Brevet FR3015127A1 — publié le 20150619

Dispositif de refroidissement d'un module de batterie électrique L'invention se rapporte à un dispositif de refroidissement d'un module de batterie. Généralement, une batterie électrique d'un véhicule électrique ou 5 hybride, est amenée à subir des phases de chauffage importantes qui sont susceptibles d'altérer les capacités de ladite batterie et de nuire à son bon fonctionnement. Ces phases peuvent, par exemple, être rencontrées lors de la recharge de la batterie ou lors de périodes de roulage intensives du véhicule. Il est donc nécessaire de refroidir rapidement et efficacement une batterie 10 électrique embarquée dans un véhicule, afin qu'elle puisse conserver à tout instant une efficacité optimisée. Les dispositifs de refroidissement d'une batterie électrique existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut, par exemple, citer la demande JP2001086769, qui décrit un dispositif de refroidissement d'une batterie fondé 15 sur le couplage d'une plaque de refroidissement et d'un dissipateur de chaleur, de manière à faire circuler un liquide réfrigérant. Un tel dispositif présente l'inconvénient d'être complexe à mettre en oeuvre, en raison notamment de la multiplicité des pièces impliquées dans l'opération de refroidissement de la batterie. 20 Les dispositifs de refroidissement d'un module de batterie selon l'invention, sont fiables et efficaces, tout en s'affranchissant des inconvénients relevés dans l'état de la technique. L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'un module de batterie d'un véhicule, ledit module comprenant aux moins deux cellules 25 reliées électriquement, chaque cellule ayant une borne positive et une borne négative. Chaque borne est matérialisée par soit un creux soit une protubérance ou plot. La principale caractéristique d'un dispositif selon l'invention, est qu'il comprend au moins un échangeur thermique parcouru par un fluide réfrigérant 30 et des moyens de fixation aptes à fixer ledit au moins un échangeur thermique sur une pluralité de bornes de cellules. De cette manière, grâce à ces moyens de fixation, chaque échangeur thermique est en contact étroit avec chacune des cellules, et peut ainsi refroidir efficacement et de façon fiable, les cellules du module. De façon préférentielle, toutes les cellules du module sont en contact avec un échangeur, de manière à ce que le refroidissement soit le plus complet possible, en étant effectif sur chacune desdites cellules. Il est à préciser que l'échangeur thermique n'a qu'une fonction de refroidissement et ne doit pas être en contact électrique avec les zones de connexion électrique des cellules, notamment avec les bornes des cellules. Le fluide réfrigérant peut revêtir toute forme et peut ainsi, par exemple, être constitué d'un liquide ou d'un gaz. Les cellules peuvent indifféremment être montées en série ou en parallèle. Préférentiellement les cellules sont rigides. De façon avantageuse, lesdites cellules sont prismatiques. Préférentiellement, les moyens de fixation sont des vis, des clips ou des écrous. De façon avantageuse, les moyens de fixation sont constitués en partie par les bornes des cellules. Dans cette configuration, les bornes des cellules ont une triple fonction : - elles permettent de réaliser des interconnexions électriques entre les cellules, - elles servent à maintenir chaque échangeur contre lesdites cellules, - elles transmettent le froid aux cellules sur lesquelles ils sont vissés Selon un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, chaque échangeur est métallique. Il s'agit d'une configuration simple à mettre en oeuvre, peu onéreuse, et efficace. Il est préférentiellement supposé que chaque borne est métallique. Pour cette configuration, un dispositif de refroidissement selon l'invention est particulièrement efficace, car il refroidit directement les zones de connexion électrique des cellules et les bornes, qui sont les zones les plus chaudes du module. De façon préférentielle, chaque moyen de fixation