WO2017220882A1 - Dispositif de refroidissement d'un element apte a chauffer, notamment un pack de batterie pour vehicule electrique - Google Patents

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WO2017220882A1
WO2017220882A1 PCT/FR2017/051478 FR2017051478W WO2017220882A1 WO 2017220882 A1 WO2017220882 A1 WO 2017220882A1 FR 2017051478 W FR2017051478 W FR 2017051478W WO 2017220882 A1 WO2017220882 A1 WO 2017220882A1
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wall
corrugations
enclosure
phase
cooling
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PCT/FR2017/051478
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Robert Yu
Original Assignee
Renault S.A.S
Nissan Motor Co. Ltd
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Publication date
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Device for cooling an element capable of heating in particular a battery pack for an electric vehicle
  • the present invention relates to a device for cooling an element capable of heating. It applies in particular, but not exclusively, to traction battery packs for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs).
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • the traction battery of an EV or a VEH in particular a battery of electrochemical cells of lithium-ion (Li-ion) type, regularly undergoes charge and discharge phases, resulting in a heating that can be significant. It is therefore necessary to cool it effectively in order to maintain its level of performance and to limit its aging.
  • Li-ion lithium-ion
  • the patent application WO2014176320A2 discloses an EV battery comprising a chamber partially filled with a liquid-vapor phase change material ("LV PCM” for "Liquid-Vapor Phase Change Material” according to the name Anglo-Saxon, such as water or alcohol for example) and hermetically sealed under vacuum.
  • Electrochemical cells Prisms are arranged vertically at the bottom of the enclosure, so that an edge of each cell quenched in the PCM in the liquid phase.
  • the envelope of each cell is covered with a fine hydrophilic structure allowing the liquid PCM to wick the whole of the envelope by capillarity.
  • the PCM goes from the liquid phase to the vapor phase by heating in the hydrophilic structure, when the cells are working (during charges and discharges).
  • Various solutions are proposed to recondense the PCM, so that the PCM drops into drops on the cells covered by the hydrophilic structure.
  • the cells "bathe” in the liquid PCM despite the small amount of PCM in the enclosure.
  • Another major disadvantage of this solution is the limited efficiency of the means for condensing the PCM on the upper wall of the enclosure. This is a disadvantage that the present invention proposes to solve.
  • the subject of the present invention is a device for cooling an element capable of heating.
  • the device comprises a chamber closed by a cover, the enclosure containing a quantity of a phase change material capable of passing from the liquid phase to the vapor phase, and the element capable of heating, immersed at least partially in the phase change material, such that said material passes from the liquid phase to the vapor phase when the element heats up.
  • the cover consists of a wall external to the enclosure, the outer wall being integral with a wall inside the enclosure, the inner wall forming corrugations, a cooling fluid flowing between the two walls in the hollow of the corrugations. of the inner wall, so that the phase change material passes from the vapor phase to the liquid phase when it cools in contact with the inner wall.
  • the inner wall can form trapezoidal corrugations.
  • the outer wall to the enclosure and the inner wall to the enclosure may be arranged to form, between the two walls in the hollow of the corrugations of the inner wall, independent conduits in which the cooling fluid circulates.
  • the inner wall may form substantially parallel corrugations.
  • the inner wall may comprise, in the hollow of its corrugations on its side facing the outer wall, fins extending parallel to the corrugations.
  • the inner wall may comprise, in the hollow of its corrugations on its face facing the interior of the enclosure, fins extending orthogonally to the corrugations.
  • the fins may include disrupters.
  • the present invention also relates to a battery pack comprising such a device for cooling its electrochemical cells.
  • the present invention also relates to an electric or hybrid vehicle comprising such a pack.
  • the present invention finally relates to a stationary system for storing and restoring solar and / or wind energy comprising such a pack.
  • the present invention In addition to improving the efficiency of the means for condensing the PCM by increasing the heat exchange surfaces, the present invention also has the main advantage of being very simple to implement, requiring in particular neither circulation pump nor compressor.
  • the following exemplary embodiment relates to the field of electric or hybrid vehicles, the present invention is applicable in many other fields where it is necessary to condense a PCM.
