FR3164841A1 - Dispositif de régulation thermique pour composants - Google Patents

Dispositif de régulation thermique pour composants

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FR3164841A1 FR2407818A FR2407818A FR3164841A1 FR 3164841 A1 FR3164841 A1 FR 3164841A1 FR 2407818 A FR2407818 A FR 2407818A FR 2407818 A FR2407818 A FR 2407818A FR 3164841 A1 FR3164841 A1 FR 3164841A1
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Julien Tissot
Kamel Azzouz
Moussa Nacer-Bey
Julio Guerra
Jeremy Blandin
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Abstract

Dispositif de régulation thermique pour composants L’invention concerne un dispositif de régulation thermique (2) de composants (4), comportant : un boîtier (30) définissant un compartiment (60) configuré pour recevoir les composants, - un canal d’écoulement de fluide diélectrique (6) dans ce compartiment, ce canal (6) comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide diélectrique (8, 10), - deux séparateurs (12) agencés pour recevoir les composants (4) de sorte que ces composants (4) s’étendent au travers, de part et d’autre, des séparateurs (12), ces séparateurs (12) étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique, les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages (E1, E2, E3) qui définissent chacun un tronçon (26) dudit canal (6), et les séparateurs (12) comporte chacun un bord libre (27) de manière à aménager un passage de fluide entre deux étages. Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

Dispositif de régulation thermique pour composants
L’invention concerne un dispositif de régulation thermique pour des 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, notamment pour véhicule.
L’invention concerne également un système comprenant un tel dispositif de régulation thermique et lesdits composants placés dans le dispositif de régulation thermique.
L’invention concerne en outre un procédé d’assemblage d’un tel dispositif et/ou système.
Il est connu de nos jours d’équiper des véhicules électriques, thermiques ou hybrides des composants électrochimiques et/ou électroniques et/ou électrique. En particulier, un composant électrochimique est une cellule de batterie. Des cellules de batteries peuvent être positionnées dans un pack-batterie, ou un module de batteries.
Par ailleurs, 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, on connaît, un dispositif de régulation thermique destiné à réguler la température des packs-batterie qui est mis en œuvre pour assurer les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des cellules de batterie formant ces packs-batteries et ainsi optimiser le fonctionnement de ces cellules de batterie.
Ces dispositifs de régulation thermique sont généralement parcourus par un fluide caloporteur, notamment un fluide diélectrique, à savoir un fluide inerte électriquement, 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 existe un besoin d’améliorer le dispositif de régulation thermique permettant d’accroître un échange de chaleur entre lesdits composants et le fluide caloporteur et de compenser des pertes de charges du fluide caloporteur.
L’invention vise à répondre à ce besoin.
La présente invention a ainsi pour objet 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, ledit dispositif comportant :
- un boîtier définissant un compartiment configuré pour recevoir les composants,
- un canal d’écoulement de fluide diélectrique dans ce compartiment, ce canal comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide diélectrique,
- au moins deux séparateurs agencés pour recevoir les composants de sorte que ces composants s’étendent au travers, de part et d’autre, des séparateurs,
ces séparateurs étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique, les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages qui définissent chacun un tronçon dudit canal, et les séparateurs comporte chacun un bord libre de manière à aménager un passage de fluide, notamment en U, entre deux étages.
Les séparateurs sont configurés dans le boitier de façon à ce que chacun des composants une fois inséré soit de part et d’autres des au moins deux séparateurs en les traversant.
De préférence, les canaux de fluide sont configurés de façon à ce que les composants soient immergés dans ledit fluide.
Selon l’un des aspects de l’invention, les trois étages présentent des hauteurs différentes.
Selon l’un des aspects de l’invention, les deux premiers étages dans le sens de circulation du fluide sont configurés pour former des tronçons de fluide en regard du corps des composants, le troisième étage présentant une hauteur plus faible que les deux premiers étages, et configuré pour former un tronçon de circulation de fluide refroidissant les connexions électroniques des composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier comprend au moins deux parois latérales opposées, le boitier comprenant en outre un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie de fluide diélectrique sur deux parois latérales opposées dudit boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, les tronçons du canal de circulation de fluide présente une section de passage du fluide équivalente à plus ou moins 10%, notamment le dernier tronçon destiné à refroidir les connexions électriques présentant la plus grande section de passage effective.
