Brevet FR3144029A1 — publié le 20240628

Procédé de fabrication d’une plaque à double peau intégrant des canaux de circulation et plaque obtenue L’invention concerne un procédé de fabrication d’une plaque (1) à double peau intégrant des canaux (2) constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide, comprenant essentiellement une première étape de fourniture de deux feuilles ou tôles planes (3 et 3’) en aluminium, puis une étape d’assemblage mutuel par soudure laser, selon un motif (4) linéaire dessinant le motif des canaux de circulation (2), desdites deux feuilles (3 et 3’) en une plaque (1) à double peau, et, enfin, une étape de formage desdits canaux de circulation (2), par injection d’un fluide liquide ou gazeux sous pression (LP) entre les deux feuilles (3 et 3’). Ce procédé est caractérisé en ce qu’il comprend aussi une étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque (1) constituée par les deux feuilles (3 et 3’) assemblées par soudure laser, avant l’étape de formage, par déformation sous pression, des canaux de circulation (2). Figure à publier avec l’abrégé : Fig.5A Procédé de fabrication d’une plaque à double peau intégrant des canaux de circulation et plaque obtenue La présente invention concerne le domaine des équipements de régulation de température, en particulier par contact direct, et notamment sous forme de plaque, avec une application préférée dans le contexte des boîtiers de batterie pour véhicules électriques ou hybrides. La présente invention vise plus précisément un procédé de fabrication amélioré d’une telle plaque, une installation pour sa mise en œuvre, la plaque obtenue et un boîtier la comportant. Les batteries utilisées actuellement dans les véhicules électriques et hybrides nécessitent d’être régulées en température, notamment lors de leurs phases de chargement et de déchargement. Ceci est en particulier le cas pour les batteries Li-ion, dont la température de fonctionnement doit être maintenue entre 10°C et 30°C. Pour pouvoir réaliser cette régulation en température, la solution la plus courante est l’utilisation d’une plaque de régulation ou de refroidissement en contact avec les cellules de la batterie, et généralement disposée dans le fond du boîtier de cette dernière. Cette plaque, avec une structure en double peau en aluminium, comporte des passages sous forme de canaux, arrangés en réseau(x) et autorisant la circulation d’un fluide caloporteur, par exemple de l’eau additionnée de glycol. Trois technologies de fabrication différentes sont utilisées actuellement pour réaliser ces plaques, à savoir, i) assemblage par brasage de deux feuilles d’aluminium préformées, ii) assemblage par laminage de deux feuilles d’aluminium comportant une couche intercalaire d’encre dont le motif correspond aux voies de circulation et qui permet une séparation locale des feuilles lors d’une opération subséquente d’hydroformage et iii) extrusion directe de la plaque avec les canaux de circulation (technique dite de « extrusion micro-ports », applications limitées et mise en œuvre complexe et délicate). La mise en œuvre d’un procédé d’assemblage par brasage ou laminage présente l’inconvénient de générer un échauffement significatif qui peut réduire les qualités mécaniques de l’aluminium, de consommer beaucoup d’énergie et de nécessiter un métal d’apport ou un revêtement avec un alliage spécifique pour les feuilles à assembler (pour le brasage). En outre, l’assemblage précis de feuilles préformées est délicat à réaliser et la réminiscence de tensions et de contraintes induites par le préformage dans ces feuilles impacte négativement la plaque double peau finale, notamment en termes de contact entre les plaques lors du procédé de brasage. De plus ce procédé nécessite un outillage de bridage complexe afin d’assurer une qualité suffisante du joint. Par le document DE 102017005325, on connait un procédé de fabrication d’une plaque à double peau intégrant des canaux constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide (F). Cette plaque constitue une plaque de régulation en température pour boîtier de batterie. Le procédé tel que divulgué par ce document DE comprend essentiellement une première étape de fourniture de deux feuilles planes en aluminium, ou en un alliage à base d’aluminium, puis une deuxième étape d’assemblage mutuel par soudure laser, selon un motif linéaire dessinant le motif des canaux de circulation, desdites deux feuilles en une plaque à double peau, et, enfin, une troisième étape de formage