  • the field of nuclear power plants where the reactor is enclosed in a chamber in which water is sprayed under certain conditions.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment according to the invention, constituted by a battery pack 1 of an electric vehicle comprising an enclosure 6 of parallelepipedal shape closed by a cover 8.
  • the enclosure 6 extends in a longitudinal direction Y, in a transverse direction X and in a vertical direction Z.
  • a stack 5 of electrochemical cells prismatic type "pouch" according to the English terminology, all substantially identical.
  • Such a cell is formed by stacking a positive electrode, various separators and a negative electrode.
  • the thermal conductivity of a cell in the direction of the plane of its electrodes, which can be likened to the plane (X, Y) of the cell, is much greater than in the direction Z normal to this plane.
  • the cooling by the four edges makes it possible to drain more efficiently the calories released within cells than by the two faces.
  • the cells are stacked with their faces in contact with each other and with their four edges in contact with a phase change dielectric liquid 7 previously poured into the enclosure 6, so as to fill it at least partially.
  • a device for maintaining the stack 5, not illustrated in FIG. 1 can ensure the mechanical strength and the connectivity of the stack 5, as well as limit the swelling of the cells. However, this device must not prevent a major part of the edges is in contact with the liquid 7.
  • a cold fluid 21 ' air for example, circulates naturally on the outer walls of the pack 1, to cool them. In particular, the cold fluid 21 'is passed over its upper part formed by the cover 8, illustrated in detail in FIGS. 2a and 2b.
  • Figures 2a and 2b illustrate two embodiments of the cover 8. It consists of a substantially flat outer wall 20 and an inner wall 22 forming trapezoidal corrugations.
  • the corrugations form a single duct in the body of the cover 8, this duct extending in the longitudinal direction Y of the enclosure 6.
  • the corrugations advantageously form, in the body of the cover 8, six trapezoidal ducts. and independent of each other (ie they are not communicating).
  • the ducts extend in the longitudinal direction Y of the enclosure 6. In these ducts circulates the cold fluid 21.
  • Each trapezoidal corrugation of the wall 22 may comprise fins 23 disposed on the face of the wall 22 facing the outer wall 20, where the cold fluid 21 circulates.
  • the fins 23 extend in the same longitudinal direction Y as the ducts. They make it possible not only to increase the heat exchange surface between the cold fluid 21 and the wall 22, but also to channel the circulation of the cold fluid 21 in the longitudinal direction Y of the conduits.
  • the fins 23 are arranged only on the substantially non-horizontal walls of the corrugations, the horizontal walls of the corrugations being in turn in contact with the outer wall 20.
  • Each trapezoidal corrugation of the wall 22 may also comprise fins 24 disposed on the face of the wall 22 facing the inside of the enclosure 6.
  • the fins 24 extend in the transverse direction X of the enclosure 6. They are therefore orthogonal to the fins 23.
  • a first step starting from the start of a charging or discharging cycle of the battery pack 1, the cells forming the stack 5 heat the liquid 7, which remains in the liquid state until its temperature of evaporation is reached. It should be noted that, as the liquid 7 does not evaporate, the pack 1 is not cooled and it heats up. On the other hand, as soon as the liquid 7 begins to evaporate, as illustrated by the rising arrows in FIG. 1, this causes a significant cooling and an increase in the volume of the fluid 7 in the enclosure 6, and therefore an increase in the pressure in the chamber 6. During the entire phase of temperature rise of the cells, the temperature difference between the chamber 6 and the cold fluid 21 increases gradually.
  • the vapor 7 which rises inside the enclosure 6 condenses in contact with the upper wall 22 cooled by the fluid 21: the heat is transferred to the cold fluid 21 through the cold wall 22.
  • the condensed fluid 7 falls into droplets at the bottom of the enclosure 6.
  • the fins 24 make it possible to increase the heat exchange surface between the fluid 7 and the wall 22, this without opposing the rise of the steam 7 (in fact, a longitudinal orientation of the fins 24 identical to the orientation of the fins 23 would have partially prevented the steam 7 to climb to the wall 22, particularly at the walls non-horizontal ripples).
