières portions d'échange thermique 15a des conduits en épingle 14 présentent respectivement une première extrémité 21 assemblée à un premier collecteur 25 et les deuxièmes portions 20 d'échange thermique 15b des conduits en épingle 14 présentent une deuxième extrémité 23 assemblée à un deuxième collecteur 27. La réalisation des conduits en épingle 14 selon le premier mode de réalisation par exemple à partir de tubes plats cintrés, permet de minimiser les connectiques entre les portions d'échange thermique 15a, 15b et les collecteurs 25, 27.

25 Dans le cas de plusieurs groupes A, B par exemple sous forme de rangées de conduits en épingle 14, l'échangeur thermique 5 comporte autant d'ensemble A', B' de collecteurs 25, 27 que de groupes ou rangées A, B de conduits en épingle 14. Selon l'exemple particulier illustré sur la figure 1, l'échangeur thermique 5 comprend deux groupes A et B de conduits en épingle 14, deux ensembles A' et B' de collecteurs 30 comprenant chacun un premier collecteur 25 et un deuxième collecteur 27. Les premières extrémités 21 des conduits en épingle 14 d'un groupe donné A ou B sont assemblées à un premier collecteur 25 commun de l'ensemble A' ou B' 3034568 -15- correspondant de collecteurs de fluide. De même, les deuxièmes extrémités 23 des conduits en épingle 14 d'un groupe donné A ou B sont assemblées à un deuxième collecteur 25 commun de l'ensemble A' ou B' correspondant de collecteurs de fluide. Les extrémités 21, 23 des portions d'échange thermique 15a, 15b sont par 5 exemple brasées au collecteur 25, 27 associé. Dans ce cas, le brasage entre les portions d'échange thermique 15a, 15b et les collecteurs 25, 27 est réalisé en amont de l'assemblage du module de batterie 1, il s'agit d'un brasage de composants formant un sous-ensemble. On peut ainsi réaliser un certain nombre de sous-ensembles qui sont ensuite arrangés avec les cellules 3 du module de 10 batterie 1 et les boîtes collectrices 17, 18 pour former un échangeur thermique 5 et plus généralement un module de batterie 1 plus ou moins grand. L'assemblage du module de batterie 1 est ainsi très flexible dans la mesure où le nombre de sous-composants à assembler pour former le module de batterie 1 peut être adapté selon les besoins. Par la suite, les autres composants de l'échangeur thermique 5 du module de 15 batterie 1 sont assemblés par assemblage mécanique. En particulier, le ou les premiers collecteurs 25 sont assemblés mécaniquement à la première boîte collectrice 17 et le ou les deuxièmes collecteurs 27 sont assemblés mécaniquement à la deuxième boîte collectrice 18. L'étanchéité des collecteurs 25, respectivement 27, avec la boîte collectrice 17, 20 respectivement 18, correspondante, peut être assurée à l'aide d'un joint par exemple en élastomère, comprimé entre chaque collecteur 25, respectivement 27, et la boîte collectrice 17, respectivement 18, associée. On réalise ainsi de petits sous-ensembles de portions d'échange thermique 15a, 15b, et par exemple plus généralement de conduits en épingle 14, qui sont chacun 25 montés entre un premier collecteur 25 et un deuxième collecteur 27, et ensuite le ou les premiers collecteurs 25 et le ou les deuxièmes collecteurs 27 sont regroupés par les boîtes collectrices 17 et 18 pour constituer un faisceau d'échange thermique. Cet agencement permet de diminuer les pertes de charge sur le fluide caloporteur.

30 L'échangeur thermique 5 comprend en outre une entrée de fluide 31 et une sortie de fluide 33 agencée sur au moins une boîte collectrice 17, 18. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'échangeur thermique 5 3034568 -16- présente une entrée de fluide 31 au niveau de la première boîte collectrice 17, formant boîte d'entrée, et une sortie de fluide 33 au niveau de la deuxième boîte collectrice 18, formant boîte de sortie. Selon cet exemple, l'entrée de fluide 31 est agencée du côté des bornes de connexion 11 des cellules 3 et la sortie de fluide 33 est agencée du côté 5 opposé aux bornes de connexion 11 des cellules 3. On favorise ainsi le refroidissement des cellules 3 au niveau de leurs bornes de connexion 11 correspondant aux zones de plus grand échauffement des cellules 3. Selon une variante non représentée, on peut prévoir l'entrée de fluide 31 et la sortie de fluide 33 sur un même côté.

