FR3145604A1 - Structure à circulation de fluide caloporteur - Google Patents

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Cedric De Vaulx
Yolanda Bravo
Kamel Azzouz
Jeremy Blandin
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Titre : Structure à circulation de fluide caloporteur L’invention a pour objet une structure (3) à circulation de fluide caloporteur configurée pour former un dispositif de régulation thermique (1) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants (2) dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure (3) à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal longitudinal de circulation de fluide caloporteur, notamment une pluralité de canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres, la structure (3) à circulation de fluide caloporteur présentant une portion (10) conformée de manière à définir au moins un logement de maintien (5) pour loger et maintenir le composant, et le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement (5) en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Structure à circulation de fluide caloporteur
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs de régulation thermique. La présente invention concerne plus particulièrement une structure à circulation de fluide caloporteur configurée pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie.
Il est connu de nos jours d’équiper des véhicules électriques, thermiques ou hybrides de composants de stockage d’énergie électrique permettant une alimentation électrique des différents éléments du véhicule. Ces composants de stockage d’énergie électrique sont généralement composés de cellules de stockage d’énergie électrique positionnées dans un pack-batterie.
Les constructeurs automobiles cherchent aujourd’hui à fournir des véhicules électriques ou hybrides plus puissants, et dont l’autonomie électrique est augmentée. Pour cela, de plus en plus de packs-batterie, et/ou des packs-batterie de plus en plus grand, sont installés sur ces véhicules électriques ou hybrides. Il est connu d’installer l’ensemble ou au moins une partie de ces packs-batterie au niveau du plancher du véhicule, sensiblement sur toute la largeur du véhicule.
On comprend que, lors du fonctionnement du véhicule, les packs-batterie peuvent dégager une quantité de chaleur importante et dès lors être soumis à des hausses de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction. Par conséquence, leur refroidissement est essentiel afin de les maintenir en bon état et d’assurer ainsi la fiabilité, l’autonomie et la performance du véhicule. Par ailleurs, le fonctionnement des packs-batterie peut être moins efficace en cas de basses températures, les composants électriques ou électroniques équipant ces packs-batterie ayant alors besoin d’un temps de montée en température avant de fonctionner à plein rendement.
Pour ce faire, un ou plusieurs dispositifs de régulation thermique destinés à réguler la température des packs-batterie sont mis en œuvre pour assurer les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des composants électriques ou électroniques à l’intérieur de ces packs-batteries et ainsi optimiser le fonctionnement des différents composants.
Ces dispositifs de régulation thermique sont généralement parcourus par un fluide caloporteur qui peut selon les besoins soit absorber la chaleur émise par chaque pack-batterie afin de le refroidir soit apporter de la chaleur si la température du pack-batterie est insuffisante pour son bon fonctionnement.
Il est notamment connu, dans des pack-batterie où des cellules de stockage d’énergie électrique sont disposées verticalement les unes à côté des autres de manière à former une pluralité de rangées successives de cellules, d’avoir des dispositifs de régulation thermique présentant un tube disposé entre deux rangées de cellules et au sein de laquelle du fluide caloporteur est apte à circuler. Le contact entre le tube et les cellules permet une évacuation, ou un apport, de calories via le fluide caloporteur. Pour gérer l’arrivée et l’évacuation du fluide caloporteur, une boîte de collecte de fluide est disposée à une extrémité du tube et des conduits d’arrivée et de sortie de fluide caloporteur sont raccordés à cette boîte de collecte. Le fluide caloporteur arrivant par ce conduit d’arrivée se déverse au moins en partie dans le tube via une première chambre de collecte ménagée dans la boîte de collecte, tandis que le fluide sortant du tube, après avoir récupéré des calories par exemple pour baisser la température du pack-batterie, se déverse dans le conduit d’évacuation via une deuxième chambre de collecte ménagée également dans la boîte de collecte.
La présente invention vise notamment à améliorer encore la régulation thermique de composants, notamment en augmentant la capacité d’échanges thermiques du dispositif avec les composants à refroidir.
