WO2019229358A1 - Dispositif de traitement thermique d'un élément de stockage d'énergie électrique et procédé de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de traitement thermique d'un élément de stockage d'énergie électrique et procédé de fabrication d'un tel dispositif Download PDF

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WO2019229358A1
WO2019229358A1 PCT/FR2019/051236 FR2019051236W WO2019229358A1 WO 2019229358 A1 WO2019229358 A1 WO 2019229358A1 FR 2019051236 W FR2019051236 W FR 2019051236W WO 2019229358 A1 WO2019229358 A1 WO 2019229358A1
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tube
heat treatment
treatment device
seal
dielectric element
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PCT/FR2019/051236
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Hervé BOURGEAIS
Jean Christophe Prevost
Jérémy MONCHATRE
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F2265/24—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for electrical insulation

Definitions

  • the present invention relates to thermal treatment devices of an electrical energy storage element. It relates to such a heat treatment device. It also relates to a method of manufacturing such a heat treatment device.
  • the electrical energy of electrically and / or hybrid powered vehicles is provided by an electrical energy storage element comprising one or more batteries.
  • an electrical energy storage element comprising one or more batteries.
  • Such a heat treatment device also called heat exchanger, comprises a bundle of tubes interconnecting at least two manifolds in which are connected in a fixed and sealed manner, the corresponding ends of the tubes.
  • a heat transfer fluid can then circulate through the tubes and the collector boxes in order to thermally exchange with the batteries, which are in particular in direct or indirect contact with the tubes.
  • Each of the manifolds in which the tubes of the bundle open out comprises a collecting plate having holes for passage of the tubes.
  • the constituent elements of the heat treatment device are for example assembled together mechanically, in other words by interlocking and / or by establishing a mechanical connection.
  • a mechanical assembly is for example a crimping, clamping, strapping or the like, excluding any brazing operation.
  • the heat treatment device It is desirable to electrically isolate the heat treatment device from its external environment and in particular the electrical energy storage element comprising the battery or batteries, without however compromising an optimal desired heat exchange between the heat treatment device and The batteries. It is known to connect the heat treatment device to the mass of the motor vehicle, especially via an electrically conductive wire associated with a holding flange, but the connection between the heat treatment device, the wire, the flange and the mass is likely to be defective or broken.
  • a problem in the field lies in the search for a better compromise to be found between on the one hand an optimized heat exchange between the heat treatment device and the electrical energy storage element and on the other hand a simple electrical insulation, inexpensive, compact, reliable and durable between the heat treatment device and the electrical energy storage element.
  • An object of the present invention is to provide a heat treatment device that addresses the aforementioned problem and a method of manufacturing such a heat treatment device that is simple, quick to implement and inexpensive.
  • a device of the present invention is a heat treatment device, also referred to as a heat exchanger, of an electrical energy storage element.
  • the heat treatment device comprises at least one header and a plurality of tubes capable of channeling a coolant. At least one tube is delimited at least by an internal face intended to come into contact with the coolant and by an outer face intended to be thermally coupled to the electrical energy storage element.
  • the header comprises at least one header plate, a cover and a seal between the header plate and the tubes on the one hand, and between the header plate and said cover on the other hand.
  • the term “seal” means an attached sealing device, that is to say which is distinct from the other components of the manifold.
  • the manifold comprises a single sealing device in which are formed as many holes as the heat exchanger comprises tubes. If the heat exchanger according to the invention comprises two manifolds at both ends of the tubes, then another sealing device is also arranged between each tube and the through orifice through which the second end of the tube concerned opens into the tube. collector box. Similarly, the other sealing device then comprises a plurality of through holes, each for receiving the second end of one of the tubes.
  • the seal may advantageously seal between the tubes and the header plate, and the header plate and the cover.
  • the outer face of the tube is at least partially covered by a dielectric element.
  • the heat treatment device advantageously comprises at least one of the following technical characteristics, taken alone or in combination:
  • the heat treatment device may comprise a single manifold or two manifolds between which are interposed the tubes.
  • the manifolds and the tubes, and the components of the manifold, are assembled together mechanically.
  • Such a mechanical assembly is for example crimping, clamping, strapping or the like, to the exclusion of any brazing operation,
  • the external face comprises a planar surface for receiving the electrical energy storage element
  • the inner face of the tube at least partially delimits a heat transfer fluid circulation path
  • the tube may comprise a heat transfer fluid circulation channel or a plurality of heat transfer fluid circulation channels separated from each other by means of at least one partition wall,
  • the electrical energy storage element comprises at least one electric battery designed to supply electrical energy to an electric motor fitted to the motor vehicle,
  • the collecting box is devoid of any dielectric element, the latter covering only the outer face of the tube,
  • the dielectric element is a polymer
  • the polymer comprises any of the polymers chosen from a list of polymers comprising polyaurolactam, polypropylene and polyetheretherketone.
  • the chosen polymer may optionally be loaded with a ceramic, this ceramic filler having the advantage of being a good thermal conductor and a good electrical insulator, which satisfies the desired compromise,
  • the dielectric element is an anodized compound disposed on the outer face of the tube
  • the tube and the dielectric element are coextruded
  • the tube comprises at least one planar surface for receiving the electrical energy storage element
  • the tube comprises a rectangular or oblong cross-section which comprises at least the flat surface for receiving the electrical energy storage element.
  • the flat surface is the part of the tube that comes into contact with the electrical energy storage element,
  • the tube extends longitudinally between a first end and a second end
  • the dielectric element extends longitudinally at least partially, or totally, between a first edge and a second edge
  • the joint extends longitudinally between a line; internal contact with the tube and a line of external contact with the tube,
  • the cover and the collector plate defines a circulation chamber of the coolant.
  • the tube comprises an end portion which is housed inside the heat transfer fluid circulation chamber.