Par « section de passage », on comprend la section de passage mesurée une fois les cellules présentes dans le canal et insérées dans les séparateurs.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif est configuré pour accueillir lesdits composants, ces composants étant destinés à être immergés dans du fluide diélectrique, le boitier comprenant une pluralité de parois latérales formant un compartiment, au moins une paroi latérale, de préférence deux parois latérales,
comprenant un profil présentant une forme ondulée configurée pour suivre le profil des composants, notamment des cellules cylindriques, dans le compartiment,
le boitier étant configuré pour être en connexion fluidique avec un collecteur de fluide externe à le compartiment, le profil de la paroi latérale comprenant des conduits de fluide étant configurés pour être en connexion fluidique avec ledit collecteur de façon à distribuer du fluide depuis le collecteur vers l’intérieur de le compartiment,
Les conduits du profil de la paroi étant disposés à certains au moins des sommets et des bases de la forme ondulée.
On entend par base le creux de l’ondulation, par opposition au sommet.
Selon l’un des aspects de l’invention, les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée présentent une longueur et une section de passage différentes des conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
Selon l’un des aspects de l’invention, les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée présentent un diamètre plus large et une longueur plus importante que les conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
De préférence, les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée présentent un diamètre au moins deux fois plus important que le diamètre des conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
Avantageusement, cela permet d’améliorer l’homogénéité du flux de fluide dans le circuit de fluide.
Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier définit avec un support de fond le compartiment configuré pour recevoir les composants, le boîtier comprenant une paroi latérale et un couvercle se raccordant à la paroi latérale.
De préférence, les entrée et sorties sont disposées sur des parois opposées.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur présente un profil suivant le profil de l’au moins une paroi latérale du boitier, et présente un espace avec la paroi du boitier formant le passage entre deux étages définissant des tronçons du passage de fluide dans le compartiment.
L’invention concerne aussi un système de régulation thermique, comprenant des 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 comprenant un dispositif de régulation thermique tel que décrit précédemment, dans lequel la hauteur des étages est définie selon la formule suivante :
40% hauteur de la paroi des composants < X < 60% de la paroi de la hauteur des composants
40% hauteur de la paroi des composants < Y < 60% hauteur de la paroi des composants
90% hauteur de la paroi des composants < X + Y < 100% hauteur de la paroi des composants
hauteur des connexions électriques des composants + 2 mm < Z < 10% hauteur de la paroi des composants + hauteur des connexions électriques des composants + 5 mm.
Par connexions électrique de cellule, on entend le connecteur présent sur la cellule, et le « busbar », l’élément permettant de connecter électriquement la cellule au circuit électrique de la batterie.
L’invention concerne aussi un procédé de régulation thermique par un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants tel que décrit précédemment, ou un système de régulation thermique tel que décrit précédemment, dans lequel le sens de circulation est contrôlable, et dans lequel pour le refroidissement des composants, le sens de circulation du fluide est choisi comme partant du premier étage en regard d’une paroi du composant vers le troisième étage en regard des connexions électriques des composants, et pour le réchauffement des composants, le sens de circulation du fluide est choisi comme partant du troisième étage en regard des connexions électriques des composants vers le premier étage en regard d’une paroi des composants.
L’invention concerne aussi un procédé d’assemblage d’un système tel que décrit précédemment, qui comprend les étapes suivantes :
  • Fournir un boitier définissant un compartiment configuré pour recevoir les composants,
  • Agencer au moins deux séparateurs, ces séparateurs étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique, les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages qui définissent chacun un tronçon dudit canal, et les séparateurs comporte chacun un bord libre de manière à aménager un passage de fluide, notamment en U, entre deux étages.
  • Introduire des composants, notamment des cellules de batterie, dans le boitier, les composants étant insérés au travers des séparateurs de façon à ce que chacun des composants soit de part et d’autres des au moins deux séparateurs en les traversant.
Au sens de la présente invention, les différents étages sont situés à différentes hauteurs lorsque le dispositif de régulation thermique est monté sur le véhicule. Les étages sont ainsi à différentes positions verticales.
Grâce à l’invention, le fluide diélectrique peut effectuer trois ou davantage de passes au contact de chacun des composants à refroidir, ce qui permet d’accroître les échanges de chaleur entre les composants et le fluide diélectrique. L’invention permet ainsi de mieux refroidir ou chauffer les composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’étage qui communique avec l’entrée de fluide diélectrique est un étage haut, à savoir l’étage le plus haut parmi tous les étages.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’étage qui communique avec la sortie de fluide diélectrique est un étage bas, à savoir l’étage le plus bas parmi tous les étages.
Le fait que les passes de fluide soient à différents étages, avec un écoulement de fluide diélectrique de haut en bas en accomplissant un ou plusieurs virages verticaux, permet de profiter de la gravité pour compenser des pertes de charge.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comprend une pompe configurée pour forcer l’écoulement de fluide diélectrique.
