FR3105380A1

FR3105380A1 - Ensemble de régulation thermique, notamment pour véhicule automobile, et procédés de mise en œuvre correspondants

Info

Publication number: FR3105380A1
Application number: FR1915252A
Authority: FR
Inventors: Alcina Tanghe; Michael Lissner; Georges De Pelsemaeker; Morane CHAUMETTE ORDONEZ
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-25

Abstract

Ensemble de régulation thermique, notamment pour véhicule automobile, et procédés de mise en œuvre correspondants L’invention concerne un ensemble (1) de régulation thermique pour véhicule automobile, comportant au moins un composant (3) du véhicule automobile à réguler thermiquement. Selon l’invention, l’ensemble (1) de régulation thermique comporte un module de transfert thermique (5) comprenant au moins un matériau électrocalorique, agencé en contact thermique avec une surface dudit au moins un composant (3). L’invention concerne aussi des procédés de mise en œuvre d’un tel ensemble (1) de régulation thermique selon au moins un mode parmi un mode actif, un mode passif et un mode de diode thermique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Ensemble de régulation thermique, notamment pour véhicule automobile, et procédés de mise en œuvre correspondants

Le domaine de la présente invention est la régulation thermique en particulier dans les véhicules automobiles. L’invention concerne notamment la régulation thermique des batteries dans les véhicules électriques ou hybrides. L’invention concerne notamment la régulation thermique de surfaces et/ou d’espaces dans l’habitacle d’un véhicule automobile. L’invention concerne également des procédés de mise en œuvre d’un ensemble de régulation thermique.

Actuellement, la gestion thermique des batteries par exemple peut être assurée grâce à un système de refroidissement différent en fonction de l’architecture et des besoins.

Selon une solution connue, le système de refroidissement permet un refroidissement direct en diffusant un flux d’air dans le boîtier de la batterie. Si l’air ambiant est trop chaud, un évaporateur d’une boucle de climatisation d’une installation de chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation du véhicule automobile peut être utilisé pour refroidir le flux d’air et améliorer le refroidissement. Cette solution est principalement utilisée pour des batteries à puissance limitée et non pour des batteries à forte puissance.

Selon une autre solution connue, la batterie est installée directement sur un échangeur thermique d’une boucle de climatisation du véhicule automobile, dans lequel est destiné à circuler du réfrigérant. Cependant, cela nécessite d’activer la boucle de climatisation dès qu’un refroidissement de la batterie est nécessaire.

Selon encore une autre solution, un refroidissement indirect de la batterie peut être obtenu en utilisant une boucle de refroidissement de la batterie comprenant un refroidisseur de batterie dans lequel est destiné à circuler un liquide de refroidissement, sur lequel est disposé la batterie. La boucle de refroidissement est connectée à la boucle de climatisation du véhicule automobile via un échangeur thermique nommé refroidisseur. De façon à augmenter la capacité de refroidissement, le liquide de refroidissement peut être refroidi en circulant dans le refroidisseur commun aux deux boucles, ce qui nécessite donc également d’activer la boucle de climatisation.

L’échangeur thermique dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement ou un réfrigérant, utilisé comme interface entre la batterie et le fluide, est généralement composé de pièces en aluminium formant des conduits pour la circulation du fluide, telles que des tubes ou plaques, qui sont brasées entre elles.

Ces systèmes présentent plusieurs inconvénients. Ils nécessitent un certain temps pour atteindre les températures de fonctionnement en raison de l’inertie de la boucle de climatisation. De plus, les performances peuvent être affectées par les conditions ambiantes, notamment lorsque la température ambiante est élevée. Aucun de ces systèmes, ne permet en plus du refroidissement de la batterie, un chauffage de la batterie, ce qui peut être un inconvénient majeur pour les batteries. Enfin, les systèmes connus sont souvent surdimensionnés.

L’invention a pour objectif de pallier au moins partiellement ces problèmes de l’art antérieur en proposant un nouveau module dans le système de gestion thermique d’un véhicule automobile, permettant d’obtenir un échange thermique innovant avec un composant du ce véhicule à réguler thermiquement.

Un autre objectif est de permettre une isolation thermique du composant à réguler thermiquement de son environnement, en particulier lorsque les conditions environnementales sont extrêmes, par exemple en cas de très forte température ou au contraire de températures très froides.

À cet effet, l’invention a pour objet un ensemble de régulation thermique pour véhicule automobile, comportant au moins un composant du véhicule automobile à réguler thermiquement. Selon l’invention, l’ensemble de régulation thermique comporte un module de transfert thermique comprenant au moins un matériau électrocalorique, agencé en contact thermique avec une surface dudit au moins un composant.

Le module de transfert thermique est configuré pour être connecté à une source d’alimentation électrique, de sorte que ledit au moins un matériau électrocalorique présente une variation de température lors d’une application d’une tension d’alimentation électrique.

Un tel module utilise l’effet électrocalorique pour réchauffer ou refroidir le composant par transfert thermique avec le matériau électrocalorique. L’effet électrocalorique est la dépendance de l’entropie d’un matériau diélectrique avec un champ électrique, et peut être utilisé pour le refroidissement ou le réchauffement pour la gestion thermique d’un composant du véhicule automobile.

L’alimentation électrique pour générer un champ électrique peut être activée seulement lorsque nécessaire, et aux conditions minimales requises suffisantes. De plus, la tension d’alimentation électrique peut être avec des valeurs différentes, ce qui permet d’obtenir différentes zones de températures de fonctionnement.

L’utilisation d’un tel module ne nécessite pas forcément l’ajout d’une boucle complète avec un fluide spécifique. Il peut aussi être intégré dans une boucle de gestion thermique existante.

L’ensemble de régulation thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes décrites ci-après, prises séparément ou en combinaison.

Le module de transfert thermique peut être agencé en contact direct avec ledit au moins un composant.

En variante, le module de transfert thermique peut être agencé de façon à être indirectement en contact thermique avec ledit au moins un composant.

Selon un aspect de l’invention, le module de transfert thermique comporte une membrane comprenant au moins une couche du matériau électrocalorique, et comporte un dissipateur thermique et une source thermique entre lesquels la membrane est disposée.

La membrane est avantageusement flexible.

Selon un mode de réalisation, le matériau électrocalorique comprend du polymère. Il s’agit en particulier de polyfluorure de vinylidène connu sous le sigle PVDF, voire du terpolymère de fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène-chlorofluoroéthylène P(VDF-TrFE-CFE), ou du copolymère poly(VDF-TrFE-CFE).

La membrane comporte au moins deux électrodes, de part et d’autre de ladite au moins une couche de matériau électrocalorique, configurées pour être connectées à une source d’alimentation électrique.

Selon un mode de réalisation, la membrane comporte au moins deux couches de matériau électrocalorique. La membrane peut comporter une électrode interne entre les deux couches de matériau électrocalorique et deux électrodes externes de part et d’autre de l’empilement des deux couches et de l’électrode interne.

Ledit ensemble peut comporter un dispositif d’entraînement de la membrane, configuré pour générer un mouvement de la membrane, de sorte que la membrane est alternativement en contact thermique avec le dissipateur thermique et la source thermique.