  • the tube comprises an outer portion which is interposed between the manifolds, the outer part being interposed between the two end portions of a tube considered.
  • a seal separates each end portion of the tube from the outer portion of the same tube.
  • the dielectric element extends longitudinally between the first rim and the second rim, indifferently continuously or discontinuously, indifferently over all or part of the external face, indifferently over all or part of a peripheral periphery of the external face, the first edge and the second edge being the longitudinal ends of the dielectric element furthest away from each other other,
  • the external face of at least the outer part of the tube is covered with the dielectric element
  • the first edge is interposed between the first end of the tube and the first internal line of contact of the gasket with the tube, it is understood throughout the description of the present invention by interposing an element between two terminals of a interval the fact that the element considered is likely to be superimposed with one or the other of the two terminals of the interval,
  • the first edge is superimposed with the first end of the tube
  • the first edge is superimposed with the first line of internal contact of the joint with the tube
  • the first edge is interposed between the first outer contact line of the first seal with the tube and the second outer contact line of the second seal with the tube;
  • the first edge is superimposed with the first outer contact line of the first joint with the tube;
  • the second edge is interposed between the second end of the tube and the second internal contact line of the second seal with the tube;
  • the second edge is superimposed with the second end of the tube
  • the second edge is superimposed with the second internal contact line of the second seal with the tube
  • the second edge is interposed between the first outer contact line of the first seal with the tube and the second outer contact line of the second seal with the tube;
  • the second edge is superimposed with the second outer contact line of the second joint with the tube
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a heat treatment device, such as that described above, an electrical energy storage element.
  • the heat treatment device comprises at least one header and a plurality of tubes capable of channeling a coolant. At least one tube is delimited at least by an internal face intended to come into contact with the coolant and by an outer face intended to be thermally coupled to the electrical energy storage element.
  • the header comprises at least one header plate, a cover and a seal disposed between the tube and the header plate.
  • the manufacturing method comprises a step of providing a dielectric element on the outer face of the tube prior to a step of assembling the tubes and the header.
  • the step of assembling the tubes and the manifold, and the manifold as such comprises at least one mechanical assembly phase, for example by interlocking and / or crimping, in particular for the manifold, tubes and collector box and has no brazing phase to achieve this mechanical connection. It will be noted that a brazing step is conceivable in the manufacturing process of the heat treatment device before or after the step of assembling the tubes and the header.
  • the manufacturing method advantageously comprises at least one of the following technical characteristics, taken alone or in combination:
  • the step of supplying the dielectric element on the outer face of the tube is a step of laying a paint comprising the dielectric element on the outer face of the tube.
  • the step of supplying the dielectric element on the outer face of the tube is a catalytic deposition step of the dielectric element in which the outer surface of the tube forms an anode.
  • the step of supplying the dielectric element on the outer face of the tube is a step of coextrusion of the tube and the dielectric element around the tube.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat treatment device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a cross-section of a participating tube of the heat treatment device illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a sectional view of a collecting box constituting the heat treatment device illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a partial view of the heat treatment device illustrated in FIG. 1, according to a first embodiment variant
  • FIG. 5 is a partial view of the heat treatment device shown in Figure 1, according to a second embodiment.
  • an orthonormal Oxyz coordinate system which comprises a longitudinal axis Ox, a lateral axis Oy and a vertical axis Oz.
  • a longitudinal element extends along an axis parallel to the longitudinal axis Ox
  • a lateral element extends along an axis parallel to the lateral axis Oy
  • a vertical element extends along an axis parallel to the vertical axis Oz .
  • a longitudinal plane is parallel to the Oxz plane
  • a transverse plane is parallel to the Oyz plane
  • a horizontal plane is parallel to the Oxy plane.
  • FIG. 1 a perspective view of a heat treatment device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the heat treatment device 1 also called heat exchanger, is intended to equip a hybrid or electric motor vehicle to cool an electrical energy storage element which comprises one or more batteries forming an energy source for the driving the motor vehicle.
  • the heat treatment device 1 comprises a bundle of tubes, or pipes, 2 rectilinear and of the same length which are placed parallel to each other and aligned parallel to the longitudinal axis Ox, so as to form a single row in which a liquid coolant, such as brine or the like, is intended to circulate.
  • the tubes 2 have a substantially oblong straight cross-section, as illustrated in FIG. 2.
  • the tubes 2 are for example made of extruded aluminum and may have a plurality of channels juxtaposed for circulation. coolant.
  • Each tube 2 extends longitudinally between a first end 3 and a second end 4. As shown in Figure 1, the first end 3 of each tube 2 is intended to be assembled with a first manifold 5 and the second end 4 of each tube 2 is intended to be assembled with a second manifold 6.
  • the first manifold 5 comprises a first collector plate 7 and a first cover 8 which are associated together to define a first chamber 9 for circulating the coolant.
  • the first ends 3 of the tubes 2 open into the first chamber 9.
  • the second manifold 6 comprises a second collector plate 10 and a second cover 11 which are associated together to define a second chamber 12 for circulating the coolant.
  • the second ends 4 of the tubes 2 open into the second chamber 12.
  • the first manifold 5 is provided with an inlet 13a of the heat transfer fluid inside the heat treatment device 1 and an outlet 13b of the heat transfer fluid out of the heat treatment device 1.
  • the first manifold 5 houses a partition which separates the heat transfer fluid entering inside the first manifold 5 and the heat transfer fluid leaving the first manifold 5.
  • Other arrival and departure modes Evacuation of the coolant is possible without departing from the rules of the present invention.
  • FIG 2 is shown a cross section formed in a plane parallel to the plane Oyz.
  • the tube 2 is delimited by an inner face 14 intended to come into contact with the coolant and by an outer face 15 intended to be thermally coupled to the electrical energy storage element.
