FR3104825A1 - Packaging device, assembly comprising the device, battery and vehicle comprising such an assembly - Google Patents

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Abstract

Dispositif de conditionnement, ensemble comprenant le dispositif, batterie et véhicule comprenant un tel ensemble Le dispositif de conditionnement (15) comprend au moins un circuit de conditionnement (21) ayant en série exactement trois canaux (27) de circulation du liquide caloporteur rectilignes, juxtaposés selon une direction transversale (T) et parallèles entre eux ; - le ou chaque circuit de conditionnement (21) présentant une longueur développée inférieure ou égale à trois fois la longueur du dispositif de conditionnement (15) ; - les canaux de circulation (27) ayant selon la direction transversale (T) chacun une largeur moyenne déterminée, deux canaux de circulation (27) voisins présentant selon la direction transversale (T) un espacement inférieur à la largeur moyenne divisée par deux. Figure pour l'abrégé : 2Conditioning device, assembly comprising the device, battery and vehicle comprising such an assembly The conditioning device (15) comprises at least one conditioning circuit (21) having in series exactly three rectilinear coolant liquid circulation channels (27), juxtaposed in a transverse direction (T) and parallel to each other; - the or each conditioning circuit (21) having a developed length less than or equal to three times the length of the conditioning device (15); - the circulation channels (27) having, in the transverse direction (T), each having a determined average width, two neighboring circulation channels (27) having, in the transverse direction (T), a spacing less than the average width divided by two. Figure for abstract: 2

Description

Dispositif de conditionnement, ensemble comprenant le dispositif, batterie et véhicule comprenant un tel ensembleConditioning device, assembly comprising the device, battery and vehicle comprising such an assembly

La présente invention concerne en général les batteries de stockage d’électricité pour véhicule.The present invention generally relates to electricity storage batteries for vehicles.

Les batteries utilisées à bord de véhicules à propulsion électrique sont typiquement de type lithium-ion (Li-ion). Le conditionnement thermique de ces batteries est critique pour leurs performances. En fonctionnement, les cellules de stockage d’électricité dégagent des quantités de chaleur importantes. En l’absence d’un système de refroidissement efficace, il peut se développer des gradients thermiques importants dans la batterie. Ceci crée des différences de résistance interne d’une cellule de stockage d’électricité à l’autre, de telle sorte que ces cellules de stockage d’électricité présentent à leurs bornes des tensions électriques variables.The batteries used on board electric propulsion vehicles are typically of the lithium-ion (Li-ion) type. The thermal conditioning of these batteries is critical to their performance. In operation, electricity storage cells release significant amounts of heat. In the absence of an effective cooling system, significant thermal gradients can develop in the battery. This creates differences in internal resistance from one electricity storage cell to another, so that these electricity storage cells have variable electrical voltages at their terminals.

Une telle situation est défavorable pour les performances et pour la durée de vie de la batterie. Les performances du véhicule peuvent également être affectées.Such a situation is unfavorable for the performance and for the life of the battery. Vehicle performance may also be affected.

De manière à maintenir une distribution de température uniforme dans la batterie, et des tensions électriques constantes d’une cellule de stockage d’électricité à l’autre, il est impératif d’équiper la batterie d’un dispositif de conditionnement efficace.In order to maintain a uniform temperature distribution in the battery, and constant electrical voltages from one electricity storage cell to another, it is imperative to equip the battery with an effective conditioning device.

Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif de conditionnement permettant un fonctionnement satisfaisant de la batterie.In this context, the invention aims to propose a conditioning device allowing satisfactory operation of the battery.

A cette fin, l’invention porte sur un dispositif de conditionnement pour une batterie de véhicule, la batterie comprenant au moins un module ayant des cellules de stockage d’électricité juxtaposées selon une direction de juxtaposition et raccordées électriquement les unes aux autres, le module présentant une surface d’échange de chaleur, le dispositif de conditionnement comprenant:To this end, the invention relates to a conditioning device for a vehicle battery, the battery comprising at least one module having electricity storage cells juxtaposed in a direction of juxtaposition and electrically connected to each other, the module having a heat exchange surface, the conditioning device comprising:

- un collecteur d’alimentation en un liquide caloporteur; - a heat transfer liquid supply manifold;

-un collecteur d’évacuation du liquide caloporteur; - a coolant liquid evacuation manifold;

-au moins un circuit de conditionnement configuré pour échanger thermiquement avec la surface d’échange de chaleur, le ou chaque circuit de conditionnement ayant une entrée de liquide raccordée au collecteur d’alimentation, une sortie de liquide raccordée au collecteur d’évacuation, et exactement trois canaux de circulation du liquide caloporteur rectilignes, juxtaposés selon une direction transversale et parallèles entre eux, les trois canaux de circulation étant placés en série et raccordant fluidiquement l’entrée de liquide à la sortie de liquide; - at least one conditioning circuit configured to exchange heat with the heat exchange surface, the or each conditioning circuit having a liquid inlet connected to the supply manifold, a liquid outlet connected to the evacuation manifold, and exactly three rectilinear heat transfer liquid circulation channels, juxtaposed in a transverse direction and parallel to each other, the three circulation channels being placed in series and fluidly connecting the liquid inlet to the liquid outlet;

-le ou chaque circuit de conditionnement présentant, entre l’entrée de liquide et la sortie de liquide, une longueur développée inférieure ou égale à trois fois la longueur du dispositif de conditionnement; - the or each conditioning circuit having, between the liquid inlet and the liquid outlet, a developed length less than or equal to three times the length of the conditioning device;

-les canaux de circulation ayant selon la direction transversale chacun une largeur moyenne déterminée, deux canaux de circulation voisins présentant selon la direction transversale un espacement inférieur à la largeur moyenne divisée par deux.. - The circulation channels each having, in the transverse direction, a determined average width, two neighboring circulation channels having, in the transverse direction, a spacing less than the average width divided by two . .

