WO2020161399A1 - Refroidisseur pour une batterie d'un véhicule automobile - Google Patents

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WO2020161399A1
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wall
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Abdelillah EL HABCHI
Jeremy MOIGNARD
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PSA Automobiles SA
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cooler for a battery of a
  • motor vehicle in particular a cooler integrated into a battery pack of a hybrid or electric vehicle.
  • traction (or propulsion) batteries connected to a power network to supply the electric traction motors (or
  • an assembly comprising at least one battery module containing at least one electrochemical cell.
  • This battery possibly includes means
  • this at least one module electrical or electronic for the management of electrical energy of this at least one module.
  • these modules When there are several modules, they are grouped together in a casing and then form a battery pack, this battery pack often being designated by the English expression “battery pack”, this casing generally containing a mounting interface, and terminals. connection.
  • electrochemical cell will be understood throughout the text of this document, cells generating current by chemical reaction, for example of lithium-ion (or Li-ion) type, of Ni-Mh or Ni type -Cd or even lead.
  • lithium-ion batteries have limited performance with negative temperatures, and high temperatures degrade them rapidly.
  • coolers are hydraulically connected to each other in series and / or in parallel, or else independent of each other.
  • this plate being formed by three metal sheets and thermally conductive, stacked, and brazed together.
  • this solution allows a homogenization of the cooling of the module, the efficiency (power) of the cooling is not optimal because a part of the outgoing fluid heats up a part of the incoming fluid, thus creating an internal heat loss.
  • this solution requires metal sheets and therefore brazing, which is an assembly technology which does not allow large coolers to be produced (limitation by the process).
  • this cooler also does not have sufficient rigidity to be large.
  • the aim of the invention is to remedy at least one of these drawbacks, in particular by optimizing the structure of the cooler to allow it to have both a large size and good cooling efficiency.
  • the invention relates to a cooler comprising a base plate, and an all-metal contact plate assembled against the base plate and forming between them a first level of circulation of a heat transfer fluid, the contact plate being in contact with an element to be cooled by conduction, this cooler being such that the base plate comprises, in its thickness, an internal space forming a second level of circulation of the heat transfer fluid, the base plate being made of a thermal insulating material whose thermal conductivity (l) is less than 2 Wm-1 -K-1 at 20 ° C.
  • thermo-insulating material for example thermoplastic
  • This material is also a less expensive material than metal and especially aluminum, copper, or stainless steel.
  • Another advantage is that there is no longer any need to assemble the base plate and the contact plate by a conventional soldering process. This brazing process therefore no longer limits the possible size of the cooler, a limitation which was due to the limited capacity of the brazing furnaces. Further, the base plate having an internal space forming a second level of fluid circulation
  • coolant has improved stiffness to deformation, as it has a modulus of inertia much greater than a simple stamped plate.
  • the base plate comprises a first wall facing a second wall, a space preserved between the two walls forming the internal space.
  • the first and second walls are made of thermoplastic materials and are assembled by welding, in particular by ultrasonic welding, heating blade, rotation, laser, or even high
  • the first and the second wall are assembled by gluing, riveting, screwing, snapping, or
  • the base plate comprises a fluid seal between the first and the second wall.
  • the base plate is made in one piece by molding.
  • the contact plate comprises tabs at its periphery crimping the base plate against the contact plate.
  • this crimping can join together in a single operation the contact plate, the first wall, and the second wall.
  • the fluid circulates in a first flow through the first level, and a second flow at the second level, the first and the second flow being parallel and in the same direction
  • this cooler comprising a fluid inlet common to both levels, a first fluid outlet of the first level, a second fluid outlet of the second level, the fluid inlet being the only fluid communication between the two levels.
  • the second level replaces a fluid line, and the fluid entering the cooler is divided into these two streams, the freshness of the second stream being preserved thanks to the thermal insulation property of the base plate, for by example go to cool a second battery module.
  • the second level being thermally isolated, whether the cooler is used as a cooler or a heater, the flow of this second level will always be considered from the inlet of the fluid of the second level to the outlet of the fluid of the second level , even if the heat exchange flux here is zero.
  • the fluid circulates according to the
  • this cooler comprising a first level fluid inlet and a second level fluid outlet, and a fluid passage between the two levels, remote from the fluid inlet.
  • the subject of the invention is also a vehicle, in particular a vehicle
  • this vehicle comprising a battery pack containing at least minus one battery module, this battery unit comprising a cooler as described above, the element to be cooled by conduction being one face of the battery module.
  • FIG.1 shows an exploded view of a cooler according to a first
  • a battery module positioned under a battery module.
  • FIG.2 shows a cross section of the cooler of Figure 1.
  • FIG.3 is a diagram of a longitudinal section of two
  • FIG.4 shows the diagram of a longitudinal section of a cooler, and positioned under several battery modules, according to the first embodiment of the invention of Figure 1 and 2.
  • FIG. 1 illustrates a cooler 1 according to a first embodiment, comprising a base plate 2, and an all-metal contact plate 3 assembled against the base plate 2 and forming between them a first level 4 of circulation of a heat transfer fluid, the contact plate 3 being in contact with an element 5 to be cooled by conduction, this cooler 1 being such that the base plate 2 comprises, in its thickness, a space internal forming a second level 6 of circulation of the heat transfer fluid, the base plate 2 being made of a thermo-insulating material whose thermal conductivity l is less than 2 Wm-1 -K-1 at 20 ° C.