Selon un exemple, la membrane est agencée de façon à être mobile entre une position neutre, une première position active dans laquelle la membrane est en contact thermique majoritairement avec le dissipateur thermique et une deuxième position active dans laquelle la membrane est en contact thermique majoritairement avec la source thermique.

L’oscillation de la membrane entre la source thermique et le dissipateur thermique, permet de transférer la chaleur.

La membrane peut être chauffée ou refroidie, selon la tension d’alimentation électrique appliquée, et lorsque la membrane vient alternativement en contact thermique avec le dissipateur thermique et la source thermique, en fonction de sa température, elle cède ou absorbe de la chaleur.

La membrane peut en outre prendre une position neutre pour interrompre le transfert thermique.

Selon encore un autre aspect, le dissipateur thermique et la source thermique peuvent être configurées pour être connectées à une autre source d’alimentation électrique de façon à générer un champ électrostatique et à entraîner en mouvement la membrane au moins en partie sous l’effet du champ électrostatique.

Le module de transfert thermique peut comporter des électrodes pour connecter la source thermique et le dissipateur thermique à l’autre source d’alimentation électrique.

De façon alternative, l’ensemble peut comporter au moins un élément électro-actif agencé en contact mécanique au moins en partie avec la membrane, ledit au moins un élément électro-actif étant configuré pour être connecté à une source de tension, et pour changer de position lorsqu’il est soumis à une tension d’alimentation électrique non nulle. Ceci permet de générer le mouvement de la membrane sous l’action d’un courant électrique.

L’élément électro-actif est par exemple multicouche. Il comporte au moins une couche isolante électriquement, au moins une couche de matériau électro-actif, tel que du polymère, et au moins deux électrodes de part et d’autre de la couche de matériau électro-actif.

Selon un autre aspect, ledit ensemble comportant un dispositif d’échange thermique configuré pour échanger des calories et/ou des frigories avec ledit au moins un composant. Le dispositif d’échange thermique peut comporter un ou plusieurs échangeurs thermiques.

Le module de transfert thermique peut être agencé en contact thermique avec une surface du dispositif d’échange thermique.

Selon une première option, le module de transfert thermique est configuré pour être interposé entre le dispositif d’échange thermique et ledit au moins un composant à réguler.

Du côté opposé au dispositif d’échange thermique, le module de transfert thermique est destiné à être agencé contre une surface dudit au moins composant à réguler thermiquement.

Selon une deuxième option, le dispositif d’échange thermique est configuré pour être interposé entre le module de transfert thermique et ledit au moins un composant à réguler.

Du côté opposé au dispositif d’échange thermique, le module de transfert thermique est destiné à être agencé en contact avec un flux d’air ambiant.

Selon une configuration, l’ensemble peut être intégré dans un système de gestion thermique configuré pour délivrer un flux d’air conditionné thermiquement en direction d’un espace à conditionner du véhicule automobile.

Le module et éventuellement le dispositif d’échange thermique, peuvent être agencés de façon à réguler thermiquement une conduite pour la circulation d’un flux d’air, par exemple en communication aéraulique avec un aérateur débouchant dans l’habitacle du véhicule automobile.

Selon un autre exemple, le module et éventuellement le dispositif d’échange thermique, peuvent être agencés de façon à réguler thermiquement un équipement dans l’habitacle, tel qu’un siège, le volant, un accoudoir, ou encore le tableau de bord, aussi bien en refroidissement qu’en réchauffement.

L’invention concerne aussi un procédé de mise en œuvre d’un ensemble de régulation thermique tel que défini précédemment selon un mode actif, comprenant des étapes de polarisation et dépolarisation successives du matériau électrocalorique de la membrane, de sorte que la membrane présente une variation de température, et comprenant des étapes de déplacement de la membrane de sorte qu’elle oscille alternativement entre le dissipateur thermique et la source thermique.

Le mode actif peut notamment être mis en œuvre avec ou en l’absence de différence de température entre la source thermique et le dissipateur thermique. La différence thermique peut être générée par l’effet électrocalorique.

L’invention concerne également un procédé de mise en œuvre de l’ensemble de régulation thermique selon un mode passif, comprend des étapes de déplacement de la membrane, de sorte qu’elle oscille alternativement entre le dissipateur thermique et la source thermique, en appliquant une tension d’alimentation électrique nulle à la membrane.

Le mode passif peut notamment être mis en œuvre lorsque la source thermique et le dissipateur thermique présentent une différence de température. Le mode passif permet le transfert thermique entre la source thermique et le dissipateur thermique.

L’invention concerne encore un procédé de mise en œuvre de l’ensemble de régulation thermique selon un mode de diode thermique, selon lequel une tension électrique d’alimentation nulle est appliquée à la membrane, et selon lequel la membrane est disposée entre la source thermique et le dissipateur thermique, dans une position neutre, sans transfert thermique entre la source thermique et le dissipateur thermique.

Le mode de diode thermique peut être mis en œuvre lorsque le module de transfert thermique est interposé entre le composant et le dispositif d’échange thermique. Ce mode de diode thermique permet d’isoler le composant à réguler de son environnement.

D’autres avantages et caractéristiques 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 :

montre une première configuration d’un ensemble de régulation thermique pour véhicule automobile comprenant un module de transfert thermique utilisant l’effet électrocalorique.

montre une deuxième configuration d’un ensemble de régulation thermique pour véhicule automobile comprenant un module de transfert thermique utilisant l’effet électrocalorique.

montre une troisième configuration d’un ensemble de régulation thermique pour véhicule automobile comprenant un module de transfert thermique utilisant l’effet électrocalorique.

est un exemple de réalisation d’un empilement formant le module de transfert thermique des figures 1 à 3, comprenant une membrane dans une première position active.

montre le module de transfert thermique avec la membrane dans une deuxième position active.

est un exemple de réalisation d’un module de transfert thermique intégrant un élément électro-actif pour entraîner la membrane en déplacement.

illustre de façon schématique en vue de coupe un mode de réalisation d’un élément électro-actif de la figure 6.

est un graphique représentant de façon schématique un exemple d’évolution temporelle du déplacement de la membrane sur une période entre deux faces du module de transfert thermique.

montre de façon schématique des étapes d’un mode opératoire du module de transfert thermique en l’absence de différence de température entre une source thermique et un dissipateur thermique du module de transfert thermique.

Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.

L’invention concerne la régulation thermique dans un véhicule automobile en utilisant notamment un effet électrocalorique. En particulier, l’invention permet des échanges thermiques locaux dans les applications automobiles, pour le refroidissement et/ou le chauffage notamment d’une surface par contact.

ENSEMBLE DE REGULATION THERMIQUE
La figure 1 montre un ensemble 1 de régulation thermique pour un véhicule automobile permettant la régulation thermique d’au moins un composant 3 du véhicule automobile. La régulation thermique concerne aussi bien le réchauffement ou le refroidissement du composant 3. L’ensemble 1 peut comporter un tel composant 3.

L’ensemble 1 de régulation thermique comporte un module de transfert thermique 5 comprenant au moins un matériau électrocalorique.

