WO2020025869A1 - Élément de régulation thermique d'un composant électrique, d'un véhicule automobile, susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement - Google Patents

Élément de régulation thermique d'un composant électrique, d'un véhicule automobile, susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement Download PDF

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WO2020025869A1
WO2020025869A1 PCT/FR2019/051623 FR2019051623W WO2020025869A1 WO 2020025869 A1 WO2020025869 A1 WO 2020025869A1 FR 2019051623 W FR2019051623 W FR 2019051623W WO 2020025869 A1 WO2020025869 A1 WO 2020025869A1
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channel
thermal regulation
thickness
wall
channels
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PCT/FR2019/051623
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Inventor
Antonio Figueiredo
Eric TUDEAU
Jean Damien MULLER
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
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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
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the thermal regulation of electrical components capable of giving off heat during their operation, these components being in particular electrical energy storage elements or a power electronics device, in particular in the automotive field.
  • the electric motors of motor vehicles use electrical components capable of giving off heat during their operation, these components being in particular electrical energy storage elements or a power electronics device. These electrical components are more and more powerful, it therefore becomes necessary to thermo-regulate them, in particular to cool them. These electrical energy storage elements are commonly called the vehicle's electric batteries.
  • the electrical energy of vehicles with electric and / or hybrid motorization is supplied by one or more batteries.
  • electrical energy is supplied by a plurality of electrical cells assembled so as to form an electrical module
  • An electrical energy storage device formed of several electrical modules, can then be placed in a protective box so that the assembly forms what is called a battery pack.
  • a problem is that during its operation, the electrical energy storage device is caused to heat and therefore risks being damaged.
  • the temperature of the electrical energy storage device must remain between 20 ° C and 40 ° C in order to ensure the reliability, autonomy, and performance of the vehicle, while optimizing the life of this electrical energy storage device.
  • This regulation of the temperature of the electrical energy storage device, in particular its cooling, is notably ensured by means of a heat transfer fluid which circulates in thermal regulation devices placed inside the protective housing of the battery pack.
  • thermal regulation devices take the form of tube or plate heat exchangers.
  • the thermal regulation devices are arranged at the bottom of the battery pack protection box, under the electrical modules.
  • thermal regulation devices when the thermal regulation devices are arranged in contact with the electrical components capable of generating heat during their operation, there is a risk of destruction of the electrical modules in the event of leakage of the heat transfer fluid in the interior enclosure of the pack. drums.
  • the subject of the invention is a thermal regulation element of an electrical component capable of generating heat during its operation, for example an electrical energy storage element or a power electronic device, including:
  • the first wall portion comprising at least one first channel formed in its thickness
  • the second wall portion comprising at least one second channel formed in its thickness
  • the first channel and the second channel being able to be used by a heat transfer fluid
  • said first and second wall portions comprising at least one fluid connection means configured to connect at least the first channel, formed in the thickness of the first heat exchange wall portion, to the second channel, formed in the thickness of the second wall portion, said fluid connection means being formed at least partially within the thickness of said first and second heat exchange wall portions, said fluid connection means comprises at least one hole of cylindrical section, from the first channel to the second channel, in at least the thickness of the first and second wall portions, so as to produce a sealed conduit connecting the lumen of the first channel with the lumen of the second channel.
  • “Wall portion” means a portion of the exchange wall advantageously forming a heat exchanger promoting the heat treatment of the electrical component. For this, a heat transfer fluid traverses the channel. The fluid is then in heat exchange with the heat exchange plate. It will then be understood that the heat exchange plate, by conduction, allows a thermal transfer between the fluid and the electrical component.
  • the realization of the fluid connection means at least partially in the thickness of the first and second wall portions makes it possible to limit the contribution of added elements such as hoses, seals or other elements external to the walls.
  • the invention makes it possible to reduce the risk zones, in other words the weakened zones, which can be a source of leaks of the heat transfer fluid which would cause deterioration of the electrical components.
  • the channels are formed in the thickness of the walls, which distinguishes a wall according to the invention from a heat exchange wall formed by two metal sheets stamped and brazed one against the other to delimit a canal.
  • Each channel includes first and second internal faces opposite one another. These first and second internal faces are connected to one another by two end parts.
  • cylindrical section hole is understood to mean an internal cylindrical surface, in this case within the thickness of a wall, produced by removing material using tools.
  • the cylindrical section hole can be made by drilling using a cutting tool.
  • the holes are made by drilling by machining, for example using forests, water jet drilling, also called high pressure drilling, laser drilling or even by ultrasound.
  • the channels provided within the walls of the thermal regulation element are dimensioned so as to ensure the integrity of the electrical energy storage device despite the current and accidental mechanical stresses of the life of the vehicle and the transport of a fluid. coolant, while preserving the tightness of the circulation circuit of the coolant.
  • the fact that the fluid connections between the channels are formed in the thickness of the walls of the thermal regulation element, by at least one hole of cylindrical section, from the first channel to the second channel, in at least the first and second portions wall, so as to create a sealed conduit connecting the lumen of the first channel with the lumen of the second channel, eliminates the need for external connectors, and therefore minimizes the risk of heat transfer fluid leakage, and reduces the size of the thermal regulation element.
  • At least the first wall portion is configured to carry the electrical component capable of giving off heat during its operation.
  • the term “first portion of the wall configured to carry the electrical component capable of giving off heat during its operation” means that this first wall is sufficiently rigid to serve as a support for the electrical component capable of giving off heat during its operation.
  • the heat transfer fluid which circulates in the first channel and in the second channel can be a cooling fluid.
  • the thermal regulation element according to the present invention fulfills both a structural function of supporting the electrical component and a thermal regulation function, in particular of cooling, of this electrical component capable of giving off heat during its operation, through channels, at least in part, directly in the first portion of the heat exchange wall which participates in the structural function of said thermal regulation element.
  • the approach of the invention makes it possible to minimize the overall size of a heat treatment system comprising the thermal regulation element according to the invention and the component electric capable of giving off heat during its operation, this component being in particular an element for storing electrical energy or a power electronic device.
  • the first portion of the heat exchange wall is an extruded part.
  • the first and second wall portions form a single piece, which can in particular be an extruded piece.
  • extruded material makes it possible to obtain a product which is easily produced and which can have complex shapes and improved mechanical strength, as well as circulation channels for coolant formed in the thickness of its walls.
  • extrusion makes it possible to form walls of relatively large thicknesses, of the order of at least 1.5 mm.
  • the canal is straight.
  • the channel extends along a straight axis, or longitudinal axis.
  • the wall portions are mainly made of aluminum. Such walls then make it possible to reduce the weight of the structure mounted on the vehicle while optimizing the heat exchange by thermal conductivity between the fluid passing through the channels and the electrical storage device.
  • At least one of the first and second channels is formed in a length of the first or second portions of the heat exchange wall.
  • Such a configuration makes it possible to carry out heat exchange over the entire length of an electrical component.
  • the thermal regulation of an electrical component is more homogeneous.
  • the first plane in which the first wall portion extends and the second plane in which the second wall portion extends are perpendicular.
  • thermal regulation of electrical energy storage devices being in general of rectangular shape
  • such a arrangement of the first and second walls makes it possible to optimize the arrangement of the latter on the cooling assembly and to minimize the space requirement of a heat treatment system incorporating such a cooling assembly.