  • Examples of possible materials are plastics, the thermal conductivity of which varies between 0.15 to 0.50 W-m-1 -K-1 at 20 ° C.
  • these materials are plastics loaded with fibers, for example resins loaded with glass or carbon fibers, then forming a material whose thermal conductivity will be a little higher than uncharged plastics, between 0 , 15 and 2 Wm-1 -K-1 at 20 ° C depending on the orientation or not of the fibers, and the direction of heat propagation considered, and making it possible to increase the rigidity of the base plate 2 and therefore, to increase its size.
  • the base plate 2 comprises a first wall 7 facing a
  • the first wall 7 and the second wall 8 are separate plates, and the contact plate 3 comprises at its periphery tabs 9 crimping the base plate 2 against the contact plate 3 by sandwiching the first wall 7 between the second wall 8 and the contact plate 3. This crimping performs the peripheral sealing of the two levels 4, 6 by clamping the contact plate 3 and the first wall 7 and the second wall 8 between them .
  • the contact plate 3 includes a first inlet port 17 for the fluid
  • the first wall 7 comprises a second inlet port 19 for the heat transfer fluid in the second level 6, this second port of inlet 19 being common to both levels and also having the function of being a first outlet port 19 for the coolant from the first level 4, to the second level 6.
  • the first wall 7 further comprises a second outlet port 18 for the fluid second level coolant 6, second outlet port 18 connected to an outlet pipe 20, this outlet pipe 20 sealingly passing through the contact plate 3 by a pipe orifice 40 made through the contact plate 3.
  • the pipe input 21 and driving outlet 20 then both protrude from the upper face of the contact plate 3.
  • Figure 2 which illustrates a cross section of Figure 1, and therefore of the first embodiment, discloses a first seal 10 interposed between the contact plate 3 and the first wall 7 on their periphery.
  • a second seal 1 1 can be interposed between the first wall 7 and the second wall 8 on their periphery.
  • These two seals 10, 1 1 are then compressed by the crimping, between the contact surfaces between the contact plate 3, the first wall 7, the second wall 8.
  • these seals 10, 1 1 are beads made to from the first wall 7 and therefore of the same material as the first wall 7, is attached by a bi-injection process, on one side or both sides of the first wall 7.
  • Figure 2 illustrates the example where the second seal January 1 is a bead of the first wall 7, while the first seal 10 is an added seal, for example a seal of circular section, between the contact plate 3 and the first wall 7. Note that in this section, only the contact plate 3 and the second wall 8 are hatched.
  • THE base plate 2 comprises the first wall 7 and the second wall 8.
  • Figure 2 further illustrates the tabs 9 according to their cross section, which when crimped, have a flange 14 curved against an outer face 15 of the base plate 2. This outer face 15 is the lower surface of the second wall 8.
  • first wall 7 comprises first
  • protuberances 12 projecting towards the contact plate 3 and going so far as to bear on the contact plate 3, in the first level 4. These first protuberances 12 are distributed over the upper surface of the first wall 7, the top being defined as the surface of the contact plate 3 which is in contact with the element to be cooled 5, and the bottom being the surface of the base plate 2 opposite the contact plate 3, i.e. the lower surface 15 of the second wall 8. It is also noted that the second wall 8 comprises second protuberances 13 projecting towards the first wall 7 and going so far as to bear on the underside of the first wall 7. These first and second protuberances 12, 13 have the double role of making it possible to support the weight of the element to be cooled 5, and to form fluid guide channels in the first and second level 4, 6.
  • the element to be cooled 5 is one or more battery modules 5.
  • the top and bottom correspond to terrestrial gravity and the battery module 5 rests on the cooler 1 which itself rests on a casing of a battery pack (not shown).
  • the cooler 1 must therefore support the weight of the battery modules 5, hence the presence of the protuberances 12, 13. But this cooler 1 can also be positioned on a vertical face of the battery module 5.
  • an interface thermal conduction element 16 between the two for example a thermal paste or a thermal mat, whose capacity to deform has the role of ensuring thermal conductivity on a most surface. large possible between battery module 5 and contact plate 3.
  • first and second walls 7, 8 are made of thermoplastic materials and are assembled by welding, in particular by ultrasonic welding, heating blade, rotation, laser, or even high frequency.
  • the first and second walls 7, 8 are assembled by gluing, riveting, screwing,
  • the base plate 2 is made in one piece by molding, for example by injection of plastic under pressure, or rotational molding.
  • FIG. 4 also illustrates the first exemplary embodiment of the invention. The fluid circulates according to the first flow through the first level 4, and the
  • This cooler 1 comprises an inlet for the fluid of the first level 4 through the first inlet orifice 17, an outlet of the fluid of the second level 6 through the second outlet orifice 18, and a fluid passage between the two levels through the first orifice outlet 19 which is remote from the fluid inlet.
  • the fluid inlet and the fluid passage between the two levels are each at an opposite end of the cooler 1.
  • Figure 3 illustrates the second embodiment of the invention.
  • This cooler comprises a fluid inlet common to the two levels 4, 6, a first fluid outlet of the first level, a second fluid outlet of the second level, the fluid inlet being the only fluid communication between the two levels 4, 6.
