Brevet FR3112847A1 — publié le 20220128

Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile L’invention concerne un 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 dispositif comportant une première plaque externe et une deuxième plaque externe, ainsi qu’un organe central disposé entre les deux plaques externes, cet organe central comprenant des reliefs agencés pour former avec les plaques externes (11, 12) au moins deux nappes de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, ces nappes étant de part et d’autre de l’organe central (13), ces deux nappes ayant le même sens de circulation de fluide caloporteur. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile 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 dispositif 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 comprendre 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. On peut également citer la demande de brevet US2015144314 qui décrit un dispositif de refroidissement de batterie avec une bride de connexion de fluide. L’invention vise à améliorer ce type de dispositif. Dans la présente invention le fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, est notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. 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 dispositif comportant une première plaque externe et une deuxième plaque externe, ainsi qu’un organe central disposé entre les deux plaques externes, cet organe central comprenant des reliefs agencés pour former avec les plaques externes au moins deux nappes de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, ces nappes étant de part et d’autre de l’organe central, ces deux nappes ayant le même sens de circulation de fluide caloporteur. Selon un aspect de l’invention, les plaques externes présentent chacune une face agencée pour être en contact thermique respectivement avec l’un des composants à refroidir. Ainsi les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique et le composant à refroidir, notamment lorsque ce contact direct est de relativement grande superficie, peuvent être optimum. Selon un aspect de l’invention, les reliefs sur l’organe central qui forment les canaux comportent des nervures. Selon un aspect de l’invention, l’organe central comporte au moins une partie agencée pour participer à la formation d’une zone d’entrée ou de sortie de fluide du dispositif de régulation thermique, cette zone étant notamment dédiée à un circuit de fluide qui regroupe plusieurs dispositifs de régulation thermique reliés entre eux pour refroidir un pack batterie. Selon un aspect de l’invention, l’organe central, notamment à l’aide des reliefs, est agencé pour assurer une tenue mécanique suffisante afin de résister aux sollicitations mécaniques liées à l’utilisation du fluide caloporteur, notamment d’un réfrigérant. La tenue mécanique permet notamment d’assurer une étanchéité à 15 bars de pression du réfrigérant, et une résistance à l’éclatement à une pression de 54 bars du réfrigérant. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de régulation thermique est également agencé pour assurer une déformation limitée sous pression d’utilisation. Selon un aspect de l’invention, l’organe central est également agencé pour assurer une performance thermique satisfaisante, grâce à une section de passage maximale pour limiter les pertes de charge réfrigérantes le long du circuit mais aussi une surface mouillée maximale pour favoriser l’échange thermique avec le composant à refroidir. Selon un aspect de l’invention, l’organe central comporte une feuille avec des ondulations qui forment les reliefs. Selon un aspect de l’invention, ces ondulations s’étendent d’un bord à l’autre de la feuille. Selon un aspect de l’invention, ces reliefs de la feuille sont formés par formage ou emboutissage. Selon un aspect de l’invention, cette feuille présente une forme sensiblement rectangulaire. Selon un aspect de l’invention, cette feuille est réalisée en aluminium. En variante, l’organe central comporte une plaque. Selon un aspect de l’invention, les reliefs sur la plaque sont formés par emboutissage. Selon un aspect de l’invention, la plaque est réalisée en aluminium. Selon un aspect de l’invention, la plaque formant l’organe central comporte au moins un trou, de préférence plusieurs trous, pour un passage de fluide caloporteur sur les deux nappes, ce ou ces trous communiquant ainsi avec les deux nappes. Selon un aspect de l’invention, l’organe central comporte au moins une cloison de séparation de fluide pour créer des chemins de fluide caloporteur au sein du dispositif de régulation thermique. Selon un aspect de l’invention, des zones d’entrée / sortie du fluide, encore appelées boites collectrices, dans le dispositif de régulation thermique et des cloisons permettant de créer la circulation réfrigérante au sein de ce dispositif de régulation thermique sont réalisées préférentiellement sur l’organe central afin de limiter le nombre de composants. Le cheminement au sein de chaque dispositif de régulation thermique assure une homogénéité en température entre chaque cellule de batterie d’un même module. Selon un aspect de l’invention, chaque dispositif de régulation thermique est agencé pour refroidir deux modules de batterie placés contre chacune de ces faces. L’invention permet d’assurer une bonne homogénéité ente les deux faces du dispositif de régulation thermique, autrement entre les deux plaques externes. Selon un aspect de l’invention, ces zones d’entrée ou sortie sont mises en liaison avec une bride de connexion placée sur l’une des plaques externes au moyen d’orifice permettant ainsi la connexion fluidique des différents composants. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de régulation thermique est agencé pour être disposé sensiblement verticalement, entre deux composants à refroidir. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de régulation thermique est agencé pour être fixé au composant à refroidir par vissage ou par collage. D’autres modes de fixation peuvent bien entendu être envisagés. Selon un aspect de l’invention, le brasage des plaques externes et de l’organe central les uns par rapport aux autres permet la création de deux nappes de circulation de fluide suivant la hauteur/épaisseur du dispositif. Selon un aspect de l’invention, ces deux nappes ont le même sens de circulation afin de répondre au critère d’homogénéité en température entre les différents composants à refroidir. L’invention permet d’alimenter simultanément les deux nappes avec une seule et même boite de distribution. Lorsque l’organe central comprend la feuille ondulée, cet organe peut avoir une longueur moindre par rapport aux plaques externes afin d’autoriser la création de deux boites de distribution de part et d’autre de l’organe central et en regard des brides de connexion afin de permettre au fluide d’alimenter les deux nappes en même temps, une fois entré dans l’échangeur par ladite bride. Selon un aspect de l’invention, des motifs, par exemple des creux ou des excroissances, sont réalisés sur l’une au moins des plaques externes au niveau de ces boites de distribution afin d’éviter la déformation de celles-ci sous la pression du fluide. Afin de réaliser deux sens de circulation opposés sur la largeur du dispositif de régulation thermique, une forme emboutie peut être réalisée sur l’une des plaques externes en regard des brides de connexion ainsi qu’une forme spécifique sur l’organe central afin de créer deux groupes de canaux dans lesquels le fluide peut circuler dans un sens opposé. Selon un aspect de l’invention, l’organe central comprend des trous afin de permettre au fluide, une fois entré par la bride de connexion, de pouvoir circuler ou re-circuler sur les deux nappes. Afin de réaliser deux sens de circulation opposés sur la largeur du dispositif, une forme emboutie est réalisée sur l’une des plaques externes en regard des brides de connexion. L’invention a encore pour objet un système comportant des cellules de batterie à refroidir et au moins dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, pour refroidir ces cellules. Le système comporte une boucle directe de refroidissement auquel est relié le dispositif de régulation thermique. 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 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. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : – la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un exemple de l’invention ; - la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 1] selon une vue différente, - la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 1] selon une vue différente pour voir les chemins de fluide, - la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un autre exemple de l’invention, - la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 4] selon une vue différente. On a représenté sur la et sur la [Figure 2] un système 1 comportant un ensemble de cellules de batterie 2 à refroidir, par exemple rangées suivant une rangée ou deux rangées ou plus, et un dispositif de régulation thermique 10 agencé pour refroidir les cellules 2. L’application est ici pour un véhicule automobile. Le dispositif de régulation thermique 10 fonctionne avec un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. Le dispositif de régulation thermique 10 comporte une première plaque externe 11 et une deuxième plaque externe 12, ainsi qu’un organe central 13 disposé entre les deux plaques externes 11 et 12, cet organe central 13 comprenant des reliefs 14 agencés pour former avec les plaques externes 11 et 12 deux nappes 15 et 16 de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, ces nappes 15 et 16 étant de part et d’autre de l’organe central 13, ces deux nappes 15 et 16 ayant le même sens de circulation de fluide caloporteur. Les plaques externes 11 et 12 présentent chacune une face 19 agencée pour être en contact thermique respectivement avec l’un des composants 2 à refroidir. Ainsi les échanges thermiques entre le dispositif de régulation thermique 10 et le composant 2 à refroidir, notamment lorsque ce contact direct est de relativement grande superficie, peuvent être optimum. Les reliefs 14 sur l’organe central qui forment les canaux 18 comportent des nervures 20. L’organe central 13, notamment à l’aide des reliefs, est agencé pour assurer une tenue mécanique suffisante afin de résister aux sollicitations mécaniques liées à l’utilisation du fluide caloporteur, notamment d’un réfrigérant. La tenue mécanique permet notamment d’assurer une étanchéité à 15 bars de pression du réfrigérant, et une résistance à l’éclatement à une pression de 54 bars du réfrigérant. L’organe central 13 comporte une feuille 22 avec des ondulations 23 qui forment les reliefs 14. Ces ondulations 23 s’étendent d’un bord 25 à l’autre 25 de la feuille. Ces reliefs 14 de la feuille sont formés par formage ou emboutissage. Cette feuille 22 présente une forme sensiblement rectangulaire. Cette feuille 22 est réalisée en aluminium. Lorsque l’organe central comprend la feuille 22 ondulée, cet organe 13 peut avoir une longueur moindre par rapport aux plaques externes 11 et 12 afin d’autoriser la création de deux boites de distributions 58 de part et d’autre de l’organe central 13 et en regard des brides de connexion 40 afin de permettre au fluide d’alimenter les deux nappes en même temps, une fois entré dans l’échangeur par ladite bride, comme visible sur la figure 3. Des motifs, par exemple des creux ou des excroissances 59, sont réalisés sur les plaques externes 11 et 12 au niveau de ces boites de distribution 58 afin d’éviter la déformation de celles-ci sous la pression du fluide. Afin de réaliser deux sens de circulation opposés sur la largeur