WO2019115942A1 - Dispositif de régulation thermique à plaques pour module de batteries - Google Patents

Dispositif de régulation thermique à plaques pour module de batteries Download PDF

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WO2019115942A1
WO2019115942A1 PCT/FR2018/053232 FR2018053232W WO2019115942A1 WO 2019115942 A1 WO2019115942 A1 WO 2019115942A1 FR 2018053232 W FR2018053232 W FR 2018053232W WO 2019115942 A1 WO2019115942 A1 WO 2019115942A1
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pads
plate
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studs
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PCT/FR2018/053232
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English (en)
Inventor
Christophe Denoual
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples

Definitions

  • Devices for regulating the temperature of the modules are therefore implemented to optimize the operation of the modules.
  • the heat transfer fluid can thus absorb the heat emitted by each module to cool or as needed, it can bring him heat if the temperature of the module is insufficient for its proper operation.
  • This regulation of the temperature of the battery, and in particular its cooling is provided by means of a coolant, such as water or brine, which circulates in the conduits of a circuit placed inside.
  • a coolant such as water or brine
  • thermoregulatory plate temperature control device in contact with the electrical modules, so as to regulate their temperature by thermal conduction.
  • Each of the plates thus has a cavity limited by a lateral peripheral wall and a bottom, and an opening opposite to the bottom.
  • the plate comprises a flat peripheral rim bordering the opening.
  • IA and IB consists in manufacturing two plates 9a, 9b each having a plurality of pads 91 for disrupting the flow of fluid to optimize heat exchange.
  • These pads 91 allow on the one hand, delimit the heat transfer fluid circulation circuit, and on the other hand, to ensure the mechanical strength of the thermal control device.
  • the top of the support pads is flush with the plane of the open surface of the plate.
  • the plate height H1 is meant the distance measured between the internal face 92 of the bottom wall of the plate and the edge of the plate or the joint plane 93 of the two plates 9a, 9b after assembly.
  • the height H2 of the stud is measured between the internal face 92 of the bottom wall of the plate and the top 911 of the stud 91, which is here in the same plane as the joint plane 93.
  • the height H3 of the coolant circulation channel is here equal to twice the plate height H1, which is twice the height H2 of the pads.
  • this type of thermal regulation device is arranged and bonded between two battery modules.
  • the thermal exchange surfaces of the device must in this case present optimal flatness.
  • the top of the pads of one of said plates bears on the flat surface of the inner face of the other of said plates.
  • the invention thus proposes a heat exchange device consisting of two contiguous plates, each plate having a plurality of studs extending within the conduit and coming to bear against the flat surface of the inner face of the opposite plate which is extends between the pads of this opposite plate.
  • the pads of the first plate are offset from those of the second plate, and do not bear against them.
  • the pads of the first plate are arranged vis-à-vis a flat portion of the bottom wall of the second plate, and vice versa. The joining, plates between them is thus facilitated and more effective.
  • the invention makes it possible to eliminate, or at least reduce, the risks that the fastening of the plates is defective because of the misalignment of the pads with one another, or because of the dimensional differences (dispersion) observed on the height of the plates. studs during the manufacture of the plates.
  • the mechanical strength of the device is, therefore, optimized.
  • the number, shape and dimensions of the pads can be reduced compared to the prior art, which improves the flatness of the heat exchange walls of the plates.
  • the pads are distributed on the internal faces of the first plate and the second plate so that they are arranged in a staggered manner within said conduit.
  • each plate has a plurality of pads distributed differently over the width and length of each plate so that they are arranged in staggered rows when the plates are secured.
  • An arrangement of the staggered blocks makes it possible on the one hand to optimize the mechanical strength of the device since support points are regularly distributed over the entire device, and on the other hand, to optimize the distribution of the heat transfer fluid. in the circulation channel so as to limit the pressure drop of the coolant during its circulation in the device and to improve the heat exchange with the modules.
  • This particular configuration also makes it possible to reduce the number and the dimensions of the pads in order to improve the flatness of the walls of the plates.
  • the first and second plates are secured by brazing.
  • said plates each have a peripheral rim, said plates being brazed together at their respective rim as well as at the level of the contact zone between the top of the pads of a plate and the flat surface of the inner face of the other plate.
  • the brazing of the plates between them takes place between two flat surfaces, either between the respective flanges of the plates, or between the top of the pads of a plate and the flat surface of the inner face of the other plate.
  • the mechanical strength of the device is, therefore, optimized.
  • the pads have a flat top, the flat top of each of the pads of the first plate coming into contact with the flat surface of the internal face of the second plate, and vice versa.
  • brazing of the plates together is facilitated and more efficient since it is implemented between two flat surfaces, namely the flat top of the pads of one plate and the inner flat surface of the bottom wall of the other. plate.
  • the height of said pads is equal to the height of said heat transfer fluid circulation duct extending between the respective inner faces of said plates.
  • said conduit and said pads are formed by stamping the plates.
  • said plates are identical.
  • the die used by the stamping machine to make the first plate can also be used to make the second plate.
  • the height of said pads is equal to twice the height of said plates.
  • the invention further proposes a battery pack comprising at least one heat exchange device as described above for the regulation of at least one electric battery module.
  • said battery pack comprises at least two electric battery modules secured by gluing to said device and arranged on either side of said device.
  • Figure IA is a partial view of a thermal control device of the prior art
  • FIG. 1B illustrates a sectional view along the transverse plane A-A of the device of FIG. 1A;
  • Figure 2 is a perspective view of a thermal control device according to the invention.
  • Figure 3 is an exploded view of the thermal control device of Figure 2;
  • FIG 4 is a detail view of the thermal control device of Figure 2;
  • Figure 5 is a partial sectional view along the transverse plane B-B of the thermal control device of Figure 4.
