FR3093557A1 - Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile - Google Patents

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Abstract

Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile L’invention concerne un dispositif de régulation thermique (50 ;60 ;70), notamment de refroidissement, pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant une plaque supérieure (511) et une plaque inférieure (512) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux (513) de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, deux groupes de canaux ayant un même sens de circulation de fluide étant séparés entre eux par au moins un groupe de canaux ayant un sens de circulation de fluide opposé, le dispositif comportant un conduit de jonction (51 ;61 ;71) agencé pour créer un chemin de fluide pour raccorder deux zones collectrices. Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, notamment pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule automobile.
Les batteries de véhicules, en particulier pour véhicules électriques ou véhicules hybrides, doivent autant que possible être maintenues à température souhaitée, raison pour laquelle on utilise des dispositifs dits de refroidissement pour batteries de véhicules. Ces dispositifs de refroidissement peuvent comprennent des plaques de refroidissement à travers lesquelles circule un liquide de refroidissement. Les plaques de refroidissement sont installées, autant que possible sans espace, sur le côté extérieur des batteries dans le but de dissiper la chaleur ou bien de chauffer la batterie. On connaît des dispositifs de refroidissement dans lesquels la plaque de refroidissement est composée de deux parties de plaque qui sont normalement fixées directement l'une à l'autre. Ici, la première partie de plaque est de préférence plane, et la seconde partie de plaque est de préférence une feuille de métal emboutie ou déformée qui présente des dépressions en méandres. Lesdites dépressions sont fermées par la partie de plaque plane qui est fixée à la partie de plaque emboutie, de sorte que des conduits de réfrigérant sont formés. Le brevet EP 2 828 922 B1 décrit un tel dispositif.
L’invention vise à améliorer ce type de dispositif.
L’invention propose ainsi un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant une plaque supérieure et une plaque inférieure assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe, deux groupes de canaux ayant un même sens de circulation de fluide étant séparés entre eux par au moins un groupe de canaux ayant un sens de circulation de fluide opposé, le dispositif comportant un conduit de jonction agencé pour créer un chemin de fluide pour raccorder deux zones collectrices, notamment des zones collectrices de sortie, de deux groupes de canaux ayant notamment le même sens de circulation, ce conduit de jonction traversant de manière étanche une zone collectrice de fluide d’un groupe intermédiaire de canaux situé entre les deux groupes de canaux reliés entre eux par le conduit de jonction, ce groupe intermédiaire ayant notamment un sens de circulation de sens opposé aux deux autres groupes, le ou les groupes de canaux pouvant être, le cas échéant, réduit à un canal.
L’invention permet notamment, pour un packaging réduit et un minimum de composants, à partir d’une connexion entrée / sortie fluide, d’évacuer ou alimenter le fluide dans deux zones non adjacentes du circuit du dispositif de régulation thermique, qui définit notamment un échangeur thermique, et d’alimenter respectivement évacuer, une zone du circuit de l’échangeur se trouvant entre ces deux zones adjacentes.
L’invention permet en outre, par exemple dans le cadre d’un échangeur brasé comportant une plaque supérieure, une plaque inferieure, et des canaux de fluide entre les deux plaques, de transférer via le condit de jonction le fluide d’une zone de fluide de l’échangeur vers une autre zone de fluide non adjacente de cet échangeur. Ce conduit peut être de forme tubulaire, étant par exemple un tube de section ovale ou ronde ou de section rectangle ou carrée, ce tube étant agencé pour relier les deux zones non adjacentes à alimenter en fluide ou à évacuer en fluide.
Selon un aspect de l’invention, le conduit de jonction est formé par un élément additionnel distinct des plaques inférieure et supérieure, cet élément additionnel étant notamment placé entre ces plaques, cet élément étant notamment réalisé d’un seul tenant notamment en acier ou aluminium.