L’invention a ainsi pour objet une structure à circulation de fluide caloporteur configurée pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal longitudinal de circulation de fluide caloporteur, notamment une pluralité de canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres, la structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir le composant, et le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement.
Grâce à l’invention, le ou les logements de maintien servent non seulement à maintenir le ou les composants à refroidir/chauffer, mais également à augmenter la surface d’échange thermique au contact des composants à refroidir/chauffer, et peut notamment définir un entraxe entre des rangées de composants.
L’invention permet notamment une plus grande surface de contact entre le pourtour du composant, par exemple d’une cellule cylindrique de batterie, avec la structure à circulation de fluide caloporteur, permettant d’améliorer jusqu’à environ 500 fois la conductivité thermique par rapport au cas classique d’un contact de la cellule de batterie avec un tube plat.
L’invention permet de garantir de bonnes performances thermiques sans avoir à accroître le poids de l’ensemble, ce qui est très positif en termes d’empreinte carbone.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure à circulation de fluide caloporteur présente une forme en nappe conformée de manière à définir le logement de maintien.
Selon l’un des aspects de l’invention, le logement de maintien présente une forme générale cylindrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le logement de maintien s’étend depuis un bord longitudinal de la structure à circulation de fluide caloporteur, à un bord longitudinal opposé de cette structure, ces bords opposés étant notamment parallèles entre eux.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon de la structure à circulation de fluide caloporteur qui définit le logement de maintien est parcouru par certains au moins des canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur, canaux qui enveloppent le composant sur une partie de pourtour, de sorte à refroidir et/ou chauffer le composant maintenu dans le logement de maintien.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur s’étendent perpendiculairement à l’axe du logement de maintien.
Selon l’un des aspects de l’invention, le logement de maintien présente, en vue de profil, une forme en C.
Selon l’un des aspects de l’invention, le profil en C épouse la forme du composant. Ainsi on maximise la surface d’échange thermique entre la structure et le composant, ce qui assure un refroidissement/chauffage efficace. Le profil en C peut envelopper le pourtour de la cellule de batterie sur au moins 180°, ou au moins 200° ou au moins 270°.
Selon l’un des aspects de l’invention, le logement de maintien comporte une fente d’insertion définie entre deux bandes parallèles et distantes de la structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette fente d’insertion s’étend tout le long du logement recevant le composant.
Selon l’un des aspects de l’invention, lors de l’insertion du composant à travers cette fente d’insertion, ces deux bandes de la structure à circulation de fluide caloporteur de part et d’autre de la fente, s’écartent l’une de l’autre par une légère élasticité donnée par la forme de la structure, avant de se rapprocher de nouveau, une fois le composant inséré dans le logement. La structure à circulation de fluide caloporteur définit ainsi une sorte de clip qui permet d’abord d’insérer puis d’emprisonner le composant dans le logement.
Dans une variante de l’invention, le logement est configuré de sorte que le composant puisse y être inséré seulement par le dessus ou le dessous du logement, et non par une fente s’étendant le long de la hauteur du logement.
Selon l’un des aspects de l’invention, le logement de maintien est formé entre deux ondulations adjacentes de la structure à circulation de fluide caloporteur. On note que ces ondulations sont des portions au sens de l’invention, conformées de manière à définir au moins un logement de maintien.
Selon l’un des aspects de l’invention, chacune de ces ondulations de la structure présente, en vue de profil, une forme en lettre grecque Oméga, à savoir avec une base à deux branches et, à son sommet, une tête arrondie.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux longitudinaux parcourent ainsi successivement l’une de ces ondulations, en suivant un trajet imposé par la forme de lettre grecque Oméga, puis l’autre de ces ondulations, en suivant un trajet imposé par la forme de lettre grecque Oméga de cette ondulation. On comprend que ces canaux longitudinaux ne sont pas rectilignes, à savoir ils ne suivent pas une droite géométrique. Ces canaux longitudinaux suivent un parcours, entre leurs entrées et leurs sorties de fluide caloporteur, avec des formes variées, comme des arcs de cercle et/ou des concavités/convexités.