Le module de transfert thermique 5 est destiné à être agencé en contact thermique avec une surface du composant 3, lorsque l’ensemble 1 est monté dans le véhicule automobile. Le module de transfert thermique 5 peut être agencé en contact direct avec le composant 3. La représentation de la figure 1 montrant le module de transfert thermique 5 en-dessous du composant 3 n’est pas restrictive. Le module de transfert thermique 5 peut par exemple être disposé au-dessus du composant 3, voire sur un côté de celui-ci.

En alternative, le module de transfert thermique 5 est agencé indirectement en contact thermique avec le composant 3.

Deux variantes de réalisation sont illustrées sur les figures 2 et 3. Selon ces variantes, l’ensemble 1 comporte un dispositif d’échange thermique 7 configuré pour échanger des calories et/ou des frigories avec le composant 3. Le dispositif d’échange thermique 7 peut comporter un ou plusieurs échangeurs thermiques.

Dans ce cas, le module de transfert thermique 5 est agencé en contact thermique avec une surface du dispositif d’échange thermique 7.

De façon non exhaustive, le composant 3 à réguler thermiquement peut être une batterie d’un véhicule électrique ou hybride, un équipement dans l’habitacle tel qu’un siège, le volant, un porte-gobelet, une garniture, la calandre, un panneau de porte, un accoudoir, etc.

Le composant 3 peut encore être une conduite pour la circulation d’un flux d’air dans une installation de chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation d’un flux d’air dans le véhicule automobile. Le composant 3 à réguler thermiquement peut également être un dispositif d’une boucle de gestion thermique, dans lequel circule un fluide caloporteur, tel qu’un réfrigérant, ou un flux d’air, pour assurer une fonction de refroidissement ou de chauffage d’un flux d’air à destination de l’habitacle ou d’une surface dans l’habitacle. Selon une configuration, l’ensemble 1 de régulation thermique peut être intégré dans un système de gestion thermique configuré pour délivrer un flux d’air conditionné thermiquement en direction d’un espace à conditionner du véhicule automobile.

Le module de transfert thermique 5 peut avantageusement être utilisé dans des applications de gestion thermique automobile à la place d’éléments Peltier traditionnellement utilisés.

Le module de transfert thermique 5 et éventuellement le dispositif d’échange thermique 7, peuvent être agencés de façon à réguler thermiquement une conduite (formant le composant 3) pour la circulation d’un flux d’air, par exemple en communication aéraulique avec un aérateur débouchant dans l’habitacle du véhicule automobile.

Selon un autre exemple, le module de transfert thermique 5 et éventuellement le dispositif d’échange thermique 7, peuvent être agencés de façon à réguler thermiquement, aussi bien en refroidissement qu’en réchauffement, au moins une surface d’un équipement dans l’habitacle du véhicule automobile, tel qu’un siège, le volant, un accoudoir, ou encore le tableau de bord, voire un porte-gobelet ou porte-assiette.

À l’état monté dans le véhicule automobile, le module de transfert thermique 5 peut être interposé entre le dispositif d’échange thermique 7 et le composant 3, comme représenté sur la figure 2. Du côté opposé au dispositif d’échange thermique 7, le module de transfert thermique 5 est agencé contre une surface du composant 3 à réguler thermiquement.

En alternative, comme schématisé sur la figure 3, le module de transfert thermique 5 n’est plus interposé entre le dispositif d’échange thermique 7 et le composant 3. Le dispositif d’échange thermique 7 est cette fois interposé entre le module de transfert thermique 5 et le composant 3. Du côté opposé au dispositif d’échange thermique 7, le module de transfert thermique 5 est agencé en contact avec un flux d’air ambiant.

Ainsi, dans le cas particulier où le composant 3 est une batterie pour un véhicule électrique ou hybride par exemple, l’intégration du module de transfert thermique 5 en complément du dispositif d’échange thermique 7, tel qu’un système de refroidissement, associé à la batterie, permet de chauffer la batterie en cas de basse température, ce qui n’est pas possible avec le système de refroidissement seul. La température de la batterie est mieux régulée, ce qui permet d’améliorer la durée de vie de la batterie.

L’ensemble 1 de régulation thermique peut comprendre autant de modules de transfert thermique 5 que nécessaire. Les modules de transfert thermique 5 peuvent être situés différemment par rapport au composant 3 à réguler et au dispositif d’échange thermique 7 lorsqu’il est prévu.

Le module de transfert thermique 5 comporte un empilement de matériaux conducteurs thermiques, et alternativement conducteur thermique ou résistif.

En particulier, le module de transfert thermique 5 comporte une membrane 9 décrite plus en détail par la suite. Le module de transfert thermique 5 comporte également une première face 11, supérieure, selon l’orientation des figures 1 à 3, et une deuxième face 13, inférieure, selon l’orientation des figures 1 à 3, entre lesquelles la membrane 9 est disposée. La disposition des faces 11 et 13 est simplement à titre illustratif sur les figures 1 à 3 et pourrait être inversée.

La première face 11 du module de transfert thermique 5 comporte au moins une première couche thermiquement conductrice. Cette première couche thermiquement conductrice forme par exemple un dissipateur thermique 15.

La deuxième face 13 du module de transfert thermique 5 comporte au moins une deuxième couche thermiquement conductrice. Cette deuxième couche thermiquement conductrice forme par exemple une source thermique 17.

En se référant également aux exemples de configurations des figures 1 à 3, le dissipateur thermique 15 de la première face 11 est destiné à être agencé en contact thermique directement avec le composant 3 à réguler thermiquement (figures 1, 2) ou avec le dispositif d’échange thermique 7 (figure 3) lorsque ce dernier est prévu et intégré entre le composant 3 et le module de transfert thermique 5. La source thermique 17 de la deuxième face 13 est quant à elle destinée à être agencée en contact thermique par exemple avec le dispositif d’échange thermique 7 (figure 2) lorsque le module de transfert thermique 5 est intégré entre le composant 3 et le dispositif d’échange thermique 7, ou directement dans un flux d’air ambiant (figures 1 et 3).

Chaque face 11, 13 du module de transfert thermique 5 peut comporter en outre au moins une couche adhésive 19. Le module de transfert thermique 5 peut comporter au moins deux entretoises 21 entre les deux faces 11, 13.

Le module de transfert thermique 5 visible plus en détail sur les figures 4 et 5, est configuré pour être connecté à au moins une source d’alimentation électrique V1. Plus précisément, la membrane 9 peut être connectée à la source d’alimentation électrique V1.

L’ensemble 1 de régulation thermique peut comprendre une telle source d’alimentation électrique V1. Préférentiellement, il comprend encore des moyens de contrôle de la tension électrique appliquée à la membrane 9. De tels moyens de contrôle sont, par exemple, intégrés à la source d’alimentation électrique V1. Ils peuvent en alternative être distants.

Cette membrane 9 comprend au moins une couche 91 de matériau électrocalorique. Le matériau électrocalorique permet un transfert thermique en absorbant ou en cédant de l’énergie thermique. Le module de transfert thermique 5 est destiné à utiliser l’effet électrocalorique pour réchauffer ou refroidir le composant 3 par transfert thermique avec la membrane 9 comprenant le matériau électrocalorique.