  • the electrical components are, according to an example, in contact with the first and the second portion of the heat exchange wall of the thermal regulation element, their thermal regulation is optimized.
  • the ends of said first and second channels open out through openings on two opposite edges respectively of the first and second wall portions and are intended to be closed by closing means.
  • the closure means are, for example, matted plugs, plugs with or without a lug, welded plugs, glued plugs, or elastomer plugs, in particular EPDM, force-fitted.
  • the plugs are flush with the edges of the thermal regulation element so as to minimize the bulk thereof.
  • the fluid connection means comprises in particular:
  • first and second cylindrical holes meet at their second end so that the first and second channels are in fluid connection.
  • the distance between the first and second internal faces of each channel is less than the distance between the external faces defining the thickness of the wall portions.
  • the diameter of at least one cylindrical hole is less than or equal to the distance between the two internal faces of the channel.
  • At least one cylindrical hole extends along a longitudinal axis.
  • Said axis joins at least one of the edges of the wall portion in which the channel extends into which opens said cylindrical hole.
  • Said axis joins said edge at the opening of said channel on one of its longitudinal ends.
  • a thermal regulation element according to this embodiment is facilitated. Indeed, a cylindrical hole according to this conformation can be produced by the insertion of a drilling tool through an opening on the edge in the thickness of a wall portion.
  • the opening being intended to be closed, it is not necessary for the realization of the fluid connection means to use an additional sealing means and thus makes it possible to limit the number of zones of fragility of the element, and allows also to reduce the number of manufacturing steps.
  • the fluid connection means comprises at least two cylindrical holes on the first channel and at least two cylindrical holes on the second channel.
  • This embodiment makes it possible to minimize the pressure losses linked in particular to the difference in diameter between the fluid connection means and the channels.
  • At least the first portion of the heat exchange wall comprises a plurality of channels.
  • the first heat exchange wall portion further comprises a fluid connection means configured to connect at least the plurality of channels of said first heat exchange wall portion with each other, said connection means being produced by at least one hole of cylindrical section.
  • the cylindrical holes are made by drilling by machining, water jet drilling, laser drilling or even by ultrasound.
  • the first and second support and thermal regulation walls have means for fixing the electrical components.
  • At least one of said thermal regulation wall portions has means for fixing the electrical components to the two surfaces thereof.
  • a single portion of the heat exchange wall of the thermal regulation element can thus have two heat exchange surfaces and therefore thermally regulate electrical modules arranged on each side of the wall.
  • the thermal regulation element can also comprise at least a first pipe intended to supply the first and / or the second channel with heat transfer fluid and at least one second pipe intended to evacuate the heat transfer fluid circulating in the first and / or the second channel.
  • the fact that the pipes for supplying heat transfer fluid to the channels or for discharging fluid from the channels are arranged in the thickness of the walls of the thermal regulation element, makes it possible to reduce the space requirement of this element of thermal regulation by avoiding external connectors, pipes, for example.
  • a partition element forms an internal watertight partition dividing the second channel into two parts which are fluidly insulated from one another.
  • the thermal regulation element comprises several supply and evacuation pipes for heat transfer fluid. Such a configuration makes it possible to minimize the pressure losses of the heat transfer fluid in the circulation circuit of the fluid formed within the walls of the thermal regulation element.
  • the thermal regulation element comprises at least one fluid connection flange configured to connect the thermal regulation element to an external circuit via the first and / or the second pipe. Such a connection flange is mechanically and sealingly fixed to an exterior surface of the thermal regulation element.
  • the term “external surface of the thermal regulation element” means a surface of this thermal regulation element turned away from the electrical energy storage device supported by this thermal regulation element.
  • This connection flange fluidly connects a circuit for circulation of heat transfer fluid internal to the thermal regulation element to a circuit external to this thermal regulation element. It should be noted that the thermal regulation element in accordance with the invention may not use a connection flange as described above, but connection conduits glued or welded to the exterior surface of the thermal regulation element .
  • the thermal regulation element comprises a third portion of the heat exchange wall extending mainly in a third plane
  • connection flange is intended to allow connection between a thermal management circuit of the vehicle and the thermal management element.
  • the third portion of the heat exchange wall can be configured to carry an electrical component capable of generating heat during its operation, this component being in particular an electrical energy storage element or a power electronics device, which is then arranged in contact with the third portion of the heat exchange wall and the second wall.
  • This electrical component is then ensured only by the heat transfer fluid circulating in the second channel formed in the second wall.
  • the particular arrangement of the first, second and third walls makes it possible to thermally regulate several electrical energy storage devices, arranged on walls distinct from the thermal regulation element.
  • the heat transfer fluid may be glycol water or refrigerant, in particular R134a or 1234YF, circulating under a higher pressure. than brine.
  • the present invention also relates to a heat treatment system for a motor vehicle, comprising at least one electrical component capable of generating heat during its operation, this component being in particular an electrical energy storage element or an electronic device for power, carried at least by a thermal regulation element according to the present invention.
  • the inner wall of the circulation channels is smooth.
  • the internal walls of the channels have reliefs (spikes, for example) so as to increase the heat exchange surface and therefore the heat transfer between the electrical modules and the heat transfer fluid circulating within the walls of the thermal regulation element.
  • the number and dimensions of the reliefs are a compromise between thermal performance and pressure drop of the heat transfer fluid in the channels.
  • each circulation channel can have multiple internal channels.
  • Each support and heat exchange wall includes one or more circulation channels for heat transfer fluid.
  • the number of channels per wall depends in particular on the dimensions of the electrical modules and their power.
  • each face of at least one wall of the thermal regulation element is intended to support electrical energy storage devices s.
  • the base of the connection flange comprises the female elements and the cover of the connection flange carries the male elements.
  • the thermal regulation element carries two connection flanges each comprising a single male or female element.
  • the subject of the invention is also a method for producing a means of fluidic connection of channels of a thermal regulation element as described above, comprising the following step:
  • the method for producing the fluid connection means as described above can comprise the steps following taken together or separately:
  • this step is carried out on a thermal regulation element, the first and second walls of which intersect so that the holes of cylindrical section meet at a junction point between the first and second wall portions.
  • closure means are, for example, matted plugs, plugs with or without a lug, welded plugs, glued plugs, or elastomer plugs, in particular EPDM, force-fitted.
  • the plugs can be flush with the edges of the thermal regulation element so as to minimize the bulk thereof.
  • FIG. la is a perspective view of a thermal regulation element according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure lb is a perspective view of the heat transfer fluid circuit within the thermal regulation element according to the embodiment of Figure la;
  • FIG. 2a is a perspective view of a thermal regulation element according to another particular embodiment of the invention.
  • - Figure 2b is a perspective view of the heat transfer fluid circuit within the thermal regulation element according to the embodiment of Figure 2a;
  • - Figure 3 is a partial view of the thermal control element according to the particular embodiment of Figure la showing the fluid connections formed in two walls of the thermal control element of Figure la between two circulation channels d 'a heat transfer fluid and between a channel and a first pipe intended to supply the first with heat transfer fluid and a second pipe intended to evacuate the heat transfer fluid circulating in the first.
  • FIG. 1a is a perspective view of a thermal regulation element according to a particular embodiment of the invention.
  • Such a thermal regulation element 1 is intended to support a plurality of electrical components, not shown here.