  • the fluid inlet common to the two levels 4, 6 is made, for example, through the same first inlet port 17 of the first embodiment, in combination with a third inlet port 22 which is common to the two levels 4, 6, that is to say produced in the first wall 7.
  • This third inlet orifice 22 is judiciously placed near the fluid inlet common to the two levels 4, 6, for example in screw -with respect to the first inlet port 17.
  • the first wall 7 then has the function of dividing the fluid coming from the first inlet port 17 into two distinct flows: the first flow through the first level 4, and the second flow through the second level 6.
  • the distribution of The flow rate of the fluid between these two flows depends essentially on the difference in the fluidic pressure drops between the two levels 4, 6, which is the simplest embodiment, but in a variant not shown, one can consider a pump for each level 4, 6.
  • the first outlet of the first level fluid is produced by a third outlet port 23, distant from the first inlet port 17, these two ports being for example each at an opposite end of the cooler 1.
  • This third outlet port 23 is for example produced in the contact plate 3 and connected to a second outlet pipe (not shown).
  • the fluid leaving this first level 4 is then a hot fluid or fluid heated by the heat of the battery modules 5, and is evacuated, via this second outlet pipe, for example to a radiator (not shown) which is part of a cooling circuit known to those skilled in the art.
  • this third outlet orifice 23 for the same reasons as the device representing the second outlet orifice 18 of FIG. 4, is artificially represented visibly in FIG. 3, which would not be the case if this orifice 23 was drawn through the contact plate 3. Even if this configuration of FIG. 3 is quite possible, it is just a trick to be able to represent this third outlet orifice 23 in this FIG. 3.
  • the second fluid outlet of the second level 6 is produced by a
  • fourth outlet 24 preferably made in the first wall 7 and connected to a third outlet pipe 25.
  • This fourth outlet orifice 24 can also be made in the second wall 8, or more generally through the base plate 2, but the advantage of making it in the first wall 7 is to be able to put the third outlet pipe 25 and the second outlet pipe in parallel and the fluid leaving in the same direction, which is a gain in compactness for the battery unit .
  • unhooked 31 being a wall orthogonal to the first level 4, and which closes the end of this first level 4.
  • This configuration has the advantage of allowing the third outlet pipe 25 not to have to pass through the contact plate 3, and therefore avoids having to perform an additional seal between this third outlet pipe 25 and the contact plate 3. But this configuration is not imperative, and in a variant not shown, this third outlet pipe 25 can, in a manner equivalent to the first outlet pipe 20, pass through waterproof contact plate 3.
  • the fluid leaving this third outlet pipe 25 is an unheated or uncooled fluid, since it has passed through the second level 6 between the first wall 7 and the second wall 8 which are made of a material thermo-insulating. This fluid leaving this third outlet pipe 25 can then be guided to a second cooler 30, the second level 6
  • This second cooler 30 can be of any type, but is shown here identically to the cooler 1 described above.
  • a subject of the invention is also a vehicle (not shown), in particular an electric or hybrid vehicle, this vehicle comprising a battery unit containing at least one battery module 5, this battery unit comprising a cooler 1 as described above. , the element to be cooled by conduction being one side of the battery module 5.

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Abstract

Refroidisseur (1) comprenant une plaque de base (2), et une plaque de contact (3) entièrement métallique assemblée contre la plaque de base (2) et formant entre-elles un premier niveau (4) de circulation d'un fluide caloporteur, la plaque de contact (3) étant en contact avec un élément à refroidir (5) par conduction. Ce refroidisseur (1) est tel que la plaque de base (2) comprend, dans son épaisseur, un espace interne formant un deuxième niveau (6) de circulation du fluide caloporteur, la plaque de base (2) étant réalisée en une matière thermo-isolante dont la conductivité thermique λ est inférieure à 2 W·m−1·K−1 à 20°C.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : REFROIDISSEUR POUR UNE BATTERIE D’UN
VEHICULE AUTOMOBILE.
[0001 ] La présente invention concerne un refroidisseur pour une batterie d'un
véhicule automobile, notamment un refroidisseur intégré dans un pack batteries d’un véhicule hybride ou électrique.
[0002] Les véhicules automobiles, s’ils sont à propulsion électrique ou hybride,
comportent une ou des batteries de traction (ou propulsion) reliées à un réseau de puissance pour alimenter les moteurs électriques de traction (ou de
propulsion).
[0003] On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique. Cette batterie comprend éventuellement des moyens
électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.
[0004] Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.
[0005] La capacité et la puissance de ces batteries sont en constante augmentation, notamment grâce à la technologie lithium-ion « Li-ion ». Cependant, ce type de batteries pose des problèmes liés à la température de fonctionnement.
[0006] En effet, les batteries au lithium-ion ont des performances limitées avec des températures négatives, et les températures élevées les dégradent rapidement.
[0007] Pour améliorer leur fonctionnement à froid, on peut modifier les matériaux des électrodes, ou l'électrolyte, mais ces solutions peuvent dégrader certaines performances des batteries, notamment à chaud, ce qui réduit leur durée de vie. On peut aussi prévoir un nombre plus important de cellules en parallèle. Ces différentes solutions augmentent notablement les coûts des batteries.