  • FIG. 6 is an exploded and sectional view of a thermal control device according to the invention.
  • the heat exchange device of the invention which consists of two contiguous plates, is intended to be placed in thermal contact with at least one battery module whose temperature must be regulated within a battery pack.
  • a heat exchange device called thermal regulation device in the following description, is adapted to be disposed between at least two battery modules and to be secured by gluing them.
  • such a device is called “double-sided" in that each of the plates is in thermal contact with at least one battery module.
  • the device thermally regulates one or more battery modules arranged on one side of the device.
  • the thermal control device comprises two plates which are assembled to one another and which each have an outer face intended to be in thermal contact with at least one battery module.
  • Each of the plates comprises on its inner face or bottom wall (that is to say the face oriented towards the internal fluid circulation space or the face opposite to the outer face), a plurality of pads of shapes and identical dimensions.
  • the latter delimit an internal circulation circuit of a heat transfer fluid in which protruding pads ensuring the mechanical strength of the device.
  • the pads of the first plate are not arranged opposite the pads of the second plate, when the plates are secured.
  • the pads of the first plate are offset from those of the second plate and come into contact with the inner face of the second plate, and vice versa.
  • the pads of the first plate are arranged vis-à-vis and in contact with a flat portion of the inner face of the second plate, and vice versa.
  • the invention makes it possible to eliminate, or at least reduce, the risks that the brazing is defective because of a misalignment of the plates and / or dimensional differences (dispersions) conventionally observed on the height of the pads during the manufacture of plates.
  • the mechanical strength of the device is also optimized.
  • the number and dimensions of the pads can be reduced, which allows on the one hand to improve the flatness of the plate exchange surfaces, and on the other hand to reduce the risks of presence of air bubbles between the exchange surfaces of the device and the battery module (s) when they are bonded to the device.
  • FIGS 2 and 3 illustrate a thermal control device 1 according to one embodiment of the invention.
  • the thermal control device 1 comprises two heat-conducting hollow plates, namely a first plate 11a and a second plate 11b.
  • the first 11a and the second 11b plates are preferably manufactured by stamping and in a thermally conductive material.
  • first 11a and 11b stamped plates are made of aluminum for reasons of weight, thermal performance and ease of assembly.
  • the first 11a and 11b second plates each comprise side edges 110 interconnected by a bottom wall 112, the lateral edges extending inclined relative to the bottom wall 112.
  • the lateral edges 110 are extended by a peripheral rim 114 extending parallel to the bottom wall 112.
  • the bottom wall 112 has an external heat exchange face 111a facing outwardly of the thermal regulating device 1 and an inner surface, or heat transfer fluid circulation surface 111b facing towards the inside of the thermal regulation device 1. .
  • each plate 11a, 11b is intended to come into thermal contact with at least one battery module (not shown).
  • the battery module or modules are glued on the outer faces
  • the plates 11a, 11b are joined to each other in a sealed manner by brazing to form an inner conduit 116 inside which circulates a heat transfer fluid, which is here a cooling fluid.
  • the inner faces 111b of the first 11a and 11b second plates are arranged vis-à-vis one another and define an inner conduit 116 for circulating a heat transfer fluid in the device 1 of thermal regulation ( visible in Figure 5).
  • Each of the first 11a and 11b second plates comprises a plurality of pads, or protuberances, 113 protruding from the inner face 111b.
  • the pads 113 of the first plate 11a extend substantially perpendicularly from the inner face 111b of the first plate 11a to the opposite second plate 11b, and vice versa.
  • the pads 113 have a flat top so as to facilitate and increase the effectiveness of the brazing of the plates 11a, 11b between them.
  • the pads 113 are distributed over the length and the width of each plate, and are spaced from each other.
  • the first plate 11a comprises, on one of its edges 110 (the lateral edge located on the left in FIGS. 2 and 3), two semicircular shapes 117 defining, with the corresponding semicircular shapes 117 of the second plate 11b, an opening for receiving and securing an inlet connector 12a and an outlet connector 12b of the heat transfer fluid to the thermal control device 1.
  • FIG. 4 partially illustrates the thermal control device 1 of the invention after the first plate 11a has been joined to the second plate 11b (not visible in this figure) at their peripheral rim 114 and at the top of the studs 113.
  • the pads 113 (drawn in solid lines) of the first plate 11a are offset with respect to the pads 113 (drawn in broken lines) of the second plate 11b, in that they are not arranged opposite each other. .
  • FIG. 5 is a sectional view along the transverse plane BB of the thermal control device 1 of Figure 4, showing the configuration of the pads 113 in the device 1 thermal control after joining the first 11a and 11b second plates together.
  • the first 11a and 11b second plates are assembled so that their respective flanges 114 are located vis-à-vis and in contact.
  • the pads 113 of the first plate 11a are not located opposite the pads 113 of the second plate 11b.
  • the flat top of the pads 113 of the first plate 11a is in contact with the inner face 111b of the second plate 11b, and in particular with the flat surface 115 of the inner face 111b of the second plate 11b which extends between the studs 113.
  • the flat top of the pads 113 of the second plate 11b is in contact with the flat surface 115 of the inner face 111b of the first plate 11a.
  • the pads 113 have a height H5 (measured between the flat surface 115 of the inner face 111b of the corresponding plate and the top of the pad 113) greater than the height H4 of the plate (measured between the flat surface 115 of the inner face 111b of the plate and its flange 114), as illustrated in FIG.
  • the height H5 of the pads 113 is equal to the height H6 of the conduit 116 for circulating the coolant (measured between the internal faces 111b of the bottom wall 112 of the plates 11a, 11b).
  • the plates 11a and 11b are substantially identical and therefore have the same height H4.