Les ondulations peuvent avoir des profils différents d’une forme en lettre grecque Oméga.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure en forme de nappe comprend une succession d’ondulations définissant une succession de logements de maintien pour le maintien d’une pluralité de composants, notamment disposés parallèlement les uns aux autres.
La structure à circulation de fluide caloporteur apparaît ainsi comme une nappe avec des plis qui définissent des ondulations entre lesquelles sont maintenus les composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations, toutes identiques, sont espacées les unes des autres avec un pas constant.
Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations de la structure présentent des bases qui sont tangents à un plan géométrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des ondulations de la structure comporte, à son sommet, une tête présentant une forme venant en contact avec un composant. Ce composant fait notamment partie d’une rangée de composants autre que la rangée de composants qui sont refroidis/chauffés par la base des ondulations. Ainsi les ondulations peuvent servir à refroidir deux rangées parallèles de composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, la tête de l’ondulation peut présenter une forme concave épousant une zone de contour d’un composant.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure à circulation de fluide caloporteur comprend un faisceau de fibres creuses, notamment réalisées en matériau polymère, définissant les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces fibres sont imprégnées d’une résine thermodurcissable (par exemple une résine Polydicyclopentadiène (PDCPD), Epoxy, Polyimide, Silicone, ou Polyuréthane) ou d’un thermoplastique (par exemple une résine phénol-formaldéhyde (PF), un polyamide (PA), un polyéthylène PE).
Ainsi, le fluide caloporteur circule à l'intérieur de ces fibres de manière à ce que la surface d'échange thermique soit élevée. La matrice d’imprégnation dans laquelle se trouvent les fibres présente avantageusement une conductivité thermique adéquate pour garantir le transfert thermique vers les composants à refroidir/chauffer.
La fabrication de la structure à circulation de fluide caloporteur avec fibres fait intervenir une étape de placement des fibres en fonction du profil requis pour la structure, et de l'enrobage/imprégnation ultérieur de la matrice.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure à circulation de fluide caloporteur comprend un tube extrudé avec les canaux en son sein. Le tube extrudé peut être en métal, notamment en aluminium. En variante, le tube extrudé peut être en plastique, par exemple en PVC Nitrile, polyoxyméthylène (POM), polystyrène (PS), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), élastomères thermoplastique (TPE), copolymère à blocs de styrène-éthylène-butylène-styrène (SEBS), polyuréthane (PU).
Dans ce cas, les canaux sont formés lors de l’extrusion.
L’invention a encore pour objet un dispositif de régulation thermique comportant au moins une structure à circulation de fluide caloporteur telle que précitée, et au moins une structure intercalaire au contact de la structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire est tangente à la succession d’ondulations de la structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire est en contact, sur chacune de ces faces, avec une structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire est tangente aux bases des ondulations de la structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure à circulation de fluide caloporteur présente des bords longitudinaux parallèles à des bords longitudinaux de la structure intercalaire.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure à circulation de fluide caloporteur est disposée entre deux structure intercalaires.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque structure intercalaire est en contact avec une structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque structure intercalaire est en contact, sur chacune de ces faces, avec une structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, deux structures à circulation de fluide caloporteur sont disposées côte à côte, notamment avec un décalage de sorte qu’une ondulation de l’une des structures se trouve entre deux ondulations de la structure voisine, pour maintenir et refroidir/chauffer chacune une rangée de composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque structure à circulation de fluide caloporteur est configurée pour refroidir/chauffer la rangée de composants qu’elle loge, et également une rangée voisine, par contact d’ondulations de cette structure avec la rangée voisine.
Ainsi chaque structure à circulation de fluide caloporteur contribue au refroidissement/chauffage de deux rangées voisines de composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces structures à circulation de fluide caloporteur côte à côte, pour refroidir/chauffer deux rangées parallèles, sont placées ensemble entre deux structures intercalaires, notamment deux structure intercalaires parallèles.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire est plane.
