Brevet FR3071960A1 — publié le 20190405

Boîtier de protection d'un pack batterie intégrant une boîte collectrice 1. Domaine de l'invention L'invention se rapporte au domaine de la régulation thermique de modules de batterie, notamment pour un véhicule automobile dont la propulsion est fournie en tout ou partie par une motorisation électrique, situés dans un boîtier de protection formant, avec les modules de batterie, un pack batterie. 2. Etat de la technique Dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, les cellules de stockage d'énergie électrique sont reliées entre elles de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée, et positionnées dans un module de batterie (appelé "module" dans ce qui suit). Plusieurs modules reliés entre eux forment la batterie du véhicule. Généralement, ces modules sont enfermés dans un boîtier de protection rigide et étanche (appelée « casing » en anglais), qui protège les modules de l'environnement extérieur. Le boîtier de protection qui est classiquement en métal présente sur sa surface extérieure des traverses de raidissement. Le boîtier de protection et les modules forment un ensemble généralement appelé pack batterie. Les constructeurs automobiles cherchent aujourd'hui à fournir des véhicules électriques ou hybrides plus puissants et dont l'autonomie électrique est augmentée. Pour cela, un nombre de plus en plus important de modules est embarqué dans les véhicules. Ainsi, le pack batterie, généralement disposé au niveau du plancher du véhicule, couvre une surface de plus en plus conséquente du plancher du véhicule et forme même parfois le fond de caisse ce dernier. Par ailleurs, lors du fonctionnement du véhicule, les modules de batterie peuvent être soumis à des variations de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction. 2 Par conséquent, la régulation thermique des modules est essentielle afin, d'une part, de les maintenir en bon état et, d'autre part, d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule. Des échangeurs thermiques destinés à réguler la température des modules sont 5 donc mis en oeuvre dans l'enceinte du boîtier pour optimiser le fonctionnement des modules. Ces échangeurs thermiques sont parcourus par un fluide caloporteur et assure les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des modules. Le fluide caloporteur peut ainsi absorber la chaleur émise par chaque module 10 afin de le refroidir ou selon les besoins, il peut lui apporter de la chaleur si la température du module est insuffisante pour son bon fonctionnement. De façon classique, chacun des échangeurs thermiques présente une boîte à eau ou boîte collectrice qui est assemblée à une plaque collectrice dans laquelle débouchent des tubes de circulation d'un fluide caloporteur aptes à échanger thermiquement avec 15 les modules de batterie. La boîte à eau ou boîte collectrice présente une entrée de fluide et une sortie de fluide caloporteur. Or, la distribution du fluide caloporteur et le raccordement entre les boîtes collectrices des différents échangeurs thermiques nécessitent de multiples connexions 20 fluidiques, qui sont encombrantes et réduisent de ce fait l'espace alloué à la réception de modules de batterie au sein du pack batterie. La mise en oeuvre de ces tubulures d'acheminement du fluide caloporteur grève le poids du boîtier, nécessite de nombreuses opérations d'assemblage et augmente les risques de fuite de fluide caloporteur. 25 3. Exposé de l'invention L'invention a pour but de pallier les inconvénients exposés ci-dessus. À cet effet, l'invention a pour objet un boîtier de protection d'au moins un module de batterie électrique comprenant au moins un échangeur thermique destiné à 30 réguler thermiquement ledit au moins un module de batterie. 3 Selon l'invention, le boîtier de protection est solidaire d'au moins une boîte collectrice destinée à alimenter en fluide caloporteur ledit au moins un échangeur thermique et configurée pour rigidifier le boîtier de protection. L'invention consiste à faire évoluer l'architecture du boîtier du pack batteries en 5 y intégrant la fonction de boite collectrice pour le fluide caloporteur destiné à refroidir les modules du pack batterie. Dans cette invention, l'acheminement du fluide caloporteur est réalisé via une ou plusieurs boîtes collectrices intégrées au boitier du pack batterie. Dans la nouvelle architecture proposée, le ou les boites collectrices permettent 10 de faire le lien entre les différents échangeurs thermiques et les circuits de distribution de l'enceinte intérieure du boîtier, réalisant ainsi un circuit fermé, et d'assurer une fonction structurelle (raideur). La ou les boîtes à eau ou boîtes collectrices sont ainsi adaptées pour consolider le boîtier, notamment lorsque ce dernier est fabriqué en composite plastique. 