  • the height H5 of the studs 113 which is equal to the height H6 of the conduit 116 for circulating the coolant, here corresponds to twice the height H4 of the plates 11a, 11b.
  • the temperature control device 1 comprises a first plate 11a having a height H4 different from the second plate 11b
  • the height H5 of the pads 113 would then be equal to the height H6 of the conduit 116 for circulating the coolant (but not would not be equal to twice the height H4 of plates 11a, 11b).
  • the brazing of the first 11a and 11b second plates between them is performed at the edges 114 and at the point or contact plane (called contact area) between the top of the pads 113 and the flat surface 115 of the face Internal 111b plates 11a, 11b.
  • the brazing of the first 11a and 11b second plates is thus simplified and optimized since the peaks of the pads 113 of each of the plates are soldered on a flat surface (in this case the flat surface 115) of the opposite plate.
  • This configuration in which the pads 113 of the first plate 11a are offset relative to the pads 113 of the second plate 11b, eliminates the risk of defective soldering in case of misalignment of the plates 11a, 11b with respect to the 'other.
  • the pads 113 of a plate being in contact with the flat surface of the internal face of the other plate, and not another pad as in the prior art, a possible misalignment of the plates 11a, 11b during brazing will not cause the plates 11a, 11b to fail to join together.
  • the studs have smaller dimensions than the studs of the prior art since it is no longer necessary for the studs to have a surface at the top which is important to ensure the alignment of the pads together during the assembly of the plates.
  • the depressions located on the external faces 111a, at the level of the pads 113 are of reduced dimensions and therefore require less glue to be filled during the bonding of the battery modules on the device 1 of thermal regulation.
  • the amount of glue necessary to secure the battery modules on the thermal control device 1 is reduced, and the manufacturing cost is therefore also.
  • the reduced dimensions of the pads make it possible to minimize the risk of the presence of air bubbles during bonding between the battery modules and the thermal regulation device 1.
  • Thermal exchanges between the thermal control device 1 and the battery modules stuck on the latter are, therefore, optimized.
  • Figure 6 is an exploded sectional view of a thermal control device 1 according to the invention showing the first 11a and second 11b plates arranged vis-à-vis before their joining.
  • the plates 11a and 11b are strictly identical, the second plate 11b being turned (180 ° rotation) with respect to the first plate 11a so that the internal faces 111b of the bottom walls 112 are disposed facing each other.
  • the semicircular shapes 117 for receiving the input connectors 12a and 12b of each of the plates 11a, 11b are located facing each other.
  • the die used by the stamping press to make the first plate 11a can also be used to manufacture the second plate 11b.
  • the plates 11a, 11b are joined together by brazing.
  • the plates 11a, 11b may have a layer of faded material ("clad" in English) which facilitates the assembly and brazing of the plates together.
  • Bonding by bonding is not limited to a particular type of adhesive (epoxy, silicone, polyurethane, mono / bi-components), nor to a particular curing process (called "curing" in English), such as at room temperature or at a predetermined temperature.
  • the plates are preferably obtained by a stamping process, such a method being simple and inexpensive.
  • the studs 113 are formed by deformation of the bottom wall 112.
  • stamping monoblock plates allows the deformation of the bottom wall and the formation of pads as described above.
  • the plates 11a, 11b constituting the thermal control device 1 have a thickness of less than 1.5 mm.
  • the thickness of the plates as well as the number and the dimensions of the pads are adapted in order to optimize the thermal performance and the mechanical strength of the thermal control device 1.
  • the internal faces of the plates may furthermore have additional walls configured to delimit a particular circuit for circulating the coolant.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'échange thermique pour la régulation d'au moins un module de batterie électrique comprenant des première et deuxième plaques thermoconductrices solidarisées entre elles de sorte à former un conduit interne de circulation d'un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide, la face interne de chacune des première et deuxième plaques présentant une pluralité de plots faisant saillie dans ledit conduit et une surface plane s'étendant entre lesdits plots. Selon l'invention, le sommet des plots d'une desdites plaques prend appui sur la surface plane de la face interne de l'autre desdites plaques.

Description

Dispositif de régulation thermique à plaques pour module de batteries
1. Domaine de l'invention
L'invention se rapporte au domaine de la régulation thermique de modules de batterie, notamment pour un véhicule automobile dont la propulsion est fournie en tout ou partie par une motorisation électrique.
Plus précisément, l'invention concerne la structure et la conception d’un dispositif de régulation thermique pour de tels modules de batterie. 2. Art antérieur
Dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules électriques formant un ou plusieurs modules disposées dans un boîtier de protection afin de former ce que l'on appelle un pack batterie.
Lors du fonctionnement du véhicule, les modules de batterie peuvent être soumis à des variations de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction.
Par conséquent, la régulation thermique des modules est essentielle afin, d'une part, de les maintenir en bon état et, d'autre part, d'assurer la fiabilité, l’autonomie, et la performance du véhicule.
Des dispositifs destinés à réguler la température des modules sont donc mis en oeuvre pour optimiser le fonctionnement des modules.
Un tel dispositif de régulation thermique, mis en contact thermique avec au moins un module de batterie, est parcouru par un fluide caloporteur et assure les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des modules.
Le fluide caloporteur peut ainsi absorber la chaleur émise par chaque module afin de le refroidir ou selon les besoins, il peut lui apporter de la chaleur si la température du module est insuffisante pour son bon fonctionnement.
Un problème posé réside dans le fait que durant leur fonctionnement, les batteries sont amenées à chauffer et risquent ainsi de s’endommager.
La régulation thermique de la batterie est, par conséquent, un point important.
En effet, la température de la batterie doit rester comprise entre 20°C et 40°C afin d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie.