Selon un aspect de l’invention, le conduit de jonction comprend un seul canal d’écoulement de fluide, l’élément additionnel étant notamment un tube définissant ce canal unique.
En variante, le conduit de jonction comprend une pluralité de canaux parallèles d’écoulement de fluide, l’élément additionnel étant notamment un tube plat multicanaux.
Selon l’un des aspects d l’invention, l’une au moins des plaques inférieure et supérieure comporte un siège agencé pour recevoir une portion du conduit de jonction, ce siège étant notamment formé par une zone emboutie de la plaque inférieure et/ou supérieure. Ainsi il est possible que la zone emboutie ne soit présente que sur l’une des plaques.
Selon l’un des aspects d l’invention, l’une des plaques comporte deux sièges pour recevoir deux régions de l’élément additionnel formant conduit de jonction, notamment deux régions symétriques de cet élément, notamment deux régions d’extrémité.
Selon l’un des aspects d l’invention, ce conduit est disposé dans une forme emboutie de la plaque inferieure et éventuellement dans la forme emboutie de la plaque supérieure. L’étanchéité de ce conduit est par exemple assurée par le brasage dans le cas d’un échangeur brasé. Dans le cas d’un échangeur mécanique, l’étanchéité peut être assurée par un joint ou une colle.
De préférence, le fluide dans la zone du groupe intermédiaire de canaux de l’échangeur passe au-dessus et en dessous du conduit.
L’un des avantages de l’invention est de créer une fonction de jonction de fluide n’ayant pas ou peu d’impact sur le packaging extérieur et permettant d’avoir une forme plate de l’échangeur en contact avec la batterie à refroidir ou réchauffer.
Selon l’un des aspects d l’invention, le conduit de jonction est réalisé par un tube cylindrique intercalé entre une forme emboutie dans la plaque inferieure et une forme emboutie dans la plaque supérieure. Cette solution permet d’avoir une section de passage du tube de jonction importante.
En variante, le conduit de jonction est un tube extrudé plat éventuellement multiports pour des besoins de tenue mécanique, intercalé dans une forme emboutie uniquement sur la plaque inférieure. Ceci permet d’avoir une large section de passage, de ne pas avoir une forme emboutie trop importante et une bonne résistance mécanique par l’utilisation du tube multiport.
En variante, le conduit de jonction est formé par un tube cylindrique intercalé entre une forme emboutie dans la plaque inferieure seulement. Cette solution permet d’avoir une plaque supérieure totalement plate.
De manière très avantageuse, le conduit de jonction est placé au moins partiellement dans la zone collectrice associée au groupe de canaux de sens opposé de sorte que du fluide dans cette zone collectrice puisse circuler au contact de ce conduit de jonction, notamment au contact d’un pourtour extérieur cylindrique de ce conduit de jonction.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des plaques comporte un logement pour le conduit de jonction, ce logement présentant une section transversale prise perpendiculairement au conduit de jonction, qui est plus grande que la section transversale du conduit de jonction pour créer un passage pour le fluide autour du conduit de jonction, ce logement étant partiellement cylindrique lorsque l’élément additionnel est cylindrique ou sensiblement plat lorsque l’élément additionnel est un tube plat, ce logement étant de préférence réalisé par emboutissage sur l’une des plaques.
Selon un aspect de l’invention, le conduit de jonction comporte des collerettes de maintien agencées pour coopérer avec des formes complémentaires formées sur l’une des plaques.
Selon un aspect de l’invention, le conduit de jonction est perpendiculaire aux canaux, ce conduit de jonction étant notamment soudé sur l’une au moins des plaques.
L’invention a encore pour objet un système comportant un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, et un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus, agencé pour refroidir le composant, ce composant ou batterie étant en contact thermique avec la plaque supérieure du dispositif de refroidissement.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
– la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un exemple de l’invention ;
- la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 1] selon une vue différente,
- la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un autre exemple de l’invention,
- la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 3] selon une vue différente,
- la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un autre exemple de l’invention,
- la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 5] selon une vue différente,
- la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un autre exemple de l’invention,
- la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 7] selon une vue différente.