[0008] Une autre solution consiste à réguler la température de ces batteries par un système de refroidissement parcouru par un fluide caloporteur, généralement de l’eau glycolée, ce système comprenant des refroidisseurs. Ces refroidisseurs, généralement en forme de plaque en contact avec les modules, sont reliés hydrauliquement entre eux en série et/ou en parallèle, ou encore indépendants les uns des autres.
[0009] Or les performances des batteries (puissance, énergie embarquée, sécurité) provoquent de fortes contraintes sur la conception et l’intégration des
refroidisseurs. Il est donc nécessaire d’optimiser ce système de refroidissement, notamment les refroidisseurs, pour s’adapter au mieux à la complexité des batteries, avec en outre des objectifs de réduction de coûts de fabrications.
[0010] On connaît par exemple, du document FR-A1 -3 003 938, une plaque de
refroidissement économique pour un pack batteries, comprenant une plaque de base en plastique et une plaque de contact métallique. Si cette solution est économique, elle ne permet pas un assemblage rigide du refroidisseur, qui est donc de dimension limitée et non adaptée à un grand regroupement de modules, ce grand regroupement nécessitant alors plusieurs refroidisseurs, et donc plusieurs conduites d’interconnexion qui sont autant de sources de fuite potentielles du fluide.
[0011 ] On connaît en outre, du document FR-A1 - 3 01 1 131 , une plaque de
refroidissement à deux niveaux de circulation du fluide, de sens opposé de circulation, cette plaque étant constituée par trois feuilles métalliques et thermo conductrices, empilées, et brasées entre-elles.
[0012] Si cette solution permet une homogénéisation du refroidissement du module, l’efficacité (puissance) du refroidissement n’est pas optimale car une partie du fluide sortant réchauffe une partie du fluide rentrant, créant ainsi une perte thermique interne. En outre, cette solution impose des feuilles métalliques et donc le brasage, qui est une technologie d’assemblage qui ne permet pas de réaliser de grands refroidisseurs (limitation par le procédé). En outre, ce refroidisseur ne présente pas non plus une rigidité suffisante pour être de grande dimension.
[0013] Le but de l’invention est de remédier à au moins l’un de ces inconvénients, notamment en optimisant la structure du refroidisseur pour lui permettre d’avoir à la fois une grande dimension et une bonne efficacité de refroidissement.
[0014] A cet effet, l’invention a pour objet un refroidisseur comprenant une plaque de base, et une plaque de contact entièrement métallique assemblée contre la plaque de base et formant entre-elles un premier niveau de circulation d’un fluide caloporteur, la plaque de contact étant en contact avec un élément à refroidir par conduction, ce refroidisseur étant tel que la plaque de base comprend, dans son épaisseur, un espace interne formant un deuxième niveau de circulation du fluide caloporteur, la plaque de base étant réalisée en une matière thermo-isolante dont la conductivité thermique (l ) est inférieure à 2 W-m-1 -K-1 à 20 °C.
[0015] Ainsi la matière thermo-isolante, par exemple thermoplastique, permet
d’éviter les pertes thermiques internes entre les deux niveaux et donc d’améliorer l’efficacité du refroidisseur (meilleur rendement thermique). Cette matière est en outre une matière moins coûteuse que le métal et notamment l’aluminium, le cuivre, ou l’acier inoxydable.
[0016] Un autre avantage est qu’il n’y a plus besoin d’assembler la plaque de base et la plaque de contact par un procédé classique de brasage. Ce procédé de brasage ne limite donc plus la taille possible du refroidisseur, limitation qui était due à la capacité limitée des fours de brasage. En outre, la plaque de base ayant un espace interne formant un deuxième niveau de circulation du fluide
caloporteur, présente une rigidité à la déformation améliorée, car elle présente un module d’inertie bien plus grand qu’une simple plaque emboutie.
[0017] Un autre avantage encore est que, lorsqu’il y a plusieurs refroidisseurs reliés hydrauliquement entre-deux, cette plaque de base permet d’homogénéiser le refroidissement entre chaque refroidisseur en utilisant le deuxième niveau comme une simple conduite amenant un fluide non réchauffé à un second refroidisseur, et donc, d’homogénéiser le refroidissement sur l’ensemble des modules d’une batterie. [0018] Selon un mode de réalisation de l’invention, la plaque de base comprend une première paroi en vis-à-vis d’une deuxième paroi, un espace préservé entre les deux parois formant l’espace interne.
[0019] Selon un mode de réalisation de l’invention, la première et la deuxième paroi sont en matériaux thermoplastique et sont assemblées par soudage, notamment par soudage ultrason, lame chauffante, rotation, laser, ou encore haute
fréquence.
[0020] Selon une variante de réalisation de l’invention, la première et la deuxième paroi sont assemblées par collage, rivetage, vissage, encliquetage, ou
bouterollage.
[0021 ] Selon un mode de réalisation de l’invention, la plaque de base comprend un joint d’étanchéité au fluide entre la première et la deuxième paroi.
[0022] Selon une variante de réalisation de l’invention, la plaque de base est réalisée en une seule pièce par moulage.
[0023] Cette variante garantie l’étanchéité au fluide du deuxième niveau, tout en
réalisant une plaque de base monobloc, et donc une plaque de base de grande rigidité, autorisant de grandes dimensions pour la plaque de base et donc, le refroidisseur.
[0024] Selon un mode de réalisation de l’invention, la plaque de contact comprend à sa périphérie des languettes sertissant la plaque de base contre la plaque de contact.