En variante, la structure intercalaire est galbée.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire comporte une pluralité de canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire est un tube extrudé avec la pluralité de canaux en son sein.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure intercalaire comporte un faisceau de fibres creuses, notamment réalisées en matériau polymère, définissant les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur de la structure intercalaire.
On entend par un faisceau de fibres creuses, notamment un ensemble de fibres creuses connectées à un même organe d’alimentation de fluide caloporteur.
Deux faisceaux de fibres sont ainsi deux ensembles de fibres creuses associés chacun à organe d’alimentation de fluide caloporteur qui lui est propre.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique comporte un faisceau de fibres creuses dédié à chacune des structures à circulation de fluide caloporteur.
Dans ce cas, plusieurs faisceaux de fibres creuses sont prévus.
Selon l’un des aspects de l’invention, un faisceau supplémentaire de fibres creuses peut être prévu pour la structure intercalaire. Ainsi il peut y avoir autant de faisceaux de fibres creuses que de structures à circulation de fluide caloporteur et de structures intercalaires.
En variante, au moins certaines des structures à circulation de fluide caloporteur et de structures intercalaires partagent un même faisceau de fibres creuses.
Dans ce cas, certaines fibres sont regroupées dans l’une des structures à circulation de fluide caloporteur, et d’autres fibres du même faisceau sont regroupées dans une autre des structures à circulation de fluide caloporteur ou dans une structure intercalaire.
En variante, la structure intercalaire est un tube plein, sans canaux de circulation de fluide caloporteur.
Dans ce cas, la structure intercalaire participe principalement à la tenue mécanique de l’ensemble, sans jouer de rôle thermique notable.
Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les structures à circulation de fluide caloporteur et le ou les structures intercalaires sont des pièces distinctes assemblées, par exemple collées, ensemble.
Selon un autre des aspects de l’invention, l’une au moins des structures à circulation de fluide caloporteur et l’une au moins des structures intercalaires forment une seule pièce. Ceci est avantageux car on évite des étapes d’assemblage, les structures à circulation de fluide caloporteur et structures intercalaires pouvant être liées entre elles au moment de leur fabrication. Par exemple, le ou les structures à circulation de fluide caloporteur et le ou les structures intercalaires sont réalisés ensemble par un procédé de type RIM (signifiant en anglais « Reaction Injection Molding). Le cas échéant, toutes les structures à circulation de fluide caloporteur et structures intercalaires sont ensemble sous la forme d’une seule pièce de sorte que le dispositif de régulation thermique correspond lui-même cette pièce globale.
Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les structures à circulation de fluide caloporteur et le ou les structures intercalaires sont faites dans une ou des matières ayant une propriété de protection contre le feu. Par exemple, cette ou ces matières ont la propriété de retarder la propagation du feu, en contenant par exemple du mica en feuille.
Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les structures à circulation de fluide caloporteur et le ou les structures intercalaires peuvent comporter un revêtement anti-feu, par exemple à base de mica et d’aluminium, de préférence une paroi de composite mica-silicone revêtue d’une couche fine d’aluminium gaufré.
L’invention a également pour objet un module comprenant au moins une structure à circulation de fluide caloporteur telle que décrite ci-dessus, et des composants, notamment des cellules de batterie, maintenus dans les logements de maintien de la structure à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces composants sont des cellules de batterie de forme cylindrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, au moins 50%, voire 55% ou 75%, de la superficie du pourtour du composant, par exemple d’une cellule cylindrique de batterie, est en contact avec le logement de maintien (5) de la structure (3) à circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, les cellules de batterie sont de type lithium-ion.
Le fluide caloporteur est par exemple de l’eau glycolée.
