Brevet FR3030125A1 — publié le 20160617

SUPPORT DE BATTERIE ET ANTENNE DE VEHICULE ASSOCIEE. L'invention concerne la régulation thermique des composants électriques et électroniques des véhicules et en particulier celle des batteries. Aujourd'hui, les systèmes électroniques embarqués à bord de véhicules subissent des fluctuations de températures qui sont liées à deux facteurs : - la température externe du véhicule : c'est un paramètre subit et selon la solution d'intégration l'amplitude thermique effectivement subie par le système est plus ou moins modifiée ; - la dissipation thermique intrinsèque du système due à son fonctionnement. Dès lors, ces systèmes électriques nécessitent d'être associés à des systèmes de dissipation thermique pour limiter leur montée en température. Les solutions connues sont pour ce problème sont notamment : l'ajout de radiateurs thermiques sur le système faisant office d'accumulateur thermique et d'amplificateur de la dissipation de convection, l'ajout de ventilateur permettant une ventilation forcée, les systèmes de refroidissement par fluides. Ces solutions présentent néanmoins des inconvénients dans le cadre d'une solution embarquée sur un véhicule : (i) un accroissement significatif de la masse, ce qui augmente les risques acoustiques et vibratoires, ainsi qu'un risque de poste lourd pour le processus montage en usine, (ii) un accroissement significatif du volume (physique) du système, ce qui augmente le risque de ne pas pouvoir intégrer ce système facilement sur le véhicule, (iii) un accroissement significatif du coût du système. L'invention a donc pour but de proposer un système de régulation thermique efficace, peu volumineux, léger et peu coûteux, de façon à être facilement embarqué à bord d'un véhicule. Elle propose plus précisément à cet effet un support de batterie comportant une paroi interne destinée à recouvrir au moins partiellement la batterie caractérisé en ce qu'il comporte en outre : 3030125 2 - une paroi externe recouvrant au moins en partie la paroi interne, - un premier matériau à propriétés endothermiques disposé entre la paroi interne et la paroi externe, - un deuxième matériau, conducteur thermique, en contact avec 5 premier matériau, d'une part et d'autre part, destiné à être en contact avec un élément extérieur au support, de sorte à réaliser un pont thermique entre le premier matériau et l'élément extérieur. L'invention permet, par un système passif simple, de refroidir la batterie dans le but de limiter sa température maximale. Le premier matériau 10 permet d'isoler la batterie des apports de chaleur extérieurs. Les propriétés endothermiques du premier matériau lui permettent d'accumuler la chaleur. La chaleur accumulée est évacuée vers l'extérieur du boitier par l'intermédiaire du deuxième matériau, qui agit comme pont thermique entre le premier matériau et un élément extérieur au support plus froid (par exemple 15 une gaine de câble). Avantageusement, le premier matériau est un gel endothermique. Avantageusement, le deuxième matériau est une nappe. La forme de nappe permet d'augmenter la surface d'échange entre le premier et le deuxième matériau. 20 Avantageusement, une partie de la nappe est immergée dans le gel endothermique. Avantageusement, le support selon l'invention comporte une partie principale et un capot, la partie principale et le capot comportant chacun une paroi interne, une paroi externe, un premier matériau et un deuxième 25 matériau. Selon un mode de réalisation, le deuxième matériau de la partie principale est en contact avec l'élément extérieur. Selon un mode de réalisation, le support selon l'invention comporte une zone de contact entre le capot et la partie principale, ladite zone de 30 contact permettant un transfert thermique par conductivité entre le deuxième 3030125 3 matériau du capot et le deuxième matériau de la partie principale. L'invention concerne aussi une antenne pour véhicule comportant une batterie caractérisée en ce que la batterie est logée dans un support selon l'invention. 5 Selon une caractéristique de l'invention, l'élément extérieur au support auquel est relié le deuxième matériau est une gaine d'un câble. L'invention concerne aussi un véhicule comportant une antenne selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 10 l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre un exemple de réalisation du support de batterie selon l'invention ; la figure 2 montre un exemple d'intégration du support selon l'invention 15 dans une antenne de véhicule ; la figure 3 montre une représentation schématique des échanges de chaleur d'une antenne avec son environnement. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. 20 Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que l'élément dont la température doit être régulée est une batterie d'une antenne de véhicule. Mais l'invention n'est pas limitée à cet exemple. En effet, elle concerne tous systèmes électroniques embarqués. La figure 1 montre un exemple de réalisation du support de batterie 25 selon l'invention. Le support 10 comporte une partie principale 17 et un capot 18. L'ouverture du capot 18 permet d'accéder à un logement dans lequel est placée la batterie 11 à protéger. Le volume de ce logement est délimité par une paroi interne 12.1, 12.2 au support 10. La partie principale 17 et le capot 18 comportent chacun une paroi interne 12.1, 12.2. 