[0025] Un avantage de cette caractéristique est la simplicité d’assemblage, qui
permet un assemblage de grandes plaques de base. En outre, ce sertissage peut solidariser entre elles en une seule opération la plaque de contact, la première paroi, et la deuxième paroi.
[0026] Selon un mode de réalisation de l’invention, le fluide circule selon un premier flux à travers le premier niveau, et un deuxième flux au deuxième niveau, le premier et le deuxième flux étant parallèles et de même sens, ce refroidisseur comprenant une entrée du fluide commune aux deux niveaux, une première sortie du fluide du premier niveau, une deuxième sortie du fluide du deuxième niveau, l’entrée du fluide étant l’unique communication fluidique entre les deux niveaux.
[0027] Ainsi le deuxième niveau remplace une conduite de fluide, et le fluide entrant dans le refroidisseur est divisé en ces deux flux, la fraîcheur du deuxième flux étant préservée grâce à la propriété de thermo-isolation de la plaque de base, pour par exemple aller refroidir un second module de batterie. On économise ainsi de la place (place qui serait prise par une conduite) et des raccords de conduite, toujours source de fuite du fluide.
[0028] On comprendra par flux, dans tout le texte de ce document, le sens de
progression du fluide de l’entrée (fluide froid pour un refroidisseur) vers la sortie (fluide chaud pour un refroidisseur) du fluide pour un niveau considéré, sans tenir compte du parcours réalisé par le fluide entre cette entrée et cette sortie. Le terme flux est utilisé par analogie au flux thermique, le fluide se réchauffant tout au long de son parcours et quelle que soit la forme de ce parcours (par exemple en forme de serpentin). Il est bien évident que si le refroidisseur est utilisé comme réchauffeur, le flux est toujours à considérer de l’entrée du fluide (fluide chaud) vers la sortie (fluide froid) du fluide pour un niveau considéré.
[0029] En outre, le deuxième niveau étant thermiquement isolé, que le refroidisseur soit utilisé en refroidisseur ou réchauffeur, le flux de ce deuxième niveau sera toujours à considérer de l’entrée du fluide du deuxième niveau vers la sortie du fluide du deuxième niveau, même si le flux d’échange thermique est ici nul.
[0030] Selon une variante de réalisation de l’invention, le fluide circule selon le
premier flux à travers le premier niveau, et le deuxième flux à travers le deuxième niveau, le premier et le deuxième flux étant parallèles et de sens opposé, ce refroidisseur comprenant une entrée du fluide du premier niveau, une sortie du fluide du deuxième niveau, et un passage de fluide entre les deux niveaux, distant de l’entrée du fluide.
[0031 ] Ainsi cette configuration permet d’avoir l’entrée du fluide et la sortie du fluide à proximité l’une de l’autre, par exemple sur un même coté du module de batterie (qui sont généralement parallélépipédiques).
[0032] L’invention a également pour objet un véhicule, notamment un véhicule
électrique ou hybride, ce véhicule comprenant un bloc batterie contenant au moins un module de batterie, ce bloc batterie comprenant un refroidisseur tel que précédemment décrit, l’élément à refroidir par conduction étant une face du module de batterie.
[0033] D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre, faite en référence aux figures 1 à 4 annexées, qui représentent :
[0034] [Fig.1 ] représente une vue en éclaté d’un refroidisseur selon un premier
exemple de réalisation de l’invention, positionné sous un module de batterie.
[0035] [Fig.2] représente une section transversale du refroidisseur de la figure 1.
[0036] [Fig.3] représente un schéma d’une section longitudinale de deux
refroidisseurs hydrauliquement connectés entre-deux, et positionné sous plusieurs modules de batterie, selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention.
[0037] [Fig.4] représente le schéma d’une section longitudinale d’un refroidisseur, et positionné sous plusieurs modules de batterie, selon le premier exemple de réalisation de l’invention de la figure 1 et 2.
[0038] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations de principe et sont destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.
[0039] En outre, pour faciliter la lecture, les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, les exemples de réalisation, et les variantes de réalisation.
[0040] La figure 1 illustre un refroidisseur 1 selon un premier exemple de réalisation, comprenant une plaque de base 2, et une plaque de contact 3 entièrement métallique assemblée contre la plaque de base 2 et formant entre-elles un premier niveau 4 de circulation d’un fluide caloporteur, la plaque de contact 3 étant en contact avec un élément à refroidir 5 par conduction, ce refroidisseur 1 étant tel que la plaque de base 2 comprend, dans son épaisseur, un espace interne formant un deuxième niveau 6 de circulation du fluide caloporteur, la plaque de base 2 étant réalisée en une matière thermo-isolante dont la conductivité thermique l est inférieure à 2 W-m-1 -K-1 à 20 °C.
[0041 ] Des exemples de matières possibles sont les plastiques, dont la conductivité thermique l oscille entre 0,15 à 0,50 W-m-1 -K-1 à 20°C.
[0042] De façon avantageuse, ces matières sont des plastiques chargés en fibres, par exemple les résines chargées en fibres de verre ou de carbone, formant alors une matière dont la conductivité thermique sera un peu plus élevée que les plastiques non chargés, entre 0,15 et 2 W-m-1 -K-1 à 20°C selon l’orientation ou non des fibres, et le sens de propagation de la chaleur considéré, et permettant d’augmenter la rigidité de la plaque de base 2 et donc, d’augmenter sa taille.