  • This embodiment of the invention is particularly suitable for the heat treatment of elements for storing electrical energy, in particular of rectangular shape.
  • This thermal regulation element 1 and the electrical components which it supports form a thermal treatment system within the meaning of the invention.
  • the thermal regulation element 1 illustrated in FIG. La comprises at least a first portion of heat exchange wall 2 and a second portion of heat exchange wall 4 integral with one another and arranged perpendicularly one compared to each other.
  • the first portion of heat exchange wall 2 extends mainly in a first plane perpendicular to a second plane in which mainly extends the second portion of heat exchange wall 4.
  • Each portion of walls respectively comprises a first external face 21, 41 and a second external face 22, 42 defining the thickness of said wall portions 2, 4.
  • the first wall portion 2 comprises a first channel 3 for circulation of a heat transfer fluid and the second wall portion 4 comprises a second channel 5 for circulation of a heat transfer fluid.
  • Each channel 3, 5 for circulation of a heat transfer fluid is respectively formed in the thickness of the wall portion 2, 4, the channels 3 and 5 extending parallel to one another.
  • the thermal regulation element 1 can comprise other walls in which extend one or more circulation channels of a heat-transfer fluid and on which one or more components are secured electric.
  • the walls 2, 4 of the thermal regulation element 1 thus provide a heat exchanger function in addition to a structural function.
  • these wall portions may also be called “support and heat exchange walls”.
  • the walls 2, 4 form two separate support and heat exchange planes (notably cooling) with electrical components.
  • the longitudinal ends of the first and second channels 3, 5 open respectively through an opening 31, 51 on two opposite edges 23, 43 of the first and second wall portions 2 and 4.
  • Each opening 31, 51 is closed by a closing means, not shown here.
  • the thermal regulation element 1 comprises a connection flange (not shown here) configured to supply heat transfer fluid to the internal circulation circuit of the thermal regulation element and to evacuate the heat transfer fluid from this circulation circuit. internal temperature control element.
  • connection flange is mounted on the outer face of a third wall 7 extending the second wall 4 of the thermal regulation element 1 and extending perpendicularly to the latter.
  • the first and second channels 3, 5 are fluidly connected by means of fluid connection 6. These fluid connection means 6, allow the heat transfer fluid to flow from the first channel 3 of the first wall portion 2 to the second channel 5 of the second wall portion 4, and vice versa.
  • At least one fluid circulation channel in this case the second channel 4 in FIG. 1, is fluidly connected to the connection flange by means of supply and evacuation pipes 8, 9 allowing fluid to supply heat transfer fluid to the channels 3, 5 and to evacuate the heat transfer fluid from these channels.
  • Figure lb shows a perspective view of the heat transfer fluid circuit within the thermal regulation element according to the embodiment of Figure la.
  • the supply and discharge lines 8, 9 are placed on the same channel.
  • a partition element 10 forms an internal watertight partition dividing the second channel 5 into two parts which are fluidly insulated from one another.
  • the supply and discharge lines 8, 9 are respectively located on either side of the partition element 10.
  • the second channel is delimited in a first compartment, called the supply compartment, supplied by the supply line 8, and a second compartment, said evacuation compartment.
  • the feed compartment is connected to the first channel by a first fluid connection means 6 'comprising:
  • the holes 631 ′, 632 ′ emerging in the first channel 3 and the holes 651 ′, 652 ′ emerging in the second channel 5 meet at their second end at a junction point 65 ′ between the first and second wall portions 2, 4 so that the first and second channels 3, 5 are in fluid connection.
  • the supply compartment of the second conduit 5 is in fluid connection with the first channel 3.
  • the first channel 3 is connected to the evacuation compartment of the second channel 5 by a second fluid connection means 6 comprising:
  • the holes 631, 632 opening into the first channel 3 and the holes 651, 652 opening into the second channel 5 meet at their second end at a junction point 65 between the first and second wall portions 2,4 so that the first and second channels 3, 5 are in fluid connection.
  • the cylindrical holes are parallel.
  • the fluid connection means 6, 6 ′ are located near each longitudinal end 31, 51 of the wall portions 2.4.
  • FIG. 2a is a perspective view of a thermal regulation element according to another particular embodiment of the invention.
  • the fluid connection means 6, 6 ' are identical to the embodiment described in Figures la and lb except that the first and second wall portions 2, 4 extend in the same plane.
  • Figure 2b is a perspective view of the heat transfer fluid circuit of a thermal control element according to the embodiment of Figure 2a.
  • FIG. 3 represents a partial view of the thermal regulation element according to the particular embodiment of FIG. La, showing in particular the fluidic connections formed in two wall portions 2, 4 of the thermal regulation element 1 of the figure the between two channels 3, 5 for circulation of a heat transfer fluid and between a channel 5 and a first pipe 8 intended to supply the channels with heat transfer fluid and a second pipe 9 intended for discharging the heat transfer fluid circulating in the channels.
  • each cylindrical hole 631, 632, 651, 652 extends respectively along a longitudinal axis L1, L2, L3, L4. Said axis joins at least one of the edges 23, 43 of the wall portion 2, 4, at the opening 31, 51 of the channel 3, 5 into which said cylindrical hole opens.
  • the diameter of the cylindrical hole is less than or equal to the distance between the two internal faces of the channel. Projection of the section of the cylindrical hole along its longitudinal axis, on a plane orthogonal to the axis along which the channel extends, at the edge of the wall portion, fits into the opening at the end longitudinal of the canal.

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Abstract

La présente invention concerne un élément de régulation thermique (1) d'un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, par exemple un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, comprenant : - au moins une première portion de paroi (2) ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes (21, 22), - la première portion de paroi comprenant au moins un premier canal (3) formé en son épaisseur, - au moins une deuxième portion de paroi (4) ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes (41, 42), - la deuxième portion de paroi (4) comprenant au moins un deuxième canal (5) formé en son épaisseur, - le premier canal (3) et le deuxième canal (5) étant aptes à être empruntés par un fluide caloporteur, lesdites première (2) et deuxième (4) portions de paroi comprenant au moins un moyen de connexion fluidique (6) configuré pour connecter au moins le premier canal (3), ménagé dans l'épaisseur de la première portion de paroi (2), au deuxième canal (5), ménagé dans l'épaisseur de la deuxième portion de paroi (4), ledit moyen de connexion fluidique (6) étant ménagé au moins partiellement au sein de l'épaisseur desdites première (2) et deuxième portions de paroi (4) d'échange thermique, ledit moyen de connexion fluidique (6) comprend au moins un trou de section cylindrique, du premier canal (3) vers le deuxième canal (5), dans au moins l'épaisseur des premières (2) et deuxième (4) portions de paroi, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal.

Description

Elément de régulation thermique d'un composant électrique, d'un véhicule automobile, susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement.
1. Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne la régulation thermique de composants électriques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, ces composants étant notamment des éléments de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, notamment dans le domaine automobile.
2. Etat de la technique
Les motorisations électriques des véhicules automobiles font appel à des composants électriques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, ces composants étant notamment des éléments de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance. Ces composants électriques sont de plus en plus puissants, il devient donc nécessaire de les thermo-réguler, notamment de les refroidir. Ces éléments de stockage d'énergie électrique sont communément appelés les batteries électriques du véhicule.
L'énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.