  • the inner face 14 is the face of the tube 2 which at least partially borders the heat transfer fluid circulation channels 16 inside the tube 2. Two contiguous circulation channels 16 are separated from each other by a wall 17 According to another embodiment, the tube 2 houses a single channel for circulating the coolant.
  • the outer face 15 is the face of the tube 2 which is oriented towards an external environment of the tube 2.
  • the outer face 15 is the visible face of the tube 2 by an observer looking at the tube from the outside environment to the latter.
  • the outer face 15 is the face of the tube 2 which gives the latter its overall geometric shape.
  • the tube 2 has an oblong cross section.
  • the outer face 15 comprises at least one flat surface 18, and preferably two flat surfaces 18 formed facing each other, and on both sides of the circulation channels 16. At least one one of the flat surfaces 18 is able to form a support for the electrical energy storage element.
  • the outer face 15 of the tube 2 is at least partially covered by a dielectric element 19.
  • the dielectric element 19 forms an envelope of the tube 2 and is capable of completely covering the outer face 2 in at least one transverse plane of the tube 2, as illustrated in FIG. 2.
  • the dielectric element 19 is arranged in a layer of a first thickness E, taken between the outer face 15 of the tube 2 and an outer surface 20 of the dielectric element layer 19 which is smaller than a second thickness E2 of the tube 2 taken between the outer face 15 and the inner face 14 of the tube 2.
  • the first thickness E1 is commonly between 0.07 mm and 0.35 mm. Such a small thickness makes it possible in particular not to reduce the cooling capacity of the heat treatment device 1 with respect to a heat treatment device 1 without a dielectric element layer.
  • the dielectric element 19 is a polymer, such as polyaurolactam, polypropylene, polyetheretherketone, the chosen polymer may or may not be loaded with a ceramic.
  • the first thickness E1 of the dielectric element is for example of the order of 0.225 mm to +/- 25%.
  • the first thickness E1 of the dielectric element is for example of the order of 0.082 mm to +/- 25%.
  • the first thickness E1 of the dielectric element is for example of the order of 0.090 mm to +/- 25%.
  • the first thickness E1 of the dielectric element is for example of the order of 0.238 mm to within +/- 25%.
  • the first thickness El of the dielectric element is for example of the order of 0.079 mm to +/- 25%. This case is particularly advantageous in the sense that the ceramic is a good thermal conductor and a good electrical insulator. These thicknesses are measured, for each polymer, at a voltage of 4.5kV.
  • the dielectric element 19 is a compound disposed by anodizing on the outer face 15 of the tube 2.
  • the tube 2, in particular made of aluminum, and the dielectric element layer 19 are obtained jointly by extrusion.
  • the seal 21 houses a seal 21 which is interposed between the collector plate 7, 10 and the tube 2.
  • the seal is in particular made of an elastomeric material, ethylene-propylene-diene monomer in particular.
  • the seal 21 comprises a ply 23 which is provided with two peripheral beads 22 interposed between the cover 8, 11 and the collector plate 7, 10.
  • the ply 23 is also provided with orifices 24 formed in a central zone of the ply 23 for the passage of the ends 3, 4 of the tubes 2 through it.
  • the orifices 24 are of a conformation identical to the conformation of the tubes 2, namely oblong in the illustrated example.
  • the orifices 24 extend in collars 25, commonly called nipples, retaining the header box 5, 6.
  • the collars 25 extend perpendicularly to the web 23.
  • the collars 25 also have a shape complementary to the shape of the tubes 2 intended to cross them.
  • a lip 26 formed on each collar 25 retains the seal 21 on the manifold 5, 6 and thus prevents the seal 21 from collapsing box 5, 6 from falling.
  • the ends 3, 4 of the tubes 2 comprise flares 27 for immobilizing in position the assembly formed by the cover 8, 11, the manifold plate 7, 10, the seal 21 to prevent this assembly from sliding along the tubes 2.
  • the collector plate 7, 10 has at its periphery holding claws 28 in the position of the cover 8, 11 and the collector plate 7, 10.
  • the tube 2 extends longitudinally between the first end 3 of the tube 2 and the second end 4 of the tube 2, the first end 3 of the tube 2 being housed inside the first manifold 5 and the second end 4 of the tube 2 being housed inside the the second manifold 6.
  • the tube 2 comprises a first end portion 29 housed inside the first manifold 5, an outer portion 30 which is interposed between the manifolds and a second end portion 31 which is housed inside the second manifold 6.
  • the seal 21 extends longitudinally between an internal contact line 32 with the tube 2 and an external contact line 33 with the tube 2.
  • the internal contact line 32 is housed inside the manifold 5, 6 while that the external contact line 33 is interposed between the manifolds 5, 6. In other words, by traversing the tube 2 from the first end 3 of the tube 2 to the second end 4 of the tube 2, the first part is successively encountered.
  • first seal 21 which extends between a first inner contact line 32 and a first outer contact line 33, then the outer portion 30 of the tube 2 interposed between the first manifold 5 and a second manifold 6, then a second seal 21 which extends between a second external contact line 33 and a second contact line interior 32, then the second end portion 31 housed inside the second header 6.
  • the dielectric element 19 extends longitudinally between a first edge 34 and a second edge 35.
  • the first edge 34 is superimposed on the first end 3, and the second edge 35 is superimposed on the second end 4.
  • the entire outer surface 15 is covered with the dielectric member 19.
  • Such a heat treatment device 1 is obtained from a manufacturing method which comprises a step of supplying the dielectric element 19 to the outside face 15 of the tube 2 prior to a step of assembling the tubes 2 and the box collector 5, 6.
  • the step of supplying the dielectric element 19 to the external face 15 of the tube 2 is a step of laying a paint comprising the dielectric element 19 on the outside face 15 of the tube 2.
  • the step of supplying the dielectric element 19 on the outside face 15 of the tube 2 is a catalytic deposition step of the dielectric element 19 in which the outer surface 15 of the tube 2 forms an anode.