[0043] La plaque de base 2 comprend une première paroi 7 en vis-à-vis d’une
deuxième paroi 8, un espace préservé entre les deux parois 7, 8 formant l’espace interne. Dans cette première variante illustrée, la première paroi 7 et la seconde paroi 8 sont des plaques distinctes, et la plaque de contact 3 comprend à sa périphérie des languettes 9 sertissant la plaque de base 2 contre la plaque de contact 3 en prenant en sandwich la première paroi 7 entre la deuxième paroi 8 et la plaque de contact 3. Ce sertissage réalise l’étanchéité périphérique des deux niveaux 4, 6 par serrage de la plaque de contact 3 et de la première paroi 7 et de la deuxième paroi 8 entre elles.
[0044] La plaque de contact 3 comprend un premier orifice d’entrée 17 du fluide
caloporteur dans le premier niveau 4, ce premier orifice d’entrée 17 étant raccordé à une conduite d’entrée 21. La première paroi 7 comprend un deuxième orifice d’entrée 19 du fluide caloporteur dans le deuxième niveau 6, ce deuxième orifice d’entrée 19 étant commun aux deux niveaux et ayant aussi pour fonction d’être un premier orifice de sortie 19 du fluide caloporteur du premier niveau 4, vers le deuxième niveau 6. La première paroi 7 comprend en outre un deuxième orifice de sortie 18 du fluide caloporteur du deuxième niveau 6, deuxième orifice de sortie 18 raccordé à une conduite de sortie 20, cette conduite de sortie 20 traversant de façon étanche la plaque de contact 3 par un orifice de conduite 40 pratiqué à travers la plaque de contact 3. La conduite d’entrée 21 et la conduite de sortie 20 dépassent alors toutes les deux de la face supérieure de la plaque de contact 3.
[0045] En variante de réalisation, non illustrée, c’est la deuxième paroi 8 qui
comprend ce deuxième orifice de sortie 18, la conduite d’entrée 21 dépassant de la face supérieure de la plaque de contact 3, alors que la conduite de sortie 20 dépasse de la face inférieure de la deuxième paroi 8.
[0046] La figure 2, qui illustre une section transversale de la figure 1 , et donc du premier exemple de réalisation, divulgue un premier joint 10 interposé entre la plaque de contact 3 et la première paroi 7 sur leur périphérie. De même, un second joint 1 1 peut être interposé entre la première paroi 7 et la deuxième paroi 8 sur leur périphérie. Ces deux joints 10, 1 1 sont alors comprimés par le sertissage, entre des surfaces de contact entre la plaque de contacte 3, la première paroi 7, la seconde paroi 8. En variante, ces joints 10, 1 1 sont des bourrelets réalisés à partir de la première paroi 7 et donc de même matière que la première paroi 7, soit rapporté par un procédé de bi injection, sur une face ou les deux faces de la première paroi 7. La figure 2 illustre l’exemple où le second joint 1 1 est un bourrelet de la première paroi 7, alors que le premier joint 10 est un joint rapporté, par exemple un joint de section circulaire, entre la plaque de contact 3 et la première paroi 7. On notera que dans cette section, seule la plaque de contact 3 et la deuxième paroi 8 sont hachurées. LA plaque de base 2 comprend la première paroi 7 et la deuxième paroi 8.
[0047] La figure 2 illustre en outre les languettes 9 selon leur section transversale, qui une fois serties, présentent un rebord 14 recourbé contre une face extérieure 15 de la plaque de base 2. Cette face extérieure 15 est la surface inférieure de la deuxième paroi 8.
[0048] On peut constater que la première paroi 7 comprend des premières
protubérances 12 dépassant vers la plaque de contact 3 et allant jusqu’à prendre appui sur la plaque de contact 3, dans le premier niveau 4. Ces premières protubérances 12 sont réparties sur la surface supérieure de la première paroi 7, le haut étant défini comme la surface de la plaque de contact 3 qui est en contact avec l’élément à refroidir 5, et le bas étant la surface de la plaque de base 2 opposée à la plaque de contact 3, soit la surface inférieure 15 de la deuxième paroi 8. On constate également que la deuxième paroi 8 comprend des deuxièmes protubérances 13 dépassant vers la première paroi 7 et allant jusqu’à prendre appui sur la face inférieure de la première paroi 7. Ces premières et deuxièmes protubérances 12, 13 ont pour double rôle de permettre de supporter le poids de l’élément à refroidir 5, et de former des canaux de guidage du fluide dans le premier et deuxième niveau 4, 6.
[0049] Cette définition de haut, bas, supérieur, inférieur, est applicable dans tout le texte de ce document.
[0050] Sur cette figure 2, comme sur toutes les autres figures, L’élément à refroidir 5 est un ou plusieurs modules de batterie 5. Dans toutes les illustrations, le haut et le bas correspondent à la gravité terrestre et le module de batterie 5 repose sur le refroidisseur 1 qui lui-même repose sur un carter d’un bloc batterie (non représenté). Comme précédemment décrit, le refroidisseur 1 doit donc supporter le poids des modules de batteries 5, d’où la présence des protubérances 12, 13. Mais ce refroidisseur 1 est également positionnable sur une face verticale du module de batterie 5.