Dans ce type de véhicule, l'énergie électrique est fournie par une pluralité de cellules électriques assemblées de sorte à former un module électrique
Un dispositif de stockage d'énergie électrique, formé de plusieurs modules électriques, peut ensuite être disposé dans un boîtier de protection de sorte à ce que l'ensemble forme ce que l'on appelle un pack-batterie.
Un problème posé réside dans le fait que durant son fonctionnement, le dispositif de stockage d'énergie électrique est amené à chauffer et risque de ce fait de s'endommager.
Par ailleurs, en cas de température trop basse, l'autonomie du dispositif de stockage d'énergie électrique peut décroître fortement.
La régulation thermique de ce dispositif de stockage d'énergie électrique est, par conséquent, un point important afin de maintenir celle-ci à une température acceptable.
En effet, la température du dispositif de stockage d'énergie électrique 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 ce dispositif de stockage d'énergie électrique.
Cette régulation de la température du dispositif de stockage d'énergie électrique, notamment son refroidissement, est notamment assurée au moyen d'un fluide caloporteur qui circule dans des dispositifs de régulation thermique placés à l'intérieur du boîtier de protection du pack-batterie.
Ces dispositifs de régulation thermique prennent la forme d'échangeurs thermiques à tubes ou plaques.
En règle générale, les dispositifs de régulation thermique sont disposés au fond du boîtier de protection du pack-batterie, sous les modules électriques.
Toutefois, la tenue mécanique de tels dispositifs de régulation thermique est relativement faible, ce qui peut poser problème en cas de chocs (survenant lors d'un accident du véhicule, par exemple).
En outre, lorsque les dispositifs de régulation thermique sont disposés en contact des composants électriques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, il existe un risque de destruction des modules électriques en cas de fuites du fluide caloporteur dans l'enceinte intérieure du pack batterie.
Un autre inconvénient de cette approche réside dans le fait que l'espace alloué à la réception des modules de batterie au sein du pack batterie est réduit du fait de la présence des dispositifs de régulation thermique qui sont relativement encombrants.
Ainsi, la puissance et l'autonomie électrique du véhicule ne sont pas maximisées.
3. Exposé de l'invention
L'invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus
A cet effet, l'invention a pour objet un élément de régulation thermique d'un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, par exemple un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, comprenant :
- au moins une première portion de paroi ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes,
- la première portion de paroi comprenant au moins un premier canal formé en son épaisseur,
- au moins une deuxième portion de paroi ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes,
- la deuxième portion de paroi comprenant au moins un deuxième canal formé en son épaisseur,
- le premier canal et le deuxième canal étant aptes à être empruntés par un fluide caloporteur,
lesdites première et deuxième portions de paroi comprenant au moins un moyen de connexion fluidique configuré pour connecter au moins le premier canal, ménagé dans l'épaisseur de la première portion de paroi d'échange thermique, au deuxième canal, ménagé dans l'épaisseur de la deuxième portion de paroi, ledit moyen de connexion fluidique étant ménagé au moins partiellement au sein de l'épaisseur desdites première et deuxième portions de paroi d'échange thermique, ledit moyen de connexion fluidique comprend au moins un trou de section cylindrique, du premier canal vers le deuxième canal, dans au moins l'épaisseur des première et deuxième portions de paroi, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal.
On entend par « portion de paroi » une portion de paroi d'échange thermique formant avantageusement un échangeur de chaleur favorisant le traitement thermique du composant électrique. Pour cela, un fluide caloporteur parcourt le canal. Le fluide est alors en échange thermique avec la plaque d'échange thermique. On comprendra alors que la plaque d'échange thermique, par conduction, permet un transfert thermique entre le fluide et le composant électrique.
La réalisation du moyen de connexion fluidique au moins partiellement dans l'épaisseur des première et deuxième portions de paroi, permet de limiter l'apport d'éléments rapportés tel que durites, joints ou autres éléments extérieurs aux parois. Ainsi l'invention permet de réduire les zones à risque, autrement dit les zones fragilisées, pouvant être source de fuites du fluide caloporteur ce qui entraînerait une détérioration des composants électriques.
Selon l'invention, les canaux sont formés dans l'épaisseur de parois, ce qui distingue une paroi selon l'invention d'une paroi d'échange thermique formée par deux tôles métalliques embouties et brasées l'une contre l'autre pour délimiter un canal. Chaque canal comprend des première et deuxième faces internes opposées l'une à l'autre. Ces première et deuxième faces internes sont raccordés l'une à l'autre par deux parties d'extrémité.
On entend par « trou de section cylindrique » une surface cylindrique intérieure, en l'occurrence au sein de l'épaisseur d'une paroi, réalisée par enlèvement de matière à l'aide d'outils. Le trou de section cylindrique peut être réalisé par perçage à l'aide d'outil de coupe. Les perçages sont réalisés par perçage par usinage, par exemple utilisant des forêts, perçage jet d'eau, également appelé perçage à haute pression, perçage laser ou encore par ultrasons.
Les canaux ménagés au sein des parois de l'élément de régulation thermique sont dimensionnés de sorte à assurer l'intégrité du dispositif de stockage d'énergie électrique malgré les contraintes mécaniques courantes et accidentelles de la vie du véhicule et le transport d'un fluide caloporteur, tout en préservant l'étanchéité du circuit de circulation du fluide caloporteur. Le fait que les connexions fluidiques entre les canaux soient ménagées dans l'épaisseur des parois de l'élément de régulation thermique, par au moins un trou de section cylindrique, du premier canal vers le deuxième canal, dans au moins les première et deuxième portions de paroi, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal, permet de s'affranchir de connectiques externes, et donc de minimiser les risques de fuites de fluide caloporteur, et de réduire l'encombrement de l'élément de régulation thermique.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention qui peuvent être prises ensemble ou séparément :
- au moins la première portion de paroi est configurée pour porter le composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. On entend par « première portion de paroi configurée pour porter le composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement » le fait que cette première paroi est suffisamment rigide pour servir de support au composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. Avantageusement, le fluide caloporteur qui circule dans le premier canal et dans le deuxième canal peut être un fluide de refroidissement. Ainsi, l'élément de régulation thermique selon la présente invention remplit à la fois une fonction structurelle de support du composant électrique et une fonction de régulation thermique, notamment de refroidissement, de ce composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, grâce à des canaux ménagés, au moins pour partie, directement dans la première portion de paroi d'échange thermique qui participe à la fonction structurelle dudit élément de régulation thermique. Deux fonctions étant assurées par une unique pièce, l'approche de l'invention permet de minimiser l'encombrement global d'un système de traitement thermique comprenant l'élément de régulation thermique selon l'invention et le composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, ce composant étant notamment un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance.
- la première portion de paroi d'échange thermique est une pièce extrudée.
- Les première et deuxième portions de paroi forment une seule et même pièce, pouvant notamment être une pièce extrudée.
L'utilisation d'un matériau extrudé permet d'obtenir un produit fabriqué aisément et pouvant présenter des formes complexes et une tenue mécanique améliorée, ainsi que des canaux de circulation de fluide caloporteur formés en l'épaisseur de ses parois. En outre, l'extrusion permet de former des parois d'épaisseurs relativement importantes, de l'ordre de 1.5 mm au minimum.
- le canal est rectiligne. En d'autres termes, le canal s'étend le long d'un axe droit, ou axe longitudinal.