Le matériau électrocalorique peut comprendre du polymère. Il s’agit en particulier de polyfluorure de vinylidène connu sous le sigle PVDF, voire du terpolymère de fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène-chlorofluoroéthylène P(VDF-TrFE-CFE ), ou du copolymère poly(VDF-TrFE-CFE). Le choix d’utilisation de polymère électrocalorique dans le module de transfert thermique 5, permet de faciliter l’intégration ce module dans une application automobile en termes d’encombrement, de légèreté tout en assurant un transfert thermique efficace.

La membrane 9 peut être formée par un empilement d’au moins deux couches 91 de matériau électrocalorique. L’empilement est destiné à améliorer la résistance mécanique de la membrane 9.

Dans l’exemple illustré sur les figures 4 et 5, la membrane 9 comporte deux couches 91 de matériau électrocalorique. Bien entendu, une seule couche 91 peut être prévue ou plus de deux couches 91.

La membrane 9 peut comprendre au moins deux électrodes 93, 95, de part et d’autre d’une couche 91 de matériau électrocalorique. Les électrodes 93, 95 peuvent comprendre du cuivre, du carbone, du graphène, du graphite ou tout polymère conducteur.

Dans l’exemple de la membrane 9 avec deux couches 91 de matériau électrocalorique, la membrane 9 comporte une électrode interne 93 entre les deux couches 91 de matériau électrocalorique. L’électrode interne 93 est donc encapsulée dans la membrane 9. La membrane 9 comporte en outre deux électrodes externes 95 de part et d’autre de l’empilement des deux couches 91 et de l’électrode 93 interne.

Les électrodes 93, 95 sont configurées pour être connectées à la source d’alimentation électrique V1. Selon l’exemple ci-dessus, l’électrode interne 93 est reliée à une borne positive de la source d’alimentation V1. Les deux électrodes externes 95 sont reliées à une borne négative de la source d’alimentation V1.

Ceci permet d’appliquer ou non un champ électrique pour alimenter la membrane 9. La tension appliquée pour alimenter la membrane 9 est par exemple comprise entre 40MV/m et 100MV/m, de préférence entre 50MV/m et 70MV/m.

Le matériau électrocalorique de la membrane 9 présente une variation de température lorsqu’il est soumis à un champ électrique.

Le champ électrique est généré lors d’une application ou d’une suppression d’une tension d’alimentation électrique au niveau des électrodes 93, 95 entourant la couche 91 de matériau électrocalorique.

L’alimentation électrique pour générer un champ électrique peut être activée seulement lorsque nécessaire, et aux conditions minimales requises suffisantes. La tension d’alimentation électrique peut être avec des valeurs différentes, ce qui permet d’obtenir différentes zones de températures de fonctionnement.

Par application et suppression d’un champ électrique, une polarisation et une dépolarisation modifient le niveau de température du matériau électrocalorique de la membrane 9.

En effet, la tension électrique appliquée a un effet sur l’orientation des dipôles dans le matériau électrocalorique. Lorsqu’un champ électrique est appliqué, une polarisation des dipôles se produit. Une fois polarisés, les dipôles passent d’un arrangement désorganisé à un arrangement organisé. L’entropie augmente avec la désorganisation, et la polarisation diminue l’entropie. Le niveau d’énergie interne reste constant, sans transfert d’énergie avec l’environnement extérieur, de sorte que la température du matériau électrocalorique augmente. Lorsque l’alimentation électrique de la membrane 9 est maintenue, cela permet d’atteindre une température d’équilibre ou stabilisée. Après dépolarisation, l’entropie augmente et la température diminue.

De plus, la membrane 9 est disposée entre le dissipateur thermique 15 et la source thermique 17. De façon avantageuse, la membrane 9 est configurée pour être entraînée en mouvement entre le dissipateur thermique 15 et la source thermique 17.

La membrane 9 est agencée de façon à être mobile entre une position neutre représentée de façon schématique sur les figures 1 à 3, une première position active représentée de façon schématique sur la figure 4 et une deuxième position active représentée de façon schématique sur la figure 5.

La position neutre représentée est aléatoire, toute autre position neutre peut être envisagée. De façon générale, dans la position neutre, la membrane 9 ne présente que peu de contact avec les deux faces 11, 13 du module de transfert thermique 5, notamment uniquement localement au niveau de ces extrémités entre les deux entretoises 21 et les deux faces 11, 13.

Dans la première position active, la membrane 9 est agencée de façon à assurer un premier contact thermique avec le dissipateur thermique 15. La membrane 9 vient se plaquer majoritairement contre la première face 11 comprenant le dissipateur thermique.

Dans la deuxième position active, la membrane 9 est agencée de façon à assurer un deuxième contact thermique avec la source thermique 17. La membrane 9 vient se plaquer majoritairement contre la deuxième face 13 comprenant la source thermique 17.

Lorsqu’elle est alimentée, la membrane 9 peut être alternativement amenée dans la première position active et la deuxième position active.

La membrane 9 peut être chauffée ou refroidie, selon la tension d’alimentation électrique appliquée, et lorsque la membrane 9 est contact thermique alternativement avec le dissipateur thermique 15 et la source thermique 17, en fonction de sa température, la membrane 9 cède ou absorbe de la chaleur.

L’ensemble 1 de régulation thermique peut comporter un dispositif d’entraînement de la membrane 9, configuré pour générer le mouvement de la membrane 9.

Selon une option, le mouvement la membrane 9 peut être généré au moins en partie sous l’effet d’un champ électrostatique.

À cet effet, les faces 11 et 13 comprenant le dissipateur thermique 15 et la source thermique 17, peuvent être configurées pour être connectées à une autre source d’alimentation électrique V2. Dans ce cas, la source d’alimentation électrique V1 précédemment décrite permettant d’alimenter la membrane 9 est aussi nommée première source d’alimentation électrique V1. La source d’alimentation électrique V2 permettant de générer le champ électrostatique pour mettre en mouvement au moins en partie la membrane 9 est aussi nommée deuxième source d’alimentation électrique V2.

Selon ce mode de réalisation, les faces 11 et 13 du module de transfert thermique 5 comportent des électrodes 23, 25 permettant la connexion avec la deuxième source d’alimentation électrique V2. La première 11 et/ou la deuxième 13 face peut comprendre encore un film isolant électrique 27.

L’une des électrodes 23 est au niveau de la première face 11. Elle est par exemple interposée entre le dissipateur thermique 15 et la membrane 9. L’autre électrode 25 est au niveau de la deuxième face 13. Elle est interposée entre la source thermique 17 et la membrane 9. Les électrodes 23, 25 peuvent comprendre du cuivre, de l’argent, du carbone, du graphène, du graphite ou tout polymère conducteur, par exemple un polymère tel que du poly(3,4-éthylènedioxythiophène) aussi désigné PEDOT. Les électrodes 23, 25 peuvent être respectivement disposées sur une couche de la première face 11, respectivement de la deuxième face 13, telle que le film isolant électrique 27, d’un côté opposé à la membrane 9.

L’une des électrodes 95 de la membrane 9, par exemple l’électrode 95 supérieure selon l’orientation des figures 4 et 5, peut être une électrode commune à la membrane 9 et la première face 11.

L’autre électrode 95 de la membrane 9, par exemple l’électrode 95 inférieure selon l’orientation des figures 4 et 5, peut être une électrode commune à la membrane 9 et la deuxième face 13.