[0051 ] Pour faciliter la conduction thermique entre la plaque de contacte 3 et le
module de batterie 5, est interposé un élément de conduction thermique d’interface 16 entre les deux, par exemple une pâte thermique ou un tapis thermique, dont sa capacité à se déformer a pour rôle d’assurer la conductivité thermique sur une surface la plus grande possible entre le module de batterie 5 et la plaque de contacte 3.
[0052] Dans une variante de réalisation, non illustrée, la première et la deuxième paroi 7, 8 sont en matériaux thermoplastique et sont assemblées par soudage, notamment par soudage ultrason, lame chauffante, rotation, laser, ou encore haute fréquence.
[0053] Selon une variante de réalisation de l’invention, non illustrée, la première et la deuxième paroi 7, 8 sont assemblées par collage, rivetage, vissage,
encliquetage, ou bouterollage.
[0054] Selon une variante de réalisation de l’invention, non illustrée, la plaque de base 2 est réalisée en une seule pièce par moulage, par exemple par injection de plastique sous pression, ou rotomoulage. [0055] La figure 4 illustre également le premier exemple de réalisation de l’invention. Le fluide circule selon le premier flux à travers le premier niveau 4, et le
deuxième flux à travers le deuxième niveau 6, le premier et le deuxième flux étant parallèles et de sens opposé. Le sens de ces flux est représenté par des flèches sans référence. Ce refroidisseur 1 comprend une entrée du fluide du premier niveau 4 par le premier orifice d’entrée 17, une sortie du fluide du deuxième niveau 6 par le deuxième orifice de sortie 18, et un passage de fluide entre les deux niveaux par le premier orifice de sortie 19 qui est distant de l’entrée du fluide. En particulier, l’entrée du fluide et le passage de fluide entre les deux niveaux sont chacun a une extrémité opposée du refroidisseur 1.
[0056] On notera que, sur cette figure 4, le deuxième orifice de sortie 18 est déplacé, par rapport à la figure 2, et tendrait à faire penser que la conduite de sortie 20 est orthogonale à la conduite d’entrée 21. Même si cette configuration est tout à fait envisageable, c’est en fait un artifice pour pouvoir représenter l’orifice de sortie 18 sur cette figure 4, orifice qui serait si non confondu avec la conduite d’entrée 21 et rendrait ce schéma incompréhensible.
[0057] La figure 3 illustre le deuxième exemple de réalisation de l’invention. Le
fluide circule selon un premier flux à travers le premier niveau 4, et un deuxième flux au deuxième niveau 6, le premier et le deuxième flux étant parallèles et de même sens. Ces flux sont représentés par les flèches sans référence. Ce refroidisseur comprend une entrée du fluide commune aux deux niveaux 4, 6, une première sortie du fluide du premier niveau, une deuxième sortie du fluide du deuxième niveau, l’entrée du fluide étant l’unique communication fluidique entre les deux niveaux 4, 6.
[0058] L’entrée du fluide commune aux deux niveaux 4, 6 est réalisée, par exemple, par le même premier orifice d’entrée 17 du premier exemple de réalisation, en combinaison avec un troisième orifice d’entrée 22 qui est commun aux deux niveaux 4, 6, c’est-à-dire réalisé dans la première paroi 7. Ce troisième orifice d’entrée 22 est judicieusement placé à proximité de l’entrée du fluide commune aux deux niveaux 4, 6, par exemple en vis-à-vis du premier orifice d’entrée 17. La première paroi 7 a alors pour fonction de diviser le fluide venant du premier orifice d’entrée 17 en deux flux distincts : le premier flux à travers le premier niveau 4, et le deuxième flux à travers le deuxième niveau 6. La répartition du débit du fluide entre ces deux flux dépend essentiellement de la différence des pertes de charges fluidiques entre les deux niveaux 4, 6, ce qui est la réalisation la plus simple, mais en variante non illustrée, on peut envisager une pompe pour chaque niveau 4,6.
[0059] La première sortie du fluide du premier niveau est réalisée par un troisième orifice de sortie 23, distant du premier orifice d’entrée 17, ces deux orifices étant par exemple chacun à une extrémité opposée du refroidisseur 1. Ce troisième orifice de sortie 23 est par exemple réalisé dans la plaque de contact 3 et relié à une deuxième conduite de sortie (non représentée). Le fluide sortant de ce premier niveau 4 est alors un fluide chaud ou réchauffé par la chaleur des modules de batterie 5, et est évacué, via cette deuxième conduite de sortie, par exemple vers un radiateur (non représenté) qui fait partie d’un circuit de refroidissement connu de l’homme de l’art.
[0060] On notera que ce troisième orifice de sortie 23, pour les mêmes raisons que l’artifice de représentation du deuxième orifice de sortie 18 de la figure 4, est artificiellement représenté de façon visible sur la figure 3, ce qui ne serait pas le cas si cet orifice 23 était dessiné à travers la plaque de contact 3. Même si cette configuration de la figure 3 est tout à fait envisageable, c’est juste un artifice pour pouvoir représenter ce troisième orifice de sortie 23 sur cette figure 3.