L’invention a encore pour objet un dispositif de régulation thermique comportant :
  • au moins une structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir un composant, et comportant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement, le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant définis par une ou plusieurs fibres creuses,
  • au moins une structure intercalaire comprenant un tube extrudé définissant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur, cette structure intercalaire étant en contact avec la structure à circulation de fluide caloporteur.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif de régulation thermique, comportant les étapes suivantes :
  • fournir au moins une structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir un composant, et comportant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement, le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant définis par une ou plusieurs fibres creuses,
  • fournir au moins une structure intercalaire comprenant un tube plein ou un tube extrudé définissant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur, cette structure intercalaire étant en contact avec la structure à circulation de fluide caloporteur, le tube plein ou extrudé étant notamment en métal ou en plastique,
  • assembler la structure à circulation de fluide caloporteur à la structure intercalaire, notamment par collage ou soudage.
L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif de régulation thermique qui comporte :
  • au moins une structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir un composant, et comportant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement, le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant définis par une ou plusieurs fibres creuses,
  • au moins une structure intercalaire comprenant une ou plusieurs fibres creuses définissant le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur,
le procédé comportant l’étape de réaliser conjointement la structure à circulation de fluide caloporteur et la structure intercalaire de sorte que ces structures forment une seule pièce.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
La est une représentation en perspective d’un pack-batteries comprenant plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique et d’une pluralité de structure à circulation de fluide caloporteur selon l’invention ;
La est une vue de profil du pack-batteries de la ;
La est une représentation en perspective de plusieurs faisceaux de fibres creuses équipant le dispositif de régulation thermique illustré sur les figures 1 et 2 ;
La est une représentation de profil d’un dispositif de régulation thermique selon un autre mode de réalisation ;
La est une représentation en perspective d’un faisceau de fibres creuses destiné à des canaux dans plusieurs structures d’un dispositif de régulation thermique selon un autre mode de réalisation ;
La est une vue de profil schématisant les écoulements de fluide caloporteur obtenus grâce au faisceau de fibres creuses de la .
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
On a représenté, sur les figures 1 et 2, un module 100 comprenant un dispositif de régulation thermique 1, et des composants 2, ici des cellules de batterie d’un véhicule automobile. Ces cellules de batterie 2, de forme cylindrique, sont de type lithium-ion. D’autres types de batterie peuvent bien entendu être envisagés.
Les cellules 2 sont disposées suivant des rangées parallèles.
Le dispositif de régulation thermique 1 comporte une pluralité de structures 3 à circulation de fluide caloporteur configurées pour être assemblées, chaque structure 3 à circulation de fluide caloporteur comportant une pluralité de canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres.
Chaque structure 3 à circulation de fluide caloporteur présente une forme en nappe conformée de manière à définir une pluralité de logements de maintien 5 pour chacun loger et maintenir l’une des cellules 2, et les canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur sont configurés de sorte que leurs trajets soient adjacents au logement 5 en vue d’échanges thermiques avec la cellule 2 logée dans ce logement 5.
Le fluide caloporteur est par exemple de l’eau glycolée.
Les logements de maintien 5 servent non seulement à maintenir les cellules 2 à refroidir/chauffer, mais également à augmenter la surface d’échange thermique au contact des cellules 2, et à définir un entraxe entre des rangées de cellules 2.
Les logements de maintien 5 présentent chacun une forme générale cylindrique d’axe Z, et s’étendent depuis un bord longitudinal 6 d’axe X de la structure 3 à circulation de fluide caloporteur, à un bord longitudinal 7 opposé de cette structure 3, ces bords opposés 6 et 7 étant parallèles entre eux.
Les logements de maintien 5 successifs sont parcourus, les uns après les autres, par les canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur, canaux qui enveloppent chaque cellule 2 sur une partie de pourtour, de sorte à refroidir et/ou chauffer chaque cellule 2 maintenue dans le logement de maintien 5 associé.
Les canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur s’étendent perpendiculairement à l’axe Z des logements de maintien 5.
Chaque logement de maintien 5 présente, en vue de profil, une forme en C, définissant une fente d’insertion 8 de la cellule 2 dans le logement 5.
