Brevet FR3086048A1 — publié le 20200320

La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, notamment pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment un système de refroidissement d'au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule automobile. Les batteries de véhicules, en particulier pour véhicules électriques ou véhicules hybrides, doivent autant que possible être maintenues à température souhaitée, raison pour laquelle on utilise des dispositifs dits de refroidissement pour batteries de véhicules. Ces dispositifs de refroidissement peuvent comprennent des plaques de refroidissement à travers lesquelles circule un liquide de refroidissement. Les plaques de refroidissement sont installées, autant que possible sans espace, sur le côté extérieur des batteries dans le but de dissiper la chaleur ou bien de chauffer la batterie. On connaît des dispositifs de refroidissement dans lesquels la plaque de refroidissement est composée de deux parties de plaque qui sont normalement fixées directement l'une à l'autre. Ici, la première partie de plaque est de préférence plane, et la seconde partie de plaque est de préférence une feuille de métal emboutie ou déformée qui présente des dépressions en méandres. Lesdites dépressions sont fermées par la partie de plaque plane qui est fixée à la partie de plaque emboutie, de sorte que des conduits de réfrigérant sont formés. Le brevet EP 2 828 922 B1 décrit un tel dispositif. L'invention vise à améliorer ce type de dispositif. 2 L'invention a ainsi pour objet un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d'énergie électrique, ce système comportant : 5 une plaque supérieure, une plaque inférieure assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides 10 réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, les canaux étant regroupés par groupes de canaux, les canaux d'un même groupe étant agencés pour permettre la circulation de fluide réfrigérant dans le même sens, 15 dispositif dans lequel les plaques définissent des chambres collectrices agencées pour alimenter en fluide ou évacuer du fluide circulant dans les canaux, chaque chambre collectrice étant dédiée à l'un seulement des groupes de canaux. 20 Autrement dit les chambres collectrices, notamment disposées côte à côte, sont séparées les unes des autres de sorte qu'elles communiquent fluidiquement entre elles uniquement par les groupes de canaux. Autrement dit encore, ces chambres collectrices ne sont pas communes à deux groupes de canaux ou plus. Chaque groupe de canaux présente sa 25 chambre collectrice dédiée. Ces chambres collectrices sont soit une chambre collectrice d'entrée pour alimenter les canaux soit une chambre collectrice de sortie pour évacuer du fluide des canaux 3 Grâce à l'invention, il est possible d'éviter une chambre collectrice commune à plusieurs groupes de canaux, chambre commune qui serait alors de section importante qui a besoin d'être renforcée mécaniquement. L'invention permet d'avoir des chambres collectrices de dimensions plus 5 faibles, et donc plus robustes mécaniquement. Selon l'un des aspects de l'invention, l'une au moins des plaques, notamment la plaque inférieure, présente un zone emboutie agencée pour former l'une des chambres collectrices. Notamment chaque chambre 10 collectrice présente une zone emboutie sur la plaque inferieure, zone emboutie qui forme une face de cette chambre. Selon l'un des aspects de l'invention, les chambres collectrices présentent une forme divergeant depuis un orifice d'entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux. 15 Selon l'un des aspects de l'invention, l'orifice d'entrée ou de sortie de fluide est agencé pour recevoir une tubulure pour une connexion fluidique. Selon l'un des aspects de l'invention, les plaques inférieure et supérieure forment un passage de forme cylindrique définissant l'orifice d'entrée ou de sortie. 20 Selon l'un des aspects de l'invention, chaque passage est formé par des protubérances sur les plaques, notamment réalisées par emboutissage. Selon l'un des aspects de l'invention, chaque chambre collectrice est en communication fluidique avec une tubulure de fluide. 25 Selon l'un des aspects de l'invention, les orifices d'entrée et de sortie sont localisés hors zone d'échange thermique avec le composant à refroidir. 4 Selon l'un des aspects de l'invention, les tubulures sont fixées, notamment brasées, dans les passages définissant l'orifice d'entrée ou de sortie. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif comporte une 5 pluralité de tubulures, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d'entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, cette pluralité de tubulures étant connectées aux plaques sur un même bord droit des plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, ces tubulures sont reliées 10 fluidiquement à des blocs de connexion extérieurs aux plaques. Ainsi chaque groupe de canaux réfrigérant débouche dans une chambre collectrice de faible dimension, de meilleure tenue mécanique, et ce, quelque soit la circulation choisie pour l'échangeur afin de répondre au critère d'homogénéité de température. 15 L'invention permet donc, si on le souhaite, de standardiser l'assemblage des deux plaques et de transférer la contrainte de circuitage vers les tubulures qui sont habituellement spécifiques à chaque application véhicule. 20 Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux sont regroupés par groupes de canaux, les canaux d'un groupe s'étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe, l'espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l'espacement entre deux 25 groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe. Cette disposition des canaux peut permettre de mieux repartir les efforts de pression et faciliter la fabrication du dispositif et/ou améliorer la tenue mécanique. 5 Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux des groupes sont tous parallèles entre eux, au moins localement, notamment sur toute leur longueur, à savoir tous les canaux formés par les plaques sont parallèles entre eux. 5 Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux présentent tous une même section transversale. Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux sont rectilignes. Le dispositif de refroidissement peut ainsi être réalisé plus simplement. Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux s'étendent 10 sensiblement sur toute la longueur des plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, les groupes de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur. Selon l'un des aspects de l'invention, l'espacement intra-groupe entre les différents canaux d'un même groupe de canaux est constant. 15 Selon l'un des aspects de l'invention, l'espacement intra-groupe entre les différents canaux d'un même groupe de canaux est variable. Selon l'un des aspects de l'invention, l'espacement intergroupe entre les différents groupes de canaux est constant. Selon l'un des aspects de l'invention, l'espacement intergroupe entre 20 les différents groupes de canaux est variable. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage agencée pour conduire le fluide sortant de l'un des groupes de canaux vers l'un des autres groupes de canaux. Selon l'un des aspects de l'invention, tous les canaux du groupe 25 débouchent sur cette chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, la chambre de virage est formée par les plaques supérieure et inférieure. 6 Selon l'un des aspects de l'invention, l'une des plaques supérieure et inférieure, notamment la plaque inferieure, comporte une zone emboutie agencée pour participer à la formation de la chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, la zone emboutie est fermée 5 avec l'autre des plaques pour former la chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, la chambre de virage s'étend sur un côté des plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif comporte trois ou quatre groupes de canaux ou plus. 10 En variante, le dispositif comporte deux groupes de canaux. Selon l'un des aspects de l'invention, le nombre de groupe de canaux dédiés à une circulation de fluide réfrigérant dans un sens est égal au nombre de groupes de canaux dédiés à la circulation de fluide dans le sens opposé. 15 Selon l'un des aspects de l'invention, deux groupes de canaux de même sens de circulation de fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins. Selon l'un des aspects de l'invention, la chambre de virage est connectée fluidiquement à deux autres groupes de canaux qui sont 20 agencés pour accueillir le fluide réfrigérant qui quittent la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins. Selon l'un des aspects de l'invention, ainsi quatre groupes de canaux, voire plus, sont reliés à la chambre de virage commune. Selon l'un des aspects de l'invention, dans un exemple, les deux 25 groupes de canaux d'arrivée sur la chambre de virage sont disposés sur une branche de la chambre de virage et les deux groupes de canaux de sortie de la chambre de virage sont disposés sur une autre branche de la chambre de virage. 7 Selon l'un des aspects de l'invention, ces branches de la chambre de virage sont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux Selon l'un des aspects de l'invention, un coude de la chambre de virage est agencé pour relié les deux branches de la chambre de virage. 