On a représenté sur la et sur la [Fig. 2] un système 1 comportant un ensemble de cellules de batterie 2 à refroidir, par exemple rangées suivant deux rangées ou plus, et un dispositif de refroidissement 10 agencé pour refroidir les cellules 2, qui sont en contact thermique avec une plaque supérieure du dispositif de refroidissement 10, comme expliqué plus bas.
Le dispositif de régulation thermique 10 comporte une plaque supérieure 11, une plaque inférieure 12 assemblée avec la plaque supérieure 11 pour former ensemble une pluralité de canaux 13 de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. Les canaux 13 sont regroupés par groupes 14 de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe 15, l’espacement intra-groupe étant strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe 16. Les canaux 13 présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2. Les canaux 13 présentent tous une même section transversale et sont rectilignes. Les canaux 13 s’étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques. Les groupes 14 de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur. L’espacement intra-groupe 15 entre les différents canaux 13 d’un même groupe de canaux est constant, dans l’exemple considéré. L’espacement intergroupe 16 entre les différents groupes de canaux est constant, dans l’exemple considéré. Le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage 20 agencée pour conduire le fluide sortant de l’un des groupes 14 de canaux vers l’un des autres groupes de canaux. Tous les canaux 13 du groupe débouchent sur cette chambre de virage. La chambre de virage 20 est formée par les plaques supérieure 11 et inférieure 12, par exemple en aluminium. La plaque inferieure 12 comporte une zone emboutie 21 agencée pour participer à la formation de la chambre de virage 20. La zone emboutie 21 est fermée avec l’autre des plaques 11 qui est plane pour former la chambre de virage 20. La chambre de virage 20 s’étend sur un côté 23 des plaques. Le dispositif comporte quatre groupes 14 de canaux. Le nombre de groupe de canaux dédiés à une circulation de fluide réfrigérant dans un sens est égal au nombre de groupes de canaux dédiés à la circulation de fluide dans le sens opposé. Deux groupes 14 de canaux de même sens de circulation de fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins, sur une moitié des plaques. La chambre de virage 20 est connectée fluidiquement à deux autres groupes 14 de canaux qui sont agencés pour accueillir le fluide réfrigérant qui quittent la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins sur l’autre moitié des plaques. Ainsi quatre groupes de canaux sont reliés à la chambre de virage commune 20. Les deux groupes 14 de canaux d’arrivée sur la chambre de virage 20 sont disposés sur une branche 25 de la chambre de virage et les deux groupes de canaux de sortie de la chambre de virage sont disposés sur une autre branche 26 de la chambre de virage. Le sens de circulation des fluides est montré par des flèches. Ces branches 25 et 26 de la chambre de virage 20 ont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux. Un coude 28 est agencé pour relié les deux branches 25 et 26 de la chambre de virage. Le dispositif de refroidissement comporte une zone d’entrée 30 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d’entrée étant formée entre les deux plaques 11 et 12. Cette zone d’entrée 30 de fluide est agencée pour alimenter tous les canaux 13 de circulation de fluide qui débouchent sur la chambre de virage 20, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s’écoule vers la chambre de virage. Cette zone d’entrée 30 est commune aux groupes 14 de canaux. Le dispositif de refroidissement comporte une zone de sortie 31 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone de sortie étant formée entre les deux plaques 11 et 12. Cette zone de sortie 31 de fluide est agencée pour conduire le fluide sortant de tous les canaux 13 de circulation de fluide qui proviennent de la chambre de virage. Cette zone de sortie 31 est commune aux deux groupes de canaux. Les zones d’entrée 30 et 31 et de sortie sont adjacentes à un orifice d’entrée 32, respectivement de sortie 33. Les orifices d’entrée 32 et de sortie 33 sont reliés à un bloc de raccord 6 de tubulures. La plaque inférieure 2 comporte des zones 37 de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec la plaque supérieure les canaux 13. Les zones d’entrée 30 et de sortie 31 comportent des zones embouties de la plaque inferieure 12. Préférentiellement le fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides réfrigérants d’appellation R134a, R1234yf ou R744. Le fluide caloporteur utilisé est alternativement de l’eau glycolée, sans limitation du titre de glycol (0% à 100%). Les cellules de batterie comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li-ion pour une utilisation dans un véhicule électrique à batterie. La chambre de virage 20 et/ou la zone d’entrée 30 et/ou la zone de sortie 31 comportent, le cas échéant, des éléments de renfort pour renforcer la tenue mécanique dans ces zones qui sont potentiellement de plus forte section.