comprend une tête élargie émergeant de la cellule sur laquelle il est fixé, ledit dispositif 5 comprenant au moins un élément tampon qui est isolant électrique et conducteur thermique, chaque échangeur et chaque élément tampon étant insérés entre des têtes et des cellules. L'élément tampon sert principalement à isoler électriquement chaque borne électrique d'une cellule d'un échangeur thermique. Il sert également de relai pour refroidir les bornes à partir du froid 10 produit par chaque échangeur. Un tel élément tampon peut par exemple être constitué d'un élastomère. Avantageusement, les cellules du module sont montées en série de manière à présenter deux rangées parallèles de bornes, constituées chacune d'une série alternée de bornes positives et négatives, le dispositif de 15 refroidissement comprenant au moins un échangeur et au moins un élément tampon insérés entre les têtes des moyens de fixation et lesdites cellules. De façon préférentielle, un dispositif de refroidissement selon l'invention, comprend deux échangeurs et deux éléments tampons, un échangeur et un élément tampon étant insérés entre les têtes des moyens de 20 fixation d'une même rangée et les cellules correspondantes. Préférentiellement, les deux bornes successives de signes opposés de chaque couple formant une même rangée, sont reliées électriquement au moyen d'une patte métallique qui est isolée électriquement de l'échangeur. Cette isolation électrique peut par exemple être réalisée au moyen d'un 25 espace libre laissé entre chaque patte et l'échangeur, ou au moyen de l'insertion d'un matériau isolant électrique placé entre chacune desdites pattes et ledit échangeur. De façon avantageuse, la tête de chaque moyen de fixation est isolée électriquement de l'échangeur au moyen d'une rondelle isolante. Avantageusement, le fluide réfrigérant est un liquide constitué par de l'eau glycolée. Un dispositif de refroidissement selon l'invention présente l'avantage d'être facile et rapide à mettre en oeuvre, en raison du faible nombre de pièces 5 impliquées. Il a de plus l'avantage d'être particulièrement performant car, d'une part, il refroidit chaque cellule au niveau de ses bornes permettant au froid de se propager efficacement au reste de la cellule, et d'autre part, il fait intervenir un échangeur qui est plaqué étroitement contre les cellules par des moyens de fixation adaptés. Il présente enfin l'avantage d'être simplifié et peu 10 encombrant, car il s'appuie sur des éléments déjà présents dans la batterie, comme par exemple les bornes des cellules, pour remplir des fonctions de maintien de l'échangeur et de transmission du froid. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, en se référant aux 15 figures 1 à 7B. - La figure 1 est une vue en éclaté d'un dispositif de refroidissement selon l'invention et d'un module de batterie, - La figure 2 est une vue en perspective du dispositif de refroidissement de la figure 1 monté sur le module de batterie, 20 - La figure 3 est une vue agrandie en éclaté du dispositif de refroidissement et du module de batterie de la figure 1, - La figure 4 est une vue en perspective d'une portion de module de batterie montant des pattes de connexion et un élément tampon isolant électrique et conducteur thermique, 25 - La figure 5 est une vue en perspective d'un échangeur thermique d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 6 est une vue en perspective d'une portion de module de batterie et d'une extrémité de deux échangeurs thermiques d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 7A est une vue en perspective d'une portion de module de batterie et d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - La figure 7B est une vue en perspective d'une portion de module de batterie et d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, un module 1 d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride est constitué d'une multiplicité de cellules 2 prismatiques, généralement aux alentours d'une quinzaine, montées en série. Schématiquement, les cellules 