Les critères de conception retenus pour le dispositif de conditionnement permettent d’obtenir de très bons résultats pour les pertes de charge du fluide caloporteur circulant dans le dispositif, pour la température maximum atteinte par les cellules de stockage d’électricité dans chaque module, pour l’homogénéité de la distribution de température dans chaque module, et pour le coefficient de transfert de chaleur global du dispositif de conditionnement.The design criteria adopted for the conditioning device make it possible to obtain very good results for the pressure drops of the heat transfer fluid circulating in the device, for the maximum temperature reached by the electricity storage cells in each module, for the homogeneity of the temperature distribution in each module, and for the overall heat transfer coefficient of the conditioning device.

Ceci contribue à l’obtention d’une température et d’une tension électrique homogène d’une cellule de stockage d’électricité à l’autre, et donc au bon fonctionnement de la batterie.This contributes to obtaining a uniform temperature and electrical voltage from one electricity storage cell to another, and therefore to the proper functioning of the battery.

Le critère de longueur de circuit permet de limiter la perte de charge.The circuit length criterion makes it possible to limit the pressure drop.

Le critère de nombre de canaux par circuit contribue à obtenir des coefficients de transfert de chaleur homogènes et situés dans des fourchettes satisfaisantes.The criterion of number of channels per circuit contributes to obtaining homogeneous heat transfer coefficients and situated in satisfactory ranges.

Le critère d’écartement entre les canaux contribue à l’obtention d’une température homogène, notamment quand la direction de juxtaposition des cellules de stockage d’électricité est sensiblement parallèle à la direction transversale. Dans ce cas, les cellules de stockage d’électricité sont en effet typiquement parallèles aux canaux.The spacing criterion between the channels contributes to obtaining a uniform temperature, in particular when the direction of juxtaposition of the electricity storage cells is substantially parallel to the transverse direction. In this case, the electricity storage cells are indeed typically parallel to the channels.

Le dispositif de conditionnement peut également présenter les caractéristiques ci-dessous :The conditioning device may also have the characteristics below:

- la largeur moyenne de chaque canal de circulation est comprise entre 10 et 100 mm, chaque canal de circulation présentant une hauteur moyenne comprise entre 1 et 20 mm; - the average width of each circulation channel is between 10 and 100 mm, each circulation channel having an average height between 1 and 20 mm;

- le ou chaque circuit de conditionnement présente, entre l’entrée de liquide et la sortie de liquide, une longueur développée inférieure ou égale à 6 m, et de préférence inférieure ou égale à 5 m, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 4 m.- the or each conditioning circuit has, between the liquid inlet and the liquid outlet, a developed length less than or equal to 6 m, and preferably less than or equal to 5 m, even more preferably less than or equal to 4 m .

Selon un second aspect, l’invention porte sur un ensemble comprenant au moins un module ayant des cellules de stockage d’électricité juxtaposées selon la direction de juxtaposition et raccordées électriquement les unes aux autres, le module présentant une surface d’échange de chaleur et un dispositif de conditionnement ayant les caractéristiques ci-dessus.According to a second aspect, the invention relates to an assembly comprising at least one module having electricity storage cells juxtaposed in the direction of juxtaposition and electrically connected to each other, the module having a heat exchange surface and a conditioning device having the above characteristics.

L’ensemble peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles:The assembly may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in all technically possible combinations:

- le ou chaque module présente transversalement une largeur transversale comprise entre 80 et 1500 mm et présente une longueur comprise entre 80 et 2000 mm suivant une direction longitudinale perpendiculaire à la direction transversale; - the or each module has transversely a transverse width of between 80 and 1500 mm and has a length of between 80 and 2000 mm in a longitudinal direction perpendicular to the transverse direction ;

- le dispositif de conditionnement comprend, pour le ou chaque module, entre un et cinq circuits de conditionnement, les canaux de circulation du ou des circuits de conditionnement étant tous parallèles à une même direction; the conditioning device comprises, for the or each module, between one and five conditioning circuits, the circulation channels of the conditioning circuit(s) all being parallel to the same direction ;

- les cellules de stockage d’électricité sont prismatiques, la direction de juxtaposition étant sensiblement perpendiculaire à la direction transversale; - the electricity storage cells are prismatic, the direction of juxtaposition being substantially perpendicular to the transverse direction ;

- les cellules de stockage d’électricité sont des poches, la direction de juxtaposition étant sensiblement parallèle à la direction transversale;- the electricity storage cells are pockets, the juxtaposition direction being substantially parallel to the transverse direction;

- le collecteur d’évacuation est en situation d’échange thermique avec la surface d’échange de chaleur, le dispositif de conditionnement comprenant un circuit de conditionnement dont les canaux de circulation présentent une largeur moyenne comprise entre 10 et 100 mm , et un circuit supplémentaire de conditionnement dont les canaux de circulation présentent une largeur moyenne inférieure à la largeur moyenne des canaux de circulation du circuit de conditionnement.- the evacuation collector is in a heat exchange situation with the heat exchange surface, the conditioning device comprising a conditioning circuit whose circulation channels have an average width of between 10 and 100 mm, and a circuit additional conditioning whose circulation channels have an average width less than the average width of the circulation channels of the conditioning circuit.

Selon un troisième aspect, l’invention porte sur une batterie de stockage d’électricité de véhicule, comprenant un ensemble ayant les caractéristiques ci-dessus.According to a third aspect, the invention relates to a vehicle electricity storage battery, comprising an assembly having the above characteristics.

Selon un quatrième aspect, l’invention porte sur un véhicule comprenant une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus.According to a fourth aspect, the invention relates to a vehicle comprising an electricity storage battery having the above characteristics.