  • the step of supplying the dielectric element 19 to the external face 15 of the tube 2 is a step of coextrusion of the tube 2 and the dielectric element 19 around the tube 2.

Abstract

Dispositif de traitement thermique d'un élément de stockage d'énergie électrique et procédé de fabrication d'un tel dispositif L'invention concerne un dispositif de traitement thermique d'un élément de stockage d'énergie électrique. Le dispositif de traitement thermique comprend au moins une boîte collectrice et une pluralité de tubes (2) aptes à canaliser un fluide caloporteur. Au moins un tube (2) est délimité au moins par une face interne (14) destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe (15) destinée à être thermiquement couplée à l'élément de stockage d'énergie électrique. La boîte collectrice comprend au moins une plaque collectrice, un couvercle et un joint disposé entre le tube (2) et la plaque collectrice. La face externe (15) du tube (2) est couverte au moins partiellement d'un élément diélectrique (19).

Description

Dispositif de traitement thermique d’un élément de stockage d'énergie électrique et procédé de fabrication d’un tel dispositif
La présente invention se rapporte aux dispositifs de traitement thermique d’un élément de stockage d’énergie électrique. Elle a pour objet un tel dispositif de traitement thermique. Elle a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un tel dispositif de traitement thermique.
L'énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par un élément de stockage d’énergie électrique comprenant une ou plusieurs batteries. Un problème posé réside dans le fait que durant leur fonctionnement, les batteries sont amenées à s’échauffer et risquent ainsi de s'endommager. Il est donc nécessaire d'utiliser un dispositif de traitement thermique afin de maintenir les batteries à une température acceptable.
Un tel dispositif de traitement thermique, également dénommé échangeur de chaleur, comprend un faisceau de tubes reliant entre elles au moins deux boîtes collectrices dans lesquels sont raccordées, de façon fixe et étanche, des extrémités correspondantes des tubes. Un fluide caloporteur peut alors circuler à travers les tubes et les boîtes collectrices afin d'échanger thermiquement avec les batteries, qui sont notamment en contact direct ou indirect avec les tubes. Chacune des boîtes collectrices dans laquelle débouchent les tubes du faisceau comporte une plaque collectrice présentant des orifices de passage des tubes.
Les éléments constitutifs du dispositif de traitement thermique sont par exemple assemblés entre eux mécaniquement, autrement dit par emboîtement et/ou par établissement d’une liaison mécanique. Un tel assemblage mécanique est par exemple un sertissage, un serrage, un cerclage ou analogue, à l’exclusion de toute opération de brasage. On pourra par exemple se reporter au document W02018/020140 qui décrit un tel dispositif de traitement thermique.
Il est souhaitable d’isoler électriquement le dispositif de traitement thermique de son environnement extérieur et notamment de l’élément de stockage d’énergie électrique comprenant la ou les batteries, sans toutefois compromettre un échange de chaleur souhaité optimal entre le dispositif de traitement thermique et les batteries. Il est connu de relier le dispositif de traitement thermique à la masse du véhicule automobile, notamment par l’intermédiaire d’un fil électriquement conducteur associé à une bride de maintien, mais la liaison entre le dispositif de traitement thermique, le fil, la bride et la masse est susceptible d’être défectueuse ou rompue.
Un problème posé dans le domaine réside donc en la recherche d’un meilleur compromis à trouver entre d’une part un échange de chaleur optimisé entre le dispositif de traitement thermique et l’élément de stockage d’énergie électrique et d’autre part une isolation électrique simple, peu coûteuse, peu encombrante, fiable et pérenne entre le dispositif de traitement thermique et l’élément de stockage d’énergie électrique.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de traitement thermique qui réponde au problème susvisé et un procédé de fabrication d’un tel dispositif de traitement thermique qui est simple, rapide à mettre en œuvre et peu coûteux.
Un dispositif de la présente invention est un dispositif de traitement thermique, également dénommé échangeur de chaleur, d’un élément de stockage d'énergie électrique. Le dispositif de traitement thermique comprend au moins une boîte collectrice et une pluralité de tubes aptes à canaliser un fluide caloporteur. Au moins un tube est délimité au moins par une face interne destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe destinée à être thermiquement couplée à l’élément de stockage d'énergie électrique. La boîte collectrice comprend au moins une plaque collectrice, un couvercle et un joint d'étanchéité entre la plaque collectrice et les tubes d'une part, et entre la plaque collectrice et ledit couvercle d'autre part.
On entend par joint, un dispositif d’étanchéité rapporté, c'est-à-dire qui est distinct des autres composant de la boite collectrice. Avantageusement, la boite collectrice comprend un seul dispositif d’étanchéité dans lequel sont ménagés autant de trous que l’échangeur de chaleur comprend de tubes. Si l’échangeur de chaleur selon l’invention comprend deux boîtes collectrices aux deux extrémités des tubes, alors un autre dispositif d’étanchéité est également agencé entre chaque tube et l’orifice de passage par lequel la deuxième extrémité du tube concerné débouche dans la boîte collectrice. De façon analogue, l’autre dispositif d’étanchéité comprend alors une pluralité de trous de passage, chacun destiné à recevoir la deuxième extrémité de l’un des tubes. Le joint peut avantageusement réaliser l’étanchéité entre les tubes et la plaque collectrice, et la plaque collectrice et le couvercle. Selon la présente invention, la face externe du tube est couverte au moins partiellement d'un élément diélectrique.