Cette régulation de la température de la batterie, et notamment son refroidissement est assuré au moyen d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau ou de l'eau glycolée, qui circule dans les conduites d'un circuit placées à l'intérieur du boîtier du pack batterie et reliant un ou plusieurs dispositif de régulation thermique à plaques thermorégulatrices, en contact avec les modules électriques, de manière à réguler leur température par conduction thermique.
Ces dispositifs de régulation thermique sont généralement constitués de deux plaques métalliques brasées l’une sur l’autre. Ces plaques sont embouties de sorte à former une empreinte en creux.
Chacune des plaques présente ainsi une cavité limitée par une paroi périphérique latérale et un fond, et une ouverture opposée au fond. La plaque comprend un rebord plat périphérique bordant l’ouverture.
Après brasage des plaques l’une sur l’autre, les plaques délimitent un conduit dans lequel peut circuler un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide.
Il est connu dans les échangeurs thermiques à plaques d’utiliser des obstacles placés dans le conduit afin d’homogénéiser le fluide caloporteur qui y passe.
Plus précisément, une solution connue de l'art antérieur, illustrée sur les figures
IA et IB, consiste à fabriquer deux plaques 9a, 9b présentant chacune une pluralité de plots 91 permettant de perturber la circulation du fluide afin d’optimiser les échanges thermiques.
On note sur la figure IB que les plots 91 s'étendent à partir de la paroi de fond et sont situés en vis-à-vis après assemblage des plaques 9a, 9b entre elles.
Ces plots 91 permettent d'une part, de délimiter le circuit de circulation du fluide caloporteur, et d'autre part, d'assurer la tenue mécanique du dispositif de régulation thermique.
On entend par "tenue mécanique", d'une part la résistance du dispositif à la déformation vis-à-vis des efforts exercés lors de l'assemblage des plaques entre elles et, d'autre part, la résistance à la déformation et à l'éclatement dû aux contraintes de pression du fluide caloporteur lors du fonctionnement du dispositif. Les plots 91 des plaques 9a, 9b étant situés en vis-à-vis et en contact après assemblage des plaques entre elles, on note que la hauteur H2 des plots est égale à la hauteur H1 des plaques (comme illustré sur la figure IB).
En d'autres termes, le sommet des plots d’appui est affleurant avec le plan de la surface ouverte de la plaque.
On entend par la hauteur H1 de plaque, la distance mesurée entre la face interne 92 de la paroi de fond de la plaque et le rebord de la plaque ou le plan de joint 93 des deux plaques 9a, 9b après assemblage.
La hauteur H2 du plot se mesure entre la face interne 92 de la paroi de fond de la plaque et le sommet 911 du plot 91, qui se situe ici dans le même plan que le plan de joint 93.
La hauteur H3 du canal de circulation du fluide caloporteur, mesurée entre les parois de fond des deux plaques, est donc ici égale à deux fois la hauteur H1 de plaque, ce qui équivaut à deux fois la hauteur H2 des plots.
En cas de désalignement des plaques lors de leur brasage, les plots ne sont plus parfaitement en vis-à-vis, de sorte que le brasage des plots entre eux est fragilisé et la tenue mécanique du dispositif réduite.
En outre, les plaques étant fabriquées par emboutissage, la hauteur H2 des plots peut varier.
Les plots d’une même plaque peuvent donc présenter des écarts dimensionnels en termes de hauteur H2 (dispersion).
Ainsi, la disposition de deux plots en vis-à-vis engendre un cumul d’écarts dimensionnels, ce qui augmente les risques que deux plots situés en vis-à-vis ne soient pas en contact lors de l'assemblage des plaques entre elles et que la planéité des faces externes des plaques soit dégradée.
Cette solution de l’art antérieur n’est donc pas totalement satisfaisante en ce sens que les risques de mauvais brasage des plaques entre elles sont relativement importants, ce qui engendre des risques de fuites et de dysfonctionnement du dispositif du fait que la tenue mécanique du dispositif est fragilisée.
Par ailleurs, dans une mise en oeuvre particulière, ce type de dispositif de régulation thermique est disposé et collé entre deux modules de batterie.
Les surfaces d'échange thermique du dispositif doivent dans ce cas présenter une planéité optimale.
Or, la disposition, les dimensions et le nombre importants de plots mis en oeuvre dans un dispositif de l'art antérieur augmentent les risques de non planéité des surfaces d'échange et les risques de présence de bulles d'air entre le dispositif de régulation thermique et les modules de batterie, lors du collage de ces derniers sur le dispositif.
Ces bulles d'air peuvent dégrader les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et les modules disposés en contact thermique avec ce dernier.
La régulation de la température des modules de batterie par le dispositif de l’art antérieur n'est donc pas optimale.
3. Résumé de l'invention
La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes de l’état de l’art et propose un dispositif d’échange thermique pour la régulation d'au moins un module de batterie électrique comprenant des première et deuxième plaques thermoconductrices solidarisées entre elles de sorte à former un conduit interne de circulation d'un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide, la face interne de chacune des première et deuxième plaques présentant une pluralité de plots faisant saillie dans ledit conduit et une surface plane s'étendant entre lesdits plots.
Selon l'invention, le sommet des plots d’une desdites plaques prend appui sur la surface plane de la face interne de l’autre desdites plaques.
L'invention propose donc un dispositif d’échange thermique constitué de deux plaques accolées, chaque plaque présentant une pluralité de plots s'étendant au sein du conduit et venant prendre appui contre la surface plane de la face interne de la plaque opposée qui s'étend entre les plots de cette plaque opposée.
Cette approche est différente de celle de l'art antérieur en ce sens que les plots de l'une des plaques ne sont pas disposés en vis-à-vis des plots de l'autre plaque, lorsque les plaques sont solidarisées.