Selon un autre des aspects de l’invention, l’étage qui communique avec l’entrée de fluide diélectrique est un étage bas, à savoir l’étage le plus bas parmi tous les étages.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’étage qui communique avec la sortie de fluide diélectrique est un étage haut, à savoir l’étage le plus haut parmi tous les étages.
Dans cet exemple de réalisation d’écoulement du bas vers le haut, une pompe est prévue pour forcer l’écoulement de fluide diélectrique de bas vers le haut.
Selon l’un des aspects de l’invention, les deux séparateurs consécutifs sont disposés de manière alternée sur les parois du boitier de façon à former ledit canal d’écoulement de fluide diélectrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur comprend des ouvertures configurées chacune pour recevoir un composant.
Une fois placé dans l’ouverture, le composant fait saillie de chaque côté du séparateur.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque ouverture présente un contour circulaire.
Selon l’un des aspects de l’invention, les ouvertures sont disposées suivant des rangées, notamment des rangées parallèles.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur présente une forme générale plane.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur présente une forme de plaque.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur est configuré de sorte à pouvoir être placé sensiblement à mi-hauteur du composant.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur comprend, pour chaque ouverture, un joint d’étanchéité pour chaque composant, ce joint étant configuré pour s’appliquer sur le composant pour rendre étanche l’ouverture.
Ainsi, les joints sur le séparateur permettent d’empêcher les fuites de fluide diélectrique à travers le séparateur, par les ouvertures.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur présente une structure multicouche avec deux couches externes et une couche interne formant joint d’étanchéité.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des couches externes peut comprendre au moins un matériau en polymère. Le matériau en polymère est un polyamide tel que le PA6 ou le PA66.
Selon l’un des aspects de l’invention, la couche interne peut comprendre au moins un matériau en polymère. Le matériau en polymère est notamment un élastomère tel que le FKM. Selon un mode de réalisation alternatif, le séparateur comprend une unique couche rigide et le au moins un joint d’étanchéité.
Selon un mode de réalisation alternatif, le séparateur comprend une unique couche rigide.
Selon l’un des aspects de l’invention, la couche interne est configurée pour venir s’appliquer contre le composant mis en place dans l’ouverture pour assurer l’étanchéité.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur présente une structure multicouche avec deux couches externes et une couche interne formant joint d’étanchéité, la couche interne étant configurée pour venir s’appliquer contre le composant mis en place dans l’ouverture pour assurer l’étanchéité.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur comporte un ou plusieurs orifices de circulation de fluide diélectrique configurés pour permettre au fluide diélectrique de circuler à travers le séparateur.
Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les orifices de circulation de fluide diélectrique sont placés à proximité, notamment entre, des ouvertures recevant les composants.
Ceci permet de réduire les pertes de charges tout en maintenant une puissance de refroidissement souhaitée. Dans le cas où une pompe électrique est utilisée pour mettre en mouvement le fluide caloporteur, ceci permet de réduire la consommation électrique de la pompe.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur comporte un nombre d’ouvertures pour les composants, nombre qui est au moins égal à la moitié du nombre total de composants à placer dans le dispositif de régulation thermique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier définit avec un support de fond le compartiment configuré pour recevoir les composants, le boîtier comprenant une paroi latérale et un couvercle se raccordant à la paroi latérale.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale présente une forme annulaire, à savoir qu’elle suit un pourtour fermé, par exemple ce pourtour étant inscrit géométriquement dans un rectangle.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment est délimité entre deux faces opposées de la paroi latérale du boîtier, notamment deux faces verticales opposées appartenant à la paroi latérale du boîtier, et l’un des séparateurs étant jointif avec l’une de ces faces et l’autre des séparateurs étant jointif avec l’autre de ces faces.
Autrement dit, au moins la moitié des composants sont insérés dans le séparateur. Le nombre d’ouvertures peut être supérieur à 60% ou 70% du nombre total de composants à placer dans le compartiment. Ce nombre est de préférence inférieur à 80% ou 90% du nombre total de composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale et le couvercle sont faits d’une seule pièce, par exemple en matière plastique.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale s’inscrit dans un pourtour rectangulaire.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale comprend une région de fixation du séparateur sur la paroi latérale.
Cette région de fixation se présente sous la forme d’une bande dans laquelle est encastrée une bordure du séparateur.
Le séparateur est par exemple solidarisé à la paroi latérale du boîtier lors d’un surmoulage de matière sur le séparateur en vue de former la paroi latérale.
En variante, le séparateur peut être en contact avec la paroi latérale sans être solidarisé à celle-ci.
Selon l’un des aspects de l’invention, le séparateur peut comporter des perturbateurs de l’écoulement. Ces perturbateurs sont par exemple du type « dimples » en anglais.
Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier comporte un conduit d’amenée de fluide diélectrique communiquant avec l’entrée du canal d’écoulement de fluide diélectrique et un conduit d’évacuation de fluide diélectrique communiquant avec la sortie du canal d’écoulement de fluide diélectrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, les conduits sont réalisés d’un seul tenant avec le reste du boîtier.
Selon l’un des aspects de l’invention, les conduits d’amenée et d’évacuation de fluide diélectrique sont disposés sur une face de parois latérales opposées.
Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comprend, sur sa face principale externe, des reliefs de renfort, notamment sous forme de caissons.
Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comprend, sur sa face principale interne tournée vers le compartiment, des reliefs de maintien configurés pour maintenir les composants placés dans le compartiment.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces reliefs de maintien comportent des picots, notamment réalisés d’un seul tenant avec le couvercle.
Ces picots sont disposés suivant des lignes circulaires de manière à pouvoir entourer le sommet des composants, notamment des cellules de batterie.
Selon l’un des aspects de l’invention, les composants sont des cellules de batterie de forme cylindrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale présente une forme épousant le pourtour de composants à placer dans le compartiment.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi latérale comprend des ondulations arrondies.
Selon l’un des aspects de l’invention, le support de fond est configuré pour maintenir les composants à placer dans le compartiment.
Selon l’un des aspects de l’invention, le support de fond comprend des logements pour loger chacun un composant.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque logement présente une forme circulaire.
Selon l’un des aspects de l’invention, les logements sont formés par des ajours sur une paroi principale du support de fond.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque logement comprend un épaulement, notamment de forme annulaire, configuré pour servir de butée au composant à placer dans ce logement.
Cette butée est de préférence étanche au fluide diélectrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque logement reçoit un joint d’étanchéité configuré pour s’appliquer sur le composant qui est à placer dans ce logement.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque composant est inséré à travers le logement puis, en fin de course d’insertion, le composant vient buter contre cet épaulement de sorte que ce composant ne puisse pas traverser le logement au-delà d’une position requise.
Les composants sont ainsi maintenus, en bas, par le support de fond, et, en haut, par ces reliefs de maintien, par exemple sous forme de picots.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque logement est pourvu d’une ou plusieurs fentes sur son pourtour pour laisser passer du fluide diélectrique.
De cette manière, les pertes de charges dues au passage du fluide diélectrique à travers le logement sont réduites.
Selon l’un des aspects de l’invention, le support de fond comprend une paroi latérale se raccordant à la paroi principale qui définit les logements.
Selon l’un des aspects de l’invention, le support de fond est fermé par une plaque de fond qui vient s’appliquer contre la paroi latérale du support de fond.
Selon l’un des aspects de l’invention, un ou plusieurs barreaux conducteurs sont placés dans l’espace entre la plaque de fond et le support de fond.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces barreaux conducteurs, encore appelés « Busbars » en anglais, servent à la connexion électrique des cellules de batterie.
Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque de fond comporte des reliefs, par exemple sous forme de picots, configurés pour appliquer le ou les barreaux conducteurs contre les composants.
Selon l’un des aspects de l’invention, les composants viennent en appui sur ces barreaux conducteurs, une fois ces composants montés sur le dispositif de régulation thermique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comporte un connecteur électrique configuré pour connecter l’ensemble de barreaux conducteurs en contact avec les composants.
L’invention a encore pour objet un module comprenant au moins un dispositif de régulation thermique selon l’invention, et des composants, notamment des cellules de batterie, placés dans le dispositif de régulation thermique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le composant comprend une base élargie configurée pour venir en butée contre l’épaulement du logement qui reçoit ce composant.
L’invention a encore pour objet un procédé d’assemblage d’un module selon l’invention, comprenant l’étape d’insérer les composants dans les logements, notamment des ajours, d’un support de fond du dispositif de régulation thermique.
Cette insertion se fait en faisant passer la composant à travers l’ajour jusqu’à ce que la base élargie du composant vienne buter contre l’épaulement du logement qui reçoit ce composant. Une fois ces insertions terminées, la plaque de fond est assemblée avec le support de fond, par exemple par collage ou soudage.
L’insertion des composants, notamment des cellules de batterie, est ainsi réalisée, en quelque sorte, par le dessous du support de fond.