5 Le coude peut présenter une forme en arc de cercle, par exemple avec une ouverture de 180 degrés. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif de refroidissement comporte une zone d'entrée de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d'entrée étant formée entre les deux plaques. 10 Selon l'un des aspects de l'invention, cette zone d'entrée de fluide est agencée pour alimenter tous les canaux de circulation de fluide qui débouchent sur la chambre de virage, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s'écoule vers la chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, cette zone d'entrée est 15 commune à aux moins deux groupes de canaux. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif de refroidissement comporte une zone d sortie de fluide réfrigérant des canaux, cette zone de sortie étant formée entre les deux plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, cette zone de sortie de fluide 20 est agencée pour conduire le fluide sortant de tous les canaux de circulation de fluide qui proviennent de la chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, cette zone de sortie est commune à aux moins deux groupes de canaux. Selon l'un des aspects de l'invention, les zones d'entrée et de sortie 25 sont adjacentes à un orifice d'entrée, respectivement de sorite. Selon l'un des aspects de l'invention, les orifices d'entrée et de sortie sont reliés à un bloc de raccord de tubulures. Selon l'un des aspects de l'invention, la plaque supérieure est plane. 8 Selon l'un des aspects de l'invention, la plaque inférieure comporte des zones de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec la plaque supérieure les canaux. 5 Comme on peut le constater, la chambre de virage permet la création du circuit au sein même des plaques afin de répondre au critère d'homogénéité en température au sein même du dispositif, et ce, dans une démarche d'optimisation des coûts. L'invention permet également, grâce aux plaques, d'avoir un 10 encombrement réduit dans le sens de la hauteur et de ne nécessiter qu'un nombre réduit de pièces. Le dispositif de régulation thermique notamment positionné sous l'élément à refroidir, par exemple un pack batterie, et maintenu sous celui-ci soit par un système mécanique, vissage par exemple, ou chimique, collage 15 par exemple. Selon l'un des aspects de l'invention, la plaque supérieure est agencée dans la région qui se trouve en contact direct avec l'élément à refroidir et ce, afin de maximiser la surface de contact avec l'élément à refroidir. 20 Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux sont dimensionnés de telle façon à répondre à un compromis entre la tenue mécanique afin de résister aux sollicitations mécaniques liées à l'utilisation du réfrigérant, notamment pour une étanchéité 15 bars, pression d'éclatement 54 bars et déformation limitée sous pression 25 d'utilisation, la performance thermique, par présence d'une section de passage maximale pour limiter les pertes de charge réfrigérantes le long du circuit mais aussi surface mouillée maximale pour favoriser l'échange thermique avec l'élément à refroidir. 9 Ce compromis permet de définir une section maximale à ne pas dépasser, une hauteur et un nombre de canaux et ceci pour chaque épaisseur matière utilisée pour réaliser la plaque inferieure. 5 Cette plaque inferieure pourra être obtenue par emboutissage. L'invention a encore pour objet un système comportant un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d'énergie 10 électrique, et un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus, agencé pour refroidir le composant, ce composant ou batterie étant en contact thermique avec la plaque supérieure du dispositif de refroidissement. L'invention a encore pour objet un système de refroidissement tel 15 que décrit plus haut, comportant des cellules de batterie. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemples non limitatifs en référence au 20 dessin annexé dans lequel : - les figures 1 à 2 illustrent, schématiquement et partiellement, suivant différentes vues, un dispositif selon un exemple de l'invention ; - les figures 3 et 4 illustrent, schématiquement et partiellement, suivant différentes vues, un dispositif selon un autre exemple de l'invention. 