D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles:Other characteristics and advantages will emerge from the detailed description given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figures, among which:

- la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’une batterie selon l’invention;- Figure 1 is a simplified schematic representation of a battery according to the invention;

- la figure 2 est une représentation schématique simplifiée du dispositif de conditionnement de la batterie de la figure 1;- Figure 2 is a simplified schematic representation of the battery conditioning device of Figure 1;

- la figure 3 est une représentation graphique de la distribution de température sur la surface du circuit de conditionnement en contact avec les cellules de stockage d’électricité des modules obtenue avec le dispositif de conditionnement de la figure 2, pour des cellules de stockage d’électricité prismatiques perpendiculaires à la direction de circulation du fluide;- FIG. 3 is a graphic representation of the temperature distribution on the surface of the conditioning circuit in contact with the electricity storage cells of the modules obtained with the conditioning device of FIG. 2, for electricity storage cells prismatic perpendicular to the direction of fluid flow;

- la figure 4 est une représentation graphique de la distribution de température sur la surface du circuit de conditionnement en contact avec les cellules de stockage d’électricité des modules obtenue avec le dispositif de conditionnement de la figure 2, pour des cellules de stockage d’électricité de type poche parallèles à la direction de circulation du fluide; et- FIG. 4 is a graphic representation of the temperature distribution on the surface of the conditioning circuit in contact with the electricity storage cells of the modules obtained with the conditioning device of FIG. 2, for electricity storage cells pocket-like parallel to the direction of fluid flow; And

- [Fig 6] [Fig 7] les figures 5, 6 et 7 représentent les coefficients d’échange de chaleur le long des canaux des circuits de refroidissement, pour un module refroidi respectivement par un dispositif selon l’invention à deux circuits de conditionnement de trois canaux chacun, par un dispositif non conforme à l’invention à trois circuits de conditionnement de deux canaux chacun, et par un dispositif non conforme à l’invention à six circuits de conditionnement ayant un canal de circulation chacun.- [Fig 6] [Fig 7] Figures 5, 6 and 7 show the heat exchange coefficients along the channels of the cooling circuits, for a module cooled respectively by a device according to the invention with two cooling circuits three channels each, by a device not in accordance with the invention with three conditioning circuits of two channels each, and by a device not in accordance with the invention with six conditioning circuits each having one circulation channel.

La batterie 1 représentée sur la figure 1 de manière schématique est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture, un camion, un autobus, un deux-roues, etc.The battery 1 shown schematically in FIG. 1 is intended to equip a vehicle, typically a motor vehicle such as a car, a truck, a bus, a two-wheeler, etc.

Ce véhicule est typiquement un véhicule exclusivement propulsé par un moteur électrique, alimenté par la batterie 1. Alternativement, le véhicule est de type hybride et est équipé d’un moteur de propulsion thermique et d’un moteur de propulsion électrique alimenté par la batterie 1.This vehicle is typically a vehicle exclusively propelled by an electric motor, powered by the battery 1. Alternatively, the vehicle is of the hybrid type and is equipped with a thermal propulsion engine and an electric propulsion motor powered by the battery 1 .

En variante, le véhicule ne comporte qu’un moteur thermique, la batterie 1 alimentant des équipements divers du véhicule tels que les feux, l’éclairage intérieur, le démarreur, etc.As a variant, the vehicle comprises only one heat engine, the battery 1 supplying various equipment of the vehicle such as the lights, the interior lighting, the starter, etc.

Comme visible sur les figures 1 à 3, la batterie 1 comprend au moins un module 3 ayant des cellules 5 de stockage d’électricité juxtaposés suivant une direction de juxtaposition et raccordées électriquement les unes aux autres.As seen in Figures 1 to 3, the battery 1 comprises at least one module 3 having electricity storage cells 5 juxtaposed in a direction of juxtaposition and electrically connected to each other.

La batterie 1 comporte typiquement plusieurs modules 3, un seul étant représenté sur la figure 1.Battery 1 typically comprises several modules 3, only one being shown in Figure 1.

Le ou les modules 3 sont placés dans une enveloppe étanche non représentée.The module(s) 3 are placed in a sealed envelope, not shown.

Les cellules de stockage d’électricité 5 d’un même module 3 sont typiquement rigidement fixées les unes aux autres par tous moyens adaptés, par exemple par des sangles.The electricity storage cells 5 of the same module 3 are typically rigidly fixed to each other by any suitable means, for example by straps.

Chaque module 3 présente une borne positive et une borne négative. Les cellules de stockage d’électricité 5 présentent chacune deux bornes électriques, par l’intermédiaire desquelles les cellules de stockage d’électricité 5 d’un même module 3 sont raccordées électriquement les unes aux autres, en série et/ou en parallèle. Les cellules de stockage d’électricité 5 d’un même module 3 sont également raccordées électriquement aux bornes négative et positive du module 3.Each module 3 has a positive terminal and a negative terminal. The electricity storage cells 5 each have two electrical terminals, via which the electricity storage cells 5 of the same module 3 are electrically connected to each other, in series and/or in parallel. The electricity storage cells 5 of the same module 3 are also electrically connected to the negative and positive terminals of the module 3.

Chaque cellule de stockage d’électricité 5 présentent deux grandes faces 7, 9 opposées l’une à l’autre, et une tranche 11 périphérique raccordant grandes faces 7, 9 opposées l’une à l’autre.Each electricity storage cell 5 has two large faces 7, 9 opposite to each other, and a peripheral edge 11 connecting large faces 7, 9 opposite to each other.

Les cellules de stockage d’électricité 5 sont typiquement plaquées les unes contre les autres par leurs grandes faces 7, 9 respectives.The electricity storage cells 5 are typically pressed against each other by their respective large faces 7, 9.

Le ou chaque module 3 présente une surface d’échange de chaleur 13.The or each module 3 has a heat exchange surface 13.

Typiquement, cette surface d’échange de chaleur 13 est définie par des portions des tranches 11 des cellules de stockage d’électricité 5 du module 3, juxtaposées les unes aux autres selon la direction de juxtaposition. La surface d’échange de chaleur 13 est de préférence plane. Elle est typiquement tournée vers la surface de roulement du véhicule.Typically, this heat exchange surface 13 is defined by portions of slices 11 of electricity storage cells 5 of module 3, juxtaposed to each other in the direction of juxtaposition. The heat exchange surface 13 is preferably flat. It is typically turned towards the running surface of the vehicle.

La batterie 1 comporte encore un dispositif de conditionnement 15.Battery 1 further comprises a conditioning device 15.

Le dispositif de conditionnement 15 est prévu pour refroidir les cellules de stockage d’électricité 5 du ou de chaque module 3. De préférence, il est prévu également pour réchauffer les cellules de stockage d’électricité 5 du ou de chaque module 3.The conditioning device 15 is provided to cool the electricity storage cells 5 of the or each module 3. Preferably, it is also provided to heat the electricity storage cells 5 of the or each module 3.