10 Ainsi, le fluide caloporteur, par exemple de l'eau glycolée, est introduit dans le faisceau par l'entrée de fluide 31 sur la boîte d'entrée 17, puis est distribué dans les portions d'échange thermique 15a, 15b des conduits en épingle 14 à l'aide des premiers collecteurs 25, comme schématisée par les flèches F sur les figures 1 et 2. Le fluide ayant circulé dans le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide 13 est ensuite 15 évacué par les deuxièmes collecteurs 27 jusqu'à la boîte de sortie 18 comme illustré par les flèches F' . Un deuxième mode de réalisation est illustré sur la figure 3. Seules les différences entre le premier et le deuxième mode de réalisation sont explicitées ci-après.

20 Selon ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide 113 ne comporte plus un ou plusieurs conduits en épingle 14 réalisés par cintrage de tubes plats par exemple, mais comprend une pluralité de portions d'échange thermique 115, chaque portion d'échange thermique 115 étant respectivement connectée par une première extrémité 121 à un premier collecteur 25 associé et par une deuxième 25 extrémité 123 à un deuxième collecteur 27 associé. Avec cette disposition, l'entrée du fluide se fait d'un coté d'une portion d'échange thermique 115 et la sortie de fluide du côté opposé de la même portion d'échange thermique 115. Les portions d'échange thermique 115 de l'échangeur thermique 5 sont par 30 exemple identiques. Chaque portion d'échange thermique 115 est par exemple réalisée par un tube plat 115 de forme sensiblement parallélépipédique. 3034568 -17- Les portions d'échange thermique 115 sont destinées à être assemblées par empilage avec les cellules 3 du module de batterie 1. Ainsi, le module de batterie 1 comprend, à l'état assemblé, un empilement de tubes plats 115 et de cellules 3 intercalées entre les tubes plats 115. L'ensemble de ces éléments 3, 115 sont agencés en 5 appui mécanique les uns contre les autres, de façon à permettre un échange thermique entre les grandes faces latérales 9 des cellules 3 et les grandes faces latérales 119 des tubes plats 115 qui sont en contact. De façon similaire au premier mode de réalisation, on peut prévoir un ou plusieurs groupes de portion(s) d'échange thermique 115, chaque groupe comprenant 10 une ou plusieurs portions d'échange thermique 115 agencées de manière adjacente en contact mécanique et contact thermique avec une même cellule 3 donnée du module de batterie 1. Le pas entre les portions d'échange thermique 115 peut être régulier. Il y a donc segmentation de la surface d'échange avec plusieurs tubes plats 115 adjacents pour couvrir la surface de la cellule 3 commune. La segmentation permet de s'accommoder 15 plus efficacement aux défauts de planéité des cellules 3 et améliore ainsi la surface totale d'échange thermique. Les autres caractéristiques du module de batterie 1 ainsi que le fonctionnement notamment pour le refroidissement des cellules 3 sont similaires au premier mode de réalisation et ne sont pas décrits ici de nouveau.