2 sont identiques et ont chacune une forme parallélépipédique. Comme le montrent les figures 1, 2, 3, 7A et 7B, chaque cellule 2 possède deux bornes 3,4 émergeant de l'une 5 de ses faces, une borne 3 matérialisant le pôle positif de ladite cellule 2 et l'autre borne 4 matérialisant le pôle négatif de celle-ci. En se référant aux figures 7A et 7B, chaque borne 3,4 est constituée d'un corps cylindrique allongé 9, qui est prolongé par une tête 10 élargie ayant un contour hexagonal, ledit corps 9 et ladite tête 10 étant séparés par un tronçon cylindrique intermédiaire 30, dont le diamètre est supérieur à celui dudit corps 9 mais inférieur aux dimensions de ladite tête 10. Ledit corps 9 est fileté, et chaque borne 3,4 est ainsi vissée dans une cellule 2 de sorte que ledit corps 9 se retrouve à l'intérieur de ladite cellule 2 et ladite tête 10 à l'extérieur de celle-ci. Chaque borne 3,4 est métallique. En se référant aux figures 1, 2, 3, 4 et 6, les cellules 2 du module 1 sont parfaitement alignées les unes aux autres, deux cellules 2 consécutives étant accolées l'une à l'autre. De cette manière, le module 1 fait apparaitre deux rangées rectilignes de bornes 3,4 qui sont parallèles entre elles. Chacune desdites rangées est constituée d'une succession alternée de bornes positives et de bornes négatives. Ainsi, deux bornes 3,4 successives d'une même rangée sont de signes opposés et appartiennent à deux cellules 2 distinctes et adjacentes. En se référant aux figures 1, 3 et 4, les cellules 2 sont reliées entre elles électriquement par l'intermédiaire de pattes 8 de connexion métalliques. En se référant aux figures 3 et 4, chaque patte 8 est de faible épaisseur et possède un corps central allongé, de largeur constante, et possédant deux extrémités 11 circulaires élargies. Chacune de ces extrémités 11 possède un orifice 12 central, de forme circulaire, et dont le diamètre est supérieur au diamètre du corps 9 de chaque borne 3,4. De cette manière, chaque patte 8 relie électriquement deux bornes 3,4 successives de signes opposés d'une même rangée, en étant enfilée autour des corps 9 desdites deux bornes 3,4 et en se retrouvant insérée entre les têtes élargies 10 et les faces 5 des cellules 2 dans lesquelles lesdits deux bornes 3,4 sont implantées. L'axe longitudinal de chaque patte 8 se retrouve ainsi parallèle à l'axe longitudinal de chaque rangée. La distance de séparation des deux orifices 12 d'une patte 8 de connexion, correspond à la distance de séparation de deux bornes 3,4 successives de signes opposés d'une même rangée, lorsque les cellules 2 sont accolées les unes aux autres. En se référant à la figure 5, un dispositif de refroidissement 13 selon l'invention comprend deux échangeurs 14 thermiques métalliques, chacun étant destiné à venir s'insérer entre toutes les têtes élargies 10 des bornes 3,4 d'une même rangée, et les faces 5 des cellules 2 dans lesquelles lesdites bornes 3,4 sont implantées. En se référant aux figures 5, 7A et 7B, un échangeur 14 thermique est une pièce creuse présentant deux faces 15, 16 planes, parallèles et rectangulaires, ménageant entre elles un espace libre fermé, destiné à être 30 occupé par un liquide réfrigérant, comme par exemple de l'eau contenant du glycol. L'une 15 des deux faces d'un échangeur 14 est lisse, alors que l'autre face 16 possède une série d'empreintes 17 alignées le long de l'axe longitudinal dudit échangeur 14 et destinées à recevoir une patte 8 de connexion électrique. Ainsi, chaque empreinte 17 est creusée dans ladite face 16 et possède un contour qui est analogue à celui d'une patte 8 de connexion. Les dimensions d'une empreinte 17 sont légèrement supérieures à celles d'une patte 8 de connexion, si bien qu'une telle empreinte 17 peut loger ladite patte 8 sans introduire de jeu. L'échangeur 14 possède une série de trous 19 alignés suivant son axe longitudinal et traversant ses deux faces 15,16 planes parallèles. Plus précisément, les trous 19 sont disposés au sein des empreintes 17, chacune desdites empreintes 17 étant