Selon l'approche de l'invention, les plots de la première plaque sont décalés par rapport à ceux de la deuxième plaque, et ne viennent pas en appui contre ces derniers.
En effet, les plots de la première plaque sont disposés en vis-à-vis d'une portion plane de la paroi de fond de la deuxième plaque, et vice versa. La solidarisation, des plaques entre elles est ainsi facilitée et plus efficace.
En effet, l'invention permet de supprimer, ou à tout le moins de réduire, les risques que la solidarisation des plaques soit défectueuse à cause du désalignement des plots entre eux, ou à cause des écarts dimensionnels (dispersion) observés sur la hauteur des plots lors de la fabrication des plaques.
La tenue mécanique du dispositif est, par conséquent, optimisée.
En outre, le nombre, la forme et les dimensions des plots peuvent être réduits par rapport à l'art antérieur, ce qui permet d'améliorer la planéité des parois d’échange thermique des plaques.
Ainsi, les échanges thermiques entre le dispositif d’échange thermique et le ou les modules de batterie en contact thermique avec ce dernier sont optimisés.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, les plots sont répartis sur les faces internes de la première plaque et de la deuxième plaque de sorte à ce qu’ils soient disposés en quinconce au sein dudit conduit.
Ainsi, chaque plaque présente une pluralité de plots répartis différemment sur la largeur et la longueur de chaque plaque de sorte à ce qu'ils soient disposés en quinconce lorsque les plaques sont solidarisées.
Une disposition des plots en quinconce permet d'une part, d'optimiser la tenue mécanique du dispositif puisque des points d'appui sont régulièrement répartis sur l'ensemble du dispositif, et d'autre part, d'optimiser la répartition du fluide caloporteur au sein du canal de circulation de sorte à limiter les pertes de charge du fluide caloporteur lors de sa circulation dans le dispositif et à améliorer les échanges thermiques avec les modules.
Cette configuration particulière permet en outre de réduire le nombre et les dimensions des plots afin d'améliorer la planéité des parois des plaques.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, les première et deuxième plaques sont solidarisées par brasage.
Cette technique de solidarisation peu coûteuse permet d'assurer au dispositif de l'invention une forte résistance à l'éclatement et aux déformations qui peuvent survenir du fait des fortes contraintes de pression apparaissant lors du fonctionnement du dispositif. Selon encore un autre aspect particulier de l'invention, lesdites plaques présentent chacune un rebord périphérique, lesdites plaques étant brasées entre-elles au niveau de leur rebord respectif ainsi qu'au niveau de la zone de contact entre le sommet des plots d'une plaque et la surface plane de la face interne de l’autre plaque.
Le brasage des plaques entre elles s'effectue entre deux surfaces planes, que ce soit entre les rebords respectifs des plaques, ou entre le sommet des plots d’une plaque et la surface plane de la face interne de l’autre plaque.
Ainsi, les risques que le brasage des plaques soit défectueux à cause du désalignement des plots entre eux sont supprimés.
La tenue mécanique du dispositif est, par conséquent, optimisée.
Selon un aspect particulier de l'invention, les plots présentent un sommet plat, le sommet plat de chacun des plots de la première plaque venant au contact de la surface plane de la face interne de la deuxième plaque, et vice-versa.
Ainsi, le brasage des plaques entre elles est facilité et plus efficace puisqu'il est mis en oeuvre entre deux surfaces planes, à savoir le sommet plat des plots d’une plaque et la surface intérieure plane de la paroi de fond de l’autre plaque.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, la hauteur desdits plots est égale à la hauteur dudit conduit de circulation du fluide caloporteur s'étendant entre les faces internes respectives desdites plaques.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit conduit et lesdits plots sont formés par emboutissage des plaques.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, lesdites plaques sont identiques.
Avant la solidarisation des plaques entre elles, il suffit de retourner la deuxième plaque par rapport à la première plaque de sorte que les faces internes des parois de fond soient disposées en vis-à-vis.
Plus particulièrement, lorsque les plaques sont fabriquées par emboutissage, la matrice utilisée par la presse à emboutir pour fabriquer la première plaque peut également être utilisée pour fabriquer la deuxième plaque.
Par conséquent, les changements d'outil sont minimisés et le coût de fabrication des plaques est ainsi optimisé.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, la hauteur desdits plots est égale à deux fois la hauteur desdites plaques. L'invention propose en outre un pack-batterie comprenant au moins un dispositif d’échange thermique tel que décrit précédemment pour la régulation d'au moins un module de batterie électrique.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit pack-batterie comprend au moins deux modules de batterie électrique solidarisés par collage audit dispositif et disposés de part et d'autre dudit dispositif.
4. Figures
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure IA est une vue partielle d’un dispositif de régulation thermique de l'art antérieur ;
- la figure IB illustre une vue en coupe selon le plan transversal A-A du dispositif de la figure IA ;
la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de régulation thermique conforme à l'invention ;
la figure 3 est une vue éclatée du dispositif de régulation thermique de la figure 2 ;
la figure 4 est une vue de détail du dispositif de régulation thermique de la figure 2 ;
la figure 5 est une vue en coupe partielle selon le plan transversal B-B du dispositif de régulation thermique de la figure 4 ; et
- la figure 6 est une vue éclatée et en coupe d’un dispositif de régulation thermique conforme à l’invention.
5. Description détaillée d'un mode de réalisation
Le dispositif d’échange thermique de l'invention, qui est constitué de deux plaques accolées, est destiné à être mis en contact thermique avec au moins un module de batterie dont la température doit être régulée au sein d’un pack batterie. Dans un exemple de mise en œuvre, un tel dispositif d'échange thermique, appelé dispositif de régulation thermique dans la suite de la description, est adapté pour être disposé entre au moins deux modules de batterie et pour être solidarisé par collage à ces derniers.