25 On a représenté sur les figures 1 et 2 un système 1 comportant un ensemble de cellules de batterie 2 à refroidir, par exemple rangées suivant deux rangées ou plus, et un dispositif de refroidissement 10 agencé 10 pour refroidir les cellules 2, qui sont en contact thermique avec une plaque supérieure du dispositif de refroidissement 10, comme expliqué plus bas. Le dispositif de régulation thermique 10 comporte : 5 une plaque supérieure 11, une plaque inférieure 12 assemblée avec la plaque supérieure 11 pour former ensemble une pluralité de canaux 13 de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides 10 réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. Les canaux 13 sont regroupés par groupes 14 de canaux, les canaux d'un groupe s'étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé 15 espacement intra-groupe 15, l'espacement intra-groupe étant strictement inférieur à l'espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe 16. Les canaux 13 présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2. 20 Les canaux 13 présentent tous une même section transversale et sont rectilignes. Les canaux 13 s'étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques. Les groupes 14 de canaux sont disposés côte à côte et 25 présentent la même longueur. L'espacement intra-groupe 15 entre les différents canaux 13 d'un même groupe de canaux est constant, dans l'exemple considéré. L'espacement intergroupe 16 entre les différents groupes de canaux est constant, dans l'exemple considéré. 11 Le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage 20 agencée pour conduire le fluide sortant de l'un des groupes 14 de canaux vers l'un des autres groupes de canaux. Tous les canaux 13 du groupe débouchent sur cette chambre de 5 virage. La chambre de virage 20 est formée par les plaques supérieure 11 et inférieure 12, par exemple en aluminium. La plaque inferieure 12 comporte une zone emboutie 21 agencée pour participer à la formation de la chambre de virage 20. 10 La zone emboutie 21 est fermée avec l'autre des plaques 11 qui est plane pour former la chambre de virage 20. La chambre de virage 20 s'étend sur un côté 23 des plaques. Le dispositif comporte quatre groupes 14 de canaux. Le nombre de groupe de canaux dédiés à une circulation de 15 fluide réfrigérant dans un sens est égal au nombre de groupes de canaux dédiés à la circulation de fluide dans le sens opposé. Deux groupes 14 de canaux de même sens de circulation de fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins, sur une moitié des plaques. 20 La chambre de virage 20 est connectée fluidiquement à deux autres groupes 14 de canaux qui sont agencés pour accueillir le fluide réfrigérant qui quittent la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins sur l'autre moitié des plaques. Ainsi quatre groupes de canaux sont reliés à la chambre de 25 virage commune 20. Les deux groupes 14 de canaux d'arrivée sur la chambre de virage 20 sont disposés sur une branche 25 de la chambre de virage et les deux groupes de canaux de sortie de la chambre de virage sont disposés sur une autre branche 26 de la chambre de virage. Le sens de circulation des fluides est montré par des flèches sur la figure 2. 12 Ces branches 25 et 26 de la chambre de virage 20 ont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux. Un coude 28 est agencé pour relié les deux branches 25 et 26 de la chambre de virage. 5 Le dispositif de refroidissement comporte une zone d'entrée 30 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d'entrée étant formée entre les deux plaques 11 et 12. Cette zone d'entrée 30 de fluide est agencée pour alimenter tous les canaux 13 de circulation de fluide qui débouchent sur la chambre de 10 virage 20, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s'écoule vers la chambre de virage. Cette zone d'entrée 30 est commune aux groupes 14 de canaux. Le dispositif de refroidissement comporte une zone de sortie 31 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone de sortie étant formée entre les 15 deux plaques 11 et 12. Cette zone de sortie 31 de fluide est agencée pour conduire le fluide sortant de tous les canaux 13 de circulation de fluide qui proviennent de la chambre de virage. Cette zone de sortie 31 est commune aux deux groupes de 20 canaux. Les zones d'entrée 30 et 31 et de sortie sont adjacentes à un orifice d'entrée 32, respectivement de sortie 33. Les orifices d'entrée 32 et de sortie 33 sont reliés à un bloc de raccord 6 de tubulures. 25 La plaque inférieure 2 comporte des zones 37 de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec la plaque supérieure les canaux 13. Les zones d'entrée 30 et de sortie 31 comportent des zones embouties de la plaque inferieure 12. 30 Préférentiellement le fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides réfrigérants d'appellation R134a, R1234yf ou R744. 