- Les portions de paroi sont majoritairement en aluminium. De telles parois permettent alors de réduire le poids de la structure montée sur le véhicule tout en optimisant l'échange de chaleur par conductivité thermique entre le fluide parcourant les canaux et le dispositif de stockage électrique.
- Au moins un des premier et deuxième canaux est formé dans une longueur des première ou deuxième portions de paroi d'échange thermique. Une telle configuration permet de réaliser un échange thermique sur toute la longueur d'un composant électrique. Avantageusement, dans le cas d'un dispositif de stockage d'énergie électrique. Ainsi, la régulation thermique d'un composant électrique est plus homogène.
- Un premier plan, dans lequel s'étend la première portion de paroi, et un deuxième plan, dans lequel s'étend la deuxième portion de paroi, sont sécants.
- le premier plan dans lequel s'étend la première portion de paroi et le deuxième plan dans lequel s'étend la deuxième portion de paroi sont perpendiculaire. Dans le cas de la régulation thermique de dispositifs de stockage d'énergie électrique, étant en général de forme parallélépipédique, un tel agencement des première et deuxième parois permet d'optimiser l'agencement de ceux-ci sur l'ensemble de refroidissement et de minimiser l'encombrement d'un système de traitement thermique intégrant un tel ensemble de refroidissement. De plus, les composants électriques sont, selon un exemple, au contact de la première et de la deuxième portion de paroi d'échange thermique de l'élément de régulation thermique, leur régulation thermique est optimisée.
- les extrémités desdits premier et deuxième canaux débouchent par des ouvertures sur deux bords opposés respectivement des première et deuxième portions de paroi et sont destinées à être obturées par des moyens de fermeture. Les moyens de fermeture sont, par exemple, des bouchons matés, des bouchons avec ou sans tenon, des bouchons soudés, des bouchons collés, ou des bouchons en élastomère, en EPDM notamment, emmanchés en force.
Les bouchons sont affleurants avec les bords de l'élément de régulation thermique de sorte à minimiser l'encombrement de celui-ci.
- le moyen de connexion fluidique comprend notamment:
- un premier trou de section cylindrique débouchant par une première extrémité dans la lumière du premier canal,
- un deuxième trou de section cylindrique débouchant par une première extrémité dans la lumière du deuxième canal, et
les premier et deuxième trous cylindriques se rejoignent par leur seconde extrémité de façon à ce que les premier et deuxième canaux soient en connexion fluidique.
- la distance entre les première et deuxième faces internes de chaque canal est inférieure à la distance entre les faces externes délimitant l'épaisseur des portions de parois.
- le diamètre d'au moins un trou cylindrique est inférieur ou égal à la distance entre les deux faces internes du canal.
- la projection de la section d'au moins un trou cylindrique le long de son axe longitudinal, sur un plan orthogonal à l'axe selon lequel le canal s'étend, au niveau du bord de la portion de paroi, s'inscrit dans l'ouverture à l'extrémité longitudinale du canal.
- au moins un trou cylindrique s'étend le long d'un axe longitudinal. Ledit axe rejoint au moins l'un des bords de la portion de paroi dans laquelle s'étend le canal dans lequel débouche ledit trou cylindrique. Ledit axe rejoint ledit bord au niveau de l'ouverture dudit canal sur une de ses extrémités longitudinales.
La réalisation d'un élément de régulation thermique selon ce mode de réalisation est facilitée. En effet, un trou cylindrique selon cette conformation peut être réalisé par l'insertion d'un outil de perçage par une ouverture sur le bord dans l'épaisseur d'une portion de paroi. L'ouverture étant destiné à être obturé, il n'est pas nécessaire pour la réalisation du moyen de connexion fluidique d'utiliser un moyen d'obturation supplémentaire et permet ainsi de limiter le nombre de zone de fragilité de l'élément, et permet également de réduire le nombre d'étape de fabrication.
- le moyen de connexion fluidique comprend au moins deux trous cylindriques sur le premier canal et au moins deux trous cylindriques sur le deuxième canal.
Ce mode de réalisation permet de minimiser les pertes de charges liées notamment à la différence de diamètre entre le moyen de connexion fluidique et les canaux.
- les trous cylindriques sont parallèles.
- au moins la première portion de paroi d'échange thermique comprend une pluralité de canaux.
- la première portion de paroi d'échange thermique comprend en outre un moyen de connexion fluidique configuré pour connecter au moins la pluralité de canaux de ladite première portion de paroi d'échange thermique entre eux, ledit moyen de connexion étant réalisé par au moins un trou de section cylindrique.
- les trous cylindriques sont réalisés par perçage par usinage, perçage jet d'eau, perçage laser ou encore par ultrasons.
- les première et deuxième parois de support et de régulation thermique présentent des moyens de fixation des composants électriques.
- au moins une desdites portions de paroi de régulation thermique présente des moyens de fixation des composants électriques sur les deux surfaces de celle- ci. Une même portion de paroi d'échange thermique de l'élément de régulation thermique peut ainsi présenter deux surfaces d'échange thermique et donc réguler thermiquement des modules électriques disposés de chaque côté de la paroi.
- l'élément de régulation thermique peut également comprendre au moins une première conduite destinée à alimenter le premier et/ou le deuxième canal en fluide caloporteur et au moins une deuxième conduite destinée à évacuer le fluide caloporteur circulant dans le premier et/ou le deuxième canal.
De nouveau, le fait que les conduites permettant d'amener du fluide caloporteur vers les canaux ou d'évacuer du fluide provenant des canaux soient ménagées dans l'épaisseur des parois de l'élément de régulation thermique, permet de réduire l'encombrement de cet élément de régulation thermique en s'affranchissant de connectiques externes, tuyaux, par exemple.
La suppression de telles connectiques externes permet en outre de minimiser les risques de fuites de fluide caloporteur.
- Un élément de partition vient former une cloison interne étanche scindant le deuxième canal en deux parties fluidiquement isolées l'une de l'autre.
- l'élément de régulation thermique comprend plusieurs conduites d'alimentation et d'évacuation de fluide caloporteur. Une telle configuration permet de minimiser les pertes de charge du fluide caloporteur dans le circuit de circulation du fluide ménagé au sein des parois de l'élément de régulation thermique. - l'élément de régulation thermique comprend au moins une bride de raccordement fluidique configuré pour raccorder l'élément de régulation thermique à un circuit externe par l'intermédiaire de la première et/ou de la deuxième conduite. Une telle bride de raccordement est fixée mécaniquement et de façon étanche sur une surface extérieure de l'élément de régulation thermique. On entend par « surface extérieure de l'élément de régulation thermique » une surface de cet élément de régulation thermique tournée à l'opposé du dispositif de stockage d'énergie électrique supporté par cet élément de régulation thermique. Cette bride de raccordement relie fluidiquement un circuit de circulation de fluide caloporteur interne à l'élément de régulation thermique à un circuit externe à cet élément de régulation thermique. Il est à noter que l'élément de régulation thermique conforme à l'invention peut ne pas mettre en œuvre une bride de raccordement telle que décrite précédemment, mais des conduits de raccordement collés ou soudés sur la surface extérieure de l'élément de régulation thermique.