desdits canaux de circulation, par injection d’un fluide sous pression entre les deux feuilles de manière à déformer des zones d’une des feuilles, ces zones déformées correspondant auxdits canaux et s’étendant entre les lignes de soudure du motif linéaire. Cette dernière opération est réalisée dans un moule de formage afin de maitriser la forme finale des canaux obtenus et limiter les déformations non souhaitées. En mettant en œuvre un assemblage préalable des feuilles d’aluminium par soudure laser, le procédé connu de ce document DE permet de surmonter les principales limitations des technologies de fabrication précitées, la soudure par laser ne modifiant pas significativement les propriétés mécaniques des feuilles, consommant moins d’énergie et ne nécessitant pas de matériau d’apport. Néanmoins, même si les tensions et de contraintes sont nettement réduites par ce procédé, il n’en demeure pas moins que la soudure laser entraine malgré tout certaines distorsions du fait des phénomènes de dilatation thermique et d’échauffement asymétriques des deux feuilles (une directement exposée au faisceau laser, l’autre non), qui se retrouvent dans la plaque finale et affecte sa géométrie et son comportement en température. La présente invention a pour but principal de pallier ces inconvénients restants. A cet effet, elle a pour objet un procédé tel qu’évoqué ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend aussi une étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque constituée par les deux feuilles assemblées par soudure laser, avant l’étape de formage, par déformation sous pression, des canaux de circulation. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : est une représentation schématique des trois étapes du procédé de fabrication selon l’état de la technique correspondant au document DE précité ; , et représentent respectivement une vue de dessus d’une station de soudure laser sous forme de portique à deux têtes laser mobiles dans un plan en accord avec un mode de réalisation de l’invention (2A), une vue partielle en élévation latérale au niveau d’une tête laser mobile de la station de la (cette dernière étant équipée d’une première variante de moyens mobiles de serrage local) (2B), et une vue de détail et partiellement en coupe illustrant la formation d’une ligne de soudure avec la tête laser mobile de la (2C); représente vue en coupe similaire à celle de la , mais illustrant la mise en œuvre d’une autre variante de moyen de serrage utilisable en relation avec la station de la ; illustre schématiquement une station de planage intermédiaire en accord avec l’invention, traitant l’ébauche de plaque avant son formage ; est une vue partielle et en coupe d’un moule de formage emprisonnant une plaque pendant son opération de formage, par injection de liquide ou de gaz sous pression, et, est une vue de détail d’une partie de la plaque de la , illustrant les forces de pression présentes durant l’opération de formage. L’invention vise donc un procédé de fabrication d’une plaque (1) à double peau intégrant des canaux (2) constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide (F), notamment une plaque de régulation en température pour boîtier de batterie. Ce procédé comprend essentiellement une première étape de fourniture de deux feuilles ou tôles planes (3 et 3’) en aluminium, ou en un alliage à base d’aluminium, puis une étape d’assemblage mutuel par soudure laser, selon un motif (4) linéaire dessinant le motif des canaux de circulation (2), desdites deux feuilles (3 et 3’) en une plaque (1) à double peau, et, enfin, une étape de formage desdits canaux de circulation (2), par injection d’un fluide liquide ou gazeux sous pression (LP) entre les deux feuilles (3 et 3’) de manière à déformer des zones (4’) d’au moins une des feuilles (3, 3’), qui correspondent auxdits canaux (2) et s’étendent entre les lignes de soudure (4’’) du motif linéaire (4). Conformément à l’invention, ce procédé comprend aussi une étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque (1) constituée par les deux feuilles (3 et 3’) assemblées par soudure laser, avant l’étape de formage (par déformation sous pression) des canaux de circulation (2). Grâce à l’invention, les déformations et contraintes induites dans la plaque (1) par dilatation thermique lors de l’opération de soudure par laser, en particulier du fait de la dilatation différenciée des deux plaques (seule l’une étant directement impactée par le laser), sont éliminées et ladite plaque retrouve une