L’électrode 23 peut être configurée pour être reliée à la borne positive de deuxième source d’alimentation électrique V2. L’électrode 25 peut être configurée pour être reliée à la borne positive de deuxième source d’alimentation électrique V2. Les électrodes 95 peuvent être configurées pour être reliées à la borne négative de deuxième source d’alimentation électrique V2.

La tension appliquée pour générer le champ électrostatique peut être comprise entre 20MV/m et 130MV/m.

Selon une autre possibilité schématisée sur la figure 6, la membrane 9 peut être entrainée en mouvement au moins en partie à l’aide d’un ou plusieurs éléments électro-actifs 29. Le dispositif d’entraînement comporte dans ce cas au moins un élément électro-actif 29.

Un tel élément électro-actif 29 peut être distinct de la membrane 9 et être agencé en contact mécanique au moins en partie avec la membrane 9.

Dans l’exemple illustré sur la figure 6, l’élément électro-actif 29 s’étend sur toute la longueur de la membrane 9. Selon une variante non illustrée, un élément électro-actif peut être disposé à chaque extrémité de la membrane 9.

De façon alternative, l’élément électro-actif 29 peut être intégré à la membrane 9. Il peut par exemple être noyé dans l’empilement formant la membrane 9.

Un tel élément électro-actif 29 est configuré pour être connecté à une source de tension.

Un tel élément électro-actif 29 peut notamment se déformer et/ou changer de position lorsqu’il est soumis à une tension électrique.

L’élément électro-actif 29 peut être multicouche comme illustré sur la figure 7. Il comprend, par exemple, au moins une couche 291 de matériau électro-actif. Le matériau électro-actif peut notamment comprendre du polymère. La couche 291 de matériau électro-actif est celle qui provoque le changement de position lorsqu’une tension électrique lui est appliquée. Pour l’application de la tension électrique, l’élément électro-actif 29 multicouche comprend en outre ici deux électrodes 293, 295, situées au niveau de surfaces opposées de la couche 291 de matériau électro-actif. Il s’agit par exemple d’électrodes 293, 295, en cuivre, argent, carbone, graphite ou graphène, ou encore en polymère tel que du poly(3,4-éthylènedioxythiophène) aussi désigné PEDOT.

L’élément électro-actif 29 multicouche peut comprendre encore une couche support 297, située au niveau de l’une 295 des électrodes. La couche support 297 peut s’étendre d’un côté de l’électrode 295, opposé à celui se trouvant en regard de la couche de matériau électro-actif 291. La couche support 297 est formée, par exemple, de matériau polymère présentant une souplesse permettant une déformation l’élément électro-actif 29. Au moins une couche isolante électriquement 299 peut être prévue au niveau de l’une et/ou l’autre des faces des électrodes 293, 295, par exemple entre la couche support 297 et l’électrode 295, et/ou l’extérieur et l’autre électrode 293.

Selon l’alternative dans laquelle l’élément électro-actif 29 est intégré à la membrane 9, l’empilement multicouche formant l’élément électro-actif 29 peut par exemple être noyé dans l’empilement multicouche formant la membrane 9.

À titre d’exemple, l’élément électro-actif 29 peut être configuré pour prendre une position neutre, représentée de façon schématique sur la figure 6, quand la tension électrique est une tension électrique nulle. Dans la position neutre, l’élément électro-actif 29 et la membrane 9 sont disposées entre les deux faces 11 et 13 du module de transfert thermique 5. Lorsqu’il est soumis à une première tension électrique, l’élément électro-actif 29 peut être configuré pour prendre une première position, dans laquelle il vient plaquer la membrane 9 dans sa première position active (figure 4). Lorsqu’il est soumis à une deuxième tension électrique, l’élément électro-actif 29 peut être configuré pour prendre une deuxième position, dans laquelle il vient plaquer la membrane 9 dans sa deuxième position active (figure 5).

À titre d’exemple, les valeurs de tension électrique appliquée à l’élément électro-actif 29 peuvent être de l’ordre de 150V à 4000V, préférentiellement de 1000V à 1500V.

De façon alternative ou en complément, tout autre moyen que le champ électrostatique ou l’élément électro-actif 29 pourrait être utilisé pour entraîner en mouvement la membrane 9, ou initier ou finaliser ce mouvement.

En se référant aux figures 4, 5 et 8, la membrane 9 est configurée pour être alternativement entrainée vers le dissipateur thermique 15 et la source thermique 17 sur une période T.

La membrane 9 peut par exemple être déplacée entre la première face 11 du module de transfert thermique 5 schématisée sur la figure 4 (position X11 de la figure 8), et la deuxième face 13 du module de transfert thermique 5, schématisée sur la figure 5, (position X13 de la figure 8) selon des séquences A, B, successives. Lors d’une séquence A, la membrane 9 est plaquée contre une face 11 ou 13 donnée du module de transfert thermique 5 pendant un temps de contact t1 prédéfini. Lors d’une séquence B, la membrane se déplace depuis une face vers l’autre face pendant un temps de traversée t2 prédéfini. Le temps de traversée t2 est par exemple de l’ordre de 30ms à 0,1s. Sur une période T, la membrane 9 est plaquée contre chaque face 11, 13, du module de transfert thermique 5 durant deux séquences A, et la membrane 9 se déplace d’une face vers l’autre durant deux séquences B. Une séquence A et une séquence B se succèdent sur une demi-période ½T. En référence à l’exemple particulier de la figure 8, considérant que le premier contact se fait sur la face 13, inférieure, le premier temps de contact t1 donné concerne le contact sur la face inférieure, suivi d’un temps de traversée t2 vers la face 11, supérieure, puis un temps de contact t1 sur la face 11, supérieure et de nouveau un temps de traversée t2 vers la face 13, inférieure.

En particulier, la membrane 9 peut être entrainée alternativement contre la source thermique et le dissipateur thermique à une fréquence prédéfinie. La période T est définie en fonction de cette fréquence.

Lorsque le matériau électrocalorique comprend du polymère, ce dernier confère une élasticité à la membrane 9 qui lui permet d’atteindre la source thermique 17 ou le dissipateur thermique 15 à toutes les fréquences.

MODES OPÉRATOIRES
L’ensemble de régulation thermique 5 peut être mis en œuvre selon différents modes opératoires.

L’ensemble de régulation thermique 5 peut être activé comme une fonction de chauffage ou de refroidissement actif en utilisant l’effet électrocalorique et l’oscillation de la membrane 9. Pour ce faire, l’ensemble de régulation thermique 5 est mis en œuvre selon un mode dit actif dans lequel la membrane 9 est alimentée électriquement pour générer l’effet électrocalorique, et la membrane 9 est entraînée en mouvement de façon à osciller entre les deux faces 11, 13, du module de transfert thermique 5. L’oscillation de la membrane 9 peut être obtenue sous l’effet de champs électrostatiques ou en alternative par entraînement par un élément électro-actif, ou encore tout dispositif d’entraînement approprié.