Le dispositif de conditionnement 15 comprend:The conditioning device 15 comprises:

- un collecteur d’alimentation 17 en un liquide caloporteur;- a supply manifold 17 with a heat transfer liquid;

- un collecteur d’évacuation 19 du liquide caloporteur;- an evacuation manifold 19 for the heat transfer liquid;

- au moins un circuit de conditionnement 21 configuré pour échanger thermiquement avec la surface d’échange de chaleur 13.- at least one conditioning circuit 21 configured to exchange heat with the heat exchange surface 13.

Le liquide caloporteur est de tout type adapté. Par exemple, c’est le liquide de refroidissement du moteur, ou un autre liquide provenant d’un circuit complètement séparé du circuit de refroidissement du moteur.The heat transfer liquid is of any suitable type. For example, it is the engine coolant, or another liquid coming from a circuit completely separate from the engine cooling circuit.

Le collecteur d’alimentation 17 est raccordé fluidiquement en tout état de cause à un circuit extérieur comprenant un organe de circulation non représenté, tel qu’une pompe. Le collecteur d’alimentation 17 est raccordé fluidiquement au refoulement de l’organe de circulation.The supply manifold 17 is fluidically connected in any event to an external circuit comprising a circulation device, not shown, such as a pump. The supply manifold 17 is fluidically connected to the discharge of the circulation device.

Le collecteur d’évacuation 19 est raccordé fluidiquement audit circuit extérieur, du côté de l’aspiration de l’organe de circulation.The evacuation manifold 19 is fluidically connected to said external circuit, on the suction side of the circulation member.

Une source froide est intercalée sur le circuit extérieur, pour évacuer l’énergie thermique dégagée par la batterie 1. Eventuellement, une source chaude est intercalée sur le circuit extérieur.A cold source is interposed on the external circuit, to evacuate the thermal energy released by the battery 1. If necessary, a hot source is interposed on the external circuit.

Le ou chaque circuit de conditionnement 21 a une entrée de liquide 23 raccordée au collecteur d’alimentation 17, une sortie de liquide 25 raccordée au collecteur d’évacuation 19, et exactement trois canaux 27 de circulation du liquide caloporteur (figure 2).The or each conditioning circuit 21 has a liquid inlet 23 connected to the supply manifold 17, a liquid outlet 25 connected to the discharge manifold 19, and exactly three channels 27 for the circulation of the coolant liquid (FIG. 2).

Les canaux de circulation 27 sont rectilignes, juxtaposés selon une direction transversale T et parallèles entre eux. Ils s’étendent sensiblement suivant une direction longitudinale L perpendiculaire à la direction transversale T.The circulation channels 27 are straight, juxtaposed in a transverse direction T and parallel to each other. They extend substantially in a longitudinal direction L perpendicular to the transverse direction T.

Les trois canaux de circulation 27 sont placés en série et raccordent fluidiquement l’entrée de liquide 23 à la sortie de liquide 25.The three circulation channels 27 are placed in series and fluidically connect the liquid inlet 23 to the liquid outlet 25.

Les trois canaux de circulation 27 présentent sensiblement la même longueur. Leurs extrémités longitudinales respectives sont raccordées les unes aux autres par deux coudes 29. Les coudes 29 sont en U, et sont placés aux deux extrémités longitudinales opposées du canal de circulation central. Ils sont courbés en sens inverses l’un de l’autre.The three circulation channels 27 have substantially the same length. Their respective longitudinal ends are connected to each other by two elbows 29. The elbows 29 are U-shaped, and are placed at the two opposite longitudinal ends of the central circulation channel. They are curved in opposite directions to each other.

Chaque circuit de conditionnement 21 dessine donc la forme d’un S.Each conditioning circuit 21 therefore draws the shape of an S.

Chaque circuit de conditionnement 21 s’inscrit sensiblement dans un plan longitudinal et transversal, parallèle à la surface d’échange de chaleur 13. Il est placé au contact ou à proximité de la surface d’échange de chaleur 13.Each conditioning circuit 21 is substantially inscribed in a longitudinal and transverse plane, parallel to the heat exchange surface 13. It is placed in contact with or close to the heat exchange surface 13.

Le circuit de conditionnement 21 est en contact thermique avec la surface d’échange de chaleur 13, directement ou à travers une plaque. La plaque est alors dans un matériau garantissant un bon échange de chaleur entre le circuit de conditionnement 21 et la surface d’échange de chaleur 13.The conditioning circuit 21 is in thermal contact with the heat exchange surface 13, directly or through a plate. The plate is then made of a material guaranteeing good heat exchange between the conditioning circuit 21 and the heat exchange surface 13.

Avantageusement, le ou chaque circuit de conditionnement 21 présente entre l’entrée de liquide 23 et la sortie de liquide 25 une longueur développée inférieure à trois fois la longueur du dispositif de conditionnement 15.Advantageously, the or each conditioning circuit 21 has between the liquid inlet 23 and the liquid outlet 25 a developed length less than three times the length of the conditioning device 15.

La longueur du dispositif de conditionnement est prise typiquement selon la direction longitudinale L. Elle correspond à l’encombrement longitudinal total du dispositif 15, y compris les collecteurs 17 et 19 et le circuit de conditionnement 21. Dans l’exemple représenté sur la figure 2, cette longueur longitudinale va du bord supérieur du collecteur d’alimentation 17 au bord inférieur du collecteur d’évacuation 19.The length of the conditioning device is typically taken along the longitudinal direction L. It corresponds to the total longitudinal size of the device 15, including the collectors 17 and 19 and the conditioning circuit 21. In the example represented in FIG. , this longitudinal length runs from the upper edge of the supply manifold 17 to the lower edge of the exhaust manifold 19.

En variante, la longueur développée du ou de chaque circuit de conditionnement 21 est inférieure ou égale à la largeur du dispositif 15.Alternatively, the developed length of the or each conditioning circuit 21 is less than or equal to the width of the device 15.

Typiquement, la longueur développée du ou de chaque circuit de conditionnement 21 est inférieure ou égale à 6 m, et de préférence inférieure ou égale à 5 m, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 4 m.Typically, the developed length of the or each conditioning circuit 21 is less than or equal to 6 m, and preferably less than or equal to 5 m, even more preferably less than or equal to 4 m.