- L'élément de régulation thermique comprend une troisième portion de paroi d'échange thermique s'étendant principalement dans un troisième plan,
- le troisième plan étante parallèle au premier plan dans lequel s'étend la première portion de paroi d'échange thermique et sécant du deuxième plan dans lequel s'inscrit la deuxième portion de paroi d'échange thermique, la bride de raccordement fluidique étant alors fixée sur cette troisième paroi. La bride de raccordement est destinée à permettre le branchement entre un circuit de gestion thermique du véhicule et l'élément de gestion thermique.
- la troisième portion de paroi d'échange thermique peut être configurée pour porter un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, ce composant étant notamment un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, qui est alors agencé au contact de la troisième portion de paroi d'échange thermique et de la deuxième paroi. La régulation thermique de ce composant électrique est alors assurée uniquement par le fluide caloporteur circulant dans le deuxième canal ménagé dans la deuxième paroi. Autrement dit, l'agencement particulier des première, deuxième et troisième parois permet de réguler thermiquement plusieurs dispositifs de stockage d'énergie électrique, disposés sur des parois distinctes de l'élément de régulation thermique.
On comprend donc que la tenue mécanique de l'élément de régulation thermique formant support aux dispositifs de stockage d'énergie électrique est optimisée.
Comparée au brasage qui utilise généralement des alliages d'aluminium de la série 3000, l'extrusion permet l'utilisation d'autres alliages d'aluminium (de la série 6000, par exemple) présentant de meilleures caractéristiques mécaniques.
Du fait de la tenue mécanique améliorée de l'élément de régulation thermique issu d'une filière d'extrusion, le fluide caloporteur peut être de l'eau glycolée ou du réfrigérant, notamment du R134a ou du 1234YF, circulant sous une pression plus importante que l'eau glycolée.
La présente invention concerne également un système de traitement thermique pour véhicule automobile, comprenant au moins un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, ce composant étant notamment un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, porté au moins par un élément de régulation thermique selon la présente invention.
Dans le mode de réalisation illustré, la paroi intérieure des canaux de circulation est lisse.
Il peut toutefois être envisagé que les parois intérieures des canaux présentent des reliefs (picots, par exemple) de sorte à augmenter la surface d'échange thermique et donc le transfert de chaleur entre les modules électriques et le fluide caloporteur circulant au sein des parois de l'élément de régulation thermique. Le nombre et les dimensions des reliefs sont un compromis entre performance thermique et perte de charge du fluide caloporteur dans les canaux.
Par ailleurs, chaque canal de circulation peut présenter de multiples canaux internes.
Chaque paroi de support et d'échange thermique comprend un ou plusieurs canaux de circulation de fluide caloporteur.
Le nombre de canaux par paroi est fonction notamment des dimensions des modules électriques et de leur puissance.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque face d'au moins une paroi de l'élément de régulation thermique est destinée à supporter des dispositifs de stockage d'énergie électrique s.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'embase de la bride de raccordement comprend les éléments femelles et le capot de la bride de raccordement porte les éléments mâles.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de régulation thermique porte deux brides de raccordement comprenant chacune un unique élément mâle ou femelle.
Cette approche est adaptée lorsque l'entrée et la sortie fluidique ne sont pas localisées au même endroit, notamment dans le cas d'une circulation fluidique non bouclée au sein de l'élément de régulation thermique.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un moyen de connexion fluidique de canaux d'un élément de régulation thermique tel que décrit précédemment comprenant l'étape suivante :
- Réaliser au moins un trou de section cylindrique par perçage, du premier canal vers le deuxième canal, dans au moins les première et deuxième parois, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal.
Selon d'autres caractéristiques, le procédé de réalisation du moyen de connexion fluidique tel que décrit précédemment peut comprendre les étapes suivantes prises ensemble ou séparément :
- Réaliser un premier trou de section cylindrique débouchant dans la lumière du premier canal, et un deuxième trou de section cylindrique débouchant dans la lumière du deuxième canal, les premier et deuxième trous de section cylindrique étant réalisés de façon à ce que au moins les premier et deuxième canaux soient en connexion fluidique.
Avantageusement, cette étape est réalisée sur un élément de régulation thermique dont les première et deuxième parois sont sécantes de façon à ce que les trous de section cylindrique se rejoignent en un point de jonction entre les première et deuxième portions de paroi. Ainsi, la connexion fluidique entre des canaux s'étendant dans des plans différents est effectuée sans apport de connectique extérieure.
- Réaliser au moins un trou de section cylindrique par l'insertion d'un dispositif de trou de section cylindrique par au moins l'une des ouvertures des extrémités longitudinales du premier ou deuxième canal. Cette étape permet de limiter le nombre d'étape nécessaire à la mise en connexion des canaux de l'élément de régulation thermique et de permettre une étanchéité grandement amélioré. En effet, s'il on réalise le trou de section cylindrique directement sur les faces internes d'un canal en passant l'outil par une extrémité ouverte du canal, l'épaisseur de la paroi d'échange thermique peut être creusé tout en évitant de créer une ouverture supplémentaire sur l'une des faces externes de la paroi d'échange thermique qui nécessiterait une étape supplémentaire permettant de boucher ainsi qu'un élément rapporter. Le nombre de point de fuite est ainsi limité. Cette étape est réalisée avant l'obturation des ouvertures aux extrémités des canaux.
- réaliser deux trous de section cylindrique, chacun débouchant par une première extrémité dans la lumière du premier canal, et deux trous de section cylindrique chacun débouchant par une première extrémité dans la lumière du deuxième canal, les trous de section cylindrique débouchant dans le premier canal et les trous de section cylindrique débouchant dans le deuxième canal se rejoignent par leur seconde extrémité de façon à ce que les premier et deuxième canaux soient en connexion fluidique. Ce mode de réalisation permet de minimiser les pertes de charges liées notamment à la différence de section d'ouverture entre le moyen de connexion fluidique et les canaux.
- les trous de section cylindrique sont réalisés en parallèles.
- Obturation des ouvertures des extrémités des premiers et deuxième canaux par des moyens de fermeture. Les moyens de fermeture sont, par exemple, des bouchons matés, des bouchons avec ou sans tenon, des bouchons soudés, des bouchons collés, ou des bouchons en élastomère, en EPDM notamment, emmanchés en force. Les bouchons peuvent être affleurants avec les bords de l'élément de régulation thermique de sorte à minimiser l'encombrement de celui- ci. 4. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure la est une vue en perspective d'un élément de régulation thermique selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
- la figure lb est une vue en perspective du circuit de fluide caloporteur au sein de l'élément de régulation thermique selon le mode de réalisation de la figure la ;
- la figure 2a est une vue en perspective d'un élément de régulation thermique selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention ;
- la figure 2b est une vue en perspective du circuit de fluide caloporteur au sein de l'élément de régulation thermique selon le mode de réalisation de la figure 2a ; - la figure 3 est une vue partielle de l'élément de régulation thermique selon le mode de réalisation particulier de la figure la montrant les connexions fluidiques ménagées dans deux parois de l'élément de régulation thermique de la figure la entre deux canaux de circulation d'un fluide caloporteur et entre un canal et une première conduite destinée à alimenter le premier en fluide caloporteur et une deuxième conduite destinée à évacuer le fluide caloporteur circulant dans le premier.
Sur les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques pour les différents modes de réalisation proposés.