L’ensemble de régulation thermique 5 peut aussi être activé comme une fonction de préconditionnement passif, c'est-à-dire de chauffage ou de refroidissement passif en utilisant l’oscillation de la membrane 9, sans générer l’effet électrocalorique. Pour ce faire, l’ensemble de régulation thermique 5 est mis en œuvre selon un mode dit passif dans lequel la membrane 9 n’est pas alimentée électriquement, et la membrane 9 est entraînée en mouvement de façon à osciller entre les deux faces 11, 13, du module de transfert thermique 5.

L’ensemble de régulation thermique 5 peut encore être activé sans utiliser l’oscillation de la membrane 9 ni l’effet électrocalorique. Pour ce faire, l’ensemble de régulation thermique 5 est mis en œuvre selon un mode dit de diode thermique sans entraîner en mouvement la membrane et sans l’alimenter électriquement.

Mode actif
Lors de la mise en œuvre d’un mode actif, la différence thermique peut être générée ou amplifiée par l’effet électrocalorique en appliquant une tension d’alimentation électrique non nulle à la membrane 9 de sorte qu’elle présente une variation de température.

Premier exemple
Selon un premier exemple, le mode actif peut notamment être mis en œuvre en l’absence de différence de température entre la source thermique et le dissipateur thermique. À l’étape initiale 100, la source thermique et le dissipateur thermique sont à une même température, par exemple à température ambiante.

Le principe général d’un exemple de mise en œuvre selon un mode actif est schématisé sur la figure 9 par les étapes 100 à 107.

La membrane 9 est dans une position neutre, représentée de façon aléatoire, entre les deux faces 11, 13 du module de transfert thermique 5. La membrane 9 n’est pas alimentée, comme représenté par le chiffre «0» à côté de la membrane 9. La membrane 9 n’est pas entraînée en contact thermique vers le dissipateur thermique ni la source thermique. Selon le mode de réalisation dans lequel la membrane 9 peut être entraînée sous l’effet d’un champ électrostatique, aucun champ électrostatique n’est généré au niveau des faces 11, 13, comme représenté par le chiffre «0» à côté de chaque face 11, 13.

Lorsque la membrane 9 est polarisée par mise sous tension, à l’étape 101, comme représenté par le symbole «+» à côté de la membrane 9, sa température augmente. La membrane 9 est chauffée.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée en mouvement pour venir se plaquer majoritairement contre la première face 11 comprenant le dissipateur thermique, précédemment à température ambiante.

Ce mouvement peut être généré, initié ou finalisé, par l’application d’un champ électrostatique. Dans cet exemple, la première face 11 comprenant le dissipateur thermique est alimentée à l’étape 102, comme schématisé par le symbole «+» à côté de la première face 11, la membrane 9 est attirée vers la première face 11, jusqu’à venir se plaquer majoritairement contre la première face 11 (étape 103).

Du fait de la différence de température entre la membrane 9 et la première face 11, la membrane 9 transfère de la chaleur au dissipateur thermique, comme schématisé par la flèche F, ce qui diminue la température de la membrane 9. Le dissipateur thermique quant à lui se réchauffe.

Après le transfert de chaleur au dissipateur thermique, la membrane 9 n’est plus plaquée contre la première face 11, par exemple en supprimant le champ électrostatique, comme schématisé par le chiffre «0» à côté de la première face 11 (étape 104). L’alimentation des électrodes de la première face 11 est arrêtée pour libérer la membrane 9.

La membrane 9 se refroidit à une température stabilisée tant que l’alimentation électrique de la membrane 9 est maintenue.

Puis, à l’étape 105, l’alimentation de la membrane 9 peut être arrêtée, comme schématisé par le chiffre «0» à côté de la membrane 9, ce qui diminue encore la température de la membrane 9. Grâce au refroidissement précédent (étape 104), la température de la membrane 9 à l’étape 105 est inférieure à la température initiale à l’étape 100.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée vers l’autre face 13 comprenant la source thermique, jusqu’à venir se plaquer majoritairement contre la deuxième face 13 comprenant la source thermique (précédemment à température ambiante).

Ce mouvement peut être généré, initié ou finalisé, par l’application d’un champ électrostatique. Dans cet exemple, la deuxième face 13 comprenant la source thermique est alimentée à l’étape 106, comme schématisé par le symbole «+» à côté de la deuxième face 13, la membrane 9 est attirée vers la deuxième face 13, jusqu’à venir se plaquer majoritairement contre la deuxième face 13 (étape 106).

En raison de la différence de température entre la membrane 9 et la deuxième face 13, la membrane 9 absorbe de la chaleur de cette face 13, comme schématisé par la flèche F2. La deuxième face 13 se refroidit.

Après le transfert de chaleur de la source thermique vers la membrane 9, la membrane 9 n’est plus plaquée contre la deuxième face 13, par exemple en supprimant le champ électrostatique, comme schématisé par le chiffre «0» à côté de la deuxième face 13 (étape 107).

Le module de transfert thermique 5 présente alors une première face 11 chaude et une deuxième face 13 froide.

Avec un tel mode actif, la différence de température est créée par effet électrocalorique. La polarisation et la dépolarisation successives permettent d’obtenir une membrane 9 plus chaude que la première face 11 comprenant le dissipateur thermique, puis plus froide que la deuxième face 13 comprenant la source thermique pour permettre le transfert de chaleur.

Un tel cas permet par exemple un refroidissement, sans source froide disponible, du composant, telle qu’une batterie de véhicule électrique ou hybride, qui serait agencé en contact thermique avec la deuxième face 13 (selon l’exemple de la figure 9) qui est refroidie grâce à l’effet électrocalorique et au mouvement de la membrane 9.

Un autre cas peut être un mode de chauffage actif lorsqu’il n’y a pas de différence de température entre la source thermique et le dissipateur thermique, pour un chauffage actif du composant 3. Pour cette application, le module de transfert thermique 5 peut être disposé selon l’une des variantes des figures 1 et 2, avec la face 11 (selon l’exemple de la figure 9) en contact thermique avec le composant 3 à chauffer et l’autre face 13 (selon l’exemple de la figure 9) est en contact thermique avec le dispositif d’échange thermique 7 ou le flux d’air ambiant.

La fonction de chauffage peut ainsi être assurée grâce au module de transfert thermique 5. Ceci permet d’augmenter la durée de vie d’une telle batterie.

Deuxième exemple
Le mode actif peut également être mis en œuvre en cas de différence de température entre la source thermique et le dissipateur thermique. Par exemple, le module de transfert thermique 5 peut être agencé entre le composant 3 à réguler thermiquement et le dispositif d’échange thermique 7, qui présente une température différente du composant 3.

Le dispositif d’échange thermique 7 forme par exemple un système de refroidissement du composant 3, tel qu’une batterie. Dans ce cas, à l’état initial, la température de la deuxième face 13 du module de transfert thermique 5 comportant la source thermique qui est en contact thermique avec le système de refroidissement est plus faible que la température de la première face 11 comportant le dissipateur thermique qui est en contact thermique avec le composant 3.

Le mode décrit ci-après correspond à un mode de refroidissement actif du composant 3, lorsqu’une source froide (telle que le dispositif d’échange thermique 7) est disponible.

Partant de la position neutre représentée de façon aléatoire sur la figure 2, la membrane 9 peut être polarisée par mise sous tension, et sa température augmente.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée en mouvement, par exemple sous l’effet d’un champ électrostatique, pour venir se plaquer majoritairement contre la deuxième face 13, ou face froide, qui est agencée en contact thermique avec le dispositif d’échange thermique 7 (plus froid que la membrane 9).