Le dispositif de traitement thermique comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le dispositif de traitement thermique peut comprendre une unique boîte collectrice ou deux boîtes collectrices entre lesquelles sont interposés les tubes. Les boîtes collectrices et les tubes, et les composants de la boîte collectrice, sont assemblés entre eux mécaniquement. Un tel assemblage mécanique est par exemple un sertissage, un serrage, un cerclage ou analogue, à l’exclusion de toute opération de brasage,
- la face externe comprend une surface plane de réception de l’élément de stockage d’énergie électrique,
- la face interne du tube délimite au moins partiellement un chemin de circulation du fluide caloporteur,
- le tube peut comprendre un canal de circulation du fluide caloporteur ou plusieurs canaux de circulation du fluide caloporteur séparés les uns des autres par l’intermédiaire d’au moins une paroi de séparation,
- l’élément de stockage d’énergie électrique comprend au moins une batterie électrique prévue pour fournir une énergie électrique à un moteur électrique équipant le véhicule automobile,
- la boîte collectrice est exempte d’élément diélectrique, ce dernier ne recouvrant que la face externe du tube,
- l’élément diélectrique est un polymère,
- le polymère comporte l’un quelconque des polymères choisi parmi une liste de polymères comprenant le polyaurolactame, le polypropylène et le polyétheréthercétone.
- le polymère choisi peut optionnellement être chargé d’une céramique, cette charge céramique présentant l’avantage d’être un bon conducteur thermique et un bon isolant électrique, ce qui satisfait au compromis recherché,
- l’élément diélectrique est un composé anodisé disposé sur la face externe du tube,
- le tube et l’élément diélectrique sont coextrudés,
- le tube comprend au moins une surface plane de réception de l’élément de stockage d’énergie électrique,
- le tube comporte une section transversale rectangulaire ou oblongue qui comprend au moins la surface plane de réception de l’élément de stockage d’énergie électrique. La surface plane est la partie du tube qui vient en contact de l’élément de stockage d’énergie électrique,
- le tube s’étend longitudinalement entre une première extrémité et une deuxième extrémité, l’élément diélectrique s’étend longitudinalement au moins partiellement, voire totalement, entre une première bordure et une deuxième bordure, et le joint s’étend longitudinalement entre une ligne de contact intérieure avec le tube et une ligne de contact extérieure avec le tube,
- le couvercle et la plaque collectrice délimite une chambre de circulation du fluide caloporteur. Le tube comporte une partie terminale qui est logée à l’intérieur de la chambre de circulation du fluide caloporteur. Le tube comporte une partie extérieure qui est interposée entre les boîtes collectrices, la partie extérieure étant interposée entre les deux parties terminales d’un tube considéré. Un joint sépare chaque partie terminale du tube de la partie extérieure du même tube. Autrement dit, en parcourant un tube depuis sa première extrémité jusqu’à sa deuxième extrémité, on rencontre successivement une première partie terminale logée à l’intérieur d’une première boîte collectrice, puis un premier joint qui s’étend entre une première ligne de contact intérieure et une première ligne de contact extérieure, puis la partie extérieure interposée entre la première boîte collectrice et une deuxième boîte collectrice, puis un deuxième joint qui s’étend entre une deuxième ligne de contact extérieure et une deuxième ligne de contact intérieure, puis une deuxième partie terminale logée à l’intérieur de la deuxième boîte collectrice,
- l’élément diélectrique s’étend longitudinalement entre la première bordure et la deuxième bordure, indifféremment de manière continue ou discontinue, indifféremment sur tout ou partie de la face externe, indifféremment sur tout ou partie d’un pourtour périphérique de la face externe, la première bordure et la deuxième bordure étant les extrémités longitudinales de l’élément diélectrique les plus éloignées les unes des autres,
- la face externe d’au moins la partie extérieure du tube est recouverte de l’élément diélectrique,
- la première bordure est interposée entre la première extrémité du tube et la première ligne de contact intérieure du joint avec le tube, on comprend dans l’ensemble de la description de la présente invention par interposition d’un élément entre deux bornes d’un intervalle le fait que l’élément considéré est susceptible d’être superposé avec l’une ou l’autre des deux bornes de l’intervalle,
- selon une variante, la première bordure est superposée avec la première extrémité du tube,
- selon une autre variante, la première bordure est superposée avec la première ligne de contact intérieure du joint avec le tube,
- la première bordure est interposée entre la première ligne de contact extérieure du premier joint avec le tube et la deuxième ligne de contact extérieure du deuxième joint avec le tube,
- selon une variante, la première bordure est superposée avec la première ligne de contact extérieure du premier joint avec le tube,
- la deuxième bordure est interposée entre la deuxième extrémité du tube et la deuxième ligne de contact intérieure du deuxième joint avec le tube,
- selon une variante, la deuxième bordure est superposée avec la deuxième extrémité du tube,
- selon une autre variante, la deuxième bordure est superposée avec la deuxième ligne de contact intérieure du deuxième joint avec le tube,
- la deuxième bordure est interposée entre la première ligne de contact extérieure du premier joint avec le tube et la deuxième ligne de contact extérieure du deuxième joint avec le tube,
- selon une autre variante, la deuxième bordure est superposée avec la deuxième ligne de contact extérieure du deuxième joint avec le tube,
- selon une variante, la face externe de la partie extérieure du tube et la face externe de la partie intérieure du tube sont recouvertes de l’élément diélectrique. La présente invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif de traitement thermique, tel que celui décrit ci-dessus, d’un élément de stockage d'énergie électrique. Le dispositif de traitement thermique comprend au moins une boîte collectrice et une pluralité de tubes aptes à canaliser un fluide caloporteur. Au moins un tube est délimité au moins par une face interne destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe destinée à être thermiquement couplée à l’élément de stockage d'énergie électrique. La boîte collectrice comprend au moins une plaque collectrice, un couvercle et un joint disposé entre le tube et la plaque collectrice. Le procédé de fabrication comprend une étape d’apport d'un élément diélectrique sur la face externe du tube préalablement à une étape d’assemblage des tubes et de la boîte collectrice.