du dispositif de régulation thermique, une forme emboutie 51 est réalisée sur l’une des plaques externes en regard des brides de connexion ainsi qu’une forme spécifique sur l’organe central afin de créer deux groupes de canaux dans lesquels le fluide peut circuler dans un sens opposé. En variante, comme illustré sur les figures 4 et 5, l’organe central 33 comporte une plaque 34. Les reliefs 14 sur la plaque 33 sont formés par emboutissage. La plaque est réalisée en matériau aluminium. La plaque 34 formant l’organe central 33 comporte deux trous 35 sur deux côtés, pour un passage de fluide caloporteur sur les deux nappes, ces trous 35 communiquant ainsi avec les deux nappes. L’organe central 33 comporte une cloison 37 de séparation de fluide pour créer des chemins de fluide caloporteur au sein du dispositif de régulation thermique. Des zones d’entrée / sortie du fluide 38, encore appelées boites collectrices, dans le dispositif de régulation thermique 10 et des cloisons 37 permettant de créer la circulation réfrigérante au sein de ce dispositif de régulation thermique sont réalisées préférentiellement sur l’organe central 33 afin de limiter le nombre de composants. Le cheminement au sein de chaque dispositif de régulation 10 thermique assure une homogénéité en température entre chaque cellule de batterie d’un même module. Chaque dispositif de régulation thermique est agencé pour refroidir deux modules de batterie placés contre chacune de ces faces. L’invention permet d’assurer une bonne homogénéité ente les deux faces du dispositif de régulation thermique, autrement entre les deux plaques externes. Ces zones d’entrée ou sortie 38 sont mises en liaison avec une bride de connexion 40 placée sur l’une des plaques externes 11 et 12 au moyen d’orifices 41 permettant ainsi la connexion fluidique des différents composants. Le dispositif de régulation thermique est agencé pour être disposé sensiblement verticalement, entre deux composants à refroidir. Le dispositif de régulation thermique 10 est agencé pour être fixé au composant à refroidir par vissage ou par collage. D’autres modes de fixation peuvent bien entendu être envisagés. Le brasage des plaques externes 11 et 12 et de l’organe central 33 les uns par rapport aux autres permet la création de deux nappes de circulation de fluide suivant la hauteur/épaisseur du dispositif. Ces deux nappes ont le même sens de circulation afin de répondre au critère d’homogénéité en température entre les différents composants à refroidir. Afin de réaliser deux sens de circulation opposés sur la largeur du dispositif de régulation thermique, une forme emboutie 51 est réalisée sur les plaques externes en regard des brides de connexion ainsi qu’une forme spécifique 52 sur l’organe central afin de créer deux groupes de canaux dans lesquels le fluide peut circuler dans un sens opposé. Cette frome 5 est disposée entre les deux trous 41. Dans l’exemple des figures 4 et 5, l’organe central 33 comprend des trous 35 afin de permettre au fluide, une fois entré par la bride de connexion, de pouvoir circuler ou re-circuler sur les deux nappes. Afin de réaliser deux sens de circulation opposés sur la largeur du dispositif, une forme emboutie 37 est réalisée sur l’une des plaques externes en regard des brides de connexion. Dans les exemples décrits, les plaques externes 11 et 12 ont des faces internes tournées vers l‘organe central 13 ou 33, ces faces étant planes sur la majeure partie de leur superficie. 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 dispositif comportant une première plaque externe et une deuxième plaque externe, ainsi qu’un organe central disposé entre les deux plaques externes, cet organe central comprenant des reliefs agencés pour former avec les plaques externes (11, 12) au moins deux nappes (15, 16) de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, ces nappes étant de part et d’autre de l’organe central (13 ; 33), ces deux nappes ayant le même sens de circulation de fluide caloporteur. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’organe central (13 ; 33) comporte au moins une partie agencée pour participer à la formation d’une zone d’entée ou de sortie de fluide du dispositif de régulation thermique, cette zone étant notamment dédiée à un circuit de fluide qui regroupe plusieurs dispositifs de régulation thermique reliés entre eux pour refroidir un pack batterie. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe central comporte une feuille (22) avec des ondulations (é3) qui forment les reliefs. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ces ondulations (23) s’étendent d’un bord à l’autre de la feuille. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, l’organe central comporte une plaque (34). Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les reliefs sur la plaque sont formés par emboutissage. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la plaque formant l’organe central comporte au moins un trou (35), de préférence plusieurs trous, pour un passage de fluide caloporteur sur les deux nappes, ce ou ces trous communiquant ainsi avec les deux nappes. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe central comporte au moins une cloison de séparation (37) de fluide pour créer des chemins de fluide caloporteur au sein du dispositif de régulation thermique. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel des zones d’entrée / sortie du fluide (38), encore appelées boites collectrices, dans le dispositif de régulation thermique et des cloisons permettant de créer la circulation réfrigérante au sein de ce dispositif de régulation thermique sont réalisées préférentiellement sur l’organe central afin de limiter le nombre de composants. Système comportant des cellules de batterie à refroidir et au moins dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, pour refroidir ces cellules.