On a représenté en référence à la et à la [Fig. 4], un autre mode de réalisation de l’invention, à savoir un dispositif de régulation thermique 50, notamment de refroidissement, pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant une plaque supérieure 511 et une plaque inférieure 512 assemblée avec la plaque supérieure 511 pour former ensemble une pluralité de canaux 513 de circulation pour un fluide caloporteur, dispositif dans lequel les canaux sont regroupés par groupes 14 de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins, deux groupes 14 de canaux ayant un même sens de circulation de fluide étant séparés entre eux par au moins un groupe de canaux ayant un sens de circulation de fluide opposé, le dispositif comportant un conduit de jonction 51 agencé pour créer un chemin de fluide pour raccorder deux zones collectrices 52 de sortie de deux groupes de canaux 14 ayant le même sens de circulation, ce conduit de jonction 51 traversant de manière étanche une zone collectrice 55 de fluide de groupes intermédiaires 39 de canaux situé entre les deux groupes 14 de canaux reliés entre eux par le conduit de jonction, ce groupe intermédiaire 39 ayant un sens de circulation de sens opposé aux deux autres groupes 14. Dans l’exemple décrit, deux groupes intermédiaires 39 sont intercalés entre les deux groupes 14. Les groupes 39 sont des groupes d’entrée de fluide reliés à l’orifice d’entrée de fluide 32 et les groupes 14 sont relis à l’orifice de sortie de fluide 33, ces orifices étant décrits dans l’exemple précédent. Les flèches illustrent le sens de circulation de fluide.
Le conduit 51 est perpendiculaire aux canaux 513.
Ce conduit 51 est disposé dans une forme emboutie 530, formant siège pour le conduit 51, de la plaque inferieure 512 et dans une forme emboutie 531 formant siège, de la plaque supérieure 511. L’étanchéité de ce conduit 51 est par exemple assurée par le brasage dans le cas d’un échangeur brasé. Dans le cas d’un échangeur mécanique, l’étanchéité peut être assurée par un joint ou une colle. Le conduit 51 est un tube de section ronde.
Le conduit de jonction 51 est placé au moins partiellement dans la zone collectrice 55 associée aux groupes 39 de canaux de sens opposé de sorte que du fluide dans cette zone collectrice puisse circuler au contact de ce conduit de jonction, notamment au contact d’un pourtour extérieur cylindrique de ce conduit de jonction.
Les plaques 511 et 512 comportent chacun un logement 541pour le conduit de jonction 51, ce logement 541 présentant une section transversale prise perpendiculairement au conduit de jonction 51, qui est plus grande que la section transversale du conduit de jonction pour créer un passage pour le fluide autour du conduit de jonction, ce logement étant partiellement cylindrique et ce logement étant de préférence réalisé par emboutissage sur l’une des plaques.
On a représenté en référence à la et à la [Fig. 6], un autre mode de réalisation de l’invention, à savoir un dispositif de régulation thermique 60 dans lequel le conduit cylindrique 51 précédemment décrit est remplacé par un conduit multiports 61.
Ce conduit de jonction 61 est un tube plat multicanaux, ces canaux multiples étant référencés 62.