Les canaux de circulation 27 ont chacun, selon la direction transversale T, une largeur moyenne déterminée, deux canaux de circulation 27 voisins présentant selon la direction transversale T un espacement inférieur à la largeur moyenne divisée par deux.The circulation channels 27 each have, in the transverse direction T, a determined average width, two neighboring circulation channels 27 having, in the transverse direction T, a spacing less than the average width divided by two.

La largeur moyenne correspond à la largeur du canal de circulation 27 moyennée sur toute la longueur longitudinale du canal de circulation 27.The average width corresponds to the width of the circulation channel 27 averaged over the entire longitudinal length of the circulation channel 27.

Les canaux de circulation 27 d’un même circuit de conditionnement 21 ont typiquement la même largeur moyenne.The circulation channels 27 of the same conditioning circuit 21 typically have the same average width.

L’espacement est pris selon la direction transversal. Il correspond à l’écartement entre les surfaces externes des deux canaux de circulation. On considère ici l’écartement entre les surfaces externes, moyenné sur toute la longueur longitudinale des portions rectilignes en vis-à-vis des deux canaux de circulation 27.Spacing is taken in the transverse direction. It corresponds to the distance between the external surfaces of the two circulation channels. Here we consider the spacing between the external surfaces, averaged over the entire longitudinal length of the rectilinear portions facing the two circulation channels 27.

La largeur moyenne de chaque canal de circulation 27 est comprise entre 10 et 100 mm, de préférence entre 15 et 60 mm, et encore plus préférentiellement entre 20 et 45 mm.The average width of each circulation channel 27 is between 10 and 100 mm, preferably between 15 and 60 mm, and even more preferably between 20 and 45 mm.

Par ailleurs, chaque canal de circulation 27 présente une hauteur moyenne comprise entre 1 et 20 mm, de préférence entre 1,5 et 10 mm, et encore plus préférentiellement entre 2 et 4 mm. La hauteur est prise suivant une direction perpendiculaire aux directions longitudinale et transversale. La hauteur moyenne correspond à la hauteur du canal de circulation 27 moyennée sur toute la longueur longitudinale du canal de circulation 27.Furthermore, each circulation channel 27 has an average height of between 1 and 20 mm, preferably between 1.5 and 10 mm, and even more preferably between 2 and 4 mm. The height is taken in a direction perpendicular to the longitudinal and transverse directions. The average height corresponds to the height of the circulation channel 27 averaged over the entire longitudinal length of the circulation channel 27.

L’invention est particulièrement bien adaptée quand le ou chaque module 3 présente suivant la direction longitudinale L une longueur comprise entre 80 et 2000 mm, de préférence entre 120 et 1000 mm et encore plus préférentiellement entre 150 et 800 mm et présente transversalement une largeur transversale comprise entre 80 et 1500 mm, de préférence entre 120 et 800 mm, et encore plus préférentiellement entre 150-600 mm.The invention is particularly well suited when the or each module 3 has, in the longitudinal direction L, a length of between 80 and 2000 mm, preferably between 120 and 1000 mm and even more preferably between 150 and 800 mm and has a transverse width between 80 and 1500 mm, preferably between 120 and 800 mm, and even more preferably between 150-600 mm.

Typiquement, le module 3 présente sensiblement la même longueur longitudinale et la même largeur transversale que la surface d’échange de chaleur 13.Typically, the module 3 has substantially the same longitudinal length and the same transverse width as the heat exchange surface 13.

Le dispositif de conditionnement 15 comprend de préférence, pour le ou chaque module 3, entre 1 et 5 circuits de conditionnement 21, les canaux de circulation de circulation 27 du ou des circuits de conditionnement 21 étant tous parallèles à une même direction.The conditioning device 15 preferably comprises, for the or each module 3, between 1 and 5 conditioning circuits 21, the circulation channels 27 of the conditioning circuit(s) 21 all being parallel to the same direction.

Cette direction est la direction longitudinale L.This direction is the longitudinal direction L.

Les circuits de conditionnement 21 sont juxtaposés transversalement.The conditioning circuits 21 are juxtaposed transversely.

Chaque canal de circulation 27 s’étend longitudinalement sur au moins 75% de la longueur de la surface d’échange de chaleur 13 correspondante.Each circulation channel 27 extends longitudinally over at least 75% of the length of the corresponding heat exchange surface 13.

Deux canaux de circulation 27 voisins transversalement et appartenant à deux circuits de conditionnement 21 différents présentent transversalement un espacement inférieur à la largeur moyenne des canaux de circulation 27 divisée par deux.Two circulation channels 27 neighboring transversely and belonging to two different conditioning circuits 21 have transversely a spacing less than the average width of the circulation channels 27 divided by two.

Les deux canaux de circulation 27 voisins ont typiquement la même largeur moyenne.The two neighboring circulation channels 27 typically have the same average width.

Quand la batterie 1 comporte plusieurs modules 3, comme illustré sur la figure 2, les modules 3 sont avantageusement juxtaposés transversalement. Ils sont disposés selon la même orientation, les directions de juxtaposition des cellules de stockage d’électricité étant parallèles les unes aux autres.When the battery 1 comprises several modules 3, as illustrated in FIG. 2, the modules 3 are advantageously juxtaposed transversely. They are arranged in the same orientation, the directions of juxtaposition of the electricity storage cells being parallel to each other.

Dans l’exemple de la figure 2, la batterie 1 comporte quatre modules 3 juxtaposés transversalement.In the example of Figure 2, the battery 1 comprises four modules 3 juxtaposed transversely.

Les surfaces d’échanges de chaleurs 13 sont également juxtaposées transversalement, sensiblement dans un même plan. Elles présentent typiquement sensiblement toutes la même longueur et la même largeur.The heat exchange surfaces 13 are also juxtaposed transversely, substantially in the same plane. They typically all have substantially the same length and the same width.

Les canaux de circulation 27 du ou des circuits de conditionnement 21 des différents modules 3 sont tous parallèles à une même direction. Cette direction est la direction longitudinale L.The circulation channels 27 of the conditioning circuit(s) 21 of the various modules 3 are all parallel to the same direction. This direction is the longitudinal direction L.

