Brevet FR3103967A1 — publié le 20210604

Dispositif de refroidissement comportant des canaux de circulation d’un fluide de refroidissement L'invention se rapporte à un dispositif de refroidissement pour un composant susceptible de dégager de la chaleur, notamment un module de batterie. 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, aussi appelé « module ». Plusieurs modules reliés entre eux forment la batterie du véhicule. Généralement, ces modules sont enfermés dans un boîtier de protection rigide et étanche, généralement en métal, qui protège les modules de l’environnement extérieur. Le boîtier de protection et les modules forment un ensemble généralement appelé pack batterie. Une batterie électrique d'un véhicule électrique ou hybride, est amenée à subir des phases de chauffage importantes qui sont susceptibles d'altérer les capacités de ladite batterie et de nuire à son bon fonctionnement. Ces phases peuvent, par exemple, être rencontrées lors de la recharge de la batterie ou lors de périodes de roulage intensives du véhicule. Il est donc nécessaire de refroidir rapidement et efficacement une batterie électrique embarquée dans un véhicule, afin qu'elle puisse conserver à tout instant une efficacité optimisée. Des techniques classiques permettent de fabriquer/obtenir un dispositif de régulation thermique, à savoir : (1) une première technique selon laquelle le dispositif de régulation thermique est formé d’une pluralité de tubes présentant chacun des canaux dans lesquels circule un fluide caloporteur de sorte à former des zones d’échanges thermiques, ou (2) une seconde technique selon laquelle le dispositif de régulation thermique est formé de deux plaques embouties délimitant, lorsqu’elles sont assemblées, des canaux de circulation d’un fluide caloporteur de sorte à former des zones d’échanges thermiques. Toutefois, de tels dispositifs présentent l'inconvénient d'être complexe à mettre en œuvre, en raison notamment de la multiplicité des pièces impliquées. Un autre inconvénient réside dans le fait que l’espace alloué à la réception des modules de batterie au sein du pack batterie est réduit du fait de la présence du dispositif de régulation thermique et du nombre de connexions fluidiques nécessaires pour sa mise en œuvre. Ainsi la puissance et l’autonomie électrique du véhicule ne sont pas optimisées. L’invention propose un dispositif de refroidissement pour un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement qui est simplifié, fiable et efficace, tout en étant peu encombrant. L’invention a pour objet un dispositif de refroidissement pour au moins un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour module de batterie, comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, au moins une face dudit canal étant délimitée par une paroi de fond d’un boitier, et au moins une autre face dudit canal étant délimitée par une nervure additionnelle, ladite nervure faisant saillie sur la paroi de fond du boitier. Ainsi, le canal de circulation du fluide de refroidissement est délimité sur au moins une face par une paroi de fond d’un boitier et sur au moins une autre face par une nervure additionnelle faisant saillie sur ladite paroi de fond dudit boitier. De cette manière, les canaux sont directement formés dans ledit boitier ce qui permet un gain d’espace important par rapport aux dispositifs décrits dans l’art antérieur. La délimitation du canal par au moins une nervure additionnelle faisant saillie sur la paroi du fond du boitier permet de former des canaux sans avoir besoin de passer par une étape complexe de préformage du boitier, qui pourrait d’une part affaiblir l’ensemble du dispositif, et d’autre part limiter le nombre de canaux pouvant être formés dans la paroi du boitier. De plus, cela permet de renforcer la structure du dispositif de refroidissement en augmentant localement l’inertie et donc la raideur et la résistance du dispositif de refroidissement. Ainsi, le dispositif selon l’invention peut présenter un nombre important de canaux pour optimiser le refroidissement des éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, tout en étant renforcé. Selon un aspect de l’invention, le boitier comprend un matériau composite, avec une matrice en résine thermoplastique. Le boitier présente ainsi une rigidité et une tenue mécanique suffisantes pour protéger les composants susceptibles dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, tels que les modules de batterie, tout en étant relativement léger. Selon un autre aspect de l’invention, la nervure additionnelle est surmoulée sur la paroi de fond du boitier. Le surmoulage de la nervure additionnelle à la paroi de fond du boitier assure une excellente adhésion de ladite nervure additionnelle à la paroi de fond du boitier, et donc une étanchéité optimale des canaux de circulation. Dans un autre aspect selon l’invention, la nervure comprend au moins un matériau plastique. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la nervure comprend au moins un matériau composite. Ainsi la nervure présente une rigidité et une tenue mécanique suffisantes pour protéger les composants susceptibles dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, et assure une étanchéité efficace. Dans un aspect selon l’invention, la nervure a une forme longitudinale. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de refroidissement comprend au moins deux nervures additionnelles parallèles entre elles sur au moins une partie de leur longueur. Dans un aspect selon l’invention, une autre face du canal de circulation d’un fluide de refroidissement est délimitée par un élément thermorégulateur. Cet élément thermorégulateur présente de préférence une conductivité thermique comprise entre comprise entre 1500 W·m −1 ·K −1 et 6000 W·m −1 ·K −1 De préférence, l’élément thermorégulateur comprend une plaque en métal, notamment en aluminium. Selon un aspect de l’invention, ledit élément thermorégulateur se présente sous la forme d’une plaque recouvrant le canal de circulation d’un fluide de refroidissement, ledit canal étant délimité sur au moins une face par une paroi de fond du boitier, et sur au moins une autre face par au moins une nervure additionnelle faisant saillie sur la paroi de fond du boitier, ledit élément thermorégulateur fermant ainsi ledit canal de circulation d’un fluide de refroidissement. L’élément thermorégulateur est destiné à être en contact direct ou indirect avec les éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, tels que les modules de batterie, de sorte à assurer les échanges thermiques entre le fluide de refroidissement circulant dans le canal de circulation d’un fluide de refroidissement et les élément susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement tels que des modules de batterie. Selon un aspect de l’invention, la nervure additionnelle est fixée à l’élément thermorégulateur par un moyen de fixation. Dans un mode de réalisation particulier, ce moyen de fixation est une colle. Dans un autre moyen de réalisation de l’invention, le moyen de fixation est une soudure métal. Dans un autre moyen de réalisation de l’invention, le moyen de fixation est une soudure métal-plastique. Ce moyen de fixation est étanche. Dans un mode de réalisation, la nervure additionnelle est fixée à l’élément thermorégulateur par collage. Dans un autre mode de réalisation, la nervure additionnelle est fixée à l’élément thermorégulateur par soudage. Dans un mode de réalisation particulier, l’élément thermorégulateur est prétraité. Dans un aspect selon l’invention, ce prétraitement est un prétraitement mécanique, tel qu’une abrasion. Selon un autre aspect de l’invention, ce prétraitement est un prétraitement chimique, notamment un bain d’acide ou l’application d’un revêtement adhérent. Selon un autre aspect de l’invention, ce prétraitement est un prétraitement optique, notamment un prétraitement laser. Ce prétraitement permet notamment de renforcer la liaison de la nervure additionnelle à l’élément thermorégulateur. Selon un aspect de l’invention, le dispositif de refroidissement comprend un élément de conduction thermique adjacent à l’élément thermorégulateur. Cet élément de conduction thermique permet d’une part de maintenir mécaniquement en contact l’élément thermorégulateur et les éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, d’autre part d’avoir un contact et une conduction thermique homogènes entre l’élément thermorégulateur et les éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement. Selon un mode de réalisation particulier, l’élément de conduction thermique est préassemblé avec l’élément thermorégulateur. Selon un aspect de l’invention, l’élément de conduction thermique est une pâte thermique. L’élément de conduction thermique peut par exemple comprendre du silicone et au moins un composant conducteur thermiquement tel qu’un métal ou de la céramique. En variantes, l’élément de conduction thermique comprend au moins un matériau choisi parmi une résine époxy, un acrylique, du charbon, et au moins un polyamide. Par sa composition chimique, l’élément de conduction thermique facilite les échanges thermiques. Selon un aspect de l’invention, le fluide de refroidissement comprend une eau glycolée. Dans un autre mode de réalisation, le fluide de refroidissement comprend un fluide diélectrique, notamment une huile. L’invention porte également sur un ensemble comprenant : Au moins un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, tel qu’un module de batterie, Au moins un dispositif de refroidissement tel que décrit précédemment, le composant susceptible de dégager de la chaleur étant disposé dans le boitier dudit dispositif de refroidissement. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés. La est une vue en coupe partielle d’un dispositif de refroidissement selon l’invention. Des composants susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement 2, tels que des modules de batterie, sont logés dans un boitier 6 et régulés thermiquement par un dispositif de refroidissement de la température 1. On a représenté sur la figure 1 un dispositif de refroidissement 1 pour au moins un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement 2, ici pour un module de batterie, qui comprend plusieurs canaux de circulation d’un fluide de refroidissement 5, ces canaux de circulation 5 étant délimités chacun sur une de leurs faces par la paroi de fond 7 du boitier 6, sur deux autres faces par deux nervures additionnelles 9 faisant saillie sur la paroi de fond 7 du boitier 6. Dans cet exemple, une autre face des canaux est délimitée par un élément thermorégulateur 4 qui vient fermer le canal de circulation 5 formé par la paroi de fond 7 du boitier 6 et par les nervures additionnelles 9. Les nervures additionnelles 9 sont ici fixées à l’élément thermorégulateur par un moyen de fixation 8 qui est étanche. Dans cet exemple, les éléments susceptibles de dégager de la chaleur 2 sont disposés sur l’élément thermorégulateur 4 avec interposition d’un élément de conduction thermique 3. Dans cet exemple, le boitier 6 comprend un matériau composite avec une matrice en résine thermoplastique chargée avec des fibres de verre. La paroi de fond 7 du boitier 6 comprend donc également un matériau composite avec une matrice en résine thermoplastique. La paroi de fond 7 du boitier 6 est de forme plane et les nervures additionnelles 9 en