  • the fins 23 and 24 may have smooth surfaces or with disrupters to increase the exchange coefficient.
  • the internal upper wall 22 of the enclosure 6, in which the heating stack 5 is enclosed is used as a thermal interface between the fluids 7 and 21.
  • the side walls and the bottom of the enclosure 6 are also used as thermal interfaces, but they are much less effective. Indeed, in the cooling mode considered by evaporation-condensation, the steam 7 tends to rise naturally, and to remain in contact with the upper inner wall 22, while for the other walls of the enclosure 6, the contact with the Steam 7 is significantly lower.
  • a cold fluid 21, for example forced air in accordance with the two embodiments described above, the steam 7 is cooled much more effectively inside the enclosure 6 that if one is satisfied with the cooling by the fluid 21 '.
  • the special structure of the cover 8 according to the invention increases considerably, compared to a flat structure, the exchange surface between the fluid 7 and the fluid 21.
  • this special structure makes it possible to have a unidirectional horizontal flow of the cold fluid 21, so as to intensify the heat exchanges and thus further increase the performances.
  • this special structure may also comprise the fins 23 and 24, which further increase the exchange surfaces, channel the flow of cold fluids, and in addition make it possible to increase the mechanical strength of the lid 8, this is not negligible given the sharp increase in the pressure in the chamber 6 when the fluid 7 evaporates.
  • the walls 20 and 22 can be dimensioned as thin as possible, in order to reduce the thermal conduction resistance of these walls.
  • the trapezoidal structure of the corrugations also offers good mechanical strength, and therefore good resistance to pressure. It is thus possible to reduce the thickness of the walls 20 and 22 of the structure, in order to increase the air permeability and to reduce the thermal resistance.
  • the increase of the exchange surface depends on the width of the undulations in the wall 22 and their number. We can thus reduce their width and increase their number to increase the exchange surface.
  • this exchange surface can be increased without increasing the height of pack 1, which is an advantage to facilitate the integration of pack 1 under the cover of FIG. a vehicle.
  • the height of the fins 23 is also reduced, which increases their efficiency. This is an advantage of the structure according to FIG. 2a: if the number of corrugations is greater than that of the structure according to FIG. 2b, it may have a greater exchange surface area than that of the structure according to FIG. Figure 2b, without the need to increase the height of the cover 8.
  • the structure according to the invention makes it possible to obtain a very simple system, which requires neither an air circulation pump nor a compressor. of steam.
  • high ambient temperature 45 ° C., for example
  • the width and the number of trapeziums can be adapted to increase the exchange surface between air and steam, which is the main sizing parameter.
  • the structure according to the invention automatically adapts to the modularity of pack 1 since, as the number of cells increases in stack 5, the surface of pack 1 also increases and the surface of the air / vapor interface also increases.
  • the structure according to the invention can also be applied to any stationary cooling system, for example to cool the battery packs and the electronic power system for storage and retrieval of solar or wind energy.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'un élément apte à chauffer. Le dispositif comporte une enceinte fermée par un couvercle, l'enceinte contenant une quantité d'un matériau à changement de phase apte à passer de la phase liquide à la phase vapeur, ainsi que l'élément apte à chauffer, plongé au moins partiellement dans le matériau à changement de phase, de sorte que ledit matériau passe de la phase liquide à la phase vapeur lorsque l'élément chauffe. Le couvercle est constitué d'une paroi externe à l'enceinte, la paroi externe étant solidaire d'une paroi interne à l'enceinte, la paroi interne formant des ondulations, un fluide de refroidissement circulant entre les deux parois dans le creux des ondulations de la paroi interne, de sorte que le matériau à changement de phase repasse de la phase vapeur à la phase liquide lorsqu'il se refroidit au contact de la paroi interne. Application: automobile

Description

Dispositif de refroidissement d'un élément apte à chauffer, notamment un pack de batterie pour véhicule électrique
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'un élément apte à chauffer. Elle s'applique notamment, mais pas exclusivement, aux packs de batteries de traction des véhicules électriques (VE) et des véhicules électriques hybrides (VEH).