L’étape d’assemblage des tubes et de la boîte collectrice, et de la boîte collectrice en tant que telle, comporte au moins une phase d’assemblage mécanique, par exemple par emboîtement et/ou par sertissage notamment pour la boîte collectrice, des tubes et de la boîte collectrice et ne comporte pas de phase de brasage pour réaliser cette liaison mécanique. On notera qu’une étape de brasage est envisageable dans le processus de fabrication du dispositif de traitement thermique avant ou après l’étape d’assemblage des tubes et de la boîte collectrice.
Le procédé de fabrication comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- l’étape d’apport de l’élément diélectrique sur la face externe du tube est une étape de pose d’une peinture comportant l’élément diélectrique sur la face externe du tube.
- l’étape d’apport de l’élément diélectrique sur la face externe du tube est une étape de dépôt catalytique de l’élément diélectrique dans laquelle la surface externe du tube forme une anode.
- l’étape d’apport de l’élément diélectrique sur la face externe du tube est une étape de coextrusion du tube et de l’élément diélectrique autour du tube.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de traitement thermique selon l’invention,
- la figure 2 est une illustration schématique d’une coupe transversale d’un tube participant du dispositif de traitement thermique illustré sur la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe d’une boîte collectrice constitutive du dispositif de traitement thermique illustré sur la figure 1,
- la figure 4 est une vue partielle du dispositif de traitement thermique illustré sur la figure 1, selon une première variante de réalisation,
- la figure 5 est une vue partielle du dispositif de traitement thermique illustré sur la figure 1, selon une deuxième variante de réalisation.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
Sur les figures, les éléments de la présente invention sont représentés à l’intérieur d’un repère orthonormé Oxyz, qui comprend un axe longitudinal Ox, un axe latéral Oy et un axe vertical Oz. Un élément longitudinal s’étend selon un axe parallèle à l’axe longitudinal Ox, un élément latéral s’étend selon un axe parallèle à l’axe latéral Oy, un élément vertical s’étend selon un axe parallèle à l’axe vertical Oz. Un plan longitudinal est parallèle au plan Oxz, un plan transversal est parallèle au plan Oyz et un plan horizontal est parallèle au plan Oxy.
Sur la figure 1, est illustrée une vue en perspective d'un dispositif de traitement thermique 1 selon un mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif de traitement thermique 1, également dénommé échangeur de chaleur, est destiné à équiper un véhicule automobile de type hybride ou électrique pour refroidir un élément de stockage d’énergie électrique qui comprend une ou plusieurs batteries formant une source d'énergie pour l'entraînement du véhicule automobile.
Le dispositif de traitement thermique 1 comprend un faisceau de tubes, ou conduits, 2 rectilignes et de même longueur qui sont placés parallèlement les uns aux autres et alignés parallèlement à l’axe longitudinal Ox, de façon à former une rangée unique dans lesquels un liquide caloporteur, tel que de l'eau glycolée ou analogue, est destiné à circuler. Dans ce mode de réalisation, les tubes 2 présentent une section transversale droite de forme sensiblement oblongue, tel qu’illustré sur la figure 2. Les tubes 2 sont par exemple en aluminium extrudé et sont susceptibles de comporter une pluralité de canaux juxtaposés pour la circulation du liquide caloporteur.
Chaque tube 2 s’étend longitudinalement entre une première extrémité 3 et une deuxième extrémité 4. Comme montré sur la figure 1, la première extrémité 3 de chaque tube 2 est destinée à être assemblée avec une première boîte collectrice 5 et la deuxième extrémité 4 de chaque tube 2 est destinée à être assemblée avec une deuxième boîte collectrice 6.
La première boîte collectrice 5 comprend une première plaque collectrice 7 et un premier couvercle 8 qui sont associés ensemble pour délimiter une première chambre 9 de circulation du fluide caloporteur. Les premières extrémités 3 des tubes 2 débouchent à l’intérieur de la première chambre 9.
La deuxième boîte collectrice 6 comprend une deuxième plaque collectrice 10 et un deuxième couvercle 11 qui sont associés ensemble pour délimiter une deuxième chambre 12 de circulation du fluide caloporteur. Les deuxièmes extrémités 4 des tubes 2 débouchent à l’intérieur de la deuxième chambre 12.
Selon la variante illustrée, la première boîte collectrice 5 est pourvue d’une arrivée l3a du fluide caloporteur à l’intérieur du dispositif de traitement thermique 1 et d’une sortie l3b du fluide caloporteur hors du dispositif de traitement thermique 1. Dans ce cas-là, la première boîte collectrice 5 loge une cloison qui sépare le fluide caloporteur entrant à l’intérieur de la première boîte collectrice 5 et le fluide caloporteur sortant hors de la première boîte collectrice 5. D’autres modalités d’arrivée et d’évacuation du fluide caloporteur sont possibles sans déroger aux règles de la présente invention.
Sur la figure 2, est illustrée une coupe transversale ménagée selon un plan parallèle au plan Oyz. Le tube 2 est délimité par une face interne 14 destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe 15 destinée à être thermiquement couplée à l’élément de stockage d'énergie électrique. La face interne 14 est la face du tube 2 qui borde au moins partiellement des canaux de circulation 16 du fluide caloporteur à l’intérieur du tube 2. Deux canaux de circulation contigus 16 sont séparés l’un de l’autre par une paroi 17. Selon une autre forme de réalisation, le tube 2 loge un canal unique de circulation du fluide caloporteur. La face externe 15 est la face du tube 2 qui est orientée vers un environnement extérieur du tube 2. La face externe 15 est la face visible du tube 2 par un observateur regardant le tube depuis l’environnement extérieur à ce dernier. La face externe 15 est la face du tube 2 qui donne à ce dernier sa forme géométrique globale.
Selon la forme de réalisation illustrée, le tube 2 présente une section transversale de forme oblongue. La face externe 15 comprend au moins une surface plane 18, et préférentiellement deux surfaces planes 18 ménagées en vis-à-vis l’une de l’autre, et de part et d’autre des canaux de circulation 16. Au moins l’une des surfaces planes 18 est apte à former un support pour l’élément de stockage d'énergie électrique.