13 Le fluide caloporteur utilisé est alternativement de l'eau glycolée, sans limitation du titre de glycol (0% à 100%). Les cellules de batterie comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule 5 hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li-ion pour une utilisation dans un véhicule électrique à batterie. La chambre de virage 20 et/ou la zone d'entrée 30 et/ou la zone de sortie 31 comportent, le cas échéant, des éléments de renfort pour 10 renforcer la tenue mécanique dans ces zones qui sont potentiellement de plus forte section. Ces éléments de renfort sont par exemple des nervures. On a décrit en référence aux figures 3 et 4 un autre mode de 15 réalisation de l'invention. La connexion par les orifices 32 et 33 et le bloc 6 est modifiée dans ce mode de réalisation. Dans le présent mode de réalisation, les plaques 11 et 12 définissent des chambres collectrices 40 agencées pour alimenter en fluide 20 ou évacuer du fluide circulant dans les canaux 13, chaque chambre collectrice 40 étant dédiée à l'un seulement des groupes de canaux. Ces chambres collectrices 40 sont soit une chambre collectrice d'entrée pour alimenter les canaux soit une chambre collectrice de sortie pour évacuer du fluide des canaux 13. 25 La plaque inférieurel2 présente des zones embouties 41 agencées pour former chacune l'une des chambres collectrices 40. Notamment chaque chambre collectrice 40 présente une zone emboutie 41 sur la plaque inferieure, zone emboutie qui forme une face 42 de cette chambre. 14 Les chambres collectrices 40 présentent une forme divergeant depuis un orifice 44 d'entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux 13. Chaque orifice 44 d'entrée ou de sortie de fluide est agencé pour 5 recevoir une tubulure 45 pour une connexion fluidique. Les plaques inférieure 12 et supérieure 11 forment un passage 47 de forme préférentiellement cylindrique définissant l'orifice 44 d'entrée ou de sortie. Chaque passage 47 est formé par des protubérances 48 sur les 10 plaques, notamment réalisées par emboutissage. Chaque chambre collectrice 40 est en communication fluidique avec une tubulure de fluide 45. Les orifices 44 d'entrée et de sortie sont localisés hors zone d'échange thermique avec le composant 2 à refroidir. 15 Les tubulures 45 sont fixées, notamment brasées, dans les passages 47 définissant l'orifice d'entrée ou de sortie. Le dispositif 1 comporte une pluralité de tubulures 45, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d'entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d'énergie électrique, ce système comportant : une plaque supérieure (11), une plaque inférieure (12) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, les canaux (13) étant regroupés par groupes de canaux, les canaux d'un même groupe étant agencés pour permettre la circulation de fluide réfrigérant dans le même sens, dispositif dans lequel les plaques définissent des chambres collectrices (40) agencées pour alimenter en fluide réfrigérant ou évacuer du fluide circulant 20 dans les canaux, chaque chambre collectrice étant dédiée à l'un seulement des groupes de canaux (13). 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'une au moins des plaques, notamment la plaque inférieure, présente un zone 25 emboutie (41) agencée pour former l'une des chambres collectrices. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les chambres collectrices (40) présentent une forme divergent depuis un orifice d'entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux. 30 16 4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'orifice (44) d'entrée ou de sortie de fluide est agencé pour recevoir une tubulure (45) pour une connexion fluidique. 5 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les plaques inférieure et supérieure forment un passage (47) de forme cylindrique définissant l'orifice d'entrée ou de sortie. 6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel 10 chaque passage est formé par des protubérances (48) sur les plaques, notamment réalisées par emboutissage. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque chambre collectrice est en communication fluidique avec une 15 tubulure (45) de fluide. 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel les tubulures (45) sont fixées, notamment brasées, dans les passages définissant l'orifice d'entrée ou de sortie. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel le dispositif comporte une pluralité de tubulures, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d'entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, cette pluralité de tubulures étant connectées aux plaques sur un même bord droit (49) des plaques. 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel ces tubulures sont reliées fluidiquement à des blocs de connexion extérieurs aux plaques.30