traversée par deux trous 19. La distance de séparation des deux trous 19 d'une empreinte 17 est analogue à la distance de séparation des deux orifices 12 d'une patte 8 de connexion, de sorte que lesdits trous 19 se retrouvent idéalement superposés auxdits orifices 12 lorsqu'une patte 8 est disposée à l'intérieur d'une empreinte 17. Les trous 19 sont circulaires et leur diamètre est sensiblement égal à celui desdits orifices 12. En se référant aux figures 1, 3, 5 et 6, chaque échangeur thermique 14 possède à l'une extrémité de ses extrémités un tube d'arrivée 20 d'eau, et 20 à une extrémité opposée, un tube d'évacuation 21 de ladite eau. En se référant aux figures 3 et 4, un dispositif de refroidissement 13 selon l'invention comprend deux éléments tampons 22, qui sont isolants électriques et conducteurs thermiques, chacun étant destiné à venir s'insérer entre toutes les têtes élargies 10 des borne 3,4 d'une même rangée, et les 25 faces 5 des cellules 2 dans lesquelles lesdites bornes 3,4 sont implantées. Chaque élément tampon 22 est une plaque rectangulaire de faible épaisseur, constituée par exemple par un élastomère chargé. Cette plaque 22 possède une série d'ouvertures 23 allongées, et alignées le long de son axe longitudinal, lesdites ouvertures 23 étant orientées de sorte que leurs axes 30 longitudinaux soient parallèles à l'axe longitudinal de ladite plaque 22. Chaque ouverture 23 possède un contour, qui est analogue à celui d'une patte 8 de connexion. Les dimensions d'une ouverture 23 sont légèrement supérieures à celles d'une patte 8 de connexion, si bien que ladite patte de connexion 8 peut venir s'insérer dans ladite ouverture 23. En se référant à la figure 3, un dispositif de refroidissement 13 selon 5 l'invention comprend une série de rondelles annulaires 24, qui sont isolantes électriques. En se référant à la figure 7A, chacune desdites rondelles 24 possède ainsi une ouverture circulaire, délimitée par un bord cylindrique 25, le diamètre de ladite ouverture étant légèrement supérieur à celui du tronçon 10 intermédiaire 30 d'une borne 3,4. Chaque rondelle 24 est destinée à être enfilée autour d'une borne 3,4 de manière à ce que le bord cylindrique 25 vienne se plaquer contre le tronçon intermédiaire 30 d'une borne 3,4, et de manière à ce que ladite rondelle 24 vienne s'interposer entre la tête élargie 10 et l'échangeur thermique 14. Chaque rondelle 24 isole ainsi électriquement 15 chaque borne 3,4 métallique et l'échangeur thermique 14 correspondant. En se référant aux figures 3 et 7A, un dispositif de refroidissement selon l'invention est monté sur un module 1 de batterie électrique en suivant les étapes suivantes : - L'élément tampon 22 est apposé sur les faces 5 des cellules 2 le long 20 d'une rangée de trous pratiqués dans lesdites faces 5 et destinés à recevoir chacun une borne 3,4, de connexion, lesdits trous se retrouvant dans les ouvertures 23 dudit élément 22, - Les pattes de connexion 8 sont ensuite placées dans les ouvertures 23 de l'élément tampon 22, en venant en appui contre les faces 5 des 25 cellules 2 destinées à recevoir les bornes 3,4, de sorte que les trous des cellules 2 viennent se superposer aux orifices 12 desdites pattes 8, - L'échangeur thermique 14 vient se superposer à l'élément tampon 22, de sorte que sa face plane 16 possédant les empreintes 17 vienne au contact dudit élément 22. De cette manière, les pattes de connexions 8 préalablement positionnées sur les cellules 2 viennent se loger dans lesdites empreintes 17, lesdites pattes 8 demeurant isolées de l'échangeur 14. - Les rondelles 24 isolantes électriques sont introduites dans l'échangeur thermique 14 par les trous 19 de sa face lisse 15. - Les bornes 3,4 de connexion électriques sont ensuite vissées sur lesdites cellules 2 de manière à venir plaquer ledit élément tampon 22, lesdites pattes de connexion 8, ledit échangeur thermique 14 et lesdites rondelles 24 contre les cellules 2 du module 1. Une fois toutes les bornes 3,4 vissées sur les cellules 2 du module 1, l'échangeur