Le profil en C épouse la forme de la cellule 2. Ainsi on maximise la surface d’échange thermique entre la structure 3 et de la cellule 2, ce qui assure un refroidissement/chauffage efficace. Le profil en C peut envelopper le pourtour de la cellule de batterie 2 sur au moins 180°, ou au moins 200° ou au moins 270°.
La fente d’insertion 8 s’étend suivant l’axe Z, tout le long du logement 5.
Chaque fente d’insertion 8 est définie entre deux bandes 9 parallèles et distantes de la structure 3.
Lors de l’insertion de la cellule 2 à travers cette fente d’insertion 8, ces deux bandes 9 s’écartent l’une de l’autre par une légère élasticité donnée par la forme de la structure 3, avant de se rapprocher de nouveau, une fois la cellule 2 insérée dans le logement 5. La structure 3 définit ainsi une sorte de clip qui permet d’abord d’insérer puis d’emprisonner la cellule 2 dans le logement.
Chaque logement de maintien 5 est formé entre deux ondulations 10 adjacentes de la structure 3 à circulation de fluide caloporteur.
Chacune de ces ondulations 10 présente, en vue de profil, une forme en lettre grecque Oméga, à savoir avec une base 11 à deux branches 12 et, à son sommet, une tête arrondie 14.
Les canaux longitudinaux 4 parcourent ainsi successivement l’une de ces ondulations 10, en suivant un trajet imposé par la forme de lettre grecque Oméga, puis l’autre de ces ondulations 10, en suivant un trajet imposé par la forme de lettre grecque Oméga de cette ondulation.
Les ondulations 10 peuvent avoir des profils différents d’une forme en lettre grecque Oméga.
La structure 3 en forme de nappe comprend ainsi une succession d’ondulations 10 définissant une succession de logements de maintien 5.
La structure 3 à circulation de fluide caloporteur apparaît ainsi comme une nappe avec des plis qui définissent des ondulations entre lesquelles sont maintenus les cellules 2.
Dans l’exemple décrit, les ondulations 10, toutes identiques, sont espacées les unes des autres avec un pas constant. Dans certains modes de réalisation alternatifs non représentés, les ondulations 10 présentent un pas variable.
Les ondulations 10 de la structure présentent des bases 11 qui sont tangents à un plan géométrique PG.
Dans l’exemple illustré aux figures 1 et 2, les ondulations 10 de la structure 3 comportent, à leurs sommets, une tête arrondie 14, concave du côté de la base 11, qui touche une cellule 2 de la rangée voisine le long d’une ligne de contact.
Dans une variante de l’invention illustrée en , les ondulations 10 de la structure 3 comportent, à leurs sommets, une tête 15 présentant une forme arrondie, concave du côté d’une cellule 2 voisine (donc à l’opposé de la base 11), venant épouser cette cellule 2 qui fait partie d’une rangée de cellules autre que la rangée de cellules qui sont refroidies/chauffées par la base 11 des ondulations 10. Ainsi les ondulations 10 peuvent servir à refroidir deux rangées parallèles de cellules.
Dans l’exemple décrit, la structure 3 à circulation de fluide caloporteur comprend des faisceaux de fibres creuses 17 (visibles sur la ), notamment réalisées en matériau polymère, définissant les canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur.
Ces fibres 17 sont imprégnées d’une résine thermodurcissable (par exemple une résine Polydicyclopentadiène (PDCPD), Epoxy, Polyimide, Silicone, ou Polyuréthane) ou d’un thermoplastique (par exemple une résine phénol-formaldéhyde (PF), un polyamide (PA), un polyéthylène PE).
Le fluide caloporteur circule à l'intérieur de ces fibres 17.
Le dispositif de régulation thermique 1 comporte en outre des structures intercalaires 20 au contact des structures 3 à circulation de fluide caloporteur.
Chaque structure intercalaire 20 est tangente à la succession d’ondulations 10, au niveau de leurs bases 11, de la structure 3 à circulation de fluide caloporteur voisine.