15 Les avantages sont donc : - un gain de niasse du boîtier du fait de la suppression des tubulures d'acheminement du fluide ; - un gain en encombrement ; - un gain en nombre de pièces (moins d'opération d'assemblage). 20 Par ailleurs, il n'est plus nécessaire de prévoir des traverses de renfort sur la surface extérieure du boîtier, la ou les boîtes collectrices assurant cette fonction. Les boites collectrices peuvent aussi être des nourrices (pouvant être par exemple équipés de plusieurs connections) permettant d'optimiser la circulation du fluide caloporteur vers les zones nécessitant un échange thermique plus important. 25 La solution de l'invention peut être employée dans tout type de véhicule dans le domaine des transports mais aussi dans le bâtiment, l'industrie et le tertiaire, où des batteries électriques sont contenues dans un boîtier et refroidies de façon directe ou indirecte par un fluide caloporteur. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite au moins une boîte collectrice 30 présente quatre branches formant une croix. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite au moins une boîte collectrice présente trois branches formant un Y. 4 Selon un aspect particulier de l'invention, les extrémités desdites branches sont solidaires de la surface intérieure de la paroi périphérique dudit boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite au moins une boîte collectrice se présente sous la forme d'une traverse reliant deux bords opposés de la paroi 5 périphérique dudit boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un échangeur thermique se présente sous la forme d'une plaque portant ledit au moins un module de batterie et délimitant au moins un circuit de transport de fluide caloporteur communiquant avec un orifice d'entrée de fluide caloporteur et un orifice de sortie de 10 fluide caloporteur ménagés sur ladite au moins une boîte collectrice. La ou les boites collectrices peuvent aussi intégrer la fonction d'entrée et de sortie du fluide caloporteur. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit boîtier comprend deux échangeurs thermiques se présentant chacun sous la forme d'une plaque, les plaques 15 s'étendant parallèlement autour de ladite au moins une boîte collectrice. Les échangeurs thermiques peuvent être situés à différentes hauteurs, de façon étagée, au sein du boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite au moins une boîte collectrice forme le couvercle de fermeture dudit boîtier. 20 La boite collectrice assure une fonction de fermeture étanche du boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit boîtier comprend deux boîtes collectrices reliant deux bords opposés de la paroi périphérique dudit boîtier et dans lesquelles débouchent un faisceau de tubes de circulation de fluide caloporteur. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit boîtier est fabriqué au moins en 25 partie en composite plastique. L'invention concerne également un pack batterie pour véhicule hybride ou électrique comprenant un boîtier de protection tel que décrit précédemment, dans lequel est logé au moins un module de batterie. 30 4. Liste des figures 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après, fournie à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1A à 1C sont des vues partielles d'un boîtier de pack 5 batterie selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant une boite collectrice qui présente une forme de croix ; - les figures 2A et 2B sont des vues partielles, de dessus et en coupe, d'un boîtier de pack batterie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comprenant une boite collectrice qui présente une forme de traverse ; 10 - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un boîtier de pack batterie selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un boîtier de pack batterie selon un quatrième mode de réalisation de l'invention comprenant une boite collectrice prenant la forme d'un capot de fermeture étanche du boîtier, et 15 - la figure 5 est une vue schématique d'un boîtier de pack batterie selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. 