5. Description détaillée de l'invention
La figure la est une vue en perspective d'un élément de régulation thermique selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Un tel élément de régulation thermique 1 est destiné à supporter une pluralité de composants électriques, non représentés ici. Ce mode de réalisation de l'invention s'adapte particulièrement bien au traitement thermique d'éléments de stockage d'énergie électrique, notamment de forme parallélépipédique. Cet élément de régulation thermique 1 et les composants électriques qu'il supporte forment un système de traitement thermique au sens de l'invention.
L'élément de régulation thermique 1 illustré sur la figure la comprend au moins une première portion de paroi d'échange thermique 2 et une deuxième portion de paroi d'échange thermique 4 solidaires l'une de l'autre et disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre. Autrement dit, la première portion de paroi d'échange thermique 2 s'étend principalement dans un premier plan perpendiculaire à un deuxième plan dans lequel s'étend principalement la deuxième portion de paroi d'échange thermique 4. Chaque portion de parois comprend respectivement une première face externe 21, 41 et une deuxième face externe 22, 42 délimitant l'épaisseur desdites portions de paroi 2, 4.
La première portion de paroi 2 comprend un premier canal 3 de circulation d'un fluide caloporteur et la deuxième portion de paroi 4 comprend un deuxième canal 5 de circulation d'un fluide caloporteur.
Chaque canal 3, 5 de circulation d'un fluide caloporteur est respectivement formé dans l'épaisseur de la portion de paroi 2, 4, les canaux 3 et 5 s'étendant parallèlement l'un par rapport à l'autre.
Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 1, l'élément de régulation thermique 1 peut comprendre d'autres parois dans lesquelles s'étendent un ou plusieurs canaux de circulation d'un fluide caloporteur et sur lesquelles sont solidarisés un ou plusieurs composants électriques.
Les parois 2, 4 de l'élément de régulation thermique 1 assurent ainsi une fonction d'échangeur thermique en plus d'une fonction structurelle. En ce sens, ces portions de parois pourront également être appelées « parois de support et d'échange thermique ».
Une telle solution permet de s'affranchir de la mise en œuvre d'échangeurs thermiques disposés dans l'enceinte intérieure d'un boîtier de protection dans lequel seraient agencés les composants électriques, conformément à l'approche de l'art antérieur.
Par ailleurs, les parois 2, 4 forment deux plans de support et d'échange thermique (de refroidissement notamment) distincts avec des composants électrique.
Un tel agencement des plans d'échange thermique permet de réduire l'encombrement de l'élément de régulation thermique 1 tout en optimisant son efficacité en termes de régulation thermique. Les extrémités longitudinales des premier et deuxième canaux 3, 5 débouchent respectivement par une ouverture 31, 51 sur deux bords 23, 43 opposés des première et deuxième portions de paroi 2 et 4.
Chaque ouverture 31, 51 est obturée par un moyen de fermeture, non représenté ici.
Par ailleurs, l'élément de régulation thermique 1 comprend une bride (non représenté ici) de raccordement configurée pour alimenter en fluide caloporteur le circuit de circulation interne de l'élément de régulation thermique et pour évacuer le fluide caloporteur provenant de ce circuit de circulation interne de l'élément de régulation thermique.
Selon se mode de réalisation, la bride de raccordement est montée sur la face extérieure d'une troisième paroi 7 prolongeant la deuxième paroi 4 de l'élément de régulation thermique 1 et s'étendant perpendiculairement à cette dernière.
Les premier et deuxième canaux 3, 5 sont reliés fluidiquement par le biais de moyens de connexion fluidique 6. Ces moyens de connexion fluidique 6, permettent au fluide caloporteur de circuler du premier canal 3 de la première portion de paroi 2 vers le deuxième canal 5 de la deuxième portion de paroi 4, et inversement.
En outre, au moins un canal de circulation de fluide, en l'occurrence le deuxième canal 4 sur la figure 1, est relié fluidiquement à la bride de raccordement par le biais de conduites d'alimentation et d'évacuation 8, 9 fluidique permettant d'alimenter en fluide caloporteur les canaux 3, 5 et d'évacuer le fluide caloporteur de ces canaux.
La figure lb représente une vue en perspective du circuit de fluide caloporteur au sein de l'élément de régulation thermique selon le mode de réalisation de la figure la. Dans ce mode de réalisation, les conduites d'alimentation, et d'évacuation 8, 9 sont placés sur le même canal. Un élément de partition 10 vient former une cloison interne étanche scindant le deuxième canal 5 en deux parties fluidiquement isolées l'une de l'autre. Les conduites d'alimentation et d'évacuation 8, 9 sont respectivement situées de part et d'autre de l'élément de partition 10. Ainsi, le deuxième canal est délimité en un premier compartiment, dit compartiment d'alimentation, alimenté par la conduite d'alimentation 8, et un deuxième compartiment, dit compartiment d'évacuation.
Le compartiment d'alimentation est connecté au premier canal par un premier moyen de connexion fluidique 6' comprenant :
- deux trous cylindriques 63 , 632' parallèle et débouchants par une première extrémité dans la lumière du premier canal 3',
- deux trous cylindriques 65 , 652' parallèles et débouchants par une première extrémité dans la lumière du deuxième canal 5,
les trous 631', 632' débouchants dans le premier canal 3 et les trous 651', 652' débouchants dans le deuxième canal 5 se rejoignent par leur seconde extrémité en un point de jonction 65' entre les première et deuxième portions de paroi 2, 4 de façon à ce que les premier et deuxième canaux 3, 5 soient en connexion fluidique. Ainsi le compartiment d'alimentation du deuxième conduit 5 est en connexion fluidique avec le premier canal 3.
Le premier canal 3 est connecté au compartiment d'évacuation du deuxième canal 5 par un second moyen de connexion fluidique 6 comprenant :
- deux trous cylindriques 631, 632 parallèle et débouchants par une première extrémité dans la lumière du premier canal 3,
- deux trous cylindriques 651, 652 parallèles et débouchants par une première extrémité dans la lumière du deuxième canal 5,
les trous 631, 632 débouchants dans le premier canal 3 et les trous 651, 652 débouchants dans le deuxième canal 5 se rejoignent par leur seconde extrémité en un point de jonction 65 entre les première et deuxième portions de paroi 2,4 de façon à ce que les premier et deuxième canaux 3, 5 soient en connexion fluidique.
Dans ce mode de réalisation, les trous cylindriques sont parallèles.
Les moyens de connexion fluidique 6, 6' sont situés à proximité de chaque extrémité longitudinale 31, 51des portions de parois 2,4.
La figure 2a est une vue en perspective d'un élément de régulation thermique selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les moyens de connexions fluidiques 6, 6' sont identiques au mode de réalisation décrit an figures la et lb à la différence que les première et deuxième portions de paroi 2, 4 s'étendent dans un même plan.
La figure 2b est une vue en perspective du circuit de fluide caloporteur au d'un élément de régulation thermique selon le mode de réalisation de la figure 2a.
La figure 3 représente une vue partielle de l'élément de régulation thermique selon le mode de réalisation particulier de la figure la, montrant particulièrement les connexions fluidiques ménagées dans deux portions de parois 2, 4 de l'élément de régulation thermique 1 de la figure la entre deux canaux 3, 5 de circulation d'un fluide caloporteur et entre un canal 5 et une première conduite 8 destinée à alimenter les canaux en fluide caloporteur et une deuxième conduite 9 destinée à évacuer le fluide caloporteur circulant dans les canaux.