Les structures 3 à circulation de fluide caloporteur présentent des bords longitudinaux parallèles aux bords longitudinaux des structures intercalaires 20.
Chaque structure intercalaire 20, qui est plane, est en contact, sur chacune de ces faces, avec une structure 3 à circulation de fluide caloporteur.
Deux structures 3 à circulation de fluide caloporteur sont disposées côte à côte, avec un décalage de sorte qu’une ondulation 10 de l’une des structures se trouve entre deux ondulations de la structure voisine, pour maintenir et refroidir/chauffer chacune une rangée de cellules 2.
Ces structures 3 à circulation de fluide caloporteur côte à côte, pour refroidir/chauffer deux rangées parallèles, sont placées ensemble entre deux structures intercalaires 20 parallèles.
La structure intercalaire 20 comporte une pluralité de canaux longitudinaux 4 de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres.
Chaque structure intercalaire 20 comporte des fibres creuses 17 définissant les canaux 4.
Dans l’exemple décrit, le dispositif de régulation thermique 1 comporte un faisceau 19 de fibres creuses 17 dédié à chacune des structures 3 à circulation de fluide caloporteur et structures intercalaires 20.
Dans ce cas, plusieurs faisceaux 19 de fibres creuses sont prévus, avec chacun son organe d’alimentation en fluide 21.
Ainsi il peut y avoir autant de faisceaux de fibres creuses que de structures à circulation de fluide caloporteur et de structures intercalaires.
En variante, comme illustré sur l’exemple des figures 5 et 6, certaines des structures 3 à circulation de fluide caloporteur et de structures intercalaires 20 partagent un même faisceau 19 de fibres creuses 17.
Dans ce cas, certaines fibres sont regroupées dans l’une des structures 3 à circulation de fluide caloporteur, et d’autres fibres du même faisceau 19 sont regroupées dans une autre des structures 3 à circulation de fluide caloporteur et dans une structure intercalaire 20.
En variante, la structure intercalaire 20 peut être un tube plein, sans canaux de circulation de fluide caloporteur.
Dans ce cas, la structure intercalaire 20 participe principalement à la tenue mécanique de l’ensemble, sans jouer de rôle thermique notable.
Les structures 3 à circulation de fluide caloporteur et les structures intercalaires 20 sont des pièces distinctes collées ensemble.
En variante, les structures 3 à circulation de fluide caloporteur et les structures intercalaires 20 sont réalisés ensemble par un procédé de type RIM (signifiant en anglais « Reaction Injection Molding). Dans ce cas, comme bien visible sur la , toutes les structures 3 à circulation de fluide caloporteur et structures intercalaires 20 sont réalisées ensemble sous la forme d’une seule pièce de sorte que le dispositif de régulation thermique 1 correspond lui-même cette pièce globale.

Claims (16)

  1. Structure (3) à circulation de fluide caloporteur configurée pour former un dispositif de régulation thermique (1) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants (2) dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure (3) à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal longitudinal (4) de circulation de fluide caloporteur, notamment une pluralité de canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres, la structure (3) à circulation de fluide caloporteur présentant une portion (10) conformée de manière à définir au moins un logement de maintien (5) pour loger et maintenir le composant, et le ou les canaux longitudinaux (4) de circulation de fluide caloporteur étant configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement (5) en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement.
  2. Structure à circulation de fluide caloporteur selon la revendication précédente, dans laquelle la structure (3) à circulation de fluide caloporteur présente une forme en nappe conformée de manière à définir le logement de maintien (5).
  3. Structure à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le logement de maintien (5) présente, en vue de profil, une forme en C, épousant la forme du composant (2).