20 On comprend donc qu'un échangeur thermique 5 selon l'invention intégré à un module de batterie 1, permet d'optimiser le refroidissement des cellules 3. En effet, le module de batterie 1 selon l'invention prévoit un échangeur thermique 5 pour lequel la circulation du fluide s'effectue dans les tubes plats cintrés ou 25 non, agencés en contact direct avec les cellules électrochimiques 3. Les tubes plats, cintrés ou non, assurent le refroidissement des parois des cellules 3 par conduction Il en résulte un échange thermique optimisé dans le module de batterie 1. De plus, la multiplicité de tubes plats cintrés ou non, adjacents en appui mécanique contre une cellule 3 donnée commune assure un contact plus intime avec la 30 surface des cellules 3 car chaque tube plat cintré ou non, peut s'adapter aux défauts de surface de la paroi de la cellule 3 commune à refroidir.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Module de batterie (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un empilement de cellules (3) électrochimiques et un échangeur thermique (5) comprenant 5 un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide caloporteur (13 ; 113) et au moins une boîte collectrice de fluide (17, 18), caractérisé en ce que : l'échangeur thermique (5) comprend en outre au moins un premier collecteur de fluide (25) et au moins un deuxième collecteur de fluide (27), respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de fluide (17, 18) 10 associée, le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur (13 ; 113) comprend un nombre prédéfini de portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) respectivement en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide (25) associé et un deuxième collecteur de fluide (27) associé, et en ce que 15 chaque cellule (3) électrochimique du module de batterie (1) est intercalée entre au moins deux portions d'échange thermique (15a, 15b ; 115), en étant en contact thermique et mécanique contre les deux portions d'échange thermique (15a, 15b; 115).
2. 2. Module de batterie (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de 20 guidage de l'écoulement du fluide caloporteur (13; 113) comprend au moins un premier groupe (A) et un deuxième groupe (B) de portions d'échange thermique (15a, 15b; 115), tels que : les portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) du premier groupe (A) sont agencées de manière adjacente en contact mécanique et en contact thermique 25 avec une première cellule (3) électrochimique commune du module de batterie (1) en étant en communication fluidique avec un premier ensemble (A') de collecteurs de fluide (25, 27) associé, et les portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) du deuxième groupe (B) sont agencées de manière adjacente en contact mécanique et en contact thermique 30 avec une deuxième cellule (3) électrochimique commune du module de batterie (1) en étant en communication fluidique avec un deuxième ensemble (B') de 3034568 -19- collecteurs de fluide (25, 27) associé différent du premier ensemble (A') de collecteurs de fluide (25, 27).
3. 3. Module de batterie (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les 5 cellules électrochimiques (3) sont des cellules souples, par exemple de forme générale sensiblement parallélépipédique.
4. 4. Module de batterie (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) sont réalisées à partir de tubes 10 plats.
5. 5. Module de batterie (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur (13) comprend au moins un conduit de forme sensiblement en épingle (14) comprenant : 15 deux portions d'échange thermique (15a, 15b) sensiblement parallèles, entre lesquelles est destinée à être disposée au moins une cellule électrochimique (3) en contact mécanique et en contact thermique contre les deux portions d'échange thermique (15a, 15b), et une portion de jonction (16), par exemple sensiblement en arc de cercle, reliant 20 les deux portions d'échange thermique (15a, 15b).
6. 6. Module de batterie (1) selon la revendication précédente, dans lequel le conduit de forme sensiblement en épingle (14) comprend : une première portion d'échange thermique (15a) présentant une première 25 extrémité (21) assemblée à un premier collecteur de fluide (25) associé, et une deuxième portion d'échange thermique (15b) présentant une deuxième extrémité (23) assemblée à un deuxième collecteur de fluide (27) associé.
7. 7. Module de batterie (1) selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une des 30 revendications 5 ou 6, comprenant : au moins un premier groupe (A) et un deuxième groupe (B), chaque groupe (A, B) comprenant au moins un conduit de forme sensiblement en épingle (14), et 3034568 -20- au moins trois cellules électrochimiques (3) alternativement agencées entre les portions d'échange thermique (15a, 15b) d'au moins un conduit de forme sensiblement en épingle (14) d'un groupe respectif (A, B), et entre les portions d'échange thermique (15a, 15b) de conduits de forme sensiblement en épingle (14) de deux groupes (A, B) différents.
8. 8. Module de batterie (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une portion d'échange thermique (115) présente : une première extrémité (121) assemblée à un premier collecteur d'entrée de fluide (25) associé et une deuxième extrémité opposée (123) assemblée à un deuxième collecteur de fluide (27) associé.
9. 9. Module de batterie (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 15 lequel les portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) sont assemblées par brasage à au moins un collecteur de fluide (25, 27) associé.
10. 10. Module de batterie (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant une première boîte collectrice (17) et une deuxième boîte collectrice (18), et dans lequel 20 ledit au moins un premier collecteur de fluide (25) est assemblé mécaniquement à la première boîte collectrice (17) et ledit au moins un deuxième collecteur de fluide (27) est assemblé mécaniquement à la deuxième boîte collectrice (18).
11. 11. Module de batterie (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 comprenant une entrée de fluide caloporteur (31) agencée du côté des bornes de connexion (11) des cellules électrochimiques (3), et une sortie de fluide caloporteur (33) agencée du côté opposé aux bornes (11) des cellules électrochimiques (3).
12. 12. Échangeur thermique (5) pour module de batterie (1) conforme à l'une quelconque 30 des revendications précédentes, l'échangeur thermique (5) comprenant un dispositif de guidage de l'écoulement d'un fluide caloporteur (13 ; 113) et au moins une boîte collectrice de fluide (17, 18), 3034568 -21- caractérisé en ce que : l'échangeur thermique (5) comprend en outre au moins un premier collecteur de fluide (25) et au moins un deuxième collecteur de fluide (27), respectivement assemblés mécaniquement à au moins une boîte collectrice de 5 fluide (17, 18) associée, et en ce que le dispositif de guidage de l'écoulement du fluide caloporteur (13) comprend un nombre prédéfini de portions d'échange thermique (15a, 15b ; 115) respectivement agencées en communication fluidique avec un premier collecteur de fluide (25) associé et avec un deuxième collecteur de fluide (27) 10 associé, les portions d'échange thermique (15a, 15b; 115) étant respectivement destinées à être agencées en contact thermique et mécanique contre au moins une cellule (3) du module de batterie (1).
13. 13. Échangeur thermique (5) selon la revendication précédente, dans lequel les portions 15 d'échange thermique (15a, 15b; 115) présentent respectivement une face (19) destinée à être en appui mécanique contre une face (9) correspondante d'une cellule (3) électrochimique associée.