Dans ce mode de mise en œuvre, un tel dispositif est dit « double-face » en ce sens que chacune des plaques est en contact thermique avec au moins un module de batterie.
Dans un autre mode de mise en œuvre, le dispositif régule thermiquement un ou plusieurs modules de batterie disposés sur un seul côté du dispositif.
Le dispositif de régulation thermique comprend deux plaques qui sont assemblées l'une à l'autre et qui présentent chacune une face externe destinée à être en contact thermique avec au moins un module de batterie.
Chacune des plaques comprend sur sa face interne ou paroi de fond (c'est-à-dire la face orientée vers l’espace intérieur de circulation du fluide ou la face opposée à la face externe), une pluralité de plots de formes et de dimensions identiques.
Après solidarisation des plaques entre elles, ces dernières délimitent un circuit interne de circulation d'un fluide caloporteur dans lequel font saillie des plots assurant la tenue mécanique du dispositif.
Contrairement à l’art antérieur, les plots de la première plaque ne sont pas disposés en vis-à-vis des plots de la deuxième plaque, lorsque les plaques sont solidarisées.
En effet, conformément à l'invention, les plots de la première plaque sont décalés par rapport à ceux de la deuxième plaque et viennent en contact avec la face interne de la deuxième plaque, et inversement.
Ainsi, les plots de la première plaque sont disposés en vis-à-vis et en contact avec une portion plane de la face interne de la deuxième plaque, et vice versa.
La solidarisation, par brasage, des plaques entre elles est ainsi facilitée et plus efficace.
En effet, l'invention permet de supprimer, ou à tout le moins de réduire, les risques que le brasage soit défectueux à cause d'un désalignement des plaques et/ou des écarts dimensionnels (dispersions) observés classiquement sur la hauteur des plots lors de la fabrication des plaques. La tenue mécanique du dispositif est également optimisée.
Par ailleurs, comparé à l'art antérieur, le nombre et les dimensions des plots peuvent être réduits, ce qui permet d'une part d'améliorer la planéité des surfaces d'échanges des plaques, et d'autre part, de réduire les risques de présence de bulles d'air entre les surfaces d'échange du dispositif et le(s) module(s) de batterie lors du collage de ces derniers sur le dispositif.
Ainsi, les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et les modules de batterie en contact thermique avec ce dernier sont optimisés.
Les figures 2 et 3 illustrent un dispositif 1 de régulation thermique selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 1 de régulation thermique comprend deux plaques creuses thermoconductrices, à savoir une première plaque lia et une deuxième plaque 11b.
Les première lia et deuxième 11b plaques sont fabriquées, de préférence, par emboutissage et dans un matériau thermiquement conducteur.
Plus particulièrement, les première lia et deuxième 11b plaques embouties sont fabriquées en aluminium pour des questions de poids, de performances thermiques et de facilité d'assemblage.
Les première lia et deuxième 11b plaques comprennent chacune des bords latéraux 110 reliés entre eux par une paroi de fond 112, les bords latéraux s'étendant de façon inclinée par rapport à la paroi de fond 112.
Les bords latéraux 110 sont prolongés par un rebord 114 périphérique s'étendant parallèlement à la paroi de fond 112.
La paroi de fond 112 présente une face externe 111a d'échange thermique orientée vers l'extérieur du dispositif 1 de régulation thermique et une surface interne, ou surface de circulation du fluide caloporteur, 111b orientée vers l'intérieur du dispositif 1 de régulation thermique.
Selon une mise en oeuvre particulière, la face externe 111a de chaque plaque lia, 11b est destinée à venir en contact thermique avec au moins un module de batterie (non illustré).
De préférence, le ou les modules de batterie sont collés sur les faces externes
111a du dispositif de régulation thermique 1. Les plaques lia, 11b sont assemblées entre elles de façon étanche par brasage pour former un conduit interne 116 à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur, qui est ici un fluide de refroidissement.
Autrement dit, les faces internes 111b des première lia et deuxième 11b plaques sont disposées en vis-à-vis l'une de l'autre et délimitent un conduit interne 116 de circulation d'un fluide caloporteur dans le dispositif 1 de régulation thermique (visible sur la figure 5).
Chacune des première lia et deuxième 11b plaques comprend une pluralité de plots, ou protubérances, 113 faisant saillie par rapport à la face interne 111b.
En d'autres termes, les plots 113 de la première plaque lia s'étendent sensiblement perpendiculairement depuis la face interne 111b de la première plaque lia vers la deuxième plaque 11b opposée, et vice versa.
Préférentiellement, les plots 113 présentent un sommet plat de sorte à faciliter et augmenter l'efficacité du brasage des plaques lia, 11b entre elles.
Les plots 113 sont distribués sur la longueur et la largeur de chaque plaque, et sont espacés les uns des autres.
Par ailleurs, la première plaque lia comprend, sur un de ses bords 110 (le bord latéral situé à gauche sur les figures 2 et 3), deux formes semi-circulaires 117 définissant, avec les formes semi-circulaires 117 correspondantes de la deuxième plaque 11b, une ouverture permettant la réception et la solidarisation d'un connecteur d'entrée 12a et d'un connecteur de sortie 12b du fluide caloporteur au dispositif 1 de régulation thermique.
La figure 4 illustre partiellement le dispositif 1 de régulation thermique de l'invention après solidarisation de la première plaque lia avec la deuxième plaque 11b (non visible sur cette figure) au niveau de leur rebord 114 périphérique et au niveau du sommet des plots 113.
Il est à noter que les plots 113 (dessinés en traits continus) de la première plaque lia sont décalés par rapport aux plots 113 (dessinés en traits discontinus) de la deuxième plaque 11b, en ce sens qu’ils ne sont pas disposés en regard.