30 Le support 10 comporte aussi une paroi externe 13.1, 13.2 recouvrant la paroi interne 12.1, 12.2 de façon à former un volume à l'intérieur duquel se 3030125 4 trouve un premier matériau 14.1, 14.2. Le premier matériau 14.1, 14.2 possède des propriétés endothermiques autrement dit c'est un matériau capable, moyennant un changement d'état, d'absorber de la chaleur tout en restant à température 5 constante. La quantité de chaleur emmagasinée pendant cette phase est appelé chaleur latente. Par exemple la température de l'eau reste à 0°C perdant son passage de l'état solide à l'état liquide, ce qui permet de créer un « pallier thermique » pendant lequel l'eau absorbe une quantité d'énergie égale à sa 10 chaleur latente. Le premier matériau 14.1, 14.2 est par exemple un gel à forte chaleur latente. La « chaleur latente » lors du changement d'état d'un corps est exploitée pour accumuler de l'énergie et donc limiter le pic maximum de 15 température. Un deuxième matériau (15.1, 15.2) est disposé en partie à l'intérieur du premier matériau. Le deuxième matériau 15.1, 15.2 est conducteur thermique. Il est destiné à être en contact avec un élément extérieur 16 au support 10, de sorte à réaliser un pont thermique entre le premier matériau 20 14.1, 14.2 et l'élément extérieur 16. Le deuxième matériau 15.1, 15.2 est par exemple une nappe. La nappe est en partie enfouie dans le gel de façon à maximiser la surface d'échange entre le gel et la nappe et ainsi favoriser le transfert thermique par conductivité. 25 Le deuxième matériau 15.1, 15.2 est par exemple un matériau métallique, composite, ou autre, ayant de bonnes propriétés de conduction thermique de manière à faciliter les échanges thermiques avec le premier matériau 14.1, 14.2, absorbeur de chaleur. En particulier, la paroi externe 13.1 de la partie principale 17 et la 30 paroi interne 12.1 de la partie principale 17 délimitent un premier volume comprenant une première partie 14.1 du premier matériau. Une première 3030125 5 partie 15.1 du deuxième matériau est enfouie au sein de la première partie 14.1 du premier matériau. La paroi externe 13.2 du capot 18 et la paroi interne 12.2 du capot 17 délimitent un deuxième volume comprenant une deuxième partie 14.2 du 5 premier matériau. Une deuxième partie 15.2 du deuxième matériau est enfouie au sein de la deuxième partie 14.2 du premier matériau. Le deuxième matériau 15.1 de la partie principale est en contact avec l'élément extérieur 16. Lorsque le capot 18 est refermé sur la partie principale 17, le support 10 10 comporte une zone de contact 19 entre le capot 18 et la partie principale 17. La zone de contact 19 permet un transfert thermique par conductivité entre le deuxième matériau 15.2 du capot 18 et le deuxième matériau 15.1 de la partie principale 17. La figure 2 montre un exemple d'intégration du support selon 15 l'invention dans une antenne de véhicule. L'antenne 20 de véhicule est reliée à un câble 22 comportant un connecteur et une gaine 21. Il s'agit par un exemple d'un câble coaxial véhiculant une liaison haute définition numérique. L'antenne 20 comporte une batterie 11 disposée dans un support 10 20 selon l'invention. Le support 10 comporte une nappe 15.1 reliée, à une gaine du câble 22. Une telle antenne 20 est généralement positionnée sur le toit d'un véhicule. Un des cas de vie les plus critiques en terme de température maximale pour cette antenne 20 et donc pour sa batterie interne 11 est une 25 exposition prolongée du véhicule au soleil suivi d'un démarrage du système alors que le véhicule reste stationné. L'échauffement de la batterie (sur son support) est amené par conduction et convection : La figure 3 montre une représentation schématique des échanges de chaleur d'une antenne avec son environnement. 30 L'antenne 20 comporte une batterie 11 disposée dans son support 10, une carte 31 comportant des composants électroniques nécessaires au 3030125 6 fonctionnement de l'antenne 20. Ces composants sont alimentés en énergie par la batterie 11. On suppose dans cet exemple que l'antenne 20 est disposée sur un toit en tôle d'un véhicule 30. La carte 31 et le support 10 sont disposés dans 5 un boitier 32. Les échanges de chaleurs entre ces éléments se font soit par convection, soit par conduction. La figure représente différentes résistances thermiques entre les éléments : 10 une résistance thermique de conduction R1 entre le toit du véhicule et le boitier 32 de l'antenne 20 ; une résistance thermique de convection R2 entre le toit du véhicule 30 et le boitier 32 (en pratique, la résistance thermique de conduction R1 est très inférieure à la résistance thermique de convection R2 donc l'échauffement 15 du boitier 32 se fait surtout par contact avec le toit 30) ; une résistance thermique de conduction R3 entre la batterie 11 (et son support 10) et la carte 