Dans ce mode de réalisation, chaque trou cylindrique 631, 632, 651, 652, s'étend respectivement le long d'un axe longitudinal Ll, L2, L3, L4. Ledit axe rejoint au moins l'un des bords 23, 43 de la portion de paroi 2, 4, au niveau de l'ouverture 31, 51 du canal 3, 5 dans lequel ledit trou cylindrique débouche.
Dans certain mode de réalisation, le diamètre du trou cylindrique est inférieur ou égal à la distance entre les deux faces internes du canal. La projection de la section du trou cylindrique le long de son axe longitudinal, sur un plan orthogonal à l'axe selon lequel le canal s'étend, au niveau du bord de la portion de paroi, s'inscrit dans l'ouverture à l'extrémité longitudinale du canal.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément de régulation thermique (1) d'un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, par exemple un élément de stockage d'énergie électrique ou un dispositif d'électronique de puissance, comprenant :
- au moins une première portion de paroi (2) ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes (21, 22),
- la première portion de paroi comprenant au moins un premier canal (3) formé en son épaisseur,
- au moins une deuxième portion de paroi (4) ayant une épaisseur délimitée par deux faces externes (41, 42),
- la deuxième portion de paroi (4) comprenant au moins un deuxième canal (5) formé en son épaisseur,
- le premier canal (3) et le deuxième canal (5) étant aptes à être empruntés par un fluide caloporteur,
lesdites première (2) et deuxième (4) portions de paroi comprenant au moins un moyen de connexion fluidique (6) configuré pour connecter au moins le premier canal (3), ménagé dans l'épaisseur de la première portion de paroi (2), au deuxième canal (5), ménagé dans l'épaisseur de la deuxième portion de paroi (4), ledit moyen de connexion fluidique (6) étant ménagé au moins partiellement au sein de l'épaisseur desdites première (2) et deuxième portions de paroi (4) d'échange thermique, ledit moyen de connexion fluidique (6) comprend au moins un trou de section cylindrique, du premier canal (3) vers le deuxième canal (5), dans au moins l'épaisseur des première (2) et deuxième (4) portions de paroi, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal.
2. Elément de régulation thermique selon la revendication précédente dans lequel, la première portion de paroi d'échange thermique (2) s'étend principalement dans un premier plan et la deuxième portion de paroi d'échange thermique (4) s'étend principalement dans un deuxième plan et les premier et deuxième plans sont sécants.
3. Elément de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de connexion fluidique (6) comprend :
- un premier trou de section cylindrique débouchant par une première extrémité dans la lumière du premier canal,
- un deuxième trou de section cylindrique débouchant par une première extrémité dans la lumière du deuxième canal, et
les premier et deuxième trous cylindriques se rejoignent par leur seconde extrémité de façon à ce que les premier et deuxième canaux soient en connexion fluidique.
4. Elément de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel :
les premier (3) et deuxième (5) canaux débouchent chacun par au moins une ouverture en une extrémité longitudinales (31, 51) respectivement dans l'épaisseur des première (2) et deuxième (4) portions de paroi, et
- au moins un trou cylindrique (631, 632, 651, 652) s'étend le long d'un axe longitudinal (Ll, L2, L3, L4), ledit axe rejoint au moins l'un des bords (23, 43) de la portion de paroi (2, 4), au niveau de l'ouverture (31, 51) du canal (3, 5) dans lequel ledit trou cylindrique débouche.
5. Elément de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de connexion fluidique (6) comprend au moins deux trous de section cylindrique sur le premier canal (3) et au moins deux trous de section cylindrique sur le deuxième canal (5) de façon à réaliser deux conduits étanches reliant la lumière du premier canal (3) avec la lumière du deuxième canal (5).
6. Elément de régulation thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (31, 51) desdits premier (3) et deuxième (5) canaux sont destinées à être obturées par des moyens de fermeture.
7. Elément de régulation thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins la première portion paroi d'échange thermique (2) comprend une pluralité de canaux, comprenant en outre un moyen de connexion fluidique configuré pour connecter au moins les canaux de ladite première portion de paroi d'échange thermique (2) entre eux, ledit moyen de connexion étant réalisé par au moins un trou de section cylindrique.
8. Procédé de réalisation d'un moyen de connexion fluidique de canaux d'un élément de régulation thermique tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications précédentes comprenant l'étape suivante :
Réaliser au moins un trou de section cylindrique, du premier canal vers le deuxième canal, dans au moins les première et deuxième portions de paroi, de façon à réaliser un conduit étanche reliant la lumière du premier canal avec la lumière du deuxième canal. Procédé de réalisation d'un moyen de connexion fluidique de canaux d'un élément de régulation thermique tel que revendiqué selon la revendication précédente comprenant en outre, les étapes suivantes : un premier trou de section cylindrique est réalisé sur le premier canal,
un deuxième trou de section cylindrique est réalisé sur le deuxième canal, et
les premier et deuxième trous de section cylindrique étant réalisés de façon à ce que au moins les premier et deuxième canaux soient en connexion fluidique.
Procédé de réalisation d'un moyen de connexion fluidique de canaux d'un élément de régulation thermique tel que revendiqué dans l'une des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape suivante :
- au moins un trou de section cylindrique est réalisé par l'insertion d'un dispositif de trou de section cylindrique par au moins l'une des extrémités longitudinales du premier ou deuxième canal.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010055714A1 (en) * 2000-05-22 2001-12-27 Alstom Electronic power device
EP2337436A2 (fr) * 2009-12-18 2011-06-22 Vacon Oyj Agencement dans un refroidisseur de liquide
EP2608311A1 (fr) * 2011-12-22 2013-06-26 Samsung SDI Co., Ltd. Module de batterie
EP2629594A1 (fr) * 2012-02-14 2013-08-21 ABB Oy Appareil électronique
DE102012012663A1 (de) * 2012-06-23 2013-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Gehäuse für eine Betriebseinrichtung, insbesondere für ein Batteriepaket einer Fahrzeugantriebsbatterie
US20140352149A1 (en) * 2010-12-06 2014-12-04 Transistor Devices, Inc. D/B/A Tdi Power Heat Exchanger for Electronic Assemblies
CN106450568A (zh) * 2016-10-09 2017-02-22 浙江吉利控股集团有限公司 一种动力电池包热管理系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010055714A1 (en) * 2000-05-22 2001-12-27 Alstom Electronic power device
EP2337436A2 (fr) * 2009-12-18 2011-06-22 Vacon Oyj Agencement dans un refroidisseur de liquide
US20140352149A1 (en) * 2010-12-06 2014-12-04 Transistor Devices, Inc. D/B/A Tdi Power Heat Exchanger for Electronic Assemblies
EP2608311A1 (fr) * 2011-12-22 2013-06-26 Samsung SDI Co., Ltd. Module de batterie
EP2629594A1 (fr) * 2012-02-14 2013-08-21 ABB Oy Appareil électronique
DE102012012663A1 (de) * 2012-06-23 2013-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Gehäuse für eine Betriebseinrichtung, insbesondere für ein Batteriepaket einer Fahrzeugantriebsbatterie
CN106450568A (zh) * 2016-10-09 2017-02-22 浙江吉利控股集团有限公司 一种动力电池包热管理系统

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