Les canaux de circulation 27 sont tous juxtaposés transversalement.The circulation channels 27 are all juxtaposed transversely.

Deux canaux de circulation 27, voisins transversalement et appartenant à deux circuits de conditionnement 21 desservant des modules 3 différents, présentent transversalement un espacement inférieur à la largeur moyenne des canaux de circulation 27 divisée par deux.Two circulation channels 27, adjacent transversely and belonging to two conditioning circuits 21 serving different modules 3, have a transverse spacing less than the average width of the circulation channels 27 divided by two.

Les deux canaux de circulation 27 voisins ont typiquement la même largeur moyenne.The two neighboring circulation channels 27 typically have the same average width.

Selon une variante, un circuit de conditionnement 21 peut être à cheval sur les surfaces d’échange de chaleur 13 de deux modules 3 voisins.Alternatively, a conditioning circuit 21 may straddle the heat exchange surfaces 13 of two neighboring modules 3.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, les cellules de stockage d’électricité 5 sont prismatiques. Leurs deux grandes faces opposées 7, 9 sont alors sensiblement perpendiculaires à la direction longitudinale L. La direction de juxtaposition est sensiblement perpendiculaire à la direction transversale T.In the embodiment of Figure 3, the electricity storage cells 5 are prismatic. Their two large opposite faces 7, 9 are then substantially perpendicular to the longitudinal direction L. The direction of juxtaposition is substantially perpendicular to the transverse direction T.

Chaque cellule de stockage d’électricité 5 s’étend sur sensiblement toute la largeur transversale du module 3.Each electricity storage cell 5 extends over substantially the entire transverse width of the module 3.

La figure 3 montre la distribution de température sur la surface du circuit de conditionnement en contact avec les cellules de stockage d’électricité des modules obtenue avec le dispositif de conditionnement de la figure 2, pour des cellules de stockage d’électricité prismatiques. Sept zones ont été délimitées sur cette figure et référencées de a à g, a correspondant à la température minimum et g à la température maximum. La zone a présente une borne inférieure de température de 49,8°C. La zone g présente une borne supérieure de température de 54,5°C. La différence maximum de température est donc contenue en-dessous de 5°C, qui est une exigence courante des constructeurs automobiles.Figure 3 shows the temperature distribution on the surface of the conditioning circuit in contact with the modules' electricity storage cells obtained with the conditioning device of Figure 2, for prismatic electricity storage cells. Seven zones have been delimited in this figure and referenced from a to g, a corresponding to the minimum temperature and g to the maximum temperature. Zone a has a lower temperature limit of 49.8°C. Zone g has an upper temperature limit of 54.5°C. The maximum temperature difference is therefore contained below 5°C, which is a common requirement of car manufacturers.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, les cellules de stockage d’électricité 5 sont des poches. Leurs deux grandes faces opposées 7, 9 sont alors sensiblement perpendiculaires à la direction transversale T. La direction de juxtaposition est sensiblement parallèle à la direction transversale T.In the embodiment of Figure 4, the electricity storage cells 5 are pockets. Their two large opposite faces 7, 9 are then substantially perpendicular to the transverse direction T. The direction of juxtaposition is substantially parallel to the transverse direction T.

Chaque cellule de stockage d’électricité 5 s’étend sur sensiblement toute la longueur longitudinale du module 3.Each electricity storage cell 5 extends over substantially the entire longitudinal length of the module 3.

La figure 4 montre la distribution de température sur la surface du circuit de conditionnement en contact avec les cellules de stockage d’électricité des modules obtenue avec le dispositif de conditionnement de la figure 2, pour des cellules de stockage d’électricité poches. Sept zones ont été délimitées sur cette figure et référencées de a à g, a correspondant à la température minimum et g à la température maximum. La zone a présente une borne inférieure de température de 50,4°C. La zone g présente une borne supérieure de température de 55,0°C. De nouveau, la différence maximum de température est contenue en-dessous de 5°C.Figure 4 shows the temperature distribution on the surface of the conditioning circuit in contact with the electricity storage cells of the modules obtained with the conditioning device of Figure 2, for pocket electricity storage cells. Seven zones have been delimited in this figure and referenced from a to g, a corresponding to the minimum temperature and g to the maximum temperature. Zone a has a lower temperature limit of 50.4°C. Zone g has an upper temperature limit of 55.0°C. Again, the maximum temperature difference is kept below 5°C.

Les figures 5, 6 et 7 représentent graphiquement les coefficients d’échange de chaleur le long des canaux de circulation des circuits de refroidissement, pour un module refroidi respectivement par un dispositif selon l’invention à deux circuits de conditionnement de trois canaux de circulation chacun, par un dispositif non conforme à l’invention à trois circuits de conditionnement de deux canaux de circulation chacun, et par un dispositif non conforme à l’invention à six circuits de conditionnement ayant un canal de circulation chacun.Figures 5, 6 and 7 graphically represent the heat exchange coefficients along the circulation channels of the cooling circuits, for a module cooled respectively by a device according to the invention with two conditioning circuits of three circulation channels each , by a device not in accordance with the invention with three conditioning circuits of two circulation channels each, and by a device not in accordance with the invention with six conditioning circuits each having one circulation channel.

Ces coefficients d’échange sont exprimés en W/m².K.These exchange coefficients are expressed in W/m².K.

Chaque figure comporte sept courbes, référencées de 1 à 7. Les courbes 1 à 6 correspond à l’évolution du coefficient d’échange le long des six canaux de circulation 27 des circuits de conditionnement 21. La courbe 7 correspond à la moyenne des courbes 1 à 6.Each figure comprises seven curves, referenced from 1 to 7. Curves 1 to 6 correspond to the evolution of the exchange coefficient along the six circulation channels 27 of the conditioning circuits 21. Curve 7 corresponds to the average of the curves 1 to 6.

Chaque canal de circulation 27 est divisé longitudinalement en dix tronçons. Chaque point de la courbe correspondante représente le coefficient d’échange de chaleur moyen sur un des tronçons dudit canal de circulation.Each circulation channel 27 is divided longitudinally into ten sections. Each point of the corresponding curve represents the average heat exchange coefficient on one of the sections of said circulation channel.