La batterie de traction d'un VE ou d'un VEH, notamment une batterie de cellules électrochimiques de type lithium-ion (Li-ion), subit régulièrement des phases de charge et de décharge, entraînant un échauffement qui peut être important. Il est donc nécessaire de la refroidir efficacement afin, d'une part, de maintenir son niveau de performance, et d'autre part de limiter son vieillissement.
La densité de puissance de ces batteries a tendance à augmenter afin de satisfaire aux besoins en termes d'autonomie et de charge rapide. Un refroidissement par liquide, généralement de l'eau glycolée, permet de satisfaire à ces besoins. Mais l'eau étant également un bon conducteur électrique, un inconvénient de ce type de solution est que les contraintes de sécurité (e.g. pour éviter tout risque de court-circuit, notamment en cas de choc) les rendent très complexes à mettre en œuvre. Ainsi, l'eau est classiquement contenue dans une plaque, elle-même mise en contact avec les cellules électrochimiques. Le contact entre les cellules et l'eau est donc indirect, diminuant d'autant l'efficacité du système.
Dans le but de remédier à cet inconvénient, la demande de brevet WO2014176320A2 divulgue une batterie de VE comportant une enceinte remplie partiellement d'un matériau à changement de phase liquide-vapeur (« L-V PCM » pour « Liquid-Vapor Phase Change Material » selon la dénomination anglo-saxonne, comme de l'eau ou de l'alcool par exemple) et fermée hermétiquement sous vide d'air. Des cellules électrochimiques prismatiques sont disposées verticalement au fond de l'enceinte, de sorte qu'un bord de chaque cellule trempe dans le PCM en phase liquide. L'enveloppe de chaque cellule est recouverte d'une fine structure hydrophile permettant au PCM liquide d'imbiber par capillarité l'ensemble de l'enveloppe. Le PCM passe de la phase liquide à la phase vapeur par échauffement dans la structure hydrophile, lorsque les cellules fonctionnent (durant les charges et les décharges). Différentes solutions y sont proposées pour recondenser le PCM, de telle sorte que le PCM retombe en gouttes sur les cellules recouvertes par la structure hydrophile. Ainsi, les cellules « baignent » dans le PCM liquide malgré la faible quantité de PCM dans l'enceinte.
Un autre inconvénient majeur de cette solution tient à l'efficacité limitée des moyens permettant de condenser le PCM sur la paroi supérieure de l'enceinte. Il s'agit là d'un inconvénient que la présente invention se propose de résoudre.
L'invention a notamment pour but de remédier à ce dernier inconvénient, en proposant une solution qui améliore l'efficacité des moyens pour condenser le PCM, ceci en augmentant la surface d'échange thermique. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'un élément apte à chauffer. Le dispositif comporte une enceinte fermée par un couvercle, l'enceinte contenant une quantité d'un matériau à changement de phase apte à passer de la phase liquide à la phase vapeur, ainsi que l'élément apte à chauffer, plongé au moins partiellement dans le matériau à changement de phase, de sorte que ledit matériau passe de la phase liquide à la phase vapeur lorsque l'élément chauffe. Le couvercle est constitué d'une paroi externe à l'enceinte, la paroi externe étant solidaire d'une paroi interne à l'enceinte, la paroi interne formant des ondulations, un fluide de refroidissement circulant entre les deux parois dans le creux des ondulations de la paroi interne, de sorte que le matériau à changement de phase repasse de la phase vapeur à la phase liquide lorsqu'il se refroidit au contact de la paroi interne. Avantageusement la paroi interne peut former des ondulations trapézoïdales.
Avantageusement, la paroi externe à l'enceinte et la paroi interne à l'enceinte peuvent être agencées de manière à former, entre les deux parois dans le creux des ondulations de la paroi interne, des conduits indépendants dans lesquels circulent le fluide de refroidissement.