Pour isoler électriquement le dispositif de traitement thermique 1 et l’élément de stockage d'énergie électrique, la face externe 15 du tube 2 est couverte au moins partiellement d'un élément diélectrique 19. L’élément diélectrique 19 forme une enveloppe du tube 2 et est susceptible de recouvrir entièrement la face externe 2 dans au moins un plan transversal du tube 2, tel qu’illustré sur la figure 2. L’élément diélectrique 19 est agencé en une couche d’une première épaisseur El prise entre la face externe 15 du tube 2 et une surface extérieure 20 de la couche d’élément diélectrique 19 qui est inférieure à une deuxième épaisseur E2 du tube 2 prise entre la face externe 15 et la face interne 14 du tube 2. A titre indicatif, la première épaisseur El est couramment comprise entre 0,07 mm et 0,35 mm. Une telle faible épaisseur permet notamment de ne pas amoindrir la capacité de refroidissement du dispositif de traitement thermique 1 par rapport à un dispositif de traitement thermique 1 exempt de couche d’élément diélectrique.
Selon une variante de réalisation, l’élément diélectrique 19 est un polymère, tel que le polyaurolactame, le polypropylène, le polyétheréthercétone, le polymère choisi pouvant, ou non, être chargé d’une céramique. Dans le cas du polyaurolactame, la première épaisseur El de l’élément diélectrique est par exemple de l’ordre de 0,225 mm à +/- 25% près. Dans le cas du polypropylène homopolymère, la première épaisseur El de l’élément diélectrique est par exemple de l’ordre de 0,082 mm à +/- 25% près. Dans le cas du polypropylène copolymère, la première épaisseur El de l’élément diélectrique est par exemple de l’ordre de 0,090 mm à +/- 25% près. Dans le cas du polyétheréthercétone, la première épaisseur El de l’élément diélectrique est par exemple de l’ordre de 0,238 mm à +/- 25% près. Dans le cas du polyétheréthercétone chargé d’une céramique, la première épaisseur El de l’élément diélectrique est par exemple de l’ordre de 0,079 mm à +/- 25% près. Ce cas est particulièrement avantageux dans le sens où la céramique est un bon conducteur thermique et un bon isolant électrique. Ces épaisseurs sont mesurées, pour chaque polymère, à une tension de 4.5kV.
Selon une autre variante, l’élément diélectrique 19 est un composé disposé par anodisation sur la face externe 15 du tube 2.
Selon une autre variante, le tube 2, notamment réalisé en aluminium, et la couche d’élément diélectrique 19 sont obtenus conjointement par extrusion.
Sur la figure 3, la boîte collectrice 5, 6, indifféremment première boîte collectrice
5 ou deuxième boîte collectrice 6, loge un joint 21 qui est interposé entre la plaque collectrice 7, 10 et le tube 2. Le joint est notamment réalisé en un matériau élastomère, éthylène-propylène-diène monomère notamment. Le joint 21 comporte un nappe 23 qui est pourvu de deux bourrelets périphériques 22 interposés entre le couvercle 8, 11 et la plaque collectrice 7, 10. La nappe 23 est également pourvue d’orifices 24 ménagés en une zone centrale de la nappe 23 pour le passage des extrémités 3, 4 des tubes 2 à son travers. Les orifices 24 sont d’une conformation identiques à la conformation des tubes 2, à savoir oblongs dans l’exemple illustré. Les orifices 24 s’étendent dans des collets 25, couramment dénommés tétines, de retenue de la boîte collectrice 5, 6. Les collets 25 s’étendent perpendiculairement à la nappe 23. Les collets 25 présentent également une forme complémentaire à la forme des tubes 2 destinés à les traverser. Une lèvre 26 ménagée sur chaque collet 25 retient le joint 21 sur la boîte collectrice 5, 6 et évite ainsi la chute du joint 21 de la boîte collectrice 5, 6.
Les extrémités 3, 4 des tubes 2 comportent des évasements 27 pour immobiliser en position l'ensemble formé par le couvercle 8, 11, la plaque collectrice 7, 10, le joint 21 pour empêcher cet ensemble de glisser le long des tubes 2. Par ailleurs, la plaque collectrice 7, 10 comporte à sa périphérie des griffes de maintien 28 en position du couvercle 8, 11 et de la plaque collectrice 7, 10. Ces dispositions participent d’un assemblage mécanique entre eux des éléments constitutifs du dispositif de traitement thermique 1, à l’exclusion de toute étape de brasage entre eux de ces éléments.
Un tel agencement des éléments constitutifs du dispositif de traitement thermique 1 peut être schématisé tel que sur la figure 4. Le tube 2 s’étend longitudinalement entre la première extrémité 3 du tube 2 et la deuxième extrémité 4 du tube 2, la première extrémité 3 du tube 2 étant logé à l’intérieur de la première boîte collectrice 5 et la deuxième extrémité 4 du tube 2 étant logée à l’intérieur de la deuxième boîte collectrice 6. Il en résulte que le tube 2 comprend une première partie terminale 29 logée à l’intérieur de la première boîte collectrice 5, une partie extérieure 30 qui est interposée entre les boîtes collectrices et une deuxième partie terminale 31 qui est logée à l’intérieur de la deuxième boîte collectrice 6.