Dans l’invention, les composants, notamment les cellules de batterie, sont immergées dans le fluide diélectrique, au moins sur une certaine hauteur.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- laFIG. 1illustre, une vue schématique et en perspective un premier mode de réalisation du dispositif de régulation thermique selon l’invention ;
- laFIG. 2illustre, une vue schématique et en perspective du dispositif de régulation thermique selon un second mode de réalisation selon l’invention sans le boîtier du dispositif ;
- laFIG. 3montre une vue en coupe du dispositif de régulation thermique selon un troisième mode de réalisation;
- laFIG. 4montre une vue du dispositif de régulation thermique ;
- laFIG. 5montre une vue en coupe, en perspective, du dispositif de régulation thermique ;
- laFIG. 6montre une vue de dessus du support de fond avec les composants ;
- laFIG. 7montre une représentation schématique du dispositif de l’invention
- laFIG. 8montre un détail de vue en coupe du dispositif de laFIG. 4;
- 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.
Dans la description qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation d’un dispositif de régulation thermique selon l’invention.
Une direction longitudinale correspond à une direction d’extension principale d’un dispositif de régulation thermique, à savoir la direction de la plus grande longueur du dispositif de régulation. Les directions transversale et verticale correspondent à des directions perpendiculaires à la direction longitudinale. Ces trois directions longitudinale, transversale et verticale forment un trièdre.
On a représenté, sur les figures 1 à 8, un dispositif de régulation thermique 2 pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants 4 dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants 4 étant des cellules de batterie de forme cylindrique 4.
Le dispositif 2 comporte un boîtier (30) définissant un compartiment (60) configuré pour recevoir les composants, un canal d’écoulement de fluide diélectrique (6) dans ce compartiment, ce canal (6) comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide diélectrique (8, 10), au moins deux séparateurs (12) agencés pour recevoir les composants (4) de sorte que ces composants (4) s’étendent au travers, de part et d’autre, des séparateurs (12),
ces séparateurs (12) étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique (E1, E2, E3), les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages (E1, E2, E3) qui définissent chacun un tronçon (26) dudit canal (6), et les séparateurs (12) comporte chacun un bord libre (27) de manière à aménager un passage de fluide, notamment en U, entre deux étages (E1, E2, E3).
Dans l’exemple représenté à laFIG. 2, un séparateur 12 est placé sensiblement à mi-hauteur des parois des cellules de batterie 4, mais il peut être placé selon d’autres configurations à d’autres hauteurs.
Au sens de la présente invention, les différents étages E1, E2, E3 sont situés à différentes hauteurs lorsque le dispositif de régulation thermique 2 est monté sur le véhicule (non-représenté). Les étages E1, E2, E3 sont ainsi à différentes positions verticales.
Grâce à l’invention, le fluide diélectrique peut effectuer trois ou davantage de passes au contact de chacune des cellules de batterie à refroidir, ce qui permet d’accroître les échanges de chaleur entre les cellules de batterie et le fluide diélectrique.
Comme illustré à laFIG. 2, le fait que les passes de fluide soient à différents étages E1 E2, E3, avec un écoulement de fluide diélectrique d’étages en étages, ici représenté de haut en bas F en accomplissant plusieurs virages verticaux Fv, permet de profiter de la gravité pour compenser des pertes de charge. L’invention permet ainsi de mieux refroidir ou chauffer les cellules de batterie 4.
Dans cette figure, le deuxième séparateur en bas fait partie d’une plaque de support 80, l’ouverture permettant le passage du deuxième étage E2 au troisième étage E3 n’est pas visible. Dans cette plaque de support se trouve la partie des cellules comprenant les busbar refroidis par le passage du fluide lors de la passe dans le troisième étage E3.
Dans d’autres modes de réalisation alternatifs, les cellules sont placées avec les barreaux conducteurs 116, busbars, vers le haut, le troisième étage E3 est alors formé entre un séparateur 12 et le couvercle 38. Le boitier comprend une plaque de support 80, celle-ci est de préférence étanche au fluide.
Ce barreau conducteur 116, encore appelé « Busbar » en anglais, sert à la connexion électrique des cellules de batterie 4. Les cellules de batterie 4 comprennent en outre chacune un orifice agencé pour être connecté au barreau conducteur.
LaFIG. 3représente le dispositif selon une vue de coupe dans laquelle les cellules 4 ont été insérées dans deux séparateurs 12, afin de former trois étages de circulation de fluide E1, E2, E3. L’étage E3 comprend les busbar 116, ou barreaux conducteurs 116, au sommet des cellules.
En référence à laFIG. 4et 8, le dispositif de régulation thermique 2 comporte un boîtier 30 définissant avec un support de fond 32 un compartiment configuré pour recevoir les cellules de batterie 4.
Le boîtier 30 comprend en outre une paroi latérale 36 et un couvercle 38 se raccordant à la paroi latérale 36.
Le boîtier 30 comporte un conduit d’amenée de fluide diélectrique 40 communiquant avec l’entrée du canal d’écoulement de fluide diélectrique et un conduit d’évacuation de fluide diélectrique 42 communiquant avec la sortie du canal d’écoulement de fluide diélectrique.