  4. Structure à circulation de fluide caloporteur selon la revendication précédente, dans laquelle le logement de maintien (5) comporte une fente d’insertion (8) définie entre deux bandes (9) parallèles et distantes de la structure à circulation de fluide caloporteur, et lors de l’insertion du composant à travers cette fente d’insertion (8), ces deux bandes (9) de la structure à circulation de fluide caloporteur de part et d’autre de la fente, s’écartent l’une de l’autre par une légère élasticité donnée par la forme de la structure, avant de se rapprocher de nouveau, une fois le composant inséré dans le logement (5).
  5. Structure à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le logement de maintien (5) est formé entre deux ondulations (10) adjacentes de la structure à circulation de fluide caloporteur.
  6. Structure à circulation de fluide caloporteur selon la revendication précédente, dans laquelle chacune de ces ondulations (10) de la structure présente, en vue de profil, une forme en lettre grecque Oméga, à savoir avec une base (11) à deux branches (12) et, à son sommet, une tête arrondie (14 ;15).
  7. Structure à circulation de fluide caloporteur selon la revendication précédente, dans laquelle la tête arrondie (15) de l’ondulation présente une forme concave épousant une zone de contour d’un composant.
  8. Structure à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications 6 et 7, dans laquelle la structure (3) en forme de nappe comprend une succession d’ondulations (10) définissant une succession de logements de maintien (5) pour le maintien d’une pluralité de composants, notamment disposés parallèlement les uns aux autres.
  9. Structure à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la structure (3) à circulation de fluide caloporteur comprend un faisceau de fibres creuses (17), notamment réalisées en matériau polymère, définissant les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur.
  10. Dispositif de régulation thermique (1) comportant au moins une structure (3) à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications précédentes, et au moins une structure intercalaire (20) au contact de la structure à circulation de fluide caloporteur.
  11. Dispositif de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel la structure intercalaire (20) est tangente à une succession d’ondulations (10) de la structure à circulation de fluide caloporteur.
  12. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications 10 et 11, dans lequel la structure intercalaire (20) comporte une pluralité de canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur formés les uns à côté des autres, étant notamment un tube extrudé avec la pluralité de canaux en son sein ou comportant un faisceau de fibres creuses définissant les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur de la structure intercalaire.
  13. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel la structure intercalaire (20) est en contact, sur chacune de ces faces, avec une structure à circulation de fluide caloporteur.
  14. Module (100) comprenant au moins une structure (3) à circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications 1 à 10, et des composants (2) maintenus dans les logements de maintien (5) de la structure (3) à circulation de fluide caloporteur, de préférence dans lequel au moins 50%, voire 55% ou 75%, de la superficie du pourtour du composant, par exemple d’une cellule cylindrique de batterie, est en contact avec le logement de maintien (5) de la structure (3) à circulation de fluide caloporteur.
  15. Procédé de fabrication d’un dispositif de régulation thermique, comportant les étapes suivantes :
    • fournir au moins une structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir un composant, et comportant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement, le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant définis par une ou plusieurs fibres creuses,
    • fournir au moins une structure intercalaire comprenant un tube plein ou un tube extrudé définissant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur, cette structure intercalaire étant en contact avec la structure à circulation de fluide caloporteur, le tube plein ou extrudé étant notamment en métal ou en plastique,
    • assembler la structure à circulation de fluide caloporteur à la structure intercalaire, notamment par collage ou soudage.
  16. Procédé de fabrication d’un dispositif de régulation thermique qui comporte :
    • au moins une structure à circulation de fluide caloporteur présentant une portion conformée de manière à définir au moins un logement de maintien pour loger et maintenir un composant, et comportant un ou plusieurs canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur configurés de sorte que son trajet ou leurs trajets parcourent la portion définissant le logement en vue d’échanges thermiques avec le composant logé dans ce logement, le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur étant définis par une ou plusieurs fibres creuses,
    • au moins une structure intercalaire comprenant une ou plusieurs fibres creuses définissant le ou les canaux longitudinaux de circulation de fluide caloporteur,
    le procédé comportant l’étape de réaliser conjointement la structure à circulation de fluide caloporteur et la structure intercalaire de sorte que ces structures forment une seule pièce.
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