Du fait de la différence de température, la membrane 9 transfère de la chaleur à la deuxième face 13, ou face froide, ce qui diminue la température de la membrane.

Après le transfert de chaleur, la membrane 9 peut revenir dans la position neutre, par exemple en supprimant le champ électrostatique.

La membrane 9 se refroidit à une température stabilisée tant que l’alimentation électrique de la membrane 9 est maintenue. Puis, l’alimentation de la membrane 9 peut être arrêtée, ce qui diminue encore sa température.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée vers la première face 11, ou face chaude en contact thermique avec le composant 3 (de température plus élevée que la membrane 9). En raison de la différence de température, la membrane 9 absorbe de la chaleur de cette première face 11 qui se refroidit.

Ce deuxième exemple de mise en œuvre s’applique également lorsque le module de transfert thermique 5 est agencé en contact thermique avec le composant 3 à réguler thermiquement sans prévoir de dispositif d’échange thermique supplémentaire, comme représenté sur la figure 1. Il suffit que le flux d’air ambiant présente une différence de température par rapport au composant 3. Ainsi, si le flux d’air est plus froid que le composant 3, la polarisation et la dépolarisation successives du matériau électrocalorique de la membrane 9 et son oscillation entre les deux faces 11, 13 du module de transfert thermique 5 permettent le refroidissement du composant 3, comme décrit ci-dessus.

Le module de transfert thermique 5 permet ainsi de refroidir une surface du composant 3 en contact, uniquement par la différence de température entre le composant 3 et le flux d’air.

Cette mise en œuvre est particulièrement avantageuse lorsque le composant 3 à refroidir est une surface destinée à être en contact avec les occupants du véhicule automobile, comme par exemple le tableau ou un accoudoir. Cela permet notamment de réduire l’effet de surchauffe et la radiation de la chaleur par un tel composant 3, par exemple à cause d’une exposition au soleil lorsque le véhicule est arrêté. Un tel préconditionnement de l’habitacle, peut s’opérer avant que le conducteur ou les passagers n’entrent dans le véhicule automobile.

De façon similaire, le module de transfert thermique 5 peut chauffer une surface du composant 3 en contact uniquement par la différence de température entre le composant 3 et le flux d’air.

Troisième exemple
Le mode actif peut encore être mis en œuvre selon un troisième exemple en cas de différence de température entre la source thermique et le dissipateur thermique, lorsque le module de transfert thermique 5 est agencé selon la configuration de la figure 3.

Dans un cas, le composant 3 peut être de température plus élevée que le dispositif d’échange thermique 7 destiné à refroidir le composant 3. Le module de transfert thermique 5 peut utiliser l’effet électrocalorique et l’oscillation de la membrane 9 pour amplifier, accélérer, booster le refroidissement du composant 3.

La membrane 9 est dans une position neutre, représentée de façon aléatoire sur la figure 3, entre les deux faces 11, 13 du module de transfert thermique 5.

Lorsque la membrane 9 est polarisée par mise sous tension, sa température augmente.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée en mouvement, par exemple en générant un champ électrostatique pour venir se plaquer majoritairement contre la face disposée dans le flux d’air.

Le flux d’air est par exemple plus froid que la membrane 9. Du fait de cette différence de température, la membrane 9 transfère de la chaleur à la face disposée dans le flux d’air, ce qui diminue la température de la membrane 9.

Après le transfert de chaleur, la membrane 9 peut revenir dans la position neutre par exemple en supprimant le champ électrostatique.

Puis l’alimentation de la membrane 9 peut être arrêtée, ce qui diminue encore sa température. Grâce au refroidissement précédent, la température de la membrane 9 est inférieure à la face en contact thermique avec le dispositif d’échange thermique 7.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée, par exemple par l’application d’un champ électrostatique, vers cette autre face. En raison de la différence de température, la membrane 9 absorbe de la chaleur de cette face qui se refroidit, et permet de booster le refroidissement du composant par le dispositif d’échange thermique 7.

Après le transfert de chaleur, la membrane 9 peut reprendre la position neutre.

Quatrième exemple
Dans un quatrième exemple, le composant 3 est cette fois de température plus faible que le dispositif d’échange thermique 7 destiné à réchauffer ce composant 3. Le module de transfert thermique 5 peut utiliser l’effet électrocalorique et l’oscillation de la membrane 9 pour amplifier, accélérer, booster le chauffage du composant 3.

La membrane 9 est polarisée par mise sous tension, sa température augmente. La tension d’alimentation peut être choisie de sorte que la membrane 9 présente une température plus élevée que la face du module de transfert thermique 5 en contact avec le dispositif d’échange thermique, par exemple la première face 11.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée en mouvement pour venir se plaquer majoritairement contre cette première face 11, par exemple sous l’effet d’un champ électrostatique.

Du fait de la différence de température, la membrane 9 transfère de la chaleur à la première face 11 qui se réchauffe, et réchauffe à son tour le dispositif d’échange thermique 7, ce qui permet de booster le chauffage du composant 3.

Après le transfert de chaleur, la membrane 9 peut revenir dans la position neutre, par exemple en supprimant le champ électrostatique précédemment créé. Puis, l’alimentation de la membrane 9 peut être coupée, ce qui diminue sa température.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée, par exemple sous l’effet d’un champ électrostatique, vers l’autre face, telle que la deuxième face 13, et absorber de la chaleur de cette face 13. Après le transfert de chaleur, la membrane 9 peut reprendre la position neutre.

Mode passif
Le mode passif peut notamment être mis en œuvre lorsque la source thermique et le dissipateur thermique présentent une différence de température. Le mode passif permet le transfert thermique entre la source thermique et le dissipateur thermique.

La membrane est entraînée en mouvement de façon à osciller en venant se plaquer alternativement contre la source thermique et le dissipateur thermique, en appliquant une tension d’alimentation électrique nulle à la membrane 9.

Le transfert thermique est obtenu sans effet électrocalorique, en balançant la membrane entre les faces chaude et froide. Ceci correspond par exemple à un refroidissement passif du composant 3, tel qu’une batterie de véhicule électrique ou hybride. Les performances dépendent directement de la différence de température entre les deux faces.

Premier exemple
Selon un premier exemple, le mode passif peut être mis en œuvre pour un refroidissement passif du composant 3 dans une configuration telle que schématisée sur la figure 2 avec le module de transfert thermique 5 intégré entre le composant 3 à refroidir et le dispositif d’échange thermique 7 formant une source froide.

La membrane 9 peut être entraînée, par exemple sous l’effet d’un champ électrostatique ou en variante par un élément électro-actif, sans être alimentée électriquement, vers la face en contact thermique avec le dispositif d’échange thermique 7, ou face froide, telle que la deuxième face 13.

Si la membrane 9 présente une température plus élevée que cette face froide, elle cède la chaleur à la deuxième face 13, froide, ce qui diminue la température de la membrane 9.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée vers l’autre face en contact thermique avec le composant 3, ou face chaude, telle que la première face 11. En raison de la différence de température, la membrane 9 absorbe de la chaleur de cette première face 11 qui se refroidit.