Les conduits 40, 42 sont réalisés d’un seul tenant avec le reste du boîtier 30.
Les conduits d’amenée et d’évacuation de fluide diélectrique 40, 42 sont disposés sur une même face d’une paroi latérale 36.
Ainsi, les tubulures (non-représentées) qui se raccordent aux conduits 40, 42 sont placées d’un même côté, ce qui permet un encombrement optimisé.
La paroi latérale 36 présente une forme ondulée.
Comme illustré sur les figures 4 et 8, la paroi latérale 36 présente une forme épousant le pourtour de cellules de batterie 4 à placer dans le compartiment. La paroi latérale 36 comprend des ondulations arrondies.
Comme illustré à titre d’exemple à laFIG. 8, les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée peuvent présenter un diamètre plus important et une longueur plus importante que les conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
Cela permet avantageusement d’équilibrer le débit de fluide entre les différents conduits afin d’optimiser le refroidissement global des composants 4.
La différence de diamètre et/ou de longueur est par exemple un facteur 2.
La paroi latérale 36 peut comprendre une région de fixation du séparateur 12 sur la paroi latérale 36. Cette région de fixation se présente sous la forme d’une bande dans laquelle est encastrée une bordure du séparateur 12.
Le séparateur 12 peut être solidarisé à la paroi latérale 36 du boîtier 30 lors d’un surmoulage de matière sur le séparateur 12 en vue de former la paroi latérale 36.
En variante, le séparateur 12 peut être en contact avec la paroi latérale 36 sans être solidarisé à celle-ci.
D’autres moyens de fixations du séparateur 12 à la paroi latérale 36 sont envisageables, tels que par exemple une encoche dans la paroi latérale dans laquelle on vient insérer le séparateur 12. L’encoche peut comprendre des moyens d’étanchéité tel qu’un joint élastique pour former une liaison étanche avec le séparateur 12.
Comme c’est visible sur laFIG. 5, la paroi latérale 36 et le couvercle 38 peuvent être faits d’une seule pièce, par exemple en matière plastique.
Le couvercle 38 comprend, sur sa face principale externe 50, des reliefs de renfort 52 sous forme de caissons.
Le couvercle 38 comprend, sur sa face principale interne 54 tournée vers le compartiment 60, des reliefs de maintien 70 configurés pour maintenir les cellules de batterie 4 placés dans le compartiment 60.
Ces reliefs de maintien 70 comportent des picots réalisés d’un seul tenant avec le couvercle 38.
Ces picots 70 sont disposés suivant des lignes circulaires de manière à pouvoir entourer le sommet 72 des cellules de batterie 4.
Comme illustré sur laFIG. 6, le support de fond 80 est configuré pour maintenir les cellules de batterie 4 à placer dans le compartiment 60.
Le support de fond 80 comprend des logements 82 pour loger chacun une cellule de batterie 4. Chaque logement 82 présente par exemple une forme circulaire. Dans d’autres modes de réalisation alternatifs, les logements 82 présentent des formes polygonales, par exemple hexagonales.
Les logements 82 sont formés par des ajours 84 sur une paroi principale 86 du support de fond 80. Chaque logement 82 comprend un épaulement 88 de forme annulaire, configuré pour servir de butée au composant 4 à placer dans ce logement 82.
Cette butée 88 est de préférence étanche au fluide diélectrique, lorsque le troisième étage est formé entre un séparateur 12 et le couvercle 38.
Chaque logement 82 peut comprendre un joint d’étanchéité 90 configuré pour s’appliquer sur la cellule de batterie 4 qui est à placer dans ce logement 82.
Le joint d’étanchéité de logement 90 comprend des encoches 92.
Les cellules de batterie 4 comprennent chacune une base élargie 94 configurée pour venir en butée contre l’épaulement 88 du logement 82 qui reçoit cette cellule 4.
Chaque cellule 4 est insérée à travers le logement 90 puis, en fin de course d’insertion, la cellule 4 vient buter contre cet épaulement 88 de sorte que cette cellule 4 ne puisse pas traverser le logement 90 au-delà d’une position requise.
Les cellules de batterie 4 sont ainsi maintenues, en bas, par le support de fond 80, et, en haut, par ces reliefs de maintien sous forme de picots 70.
En se référant aux variantes des figures 5 et 6, mais y compris pour d’autres variantes de l’invention, toutes les cellules de batterie 4 peuvent être maintenues en bas, par le support de fond 80, et, en haut, par ces reliefs de maintien sous forme de picots 70.
On a représenté à laFIG. 5un seul séparateur, pour faciliter la compréhension, et rendre particulièrement visible le fait que le séparateur 12 comprend des ouvertures 100 présentant un contour circulaire, les ouvertures 100 étant configurées chacune pour recevoir une cellule de batterie 4.