Le conduit de jonction 51 est un tube extrudé plat multiports pour des besoins de tenue mécanique, intercalé dans une forme emboutie formant siège 63 uniquement sur la plaque inférieure 512. Ceci permet d’avoir une large section de passage, de ne pas avoir une forme emboutie trop importante et une bonne résistance mécanique par l’utilisation du tube multiport.
On a représenté en référence à la et à la [Fig. 8], un autre mode de réalisation de l’invention, à savoir un dispositif de régulation thermique 70 dans lequel le conduit cylindrique 51 précédemment décrit est remplacé par un conduit 71 cylindrique qui comporte des collerettes de maintien 75 agencées pour coopérer avec des formes complémentaires 76 formées par emboutissage sur la plaque inférieure 512, au niveau du siège 531. La plaque supérieure 511 reste entièrement plane, sans zone emboutie.

Claims (10)

  1. Dispositif de régulation thermique (50 ;60 ;70), notamment de refroidissement, pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrique, ce dispositif comportant une plaque supérieure (511) et une plaque inférieure (512) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux (513) de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel les canaux sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, deux groupes de canaux ayant un même sens de circulation de fluide étant séparés entre eux par au moins un groupe de canaux ayant un sens de circulation de fluide opposé, le dispositif comportant un conduit de jonction (51 ;61 ;71) agencé pour créer un chemin de fluide pour raccorder deux zones collectrices, notamment des zones collectrices de sortie, de deux groupes de canaux ayant notamment le même sens de circulation, ce conduit de jonction traversant de manière étanche une zone collectrice de fluide d’un groupe intermédiaire (39) de canaux situé entre les deux groupes de canaux reliés entre eux par le conduit de jonction, ce groupe intermédiaire ayant notamment un sens de circulation de sens opposé aux deux autres groupes, le ou les groupes de canaux pouvant être, le cas échéant, réduit à un canal.
  2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit de jonction (51 ;61 ;71) est formé par un élément additionnel distinct des plaques inférieure et supérieure, cet élément additionnel étant notamment placé entre ces plaques, cet élément étant notamment réalisé d’un seul tenant notamment en acier ou aluminium.
  3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de jonction (51 ; 71) comprend un seul canal d’écoulement de fluide, l’élément additionnel étant notamment un tube définissant ce canal unique.
  4. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le conduit de jonction (61) comprend une pluralité de canaux parallèles d’écoulement de fluide, l’élément additionnel étant notamment un tube plat multicanaux.
  5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’une au moins des plaques inférieure et supérieure comporte un siège (531 ; 63) agencé pour recevoir une portion du conduit de jonction, ce siège étant notamment formé par une zone emboutie de la plaque inférieure et supérieure.
  6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’une des plaques comporte deux sièges pour recevoir deux régions de l’élément additionnel formant conduit de jonction, notamment deux régions symétriques de cet élément.
  7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de jonction est placé au moins partiellement dans la zone collectrice associée au groupe de canaux de sens opposé de sorte que du fluide dans cette zone collectrice puisse circuler au contact de ce conduit de jonction, notamment au contact d’un pourtour extérieur cylindrique de ce conduit de jonction.
  8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’une au moins des plaques comporte un logement (541) pour le conduit de jonction, ce logement présentant une section transversale prise perpendiculairement au conduit de jonction, qui est plus grande que la section transversale du conduit de jonction pour créer un passage pour le fluide autour du conduit de jonction, ce logement étant partiellement cylindrique lorsque l’élément additionnel est cylindrique ou sensiblement plat lorsque l’élément additionnel est un tube plat, ce logement étant de préférence réalisé par emboutissage sur l’une des plaques.
  9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de jonction comporte des collerettes (75) de maintien agencées pour coopérer avec des formes complémentaires formées sur l’une des plaques.
  10. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de jonction est perpendiculaire aux canaux, ce conduit de jonction étant notamment soudé sur l’une au moins des plaques.
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