5. Description détaillée de l'invention 20 Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. Sur la figure 1A, la référence 1 désigne un pack batterie constitué d'un boîtier 12 de protection creux selon un premier mode de réalisation, et d'une batterie constituée d'un assemblage de modules M logés dans l'enceinte du boîtier 12, les modules M 25 comprenant un assemblage de cellules (de type cylindrique, prismatique ou souple). Le boîtier 12 de protection de modules M de batterie est fermé de façon étanche par un couvercle (non représenté). Le boîtier 12 de protection est fabriqué en matériau composite et comprend, dans son espace intérieur, un ou plusieurs éléments de régulation thermique, ou 30 éléments d'échange thermique, fabriqués en matériau thermiquement conducteur. 6 Le composite utilisé pour fabriquer les parois du boîtier de protection peut être un composite plastique, tel qu'un polymère à renfort de fibres de carbone ou de fibres de verre. Dans l'exemple illustré, un élément de régulation thermique 10 en forme de 5 plaque rectangulaire est disposé sur la paroi de fond rectangulaire du boîtier 12 de protection. Dans cet élément ou plaque de régulation thermique 10 sont définis des circuits de transport d'un fluide caloporteur (non représentés) définis en regard des modules M de batterie et permettant des échanges thermiques avec les modules M pour réguler la 10 température de ces derniers, et notamment pour les refroidir. Une boîte à eau ou boîte collectrice 11 est disposée sur la plaque formant l'élément de régulation thermique 10. Comme illustré sur la vue partielle du pack batterie 1 de la figure 1B, la boîte à eau 11 présente quatre branches formant une croix. 15 Un orifice d'entrée 11A de fluide caloporteur et un orifice de sortie 11B de fluide caloporteur sont ménagés au centre de la croix. Comme illustré sur la vue partielle du pack batterie 1 de la figure 1C, les orifices d'entrée 11A et de sortie 11B de la boite collectrice 11 communiquent respectivement avec un port d'entrée 10A et un port de sortie 10B ménagés sur la surface supérieure de 20 la plaque de régulation thermique 10. Les ports d'entrée 10A et de sortie 10B communiquent avec chacun des circuits de transport d'un fluide caloporteur (non représentés) définis en regard des modules M de batterie. La boite collectrice 11 assure la distribution du fluide caloporteur entre les 25 différentes parties du boîtier 12 situées de part et d'autres de ses branches, et le raccordement du pack batterie 1 avec la boucle de régulation thermique du véhicule. La boite collectrice 11 assure en outre la rigidification du boîtier 12 de protection fabriqué en composite. La boite collectrice 11 est en plastique, aluminium ou inox par exemple. 30 Les quatre extrémités des branches de la boîte collectrice 11 sont solidaires de la surface intérieure 121 de la paroi périphérique du boîtier 12 s'étendant à partir de la paroi de fond. 7 Les modules M de batterie sont disposés sur la plaque d'échange thermique entre les branches de la boîte collectrice 11. Les figures 2A et 2B sont des vues partielles, de dessus et en coupe, d'un boîtier 5 12 d'un pack batterie 1, selon un deuxième mode de réalisation, comprenant une boite collectrice 11 qui présente une forme de traverse reliant deux côtés opposés du boîtier 12 et rigidifiant ce dernier. La figure 2B montre l'orifice d'entrée 11A de la boite collectrice 11 et une portion d'un circuit de transport 101 d'un fluide caloporteur (non représentés) défini 10 dans la plaque de régulation thermique 10 en regard des modules M de batterie, la plaque de régulation thermique 10 étant disposée sur la paroi de fond 123 du boîtier 12. La figure 3 est une vue en coupe partielle et schématique d'un boîtier 12 d'un pack batterie 1, selon un troisième mode de réalisation, comprenant une boite 15 collectrice 11 assurant la liaison et la distribution du fluide caloporteur entre les différentes parties du boîtier 12, et deux plaques de régulation thermique 10 espacées verticalement, sur lesquelles sont disposés des modules M de batterie. Dans chacune des plaques de régulation thermique 10 est défini un circuit de transport 101 d'un fluide caloporteur. 