Par exemple, la paroi interne peut former des ondulations sensiblement parallèles. Par exemple, la paroi interne peut comporter, dans le creux de ses ondulations sur sa face en regard de la paroi externe, des ailettes s'étendant parallèlement aux ondulations. Par exemple, la paroi interne peut comporter, dans le creux de ses ondulations sur sa face en regard de l'intérieur de l'enceinte, des ailettes s'étendant orthogonalement aux ondulations.
Dans un mode de réalisation, les ailettes peuvent comporter des perturbateurs.
La présente invention a également pour objet un pack de batterie comportant un tel dispositif pour refroidir ses cellules électrochimiques.
La présente invention a également pour objet un véhicule électrique ou hybride comportant un tel pack.
La présente invention a enfin pour objet un système stationnaire de stockage et de restitution d'énergie solaire et/ou éolienne comportant un tel pack.
Outre d'améliorer l'efficacité des moyens pour condenser le PCM en augmentant les surfaces d'échange thermique, la présente invention a encore pour principal avantage d'être très simple à mettre en œuvre, ne nécessitant notamment ni pompe de circulation ni compresseur. Même si l'exemple de réalisation qui suit concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides, la présente invention est applicable dans de nombreux autres domaines où il est nécessaire de condenser un PCM. On pourrait citer par exemple le domaine des centrales nucléaires, où le réacteur est enfermé dans une enceinte dans laquelle on pulvérise de l'eau à certaines conditions.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des figures annexées 1 , 2a et 2b qui illustrent deux exemples de réalisation de l'invention.
La figure 1 illustre un exemple de réalisation selon l'invention, constitué par un pack batterie 1 de véhicule électrique comportant une enceinte 6 de forme parallélépipédique fermée par un couvercle 8. L'enceinte 6 s'étend dans une direction longitudinale Y, dans une direction transversale X et dans une direction verticale Z. Dans l'enceinte 6 est disposé un empilement 5 de cellules électrochimiques prismatiques de type « pouch » selon la terminologie anglo-saxonne, toutes sensiblement identiques. Une telle cellule est formée par empilement d'une électrode positive, de divers séparateurs et d'une électrode négative. La conductivité thermique d'une cellule dans le sens du plan de ses électrodes, que l'on peut assimiler au plan (X,Y) de la cellule, est bien plus importante que dans le sens Z normal à ce plan. Ainsi, le refroidissement par les quatre bords permet de drainer plus efficacement les calories dégagées au sein de cellules que par les deux faces. Ainsi, les cellules sont empilées avec leurs faces en contact l'une de l'autre et avec leurs quatre bords au contact d'un liquide diélectrique 7 à changement de phase préalablement versé dans l'enceinte 6, de manière à la remplir au moins partiellement. Un dispositif de maintien de l'empilement 5, non illustré sur la figure 1 , peut assurer la tenue mécanique et la connectivité de l'empilement 5, ainsi que limiter le gonflement des cellules. Ce dispositif ne doit néanmoins pas empêcher qu'une majeure partie des bords soit au contact avec le liquide 7. Un fluide froid 21 ', de l'air par exemple, circule naturellement sur les parois externes du pack 1 , afin de les refroidir. Notamment, on fait passer le fluide froid 21 ' sur sa partie supérieure formée par le couvercle 8, illustré en détails aux figures 2a et 2b.
Les figures 2a et 2b illustrent deux modes de réalisation du couvercle 8. Il se compose d'une paroi externe 20 sensiblement plane et d'une paroi interne 22 formant des ondulations trapézoïdales.
Dans l'exemple de la figure 2b, où la paroi ondulée 22 est agencée à une certaine distance de la paroi externe 20, les ondulations forment un unique conduit dans le corps du couvercle 8, ce conduit s'étendant selon la direction longitudinale Y de l'enceinte 6. Un fluide froid 21 , de l'air par exemple, circule dans ce large conduit.
Dans l'exemple de la figure 2a (qui correspond à l'exemple de la figure 1 ), où la paroi ondulée 22 peut être agencée contre la paroi externe 20, les ondulations forment avantageusement, dans le corps du couvercle 8, six conduits trapézoïdaux et indépendants l'un de l'autre (i.e. ils ne sont pas communiquant). Les conduits s'étendent selon la direction longitudinale Y de l'enceinte 6. Dans ces conduits circule le fluide froid 21 .