Une fois placé dans l’ouverture 100, la cellule de batterie 4 fait saillie de chaque côté du séparateur 12.
Les ouvertures 100 sont disposées suivant des rangées parallèles.
Chaque séparateur 12 peut comprendre, pour chaque ouverture 100, un joint d’étanchéité 102 pour chaque cellule de batterie 4, ce joint 102 étant configuré pour s’appliquer sur la cellule de batterie 4 pour rendre étanche l’ouverture 100.
Avantageusement, les joints 102 sur le séparateur 12 permettent d’empêcher les fuites de fluide diélectrique à travers le séparateur 12, par les ouvertures 100.
Chaque séparateur 12 peut présenter une structure multicouche avec deux couches externes 104 et une couche interne 102 formant joint d’étanchéité 102. Dans des modes de réalisation alternatifs non-représentés, le séparateur 12 comprend une unique couche rigide, avec ou sans joints additionnels.
Les couches externes 104 peuvent comprendre un matériau en polymère. Le matériau en polymère est un polyamide tel que le PA6 ou le PA66.
La couche interne 102 peut comprendre un matériau en polymère. Le matériau en polymère est notamment un élastomère tel que le FKM. Dans le cas d’une structure multicouche, la couche interne 102 est configurée pour venir s’appliquer contre la cellule de batterie 4 mise en place dans l’ouverture 100 pour
Le dispositif 2 comporte un connecteur électrique configuré pour connecter l’ensemble de barreaux conducteurs en contact avec les composants.
Dans des modes de réalisation alternatifs non-représentés, le ou les barreaux conducteurs 116 sont situés entre le couvercle 38 et les cellules 4.
Dans l’exemple de laFIG. 7, le dispositif de régulation thermique comprend deux séparateurs 12, configurés pour aménager trois étages d’écoulement de fluide diélectrique E1, E2, E3, et chaque séparateur 12 comporte un bord libre 27 de manière à aménager un passage de fluide en U entre deux étages consécutifs, à savoir entre E1 et E2 ou E2 et E3.
Ces deux virages en U forment un chemin en S entre les conduits d’amenée et d’évacuation 40, 42.
Les deux séparateurs consécutifs 12 sont disposés de manière alternée sur le canal d’écoulement de fluide diélectrique.
Dans une variante de réalisation non illustrée, les séparateurs 12 comportent des perturbateurs de l’écoulement. Ces perturbateurs sont par exemple du type « dimples » en anglais.
Bien entendu, quelle que soit la variante de l’invention, le ou les séparateurs 12 peuvent comporter des perturbateurs de l’écoulement.
Le séparateur 12 comporte plusieurs orifices de circulation de fluide diélectrique configurés pour permettre au fluide diélectrique de circuler à travers le séparateur 12.
Ces orifices de circulation de fluide diélectrique sont placés à proximité entre des ouvertures 100 recevant les cellules de batterie 4.
Dans le cas où une pompe électrique (non-représentée) est utilisée pour mettre en mouvement le fluide caloporteur, ceci permet de réduire la consommation électrique de la pompe.
Dans une variante non représentée, l’étage qui communique avec l’entrée de fluide diélectrique est un étage bas, à savoir l’étage le plus bas parmi tous les étages et l’étage qui communique avec la sortie de fluide diélectrique est un étage haut, à savoir l’étage le plus haut parmi tous les étages.
Dans cet exemple de réalisation d’écoulement du bas vers le haut, une pompe est prévue pour forcer l’écoulement de fluide diélectrique de bas vers le haut.

Claims (14)

  1. Dispositif de régulation thermique (2) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants (4) dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants (4) étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie (4), ledit dispositif (2) comportant :
    - un boîtier (30) définissant un compartiment (60) configuré pour recevoir les composants,
    - un canal d’écoulement de fluide diélectrique (6) dans ce compartiment, ce canal (6) comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide diélectrique (8, 10),
    - au moins deux séparateurs (12) agencés pour recevoir les composants (4) de sorte que ces composants (4) s’étendent au travers, de part et d’autre, des séparateurs (12),
    ces séparateurs (12) étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique (E1, E2, E3), les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages (E1, E2, E3) qui définissent chacun un tronçon (26) dudit canal (6), et les séparateurs (12) comporte chacun un bord libre (27) de manière à aménager un passage de fluide, notamment en U, entre deux étages (E1, E2, E3).
  2. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel les trois étages présentent des hauteurs différentes.