thermique 14 est isolé électriquement de chaque borne 3,4 par l'intermédiaire d'une rondelle 24 isolante, et de chaque patte 8 de connexion par un moyen approprié. De l'eau glycolée est alors mise en circulation dans l'échangeur 14 et 15 vient refroidir chaque cellule 2 du module 1 au niveau des bornes 3,4 et des pattes de connexion 8, notamment par l'intermédiaire de l'élément tampon 22. En se référant à la figure 7A, selon un premier mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, chaque patte de connexion 8 est isolée électriquement de l'échangeur thermique 14 par montage, au 20 moyen d'une couche d'air laissée vacante entre ces éléments. En se référant à la figure 7B, selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, chaque borne 3,4 et chaque patte 8 de connexion sont isolés de l'échangeur thermique 14, par l'intermédiaire d'une pièce 31 monobloc isolante électrique, remplaçant 25 l'élément tampon 22 et chaque rondelle 24 du mode de réalisation précédent. Autrement dit, cette pièce résultante monobloc 31 comporte une embase 32 qui est assimilable à l'élément tampon 22 et une série de rondelles 34, ladite pièce monobloc 31 présentant la particularité de relier chacune desdites rondelles 24 à ladite embase 32 au moyen d'une série de pièces intermédiaires creuses 33. Ces pièces creuses 33 sont cylindriques et ont une section profilée, de manière à pouvoir s'interposer entre chaque borne 3,4 et l'échangeur thermique 14, pour notamment isoler électriquement chaque patte de connexion 8 et ledit échangeur thermique 14.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement (13) d'un module (1) de batterie d'un véhicule, ledit module (1) comprenant aux moins deux cellules (2) reliées électriquement, chaque cellule (2) ayant une borne positive (3) et une borne négative (4) caractérisé en ce qu'il comprend au moins un échangeur thermique (14) parcouru par un fluide réfrigérant, et des moyens de fixation aptes à fixer ledit au moins un échangeur thermique (14) sur une pluralité de bornes (3,4) des cellules (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont des vis, des clips ou des écrous. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont constitués en partie par les bornes (3,4) des cellules (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque échangeur (14) est métallique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque moyen de fixation (3,4) comprend une tête (10) élargie émergeant de la cellule (2) sur laquelle il est fixé, et en ce que ledit dispositif comprend au moins un élément tampon (22, 32) qui est isolant électrique et conducteur thermique, chaque échangeur (14) et chaque élément tampon (22, 32) étant insérés entre des têtes (10) et des cellules (2). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les cellules (2) du module (1) sont montées en série de manière à présenter deux rangées parallèles de bornes (3,4), constituées chacune d'une série alternée de bornes positives (3) et négatives (4), et en ce que le dispositif de refroidissement (13) comprend au moins un échangeur (14) et au moins un élément tampon(22, 32) insérés entre les têtes (10) des moyens de fixation (3,4) et lesdites cellules (2). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux échangeurs (14) et deux éléments tampons (22, 32), un échangeur (14) et un élément tampon (22, 32) étant insérés entre les têtes (10) des moyens de fixation (3,4) d'une même rangée et les cellules (2) correspondantes. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les deux bornes (3,4) successives de signes opposés de chaque couple formant une même rangée, sont reliées électriquement au moyen d'une patte métallique (8) qui est isolée électriquement de l'échangeur (14). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la tête (10) de chaque moyen de fixation (3,4) est isolée électriquement de l'échangeur (14) au moyen d'une rondelle (24,34) isolante. 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant est un liquide constitué par de l'eau glycolée.20