Les figures 5, 6 et 7 ont été établies par calcul, en considérant les mêmes hypothèses (taille de la surface d’échange de chaleur, caractéristiques du module y compris dégagement thermique, section des canaux de circulation, espacement transversal des canaux de circulation, débit total de liquide caloporteur, etc).Figures 5, 6 and 7 have been established by calculation, considering the same assumptions (size of the heat exchange surface, characteristics of the module including heat release, section of the circulation channels, transverse spacing of the circulation channels, total heat transfer fluid flow, etc.).

Il ressort de ces trois figures que le dispositif de conditionnement de l’invention permet d’obtenir les meilleures performances (figure 5).It is apparent from these three figures that the conditioning device of the invention makes it possible to obtain the best performance (figure 5).

Les coefficients d’échanges des différents canaux de circulation sont très proches les uns des autres sur la plus grande partie de la longueur longitudinale des canaux de circulation. Ces coefficients divergent légèrement aux extrémités des canaux de circulation, mais pas de manière excessive. Par ailleurs, pour un même canal de circulation, le coefficient d’échange reste relativement constant le long du canal de circulation, à une valeur élevée (entre 1300 et 1500 W/m².K sur la plus grande partie de la longueur du canal de circulation). Ces différents aspects permettent de garantir une évacuation de la chaleur efficace sur toute la surface d’échange de chaleur 13, et donc une température uniforme et modérée pour toutes les cellules de stockage d’électricité 5.The exchange coefficients of the different circulation channels are very close to each other over most of the longitudinal length of the circulation channels. These coefficients diverge slightly at the ends of the circulation channels, but not excessively. Moreover, for the same circulation channel, the exchange coefficient remains relatively constant along the circulation channel, at a high value (between 1300 and 1500 W/m².K over the greater part of the length of the circulation channel). traffic). These different aspects make it possible to guarantee efficient heat removal over the entire heat exchange surface 13, and therefore a uniform and moderate temperature for all the electricity storage cells 5.

Ce n’est pas du tout le cas pour le dispositif de conditionnement à trois circuits de deux canaux de circulation (figure 6). Les coefficients d’échange de chaleur sont très différents d’un canal de circulation à l’autre. Les différences sont très importantes aux extrémités des canaux de circulation. Pour certains canaux de circulation, le coefficient d’échange varie de manière importante le long du canal de circulation.This is not at all the case for the three-circuit conditioning device of two circulation channels (Figure 6). The heat exchange coefficients are very different from one circulation channel to another. The differences are very significant at the ends of the circulation channels. For some circulation channels, the exchange coefficient varies significantly along the circulation channel.

Pour le dispositif de conditionnement à six circuits d’un canal de circulation chacun (figure 7), les coefficients d’échanges varient de manière strictement identique le long des différents canaux de circulation. En revanche, ils sont beaucoup moins élevés que pour le dispositif de l’invention (entre 900 et 1000 W/m².K sur la plus grande partie de la longueur des canaux de circulation).For the conditioning device with six circuits of one circulation channel each (figure 7), the exchange coefficients vary in a strictly identical manner along the different circulation channels. On the other hand, they are much lower than for the device of the invention (between 900 and 1000 W/m².K over most of the length of the circulation channels).

Selon un autre aspect de l’invention, visible sur la figure 2, le collecteur d’évacuation 19 est en situation d’échange thermique avec la surface d’échange de chaleur 13. Ceci est le cas en particulier pour le module 3 situé le plus à gauche de la figure2.According to another aspect of the invention, visible in Figure 2, the exhaust manifold 19 is in a heat exchange situation with the heat exchange surface 13. This is the case in particular for the module 3 located the more to the left of figure 2.

Plus précisément, le collecteur d’évacuation 19 est en situation d’échange thermique avec la surface d’échange de chaleur 13 sur une relativement plus grande longueur pour le module 3 situé le plus à gauche de la figure2, et est en situation d’échange thermique avec la surface d’échange de chaleur 13 sur une relativement moins grande longueur pour les autres modules 3.More precisely, the exhaust manifold 19 is in a heat exchange situation with the heat exchange surface 13 over a relatively greater length for the module 3 located furthest to the left in FIG. heat exchange with the heat exchange surface 13 over a relatively shorter length for the other modules 3.

Le dispositif de conditionnement 15 associé au module 3 de gauche comprend alors avantageusement un circuit de conditionnement 21 dont les canaux de circulation 27 présentent une largeur moyenne comprise entre 10 et 100 mm, et un circuit supplémentaire de conditionnement 31 dont les canaux de circulation 27 présentent une largeur moyenne comprise inférieure à la largeur moyenne des canaux de circulation 27 du circuit de conditionnement 21.The conditioning device 15 associated with the module 3 on the left then advantageously comprises a conditioning circuit 21 whose circulation channels 27 have an average width of between 10 and 100 mm, and an additional conditioning circuit 31 whose circulation channels 27 have an average width comprised less than the average width of the circulation channels 27 of the conditioning circuit 21.

Le circuit supplémentaire de conditionnement 31 est pour le reste identique aux autres circuits de conditionnement 21.The additional conditioning circuit 31 is for the rest identical to the other conditioning circuits 21.

Un tel agencement permet d’équilibrer thermiquement l’évacuation de la chaleur entre les différents modules 3.Such an arrangement makes it possible to thermally balance the evacuation of heat between the different modules 3.