En l’espèce, les plots 113 sont disposés dans le dispositif 1 de régulation thermique selon une configuration sensiblement en quinconce. La figure 5 est une vue en coupe selon le plan transversal B-B du dispositif 1 de régulation thermique de la figure 4, montrant la configuration des plots 113 au sein du dispositif 1 de régulation thermique après solidarisation des première lia et deuxième 11b plaques entre elles.
Les première lia et deuxième 11b plaques sont assemblées de sorte que leurs rebords respectifs 114 soient situés en vis-à-vis et en contact.
Comme indiqué précédemment, les plots 113 de la première plaque lia ne sont pas situés en vis-à-vis des plots 113 de la deuxième plaque 11b.
Plus précisément, le sommet plat des plots 113 de la première plaque lia est en contact avec la face interne 111b de la deuxième plaque 11b, et en particulier avec la surface plane 115 de la face interne 111b de la deuxième plaque 11b qui s'étend entre les plots 113.
De façon similaire, le sommet plat des plots 113 de la deuxième plaque 11b est en contact avec la surface plane 115 de la face interne 111b de la première plaque lia.
Pour ce faire, les plots 113 présentent une hauteur H5 (mesurée entre la surface plane 115 de la face interne 111b de la plaque correspondante et le sommet du plot 113) supérieure à la hauteur H4 de la plaque (mesurée entre la surface plane 115 de la face interne 111b de la plaque et son rebord 114), comme illustré sur la figure 5.
En d'autres termes, la hauteur H5 des plots 113 est égale à la hauteur H6 du conduit 116 de circulation du fluide caloporteur (mesurée entre les faces internes 111b de la paroi de fond 112 des plaques lia, 11b).
Dans cet exemple, les plaques lia et 11b sont sensiblement identiques et présentent donc la même hauteur H4.
Par ailleurs, la hauteur H5 des plots 113, qui est égale à la hauteur H6 du conduit 116 de circulation du fluide caloporteur, correspond ici à deux fois la hauteur H4 des plaques lia, 11b.
Dans le cas où le dispositif de régulation thermique 1 comprendrait une première plaque lia présentant une hauteur H4 différente de la deuxième plaque 11b, la hauteur H5 des plots 113 serait alors égale à la hauteur H6 du conduit 116 de circulation du fluide caloporteur (mais ne serait pas égale à deux fois la hauteur H4 des plaques lia, 11b). Le brasage des première lia et deuxième 11b plaques entre elles est réalisé au niveau des rebords 114 ainsi qu'au niveau du point ou du plan de contact (appelé zone de contact) entre le sommet des plots 113 et la surface plane 115 de la face interne 111b des plaques lia, 11b.
Le brasage des première lia et deuxième 11b plaques est ainsi simplifié et optimisé puisque les sommets des plots 113 de chacune des plaques sont brasés sur une surface plane (en l'occurrence la surface plane 115) de la plaque opposée.
Cette configuration, dans laquelle les plots 113 de la première plaque lia sont décalés par rapport aux plots 113 de la deuxième plaque 11b, permet de supprimer les risques de brasage défectueux en cas de désalignement des plaques lia, 11b l'une par rapport à l'autre.
Selon l’approche de l’invention, les plots 113 d’une plaque étant en contact avec la surface plane de la face interne de l’autre plaque, et non un autre plot comme dans l'art antérieur, un éventuel désalignement des plaques lia, 11b lors du brasage n'engendrera pas de défaut de solidarisation des plaques lia, 11b entre elles.
Par conséquent, la qualité du brasage ainsi que la tenue mécanique du dispositif 1 de régulation thermique sont optimisées.
En outre, les plots 113 n'étant plus disposés en vis-à-vis dans l’approche de l’invention, il n’existe plus de cumul des écarts dimensionnels de hauteur de deux plots situés en vis-à-vis, comme dans l’art antérieur.
Ceci limite les risques de mauvais brasage des plaques entre elles.
Il est à noter que, selon l'invention, les plots présentent des dimensions inférieures aux plots de l'art antérieur puisqu'il n'est plus nécessaire que les plots présentent une surface, au niveau du sommet, qui soit importante pour assurer l'alignement des plots entre eux lors de l'assemblage des plaques.
Ainsi, la planéité des faces externes 111a d'échange thermique des plaques est optimisée.
En outre, les creux situées sur les faces externes 111a ,au niveau des plots 113, sont de dimensions réduites et nécessitent donc moins de colle pour être comblées lors du collage des modules de batterie sur le dispositif 1 de régulation thermique. La quantité de colle nécessaire pour solidariser les modules de batterie sur le dispositif 1 de régulation thermique 1 est diminuée, et le coût de fabrication l'est donc également.
En outre, les dimensions réduites des plots permettent de minimiser les risques de présence de bulles d'air lors du collage entre les modules de batterie et le dispositif 1 de régulation thermique.
Les échanges thermiques entre le dispositif 1 de régulation thermique et les modules de batterie collés sur ce dernier sont, par conséquent, optimisés.
La figure 6 est une vue éclatée et en coupe d'un dispositif de régulation thermique 1 conforme à l’invention montrant les première lia et deuxième 11b plaques disposées en vis-à-vis avant leur solidarisation.
Il est à noter que les plaques lia et 11b sont strictement identiques, la deuxième plaque 11b étant retournée (rotation de 180°) par rapport à la première plaque lia de sorte que les faces internes 111b des parois de fond 112 soient disposées en regard.
Après retournement de la deuxième plaque 11b, les formes semi-circulaires 117 de réception des connecteurs d'entrée 12a et de sortie 12b de chacune des plaques lia, 11b sont situées en vis-à-vis.
Avantageusement, la matrice utilisée par la presse à emboutir pour fabriquer la première plaque lia peut également être utilisée pour fabriquer la deuxième plaque 11b.