[0061 ] La deuxième sortie du fluide du deuxième niveau 6 est réalisée par un
quatrième orifice de sortie 24, réalisé préférentiellement dans la première paroi 7 et relié à une troisième conduite de sortie 25. Ce quatrième orifice de sortie 24 peut aussi être réalisé dans la seconde paroi 8, ou plus généralement à travers la plaque de base 2, mais l’avantage de le réaliser dans la première paroi 7 est de pouvoir mettre la troisième conduite de sortie 25 et la deuxième conduite de sortie en parallèle et le fluide sortant dans le même sens, ce qui est un gain en compacité pour le bloc batterie.
[0062] On notera que sur la figure 3, la première paroi 7 a un décroché 31 , ce
décroché 31 étant une paroi orthogonale au premier niveau 4, et qui ferme l’extrémité de ce premier niveau 4. Cette configuration a l’avantage de permettre à la troisième conduite de sortie 25 de ne pas avoir à traverser la plaque de contact 3, et évite donc d’avoir à réaliser une étanchéité supplémentaire entre cette troisième conduite de sortie 25 et la plaque de contact 3. Mais cette configuration n’est pas impérative, et en variante non représentée, cette troisième conduite de sortie 25 peut, de façon équivalente à la première conduite de sortie 20, traverser de façon étanche la plaque de contact 3.
[0063] Le fluide sortant de cette troisième conduite de sortie 25, est un fluide non réchauffé, ou non refroidit, car il a cheminé à travers le deuxième niveau 6 entre la première paroi 7 et la deuxième paroi 8 qui sont réalisées en une matière thermo-isolante. Ce fluide sortant de cette troisième conduite de sortie 25 peut alors être guidé vers un second refroidisseur 30, le deuxième niveau 6
remplaçant alors simplement une conduite de fluide qui serait encombrante et source de fuites du fluide. Ce guidage est représenté sur la figure 3 par une flèche courbée sans référence, et est réalisé par une conduite (non représentée). Ce second refroidisseur 30 peut être de type quelconque, mais est représenté ici à l’identique du refroidisseur 1 précédemment décrit.
[0064] L’invention a également pour objet un véhicule (non représenté), notamment un véhicule électrique ou hybride, ce véhicule comprenant un bloc batterie contenant au moins un module de batterie 5, ce bloc batterie comprenant un refroidisseur 1 tel que précédemment décrit, l’élément à refroidir par conduction étant une face du module de batterie 5.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Refroidisseur (1 ) comprenant une plaque de base (2), et une plaque de contact (3) entièrement métallique assemblée contre la plaque de base (2) et formant entre-elles un premier niveau(4) de circulation d’un fluide caloporteur, la plaque de contact (3) étant en contact avec un élément à refroidir (5) par conduction, caractérisé en ce que la plaque de base (2) comprend, dans son épaisseur, un espace interne formant un deuxième niveau (6) de circulation du fluide caloporteur, la plaque de base (2) étant réalisée en une matière thermo-isolante dont la conductivité thermique A est inférieure à 2 W-irr1-K_1 à 20 °C.
[Revendication 2] Refroidisseur (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la plaque de base (2) comprend une première paroi (7) en vis-à-vis d’une deuxième paroi (8), un espace préservé entre les deux parois (7, 8) formant l’espace interne.
[Revendication 3] Refroidisseur (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première et la deuxième paroi (7, 8) sont en matériaux
thermoplastique et sont assemblées par soudage, notamment par soudage ultrason, lame chauffante, rotation, laser, ou encore haute fréquence.
[Revendication 4] Refroidisseur (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première et la deuxième paroi (7, 8) sont assemblées par collage, rivetage, vissage, encliquetage, ou bouterollage.
[Revendication 5] Refroidisseur (1 ) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la plaque de base (2) comprend un joint d’étanchéité (1 1 ) au fluide entre la première et la deuxième paroi (7, 8).
[Revendication 6] Refroidisseur (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la plaque de base (2) est réalisée en une seule pièce par moulage.
[Revendication 7] Refroidisseur (1 ) selon l’une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que la plaque de contact (3) comprend a sa périphérie des languettes (9) sertissant la plaque de base (2) contre la plaque de contact (3).
[Revendication 8] Refroidisseur (1 ) selon l’une des revendications
précédentes, le fluide circulant selon un premier flux à travers le premier niveau (4), et un deuxième flux à travers le deuxième niveau (6), caractérisé en ce que le premier et le deuxième flux sont parallèles et de même sens, ce refroidisseur (1 ) comprenant une entrée du fluide commune aux deux niveaux (4, 6), une première sortie du fluide du premier niveau (4), une deuxième sortie du fluide du deuxième niveau (6), l’entrée du fluide étant l’unique communication fluidique entre les deux niveaux (4, 6)..
[Revendication 9] Refroidisseur (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, le fluide circulant selon un premier flux à travers le premier niveau (4), et un deuxième flux à travers le deuxième niveau (6), caractérisé en ce que le premier et le deuxième flux sont parallèles et de sens opposé, ce refroidisseur (1 ) comprenant une entrée du fluide du premier niveau (4), une sortie du fluide du deuxième niveau (6), et un passage de fluide entre les deux niveaux
(4, 6), distant de l’entrée du fluide.
[Revendication 10] Véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride, ce véhicule comprenant un bloc batterie contenant au moins un module (5) de batterie, caractérisé en ce que ce bloc batterie comprend un refroidisseur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, l’élément à refroidir par conduction étant une face du module de batterie (5).
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