Le joint 21 s’étend longitudinalement entre une ligne de contact intérieure 32 avec le tube 2 et une ligne de contact extérieure 33 avec le tube 2. La ligne de contact intérieure 32 est logée à l’intérieur de la boîte collectrice 5, 6 tandis que la ligne de contact extérieure 33 est interposée entre les boîtes collectrices 5, 6. Autrement dit, en parcourant le tube 2 depuis la première extrémité 3 du tube 2 jusqu’à la deuxième extrémité 4 du tube 2, on rencontre successivement la première partie terminale 29 logée à l’intérieur de la première boîte collectrice 5, puis un premier joint 21 qui s’étend entre une première ligne de contact intérieure 32 et une première ligne de contact extérieure 33, puis la partie extérieure 30 du tube 2 interposée entre la première boîte collectrice 5 et une deuxième boîte collectrice 6, puis un deuxième joint 21 qui s’étend entre une deuxième ligne de contact extérieure 33 et une deuxième ligne de contact intérieure 32, puis la deuxième partie terminale 31 logée à l’intérieur de la deuxième boîte collectrice 6.
L’élément diélectrique 19 s’étend longitudinalement entre une première bordure 34 et une deuxième bordure 35.
Sur la figure 4, la première bordure 34 est superposée à la première extrémité 3, et la deuxième bordure 35 est superposée à la deuxième extrémité 4. Autrement dit, la totalité de la surface externe 15 est recouverte de l’élément diélectrique 19.
Sur la figure 5, la première bordure 34 est superposée à la première ligne de contact extérieure 33 du premier joint 21, et la deuxième bordure 35 est superposée à la deuxième ligne extérieure 33 du deuxième joint 21. Autrement dit, seule la partie extérieure 30 du tube 2 est recouverte de l’élément diélectrique 19.
Un tel dispositif de traitement thermique 1 est obtenu à partir d’un procédé de fabrication qui comprend une étape d’apport de l’élément diélectrique 19 sur la face externe 15 du tube 2 préalablement à une étape d’assemblage des tubes 2 et de la boîte collectrice 5, 6.
Selon une première variante, l’étape d’apport de l’élément diélectrique 19 sur la face externe 15 du tube 2 est une étape de pose d’une peinture comportant l’élément diélectrique 19 sur la face externe 15 du tube 2.
Selon une deuxième variante, l’étape d’apport de l’élément diélectrique 19 sur la face externe 15 du tube 2 est une étape de dépôt catalytique de l’élément diélectrique 19 dans laquelle la surface externe 15 du tube 2 forme une anode.
Selon une troisième variante, l’étape d’apport de l’élément diélectrique 19 sur la face externe 15 du tube 2 est une étape de coextrusion du tube 2 et de l’élément diélectrique 19 autour du tube 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traitement thermique (1) d’un élément de stockage d'énergie électrique, le dispositif de traitement thermique (1) comprenant au moins une boîte collectrice (5, 6) et une pluralité de tubes (2) aptes à canaliser un fluide caloporteur, au moins un tube (2) étant délimité au moins par une face interne (14) destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe (15) destinée à être thermiquement couplée à l’élément de stockage d'énergie électrique, la boîte collectrice (5, 6) comprenant au moins une plaque collectrice (7, 10), un couvercle (8, 11) et un joint (21) disposé entre le tube (2) et la plaque collectrice (7, 10), caractérisé en ce que la face externe (15) du tube (2) est couverte au moins partiellement d'un élément diélectrique
(19).
2. Dispositif de traitement thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément diélectrique (19) est un polymère.
3. Dispositif de traitement thermique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi une liste de polymères comprenant le polyaurolactame, le polypropylène, le polyétheréthercétone, le polymère choisi pouvant être chargé d’une céramique.
4. Dispositif de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément diélectrique (19) est un composé anodisé disposé sur la face externe (15) du tube (2).
5. Dispositif de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube (2) et l’élément diélectrique (19) sont coextrudés.
6. Dispositif de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (2) s’étend longitudinalement entre une première extrémité (3) et une deuxième extrémité (4), l’élément diélectrique (19) s’étend longitudinalement au moins partiellement entre une première bordure (34) et une deuxième bordure (35), et le joint (21) s’étend longitudinalement entre une ligne de contact intérieure (32) avec le tube (2) et une ligne de contact extérieure (33) avec le tube (2).
7. Dispositif de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (2) est réalisé en aluminium.
8. Dispositif de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première bordure (34) est interposée entre la première extrémité (3) du tube (2) et la ligne de contact intérieure (32) du joint (21) avec le tube (2), et en ce que la deuxième bordure (35) est interposée entre la deuxième extrémité (4) du tube (2) et la deuxième ligne de contact intérieure (33) du deuxième joint (21) avec le tube (2).
9. Dispositif de traitement thermique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première bordure (34) est interposée entre une première ligne de contact extérieure (33) d’un premier joint (21) avec le tube (2) et une deuxième ligne de contact extérieure (33) d’un deuxième joint (21) avec le tube (2), et en ce que la deuxième bordure (35) est interposée entre la première ligne de contact extérieure (33) du premier joint (21) avec le tube (2) et la deuxième ligne de contact extérieure (33) du deuxième joint (21) avec le tube (2).
10. Procédé de fabrication d’un dispositif de traitement thermique (1) d’un élément de stockage d'énergie électrique, le dispositif de traitement thermique (1) comprenant au moins une boîte collectrice (5, 6) et une pluralité de tubes (2) aptes à canaliser un fluide caloporteur, au moins un tube (2) étant délimité au moins par une face interne (14) destinée à venir en contact du fluide caloporteur et par une face externe (15) destinée à être thermiquement couplée à l’élément de stockage d'énergie électrique, la boîte collectrice (5, 6) comprenant au moins une plaque collectrice (7, 10), un couvercle (8, 11) et un joint (21) disposé entre le tube (2) et la plaque collectrice (7, 10), caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend une étape d’apport d'un élément diélectrique (19) sur la face externe (15) du tube (2) préalablement à une étape d’assemblage des tubes (2) et de la boîte collectrice (5, 6).
11. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape d’apport de l’élément diélectrique (19) sur la face externe (15) du tube (2) est une étape de pose d’une peinture comportant l’élément diélectrique (19) sur la face externe (15) du tube (2).
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