Chaque ondulation trapézoïdale de la paroi 22 peut comporter des ailettes 23 disposées sur la face de la paroi 22 en regard de la paroi externe 20, là où circule le fluide froid 21 . Les ailettes 23 s'étendent selon la même direction longitudinale Y que les conduits. Elles permettent non seulement d'augmenter la surface d'échange thermique entre le fluide froid 21 et la paroi 22, mais également de canaliser la circulation du fluide froid 21 dans la direction longitudinale Y des conduits. Dans l'exemple de la figure 2a, les ailettes 23 sont disposées uniquement sur les parois sensiblement non horizontales des ondulations, les parois horizontales des ondulations étant quant à elles au contact de la paroi externe 20. Dans l'exemple de la figure 2b, une paroi horizontale supérieure des ondulations n'étant pas au contact de la paroi externe 20, des ailettes 25 y sont également disposées, de sorte qu'il y a plus d'ailettes dans l'exemple de la figure 2b que dans l'exemple de la figure 2a. Toutefois, l'exemple de la figure 2b nécessite une plus grande hauteur du couvercle 8, et donc un encombrement plus important du pack 1 .
Chaque ondulation trapézoïdale de la paroi 22 peut également comporter des ailettes 24 disposées sur la face de la paroi 22 en regard de l'intérieur de l'enceinte 6. Les ailettes 24 s'étendent selon la direction transversale X de l'enceinte 6. Elles sont donc orthogonales aux ailettes 23.
Dans un premier temps, à partir du démarrage d'un cycle de charge ou de décharge du pack batterie 1 , les cellules formant l'empilement 5 chauffent le liquide 7, qui reste à l'état liquide jusqu'à ce que sa température d'évaporation soit atteinte. Il faut noter que, tant que le liquide 7 ne s'évapore pas, le pack 1 n'est pas refroidi et qu'il s'échauffe. Par contre, dès que le liquide 7 commence à s'évaporer, comme illustré par les flèches montantes sur la figure 1 , cela provoque un refroidissement important et une augmentation du volume du fluide 7 dans l'enceinte 6, et donc une augmentation de la pression dans l'enceinte 6. Pendant toute la phase de montée en température des cellules, l'écart de température entre l'enceinte 6 et le fluide froid 21 augmente progressivement. Par conséquent, la vapeur 7 qui monte à l'intérieur de l'enceinte 6 se condense au contact de la paroi supérieure 22 refroidie par le fluide 21 : la chaleur est cédée au fluide froid 21 à travers cette paroi froide 22. Comme illustré sur la figure 1 par des flèches descendantes, le fluide 7 condensé retombe en gouttelettes au fond de l'enceinte 6. Il est à noter que les ailettes 24 permettent d'augmenter la surface d'échange thermique entre le fluide 7 et la paroi 22, ceci sans s'opposer à la montée de la vapeur 7 (en effet, une orientation longitudinale des ailettes 24 identique à l'orientation des ailettes 23 aurait partiellement empêché la vapeur 7 de monter jusqu'à la paroi 22, notamment au niveau des parois non horizontales des ondulations). Les ailettes 23 et 24 peuvent présenter des surfaces lisses ou avec des perturbateurs pour augmenter le coefficient d'échange. Selon la présente invention, on utilise donc principalement la paroi supérieure interne 22 de l'enceinte 6, dans laquelle l'empilement 5 chauffant est enfermé, comme interface thermique entre les fluides 7 et 21 . Les parois latérales et le fond de l'enceinte 6 sont aussi utilisés comme interfaces thermiques, mais elles sont beaucoup moins efficaces. En effet dans le mode de refroidissement considéré par évaporation-condensation, la vapeur 7 a tendance à monter naturellement, et à rester en contact avec la paroi interne supérieure 22, alors que pour les autres parois de l'enceinte 6, le contact avec la vapeur 7 est nettement plus faible. Tout d'abord, en faisant circuler dans les conduits un fluide froid 21 , par exemple de l'air de manière forcée, conformément aux deux modes réalisation précédemment décrits, on refroidit bien plus efficacement la vapeur 7 à l'intérieur de l'enceinte 6 que si on se contente du refroidissement par le fluide 21 '. Par rapport à l'état de la technique, la structure spéciale du couvercle 8 selon l'invention, avec ses ondulations dans la paroi interne 22, augmente considérablement, comparée à une structure plane, la surface d'échange entre le fluide 7 et le fluide 21 . De plus, cette structure spéciale permet d'avoir un écoulement horizontal unidirectionnel du fluide froid 21 , de sorte à intensifier les échanges thermiques et ainsi augmenter encore les performances.
