Brevet FR3085544A1 — publié le 20200306

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, dispositif dans lequel 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 15 strictement inférieur à l'espacement entre deux 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 20 tenue mécanique. Ceci est particulièrement avantageux lorsque la pression du fluide qui circule dans les canaux est grande, notamment la pression d'éclatement des canaux est supérieure à 50 bars, voire la pression d'éclatement des canaux est proche de 54 bars. 25 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. 3 Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2. Selon l'un des aspects de l'invention, les canaux présentent tous une même section transversale. 5 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 sensiblement sur toute la longueur des plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, les groupes de canaux sont 10 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. Selon l'un des aspects de l'invention, l'espacement intra-groupe entre les différents canaux d'un même groupe de canaux est variable. 15 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 les différents groupes de canaux est variable. Selon l'un des aspects de l'invention, le dispositif de refroidissement 20 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 débouchent sur cette chambre de virage. Selon l'un des aspects de l'invention, la chambre de virage est 25 formée par les plaques supérieure et inférieure. 4 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. 5 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. 6 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. 7 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. 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 pour refroidir les cellules 2, qui sont en contact thermique avec une plaque supérieure du dispositif de refroidissement 10, comme expliqué plus bas. 8 Le dispositif de régulation thermique 10 comporte : une plaque supérieure 11, une plaque inférieure 12 assemblée avec la 5 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 réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. 10 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 espacement intra-groupe 15, l'espacement intra-groupe étant strictement inférieur à l'espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé 15 espacement intergroupe 16. Les canaux 13 présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2. Les canaux 13 présentent tous une même section transversale et sont rectilignes. 20 Les canaux 13 s'étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques. Les groupes 14 de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur. L'espacement intra-groupe 15 entre les différents canaux 13 25 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. Le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage 20 agencée pour conduire le fluide sortant de l'un des groupes 14 de 30 canaux vers l'un des autres groupes de canaux. 9 Tous les canaux 13 du groupe débouchent sur cette chambre de virage. La chambre de virage 20 est formée par les plaques supérieure 11 et inférieure 12, par exemple en aluminium. 5 La plaque inferieure 12 comporte une zone emboutie 21 agencée pour participer à la formation de la chambre de virage 20. 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. 10 Le dispositif comporte quatre groupes 14 de canaux. 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. Deux groupes 14 de canaux de même sens de circulation de 15 fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins, sur une moitié des plaques. 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 20 sont voisins sur l'autre moitié des plaques. Ainsi quatre groupes de canaux sont reliés à la chambre de 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 25 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. Ces branches 25 et 26 de la chambre de virage 20 ont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux. 10 Un coude 28 est agencé pour relié les deux branches 25 et 26 de la chambre de virage. Le dispositif de refroidissement comporte une zone d'entrée 30 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d'entrée étant formée entre les 5 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 virage 20, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s'écoule vers la chambre de virage. 10 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 deux plaques 11 et 12. Cette zone de sortie 31 de fluide est agencée pour conduire le 15 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 canaux. Les zones d'entrée 30 et 31 et de sortie sont adjacentes à un 20 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. La plaque inférieure 2 comporte des zones 37 de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec 25 la plaque supérieure les canaux 13. Les zones d'entrée 30 et de sortie 31 comportent des zones embouties de la plaque inferieure 12. Préférentiellement le fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides réfrigérants d'appellation R134a, R1234yf ou R744. 30 Le fluide caloporteur utilisé est alternativement de l'eau glycolée, sans limitation du titre de glycol (0% à 100%). 11 Les cellules de batterie comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li-ion pour une utilisation dans un véhicule 5 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, REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation thermique (10), 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 (13) de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel 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 (15), l'espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l'espacement entre deux groupes (14) de canaux voisins appelé espacement intergroupe (16). 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les canaux 13) 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. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage (20) agencée pour conduire le fluide sortant de l'un des groupes de canaux vers l'un des autres groupes de canaux. 13 4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel tous les canaux du groupe débouchent sur cette chambre de virage. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans 5 lequel la chambre de virage est formée par les plaques supérieure et inférieure. 6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'une des plaques supérieure et inférieure, notamment la plaque inferieure, 10 comporte une zone emboutie (21) agencée pour participer à la formation de la chambre de virage. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3à 6, dans lequel les deux groupes de canaux d'arrivée sur la chambre de virage (20) sont 15 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. 8. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ces 20 branches de la chambre de virage sont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel un coude (28) est agencé pour relié les deux branches de la chambre de virage. 25 o.Système (1) comportant un composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d'énergie électrique, et un dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, agencé pour refroidir le 30 composant, ce composant ou batterie étant en contact thermique avec la plaque supérieure du dispositif de refroidissement.