Claims (11)

Dispositif de conditionnement (15) pour une batterie de véhicule, la batterie (1) comprenant au moins un module (3) ayant des cellules (5) de stockage d’électricité juxtaposées selon une direction de juxtaposition et raccordées électriquement les unes aux autres, le module (3) présentant une surface d’échange de chaleur (13), le dispositif de conditionnement (15) comprenant:
- un collecteur (17) d’alimentation en un liquide caloporteur;
- un collecteur (19) d’évacuation du liquide caloporteur;
- au moins un circuit de conditionnement (21) configuré pour échanger thermiquement avec la surface d’échange de chaleur (13), le ou chaque circuit de conditionnement (21) ayant une entrée de liquide (23) raccordée au collecteur d’alimentation (17), une sortie de liquide (25) raccordée au collecteur d’évacuation (19), et exactement trois canaux (27) de circulation du liquide caloporteur rectilignes, juxtaposés selon une direction transversale (T) et parallèles entre eux, les trois canaux de circulation (27) étant placés en série et raccordant fluidiquement l’entrée de liquide (23) à la sortie de liquide(25) ;
- le ou chaque circuit de conditionnement (21) présentant, entre l’entrée de liquide (23) et la sortie de liquide (25), une longueur développée inférieure ou égale à trois fois la longueur du dispositif de conditionnement (15);
- les canaux de circulation (27) ayant selon la direction transversale (T) chacun une largeur moyenne déterminée, deux canaux de circulation (27) voisins présentant selon la direction transversale (T) un espacement inférieur à la largeur moyenne divisée par deux.
Conditioning device (15) for a vehicle battery, the battery (1) comprising at least one module (3) having electricity storage cells (5) juxtaposed in a direction of juxtaposition and electrically connected to each other, the module (3) having a heat exchange surface (13), the conditioning device (15) comprising:
- a manifold (17) for supplying a heat transfer liquid;
- a manifold (19) for discharging the heat transfer liquid;
- at least one conditioning circuit (21) configured to exchange heat with the heat exchange surface (13), the or each conditioning circuit (21) having a liquid inlet (23) connected to the supply manifold ( 17), a liquid outlet (25) connected to the evacuation manifold (19), and exactly three rectilinear heat transfer liquid circulation channels (27), juxtaposed in a transverse direction (T) and parallel to each other, the three channels circulation (27) being placed in series and fluidly connecting the liquid inlet (23) to the liquid outlet (25);
- the or each conditioning circuit (21) having, between the liquid inlet (23) and the liquid outlet (25), a developed length less than or equal to three times the length of the conditioning device (15);
- the circulation channels (27) having, in the transverse direction (T), each having a determined average width, two neighboring circulation channels (27) having, in the transverse direction (T), a spacing less than the average width divided by two.
Dispositif de conditionnement selon la revendication 1, dans lequel la largeur moyenne de chaque canal de circulation (27) est comprise entre 10 et 100 mm, chaque canal de circulation (27) présentant une hauteur moyenne comprise entre 1 et 20 mm.Packaging device according to Claim 1, in which the average width of each circulation channel (27) is between 10 and 100 mm, each circulation channel (27) having an average height between 1 and 20 mm. Dispositif de conditionnement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ou chaque circuit de conditionnement (21) présentant, entre l’entrée de liquide (23) et la sortie de liquide (25), une longueur développée inférieure ou égale à 6 m, et de préférence inférieure ou égale à 5 m, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 4 m.Conditioning device according to Claim 1 or 2, in which the or each conditioning circuit (21) having, between the liquid inlet (23) and the liquid outlet (25), a developed length less than or equal to 6 m , and preferably less than or equal to 5 m, even more preferably less than or equal to 4 m. Ensemble comprenant au moins un module (3) ayant des cellules (5) de stockage d’électricité juxtaposées selon la direction de juxtaposition et raccordées électriquement les unes aux autres, le module (3) présentant une surface d’échange de chaleur (13) et un dispositif de conditionnement (15) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.Assembly comprising at least one module (3) having juxtaposed electricity storage cells (5) in the direction of juxtaposition and electrically connected to each other, the module (3) having a heat exchange surface (13) and a conditioning device (15) according to any one of claims 1 to 3. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le ou chaque module (3) présente transversalement une largeur transversale comprise entre 80 et 1500 mm et présente une longueur comprise entre 80 et 2000 mm suivant une direction longitudinale (L) perpendiculaire à la direction transversale (T).Assembly according to claim 4, in which the or each module (3) presents transversely a transverse width of between 80 and 1500 mm and presents a length of between 80 and 2000 mm in a longitudinal direction (L) perpendicular to the transverse direction (T ). Ensemble selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le dispositif de conditionnement (15) comprend, pour le ou chaque module (3), entre un et cinq circuits de conditionnement (21), les canaux de circulation (27) du ou des circuits de conditionnement (21) étant tous parallèles à une même direction.Assembly according to Claim 4 or 5, in which the conditioning device (15) comprises, for the or each module (3), between one and five conditioning circuits (21), the circulation channels (27) of the circuit or circuits packaging (21) all being parallel to the same direction. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel les cellules de stockage d’électricité (5) sont prismatiques, la direction de juxtaposition étant sensiblement perpendiculaire à la direction transversale (T).Assembly according to any one of Claims 4 to 6, in which the electricity storage cells (5) are prismatic, the direction of juxtaposition being substantially perpendicular to the transverse direction (T). Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel les cellules de stockage d’électricité (5) sont des poches, la direction de juxtaposition étant sensiblement parallèle à la direction transversale (T).Assembly according to any one of Claims 4 to 6, in which the electricity storage cells (5) are pockets, the direction of juxtaposition being substantially parallel to the transverse direction (T). Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel le collecteur d’évacuation (19) est en situation d’échange thermique avec la surface d’échange de chaleur (13), le dispositif de conditionnement (15) comprenant un circuit de conditionnement (21) dont les canaux de circulation (27) présentent une largeur moyenne comprise entre10 et 100 mm , et un circuit supplémentaire de conditionnement (31) dont les canaux de circulation (27) présentent une largeur moyenne inférieure à la largeur moyenne des canaux de circulation (27) du circuit de conditionnement (21).Assembly according to any one of Claims 4 to 8, in which the evacuation collector (19) is in a heat exchange situation with the heat exchange surface (13), the conditioning device (15) comprising a conditioning circuit (21) whose circulation channels (27) have an average width of between 10 and 100 mm, and an additional conditioning circuit (31) whose circulation channels (27) have an average width less than the average width circulation channels (27) of the conditioning circuit (21). Batterie (1) de stockage d’électricité de véhicule, comprenant un ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 9.Vehicle electricity storage battery (1), comprising an assembly according to any one of claims 4 to 9. Véhicule comprenant une batterie de stockage d’électricité (1) selon la revendication 10.Vehicle comprising an electricity storage battery (1) according to claim 10.
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