Dans un mode de réalisation préféré, cette structure spéciale peut également comporter les ailettes 23 et 24, qui augmentent encore les surfaces d'échange, canalisent l'écoulement des fluides froids, et permettent en plus d'augmenter la tenue mécanique du couvercle 8, ce qui n'est pas négligeable compte-tenu de la forte augmentation de la pression dans l'enceinte 6 quand le fluide 7 s'évapore. Ainsi, les parois 20 et 22 peuvent être dimensionnées aussi minces que possible, afin de diminuer la résistance thermique de conduction de ces parois. La structure en trapèze des ondulations offre également une bonne résistance mécanique, et donc une bonne résistance à la pression. On peut ainsi réduire l'épaisseur des parois 20 et 22 de la structure, afin d'augmenter la perméabilité à l'air et de diminuer la résistance thermique. Pour une même largeur selon l'axe transversal X du pack batterie 1 , l'augmentation de la surface d'échange dépend de la largeur des ondulations dans la paroi 22 et de leur nombre. On peut ainsi diminuer leur largeur et augmenter leur nombre pour augmenter la surface d'échange. En limitant la hauteur du trapèze formant chaque ondulation, et en augmentant leur nombre, on peut augmenter cette surface d'échange sans augmenter la hauteur de pack 1 , ce qui est un avantage pour faciliter l'intégration du pack 1 sous le capot d'un véhicule. En diminuant la largeur du trapèze, on diminue aussi la hauteur des ailettes 23, ce qui augmente leur efficacité. C'est là un avantage de la structure selon la Figure 2a : si le nombre d'ondulations y est supérieur à celui de la structure selon la Figure 2b, elle peut avoir une surface d'échange plus importante que celle de la structure selon la Figure 2b, sans nécessité d'augmenter le hauteur du couvercle 8.
Appliquée au refroidissement du pack batterie 1 de véhicule électrique (ou de composants de son système électronique de puissance), la structure selon l'invention permet d'obtenir un système très simple, qui ne nécessite ni pompe de circulation de l'air ni compresseur de vapeur. A forte température ambiante (45°C, par exemple), on peut aussi utiliser l'air climatisé sortant de l'habitacle qui est à une température de l'ordre de 30°C comme fluide 21 passant au-dessus du pack 1 , ce qui évite d'utiliser un évaporateur spécifique pour refroidir l'air avant de passer au-dessus du pack 1 . En roulage, on peut avoir une prise d'air pour faire circuler l'air extérieur au-dessus du pack 1 , sans faire fonctionner un ventilateur spécifique. Ceci réduit la consommation électrique du système. Selon la puissance thermique du pack 1 , on peut adapter la largeur et le nombre de trapèzes pour augmenter la surface d'échange entre l'air et vapeur, qui est le paramètre principal de dimensionnement. La structure selon l'invention s'adapte automatiquement à la modularité du pack 1 puisque, lorsque le nombre de cellules augmente dans l'empilement 5, la surface du pack 1 augmente aussi et la surface de l'interface air/vapeur augmente aussi.