Deuxième exemple
Selon un deuxième exemple, le mode passif peut être mis en œuvre pour un chauffage passif du composant 3 dans une configuration telle que schématisée sur la figure 2 avec le module de transfert thermique 5 intégré entre le composant 3 à refroidir et le dispositif d’échange thermique 7 formant une source chaude.

La membrane 9 peut être entraînée, par exemple sous l’effet d’un champ électrostatique ou en variante par un élément électro-actif, sans être alimentée électriquement, vers la face en contact thermique avec le dispositif d’échange thermique 7, ou face chaude, telle que la deuxième face 13.

Si la membrane 9 présente une température moins élevée que cette face chaude, elle absorbe de la chaleur de la deuxième face 13, ce qui augmente la température de la membrane 9.

La membrane 9 peut ensuite être entraînée vers l’autre face en contact thermique avec le composant 3, ou face froide, telle que la première face 11. En raison de la différence de température, la membrane 9 cède de la chaleur à cette première face 11 qui se réchauffe.

Mode de diode thermique
Le mode de diode thermique peut être mis en œuvre lorsque le module de transfert thermique est interposé entre le composant et le dispositif d’échange thermique.

Une tension électrique d’alimentation nulle est appliquée à la membrane 9, et, l’oscillation de membrane 9 n’est pas activée, de sorte qu’il n’y a pas de transfert de chaleur d’une source chaude à une source froide, le module de transfert thermique 5 joue le rôle de diode thermique.

Le mode de diode thermique permet d’isoler thermiquement le composant 3 à réguler thermiquement de son environnement notamment en cas de conditions environnementales extrêmes, le temps de revenir à des conditions environnementales standard plus appropriées pour le composant 3. Ceci permet de protéger le composant 3 à réguler thermiquement (batterie de véhicule électrique ou hybride par exemple). Le module de transfert thermique 5 agit comme un bouclier.

Un tel mode est en particulier intéressant à mettre en œuvre lors du préchauffage d’un composant 3 tel qu’une batterie de véhicule électrique ou hybride.

Ainsi, un module de transfert thermique 5 tel que décrit selon l’une ou l’autre des variantes précédentes, permet des échanges thermiques locaux dans les applications automobiles, pour le refroidissement et/ou le chauffage de surfaces dans l’habitacle par contact ou de composant tel qu’une batterie de véhicule électrique ou hybride, ou encore permet de booster un (pré)conditionnement d’un composant tel que la batterie.

Un tel module de transfert thermique 5 permet de concevoir un ensemble de régulation thermique 1 qui peut par exemple être intégré dans une boucle de gestion thermique pour améliorer le transfert thermique dans des conditions de fonctionnement minimales requises de cette boucle sans nécessiter de la sur-dimensionner.

En outre, le module de transfert thermique 5 peut être activé, pour le chauffage et le refroidissement, par l’alimentation de la membrane 9 ou l’activation de son mouvement alterné entre la source thermique et le dissipateur thermique, uniquement si nécessaire.

De plus, le module de transfert thermique 5 peut être activé avec différents champs électriques, ce qui permet de surveiller précisément l’échange thermique avec plusieurs points de fonctionnement, contrairement aux systèmes de gestion thermique utilisant la circulation d’un fluide caloporteur dans un échangeur thermique.

Par ailleurs, le module de transfert thermique 5 présente un encombrement limité, et son poids est largement réduit par rapport à un échangeur thermique classique en aluminium, notamment par l’utilisation de polymères électrocalorique qui confère en outre une élasticité à la membrane 9.

Les performances thermiques du module de transfert thermique 5 permettent d’en utiliser à la place de modules Peltier, par exemple, dans des applications automobiles.

Claims

Ensemble (1) de régulation thermique pour véhicule automobile, comportant au moins un composant (3) du véhicule automobile à réguler thermiquement,caractérisé en ce quel’ensemble (1) de régulation thermique comporte un module de transfert thermique (5) comprenant au moins un matériau électrocalorique, agencé en contact thermique avec une surface dudit au moins un composant (3).
Ensemble (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module de transfert thermique (5) comporteune membrane (9) comprenant au moins une couche (91) du matériau électrocalorique, et comporte un dissipateur thermique (15) et une source thermique (17) entre lesquels la membrane (9) est disposée.
Ensemble (1) selon la revendication précédente, dans lequel la membrane (9) comporte au moins deux électrodes (93, 95) de part et d’autre de ladite au moins une couche (91) de matériau électrocalorique, configurées pour être connectées à une source d’alimentation électrique (V1).
Ensemble (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, comportant un dispositif d’entraînement de la membrane, configuré pour générer un mouvement de la membrane (9), de sorte que la membrane est alternativement en contact thermique avec le dissipateur thermique (15) et la source thermique (17).
Ensemble (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dissipateur thermique (15) et la source thermique (17) sont configurées pour être connectées à une autre source d’alimentation électrique (V2) de façon à générer un champ électrostatique et à entraîner en mouvement la membrane (9) au moins en partie sous l’effet du champ électrostatique.
Ensemble (1) selon l’une des revendications 4 ou 5, comportant au moins un élément électro-actif (29) agencé en contact mécanique au moins en partie avec la membrane (9), ledit au moins un élément électro-actif (29) étant configuré pour être connecté à une source de tension, et pour changer de position lorsqu’il est soumis à une tension d’alimentation électrique non nulle.
Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif d’échange thermique (7) configuré pour échanger des calories et/ou des frigories avec ledit au moins un composant (3) et dans lequel le module de transfert thermique (5) est agencé en contact thermique avec une surface du dispositif d’échange thermique (7).
Ensemble (1) selon la revendication 7, dans lequel le module de transfert thermique (5) est configuré pour être interposé entre le dispositif d’échange thermique (7) et ledit au moins un composant (3) à réguler.
Ensemble (1) selon la revendication 7, dans lequel le dispositif d’échange thermique (7) est configuré pour être interposé entre le module de transfert thermique (5) et ledit au moins un composant (3) à réguler.
Procédé de mise en œuvre d’un ensemble (1) de régulation thermique selon la revendication 4 prise ensemble avec l’une quelconque des revendications 1 à 9, selon au moins un mode opératoire parmi:
un mode actif, comprenant des étapes de polarisation et dépolarisation successives du matériau électrocalorique de la membrane (9) de sorte que la membrane présente une variation de température, et comprenant des étapes de déplacement de la membrane de sorte qu’elle oscille alternativement entre le dissipateur thermique(15) et la source thermique (17) ; et

un mode passif, comprenant des étapes de déplacement de la membrane (9) de sorte qu’elle oscille alternativement entre le dissipateur thermique(15) et la source thermique (17), en appliquant une tension d’alimentation électrique nulle à la membrane (9).
Procédé de mise en œuvre d’un ensemble de régulation thermique selon la revendication 2 prise ensemble avec l’une quelconque des revendications 3 à 9, selon un mode de diode thermique, dans lequel une tension électrique d’alimentation nulle est appliquée à la membrane (9) et dans lequel la membrane est disposée entre la source thermique (17) et le dissipateur thermique (15) dans une position neutre sans transfert thermique entre la source thermique (17) et le dissipateur thermique (15).