  3. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel les deux premiers étages dans le sens de circulation du fluide sont configurés pour former des tronçons de fluide en regard du corps des composants, le troisième étage présentant une hauteur plus faible que les deux premiers étages, et configuré pour former un tronçon de circulation de fluide refroidissant les connexions électroniques des composants.
  4. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier 30 comprend au moins deux parois latérales 36 opposées, le boitier comprenant en outre un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie de fluide diélectrique sur deux parois latérales 36 opposées dudit boitier.
  5. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les tronçons du canal de circulation de fluide présentent une section de passage du fluide équivalente à plus ou moins 10%, notamment le dernier tronçon destiné à refroidir les connexions électriques présentant la plus grande section de passage effective.
  6. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une des revendications précédentes et configuré pour accueillir lesdits composants, ces composants étant destinés à être immergés dans du fluide diélectrique, le boitier comprenant une pluralité de parois latérales formant un compartiment, au moins une paroi latérale, de préférence deux parois latérales,
    comprenant un profil présentant une forme ondulée configurée pour suivre le profil des composants, notamment des cellules cylindriques, dans le compartiment,
    le boitier étant configuré pour être en connexion fluidique avec un collecteur de fluide externe à le compartiment, le profil de la paroi latérale comprenant des conduits de fluide étant configurés pour être en connexion fluidique avec ledit collecteur de façon à distribuer du fluide depuis le collecteur vers l’intérieur de le compartiment,
    Les conduits du profil de la paroi étant disposés à certains au moins des sommets et des bases de la forme ondulée.
  7. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans laquelle les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée présentent une longueur et une section de passage différentes des conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
  8. Dispositif de régulation thermique (2) selon la revendication précédente, dans laquelle les conduits disposés dans les sommets de la forme ondulée présentent un diamètre plus large et une longueur plus importante que les conduits disposés dans les bases de la forme ondulée.
  9. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (30) définit avec un support de fond (80) le compartiment (60) configuré pour recevoir les composants, le boîtier (30) comprenant une paroi latérale (36) et un couvercle (38) se raccordant à la paroi latérale (36).
  10. Dispositif de régulation thermique (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un séparateur présente un profil suivant le profil de l’au moins une paroi latérale du boitier, et présente un espace avec la paroi du boitier formant le passage entre deux étages définissant des tronçons du passage de fluide dans le compartiment.
  11. Système de régulation thermique, comprenant des composants (4) dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants (4) étant notamment destinés au stockage d’énergie pouvant être des cellules de batterie (4), et comprenant un dispositif de régulation thermique (2) selon l’une des revendications précédentes.
  12. Système de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel la hauteur des étages est définie selon la formule suivante :
    40% hauteur de la paroi des composants (4) < X < 60% de la paroi de la hauteur des composants (4)
    40% hauteur de la paroi des composants (4) < Y < 60% hauteur de la paroi des composants (4)
    90% hauteur de la paroi des composants (4) < X + Y < 100% hauteur de la paroi des composants (4)
    hauteur des connexions électriques des composants (4) + 2 mm < Z < 10% hauteur de la paroi des composants (4) + hauteur des connexions électriques des composants (4) + 5 mm,
    X, Y et Z étant les hauteurs respectives des trois étages d’écoulement de fluide diélectrique (E1, E2, E3).
  13. Procédé de régulation thermique par un dispositif de régulation thermique (2) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants (4) selon l’une des revendications 1 à 10, ou un système de régulation thermique selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le sens de circulation est contrôlable, et dans lequel pour le refroidissement des composants, le sens de circulation du fluide est choisi comme partant du premier étage en regard d’une paroi du composant vers le troisième étage en regard des connexions électriques des composants, et pour le réchauffement des composants, le sens de circulation du fluide est choisi comme partant du troisième étage en regard des connexions électriques des composants vers le premier étage en regard d’une paroi des composants.
  14. Procédé d’assemblage d’un système selon la revendication 11 ou 12, qui comprend les étapes suivantes :
    • Fournir un boitier (30) définissant un compartiment (60) configuré pour recevoir les composants,
    • Agencer au moins deux séparateurs (12), ces séparateurs (12) étant configurés pour créer au moins trois étages d’écoulement de fluide diélectrique (E1, E2, E3), les séparateurs étant disposés de sorte que le fluide diélectrique entrant par l’entrée parcoure de manière successive les étages (E1, E2, E3) qui définissent chacun un tronçon (26) dudit canal (6), et les séparateurs (12) comporte chacun un bord libre (27) de manière à aménager un passage de fluide, notamment en U, entre deux étages (E1, E2, E3).
    • Introduire des composants, notamment des cellules de batterie, dans le boitier, les composants étant insérés au travers des séparateurs de façon à ce que chacun des composants soit de part et d’autres des au moins deux séparateurs en les traversant.
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