Enfin, la structure selon l'invention peut également être appliquée à tout système de refroidissement stationnaire, par exemple pour refroidir les packs de batterie et le système électronique de puissance pour stockage et restitution de l'énergie solaire ou éolienne.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de refroidissement d'un élément (5) apte à chauffer, le dispositif comportant une enceinte (6) fermée par un couvercle (8), l'enceinte contenant :
une quantité d'un matériau (7) à changement de phase, apte à passer de la phase liquide à la phase vapeur ;
l'élément apte à chauffer, plongé au moins partiellement dans le matériau à changement de phase, de sorte que ledit matériau passe de la phase liquide à la phase vapeur lorsque l'élément chauffe ;
le dispositif étant caractérisé en ce que le couvercle est constitué d'une paroi (20) externe à l'enceinte, la paroi externe étant solidaire d'une paroi (22) interne à l'enceinte, la paroi interne formant des ondulations, un fluide de refroidissement (21 ) circulant entre les deux parois dans le creux des ondulations de la paroi interne, de sorte que le matériau à changement de phase repasse de la phase vapeur à la phase liquide lorsqu'il se refroidit au contact de la paroi interne.
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la paroi (22) interne forme des ondulations trapézoïdales.
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la paroi (20) externe à l'enceinte (6) et la paroi (22) interne à l'enceinte sont agencées de manière à former, entre les deux parois dans le creux des ondulations de la paroi interne, des conduits indépendants dans lesquels circulent le fluide de refroidissement (21 ).
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la paroi interne forme des ondulations sensiblement parallèles.
Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi interne (22) comporte, dans le creux de ses ondulations sur sa face en regard de la paroi externe (20), des ailettes (23) s'étendant parallèlement aux ondulations.
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi interne (22) comporte, dans le creux de ses ondulations sur sa face en regard de l'intérieur de l'enceinte (8), des ailettes (24) s'étendant orthogonalement aux ondulations.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les ailettes (23, 24) comportent des perturbateurs.
8. Pack (1 ) de batterie comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour refroidir ses cellules électrochimiques (5). 9. Véhicule électrique ou hybride comportant un pack (1 ) selon la revendication 8.
10. Système stationnaire de stockage et de restitution d'énergie solaire et/ou éolienne comportant un pack (1 ) selon la revendication 8.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11448473B2 (en) * 2019-04-23 2022-09-20 Abb Schweiz Ag Heat exchanging arrangement and subsea electronic system
CN116759703A (zh) * 2023-08-17 2023-09-15 深圳海辰储能控制技术有限公司 电池装置及其控制方法、储能设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000055887A2 (fr) * 1999-03-15 2000-09-21 Continental Isad Electronic Systems Gmbh & Co. Ohg Boitier pour circuits electroniques
DE20020270U1 (de) * 2000-11-29 2001-03-29 Harting Automotive Gmbh & Co Hermetisch dichtes Gehäuse
DE102009006216A1 (de) * 2009-01-27 2010-07-29 Modine Manufacturing Co., Racine Kühlvorrichtung und Herstellungsverfahren
WO2014176320A2 (fr) 2013-04-23 2014-10-30 Xiaodong Xiang Mécanisme de refroidissement pour des batteries à l'aide de matériaux de changement de phase l-v

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000055887A2 (fr) * 1999-03-15 2000-09-21 Continental Isad Electronic Systems Gmbh & Co. Ohg Boitier pour circuits electroniques
DE20020270U1 (de) * 2000-11-29 2001-03-29 Harting Automotive Gmbh & Co Hermetisch dichtes Gehäuse
DE102009006216A1 (de) * 2009-01-27 2010-07-29 Modine Manufacturing Co., Racine Kühlvorrichtung und Herstellungsverfahren
WO2014176320A2 (fr) 2013-04-23 2014-10-30 Xiaodong Xiang Mécanisme de refroidissement pour des batteries à l'aide de matériaux de changement de phase l-v

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11448473B2 (en) * 2019-04-23 2022-09-20 Abb Schweiz Ag Heat exchanging arrangement and subsea electronic system
CN116759703A (zh) * 2023-08-17 2023-09-15 深圳海辰储能控制技术有限公司 电池装置及其控制方法、储能设备
CN116759703B (zh) * 2023-08-17 2024-01-23 深圳海辰储能控制技术有限公司 电池装置及其控制方法、储能设备

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