31 (et ses composants) ; une résistance thermique de convection R4 entre la batterie 11 (et son support 10) et la carte 31 (et ses composants) ; 20 une résistance thermique de convection R5 entre la batterie 11 (et son support 10) et le boitier 32 ; une résistance thermique de conduction R6 entre la carte 31 (et ses composants) et le boitier 32 ; une résistance thermique de convection R7 entre la carte 31 (et ses 25 composants) et le boitier 32 ; une résistance thermique de conduction R8 entre la carte 31 (et ses composants) et le réseau électrique 33 (transfert par le connecteur) ; une résistance thermique de conduction R9 entre le réseau électrique 33 et la caisse véhicule ; 30 une résistance thermique de convection R10 entre le réseau électrique 33 et la caisse une véhicule. 3030125 7 Lors d'une exposition prolongée au soleil, l'évacuation de la chaleur (en interne véhicule) se fait grâce aux échanges thermiques par conduction et convection entre l'antenne (et ce qu'il contient) avec des zones moins chaudes avec lesquelles il est en contact. Le boitier 32 de l'antenne 20 étant 5 métallique et directement plaqué sur le pavillon, on peut considérer que le transfert thermique entre le boitier 32 de l'antenne 20 et le toit se fait par conduction. L'invention permet d'isoler thermiquement la batterie de l'antenne 20 de la manière suivante : 10 - utilisation d'un support batterie 10 contenant du gel à forte chaleur latente ; - utilisation d'un pont thermique entre le support batterie et un élément « froid » du véhicule. Par exemple, en cas d'un apport de chaleur au niveau du capot 18 du 15 support 10, le transfert chaleur se fait de la façon suivante : Echange thermique par conduction du la paroi externe 13.2 du capot 18 vers la deuxième partie 14.2 du premier matériau ; Accumulation de la chaleur par la deuxième partie 14.2 du premier matériau ; 20 - Restitution de la chaleur la deuxième partie 14.2 du premier matériau vers la deuxième partie 15.2 du deuxième matériau par conduction ; - Echange thermique de la deuxième partie 15.2 du deuxième matériau vers la première partie 15.1 du deuxième matériau par conduction au travers du point de contact 19. 25 Echange thermique de la première partie 15.1 du deuxième matériau vers l'élément extérieur 16 par conduction. L'invention permet un refroidissement efficace de la batterie. Sa masse est faible puisqu'on exploite des éléments existants (le câble) pour assurer le pont thermique. Son volume est aussi négligeable pour la même 30 raison. Enfin, ce système de refroidissement étant passif, son coût est plus faible par rapport à un système de refroidissement actif. REVENDICATIONS1. Support (10) de batterie (11) comportant une paroi interne (12.1, 12.2) destinée à recouvrir au moins partiellement la batterie (11) caractérisé en ce qu'il comporte en outre : une paroi externe (13.1, 13.2) recouvrant au moins en partie la paroi interne (12.1, 12.2), 1 o un premier matériau (14.1, 14.2) à propriétés endothermiques disposé entre la paroi interne (12.1, 12.2) et la paroi externe (13.1, 13.2), un deuxième matériau (15.1, 15.2), conducteur thermique, en contact avec un premier matériau, d'une part et d'autre part, destiné à être en contact avec un élément extérieur (16) au support (10), de sorte à réaliser un pont 15 thermique entre le premier matériau (14.1, 14.2) et l'élément extérieur (16). 2. Support (10) de batterie selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau (14.1, 14.2) est un gel endothermique. 20 3. Support (10) de batterie selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le deuxième matériau (15.1, 15.2) est une nappe. 4. Support (10) de batterie selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, dans lequel au moins une partie de la nappe est immergée 25 dans le gel endothermique. 5. Support (10) de batterie selon l'une des revendications précédentes, comportant une partie principale (17) et un capot (18), la partie principale (17) et le capot (18) comportant chacun une paroi interne (12.1, 12.2), une paroi 30 externe (13.1, 13.2), un premier matériau (14.1, 14.2) et un deuxième matériau (15.1, 15.2). 3030125 9 6. Support (10) de batterie selon la revendication 5, dans lequel le deuxième matériau (15.1) de la partie principale est en contact avec l'élément extérieur (16). 5 7. Support (10) de batterie selon la revendication 6, comportant une zone de contact (19) entre le capot (18) et la partie principale (17), ladite zone de contact (19) permettant un transfert thermique par conductivité entre le deuxième matériau (15.2) du capot (18) et le deuxième matériau (15.1) de la partie principale (17). 8. Antenne (20) pour véhicule comportant une batterie (11) caractérisée en ce que la batterie (11) est logée dans un support (10) selon l'une des revendications précédente. 9. Antenne (20) pour véhicule selon la revendication précédente dans laquelle l'élément extérieur (16) au support (10) auquel est relié le deuxième matériau (15.1) est une gaine (21) d'un câble (22). 10. Véhicule caractérisé en ce qu'il comporte une antenne (20) selon l'une des revendications 8 ou 9.