20 La boite collectrice 11 peut présenter une forme en croix, en "Y" ou rectiligne du type traverse, reliant au moins deux bords opposés de la paroi périphérique du boîtier 12 et rigidifiant ce dernier. La ou les branches de la boîte à eau 11 sont solidaires de la surface intérieure 121 de la paroi périphérique du boîtier 12. Par ailleurs, la boîte collectrice 11 prend 25 appui sur la paroi de fond 123 du boîtier 12 et traverse les deux plaques de régulation thermique 10. La figure 4 est une vue en coupe d'un boîtier 12 d'un pack batterie 1, selon un quatrième mode de réalisation, comprenant une boite collectrice 11 prenant la forme 30 d'un capot ou couvercle permettant la fermeture étanche du boîtier 12. La boite collectrice 11 participe à la distribution du fluide caloporteur dans un circuit de transport 101 d'un fluide caloporteur s'étendant au-dessus (au sein du 8 couvercle), en-dessous (au niveau de la paroi de fond 123 du boîtier 12) et sur les côtés (au sein de la paroi périphérique du boîtier 12) des modules M de batterie. La boite collectrice 11 intègre une fonction structurelle en ce sens qu'elle apporte de la raideur et améliore la tenue mécanique du boîtier 12. 5 Dans un cinquième mode de réalisation illustré schématiquement sur la figure 5, le boîtier 12 comprend dans son espace intérieur deux boites collectrices 11 espacées et parallèles, dites boites collectrices latérales, entre lesquelles s'étend un faisceau de tubes T parallèles de circulation de fluide caloporteur destinés à échanger 10 thermiquement avec des modules de batterie (non représentés) disposés en vis-à-vis (dessus et/ou dessous) des tubes T. Les extrémités des tubes T débouchent dans les deux boites collectrices 11. Les deux boites collectrices 11 relient deux bords opposés de la paroi périphérique du boîtier 12, rigidifiant ainsi ce dernier. 15 L'entrée et la sortie de fluide caloporteur peuvent être situées sur une même boite collectrice ou réparties sur les deux boites collectrices. Les tubes T sont ici ménagés dans une plaque 10 d'échange thermique disposées au fond du boîtier 12. 20 Il est à noter que dans les modes de réalisation décrits précédemment, REVENDICATIONS1. Boîtier (12) de protection d'au moins un module (M) de batterie électrique comprenant au moins un échangeur thermique (10) destiné à réguler thermiquement ledit au moins un module (M) de batterie, caractérisé en ce que le boîtier (12) de protection est solidaire d'au moins une boîte collectrice (11) destinée à alimenter en fluide caloporteur ledit au moins un échangeur thermique (10) et configurée pour rigidifier le boîtier (12) de protection. 2. Boîtier (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une boîte collectrice (11) présente quatre branches formant une croix. 3. Boîtier (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une boîte collectrice (11) présente trois branches formant un Y. 4. Boîtier (12) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les extrémités desdites branches sont solidaires de la surface intérieure (121) de la paroi périphérique dudit boîtier (12). 5. Boîtier (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une boîte collectrice (11) se présente sous la forme d'une traverse reliant deux bords opposés de la paroi périphérique dudit boîtier. 6. Boîtier (12) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit au moins un échangeur thermique (10) se présente sous la forme d'une plaque portant ledit au moins un module (M) de batterie et délimitant au moins un circuit de transport (101) de fluide caloporteur communiquant avec un orifice d'entrée (11A) de fluide caloporteur et un orifice de sortie (11B) de fluide caloporteur ménagés sur ladite au moins une boîte collectrice (11). 10 7. Boîtier (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux échangeurs thermiques (10) se présentant chacun sous la forme d'une plaque, les plaques s'étendant parallèlement autour de ladite au moins une boîte collectrice (11). 5 8. Boîtier (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une boîte collectrice (11) forme le couvercle de fermeture dudit boîtier (12). 9. Boîtier (12) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtes collectrices (11) reliant deux bords opposés de la paroi 10 périphérique dudit boîtier et dans lesquelles débouchent un faisceau de tubes (T) de circulation de fluide caloporteur. 10. Boîtier (12) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est fabriqué au moins en partie en composite plastique. 15