faisant saillie sur cette paroi de fond 7 forment les canaux de circulation du fluide de refroidissement 5 avec la paroi de fond 7. Ces nervures additionnelles 9 sont dans cet exemple surmoulées à la paroi de fond 7 du boitier 6. Les nervures additionnelles 9 comprennent dans cet exemple un matériau plastique qui est étanche, elles peuvent comprendre, en variante, un matériau composite. Les nervures additionnelle 9 sont toutes de même longueur, ce qui permet d’avoir des canaux de circulation d’un fluide de refroidissement 5 d’une hauteur uniforme. Comme dit précédemment, dans cet exemple une face du canal de circulation d’un fluide de refroidissement 5 est délimitée par un élément thermorégulateur 4. L’élément thermorégulateur 4 comprend dans cet exemple une plaque en aluminium. Les nervures additionnelles 9 sont fixées à l’élément thermorégulateur 4 par un moyen de fixation 8 qui est par exemple une colle lorsque la nervure additionnelle 9 est fixée à l’élément thermorégulateur par collage. Ce moyen de fixation 8 peut aussi être une soudure métal , notamment lorsque la nervure additionnelle est fixée à l’élément thermorégulateur par soudage. Ce moyen de fixation 8 peut aussi être une soudure métal-plastique, notamment lorsque la nervure additionnelle est fixée à l’élément thermorégulateur par soudage. Dans ce cas, la soudure est par exemple réalisée par chauffage de zones du matériau plastique de la nervure additionnelle 9 puis par application des zones chauffées du matériau plastique de la nervure additionnelle 9 contre l’élément thermorégulateur 4 comprenant une plaque en aluminium avec une certaine pression, jusqu'à refroidissement du matériau plastique de la nervure additionnelle 9, de sorte à ce qu'un lien solide se forme entre l’élément thermorégulateur 4 et la nervure additionnelle 9, formant ainsi le moyen de fixation 8. Dans cet exemple, l’élément thermorégulateur 4 peut être prétraité avec un prétraitement chimique, optique ou mécanique notamment pour renforcer la fixation de la nervure additionnelle 9 à l’élément thermorégulateur 4. Dans cet exemple, le dispositif de refroidissement 1 comprend un élément de conduction thermique 3 adjacent à l’élément thermorégulateur 4. Cet élément de conduction thermique 3 assure un contact et une conduction thermique homogènes entre l’élément thermorégulateur 4 et les éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement 2. Ainsi, la température des éléments susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement 2 est régulée. Cet élément de conduction thermique 3 peut être préassemblé avec l’élément thermorégulateur 4. Selon l’exemple, l’élément de conduction thermique 3 est une pâte thermique. Cette pâte thermique comprend du silicone et un composant conducteur thermiquement, tel que de la céramique ou un métal. En variantes, la pâte thermique peut comprendre au moins un matériau choisi parmi une résine époxy, un acrylique, du charbon et au moins un polyamide. Avantageusement, le fluide de refroidissement comprend de l’eau glycolée. Le boitier 6 reçoit dans l’exemple décrit, une pluralité de modules de batterie posés sur les plaque en aluminium 4 avec interposition de la pâte thermique 3. Les modules 2 sont disposés selon des rangées parallèles. Les nervures 9 présentent chacune une forme longitudinale. Ces nervures 9 sont parallèles entre elles sur une majeure partie de leur longueur. Les nervures 9 sont identiques au moins pour certaines d’entre elles. Sur la figure 1, est également représenté un ensemble comprenant : Plusieurs modules de batterie 2, Un dispositif de refroidissement 1 tel que décrit précédemment, les modules de batterie étant disposés dans le boitier 6 du dispositif de refroidissement 1. Dispositif de refroidissement (1) pour au moins un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement (2), notamment pour un module de batterie, comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement (5), caractérisé en ce qu’au moins une face dudit canal (5) est délimitée par une paroi de fond (7) d’un boitier (6), et en ce qu’au moins une autre face dudit canal de circulation d’un fluide de refroidissement (5) est délimitée par une nervure additionnelle (9), ladite nervure additionnelle (9) faisant saillie sur la paroi de fond (7) du boitier (6). Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boitier (6) comprend un matériau composite, avec une matrice en résine thermoplastique. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nervure additionnelle (9) est surmoulée sur la paroi de fond (7) du boitier (6). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu’une autre face du canal de circulation d’un fluide de refroidissement (5) est délimitée par un élément thermorégulateur (4). Dispositif de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’élément thermorégulateur (4) comprend une plaque en métal, notamment en aluminium. Dispositif de refroidissement selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la nervure additionnelle (9) est fixée à l’élément thermorégulateur (4) par un moyen de fixation (8). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend un élément de conduction thermique (3) adjacent à l’élément thermorégulateur (4). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux nervures additionnelles 9 parallèles entre elles sur au moins une partie de leur longueur. Ensemble comprenant : Au moins un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement (2), tel qu’un module de batterie, Au moins un dispositif de refroidissement (1) selon l’une des revendications 1 à 8, le composant susceptible de dégager de la chaleur (2) étant disposé dans le boitier (6) dudit dispositif de refroidissement (1).