Par conséquent, les changements d'outil sont minimisés et le coût de fabrication des plaques lia, 11b est ainsi optimisé.
Comme décrit précédemment, la solidarisation des plaques lia, 11b entre elles est réalisée par brasage.
Ainsi, les plaques lia, 11b peuvent présenter une couche de matière d'apport (« clad » en anglais) qui permet de faciliter l'assemblage et le brasage des plaques entre elles.
D'autres techniques de solidarisation, tel que le collage par exemple, peuvent également être mises en oeuvre sans pour autant s'écarter du principe général de l'invention. La solidarisation par collage ne se limite pas à un type de colle particulier (époxy, silicone, polyuréthane, mono/bi composants), ni à un procédé de durcissement (appelé "curing" en anglais) particulier, tel qu'à température ambiante ou à une température prédéterminée.
Par ailleurs, les plaques sont préférentiellement obtenues par un procédé d'emboutissage, un tel procédé étant simple et peu coûteux.
Il est à noter que, dans les exemples des figures, les plots 113 sont formés par déformation de la paroi de fond 112.
En d'autres termes, l'emboutissage de plaques monoblocs permet la déformation de la paroi de fond et la formation de plots tels que décrits précédemment.
Néanmoins, d'autres procédés, tels que l'hydroformage, le magnétoformage ou bien l'impression tridimensionnelle (3D), peuvent être mis en oeuvre pour fabriquer les plaques sans pour autant s'écarter du principe général de l'invention.
Les plaques lia, 11b constituant le dispositif 1 de régulation thermique présentent une épaisseur inférieure à 1,5 mm.
Préférentiellement, l'épaisseur des plaques est comprise entre 0,5 et 1 mm.
L'épaisseur des plaques ainsi que le nombre et les dimensions des plots sont adaptés afin d'optimiser les performances thermiques et la tenue mécanique du dispositif 1 de régulation thermique.
Ainsi, ces paramètres sont choisis pour à la fois :
optimiser les transferts thermiques (limiter les pertes de charge du fluide caloporteur) ;
maximiser la planéité des surfaces d'échange du dispositif ; et assurer la tenue à l'éclatement et limiter les déformations plastiques dues aux contraintes de pression lors du fonctionnement du dispositif.
Il est à noter que les faces internes des plaques peuvent en outre présenter des parois additionnelles configurées pour délimiter un circuit particulier de circulation du fluide caloporteur.
Le dispositif de régulation thermique 1 peut ainsi présenter un circuit de circulation du fluide caloporteur en U ou I.
Bien évidemment, d'autres types de circuit de circulation du fluide peuvent être mis en oeuvre sans s'écarter du principe général de l'invention. Dans une variante de l'invention, les rebords 114 peuvent présenter une forme spécifique (non illustrée) permettant d'améliorer l'étanchéité du dispositif de régulation thermique 1 après solidarisation des plaques entre elles.
Par exemple, le rebord 114 de la première plaque lia peut présenter une lèvre d'étanchéité (non illustrée) destinée à coopérer avec une lèvre d'étanchéité de forme correspondante portée par le rebord 114 de la deuxième plaque 11b.
Les plots 113 décrits précédemment présentent une forme sensiblement conique dont le sommet a été tronqué de sorte à ce qu’il présente une surface plane.
On comprend bien évidemment que d'autres formes de plots peuvent être mis en oeuvre sans s'écarter du principe général de l'invention.
D’autres dispositions des plots sur les plaques peuvent être envisagées également.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) d'échange thermique pour la régulation d'au moins un module de batterie électrique comprenant des première (lia) et deuxième (11b) plaques thermoconductrices solidarisées entre elles de sorte à former un conduit (116) interne de circulation d'un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide (12a) vers une sortie de fluide (12b), la face interne (111b) de chacune des première et deuxième plaques (lia, 11b) présentant une pluralité de plots (113) faisant saillie dans ledit conduit (116) et une surface plane (115) s'étendant entre lesdits plots (113),
ledit dispositif étant caractérisé en ce que le sommet des plots (113) d'une desdites plaques (lia, 11b) prend appui sur la surface plane (115) de la face interne (111b) de l'autre desdites plaques (lia, 11b).
2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots (113) sont répartis sur les faces internes (111b) de la première plaque (lia) et de la deuxième plaque (11b) de sorte à ce qu'ils soient disposés en quinconce au sein dudit conduit (116).
3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les première (lia) et deuxième (11b) plaques sont solidarisées par brasage.
4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites plaques (lia, 11b) présentent chacune un rebord (114) périphérique, lesdites plaques (lia, 11b) étant brasées entre-elles au niveau de leur rebord (114) respectif ainsi qu'au niveau de la zone de contact entre le sommet des plots (113) d'une plaque (lia, 11b) et la surface plane (115) de la face interne (111b) de l’autre plaque (lia, 11b).
5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plots (113) présentent un sommet plat.
6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur (H5) desdits plots (113) est égale à la hauteur (H6) dudit conduit (116) de circulation du fluide caloporteur s'étendant entre les faces internes respectives desdites plaques (lia, 11b).
7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit conduit (116) et lesdits plots (113) sont formés par emboutissage des plaques (lia,
11b).
8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites plaques (lia, 11b) sont identiques.
9. Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la hauteur (H5) desdits plots (113) est égale à deux fois la hauteur (H4) desdites plaques (lia, 11b).
10. Pack-batterie comprenant au moins un dispositif (1) d’échange thermique selon l'une des revendications 1 à 9 pour la régulation d'au moins un module de batterie électrique.
11. Pack-batterie selon la revendication 10, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux modules de batterie électrique solidarisés par collage audit dispositif (1) et disposés de part et d'autre dudit dispositif (1).
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