planéité similaire à la planéité originelle des deux feuilles ou tôles la constituant. En accord avec une variante de mise en œuvre avantageuse de l’invention, et comme le montre la , l’étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque (1) constituée par les deux feuilles (3 et 3’) assemblées par soudure, est réalisé par planage (par exemple par l’intermédiaire d’une planeuse, du type servo-hydraulique ou électromécanique, avec deux trains ou nappes de rouleaux, supérieurs et inférieurs, comme représenté sur la ). Cette opération permet ainsi de supprimer les plis, les irrégularités, les défauts de planéité et les tensions dans la plaque (1) double peau, et donc dans et entre les deux tôles ou feuilles (3 et 3’) la constituant. Préférentiellement, et afin de pouvoir a priori garantir l’élimination de toute déformation et tout défaut de planéité, l’étape d’aplanissement ou d’aplatissement par planage d’une plaque (1) comprend au moins deux passes successives selon des directions (D) de passage ou de défilement différentes (pour la plaque dans le poste de planage). De manière préférée, cette étape de planage comprend deux passes avec des directions de passage différentes. Avantageusement, les directions (D) de passage ou de défilement des différentes passes (deux ou plus) sont orientées entre 30° et 90° l’une par rapport à l’autre, ou les unes par rapport aux autres. L’assemblage par soudure des deux feuilles ou tôles (3et 3’) d’aluminium, avantageusement en aluminium des séries 3xxx ou 5xxx (plus aisées à souder sans apparition de fissures à chaud), est par exemple réalisé au moyen d’un laser à fibre avec mise en œuvre d’une technique de soudure à distance utilisant un scanner galvanométrique permettant d’avoir une vitesse de soudure élevée. Alternativement, une tête laser montée sur un bras robotisé peut être utilisée. La densité d’énergie et la focalisation du faisceau laser, ainsi que les autres paramètres du procédé de soudure, sont réglées de telle manière que la largeur de la ligne de soudure à l’interface entre les deux feuilles soit comprise entre 0, 7 et 1,0 mm. Les lignes de soudure pouvant faire plusieurs dizaines de mètres de longueur (canaux en serpentins et deux lignes par canal), il est nécessaire de pouvoir souder à vitesse élevée et à forte puissance, pour des raisons industrielle et économique. Typiquement, des puissances minimales de l’ordre de 1kW et des vitesses de l’ordre de 6m/min, préférentiellement de 10 à 20 m/min, sont nécessaires. En accord avec un premier mode de réalisation de l’invention, et comme le montre la , il peut être prévu que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) soient maintenues pressées l’une contre l’autre localement de part et d’autre du ou de chaque point (5) de soudure laser mobile, par exemple par le biais d’une paire de moyens (6) d’appui ou de serrage déplacés en synchronisme avec le faisceau de soudure (7) associé. Comme représenté, les deux moyens se déplacent de concert avec le faisceau laser et de part et d’autre de ce dernier, en laissant entre eux une fenêtre de passage pour les faisceaux de scannage et de soudure, par exemple de l’ordre de 60 à 100mm. En accord avec un deuxième mode de réalisation de l’invention, et comme le montre la , il peut être prévu que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) soient maintenues pressées l’une contre l’autre sensiblement sur toutes leurs surfaces respectives mutuellement en regard, par exemple par serrage par aspiration sous vide. Ce deuxième mode ne nécessite aucun moyen mobile avec déplacement synchronisé. Enfin, en accord avec un troisième mode de réalisation, non spécifiquement représenté mais combinant les solutions des deux premiers modes ci-dessus, il peut être prévu que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) soient maintenues pressées ou serrées l’une contre l’autre, d’une part, globalement et sensiblement sur toutes leurs surfaces respectives mutuellement en regard, et, d’autre part, localement de part et d’autre du ou de chaque point (5) de soudure laser mobile. On peut relever que chacun de ces modes de serrage autorise une dilatation thermique des feuilles durant la soudure, ce qui permet de réduire notablement la formation d’interstices résultant de la dilatation thermique différenciée provoquée par l’application d’énergie de manière importante et asymétrique, et aboutissant à des défauts de soudure. En relation avec chacun des trois modes de réalisation précités, l’assemblage par soudure s’effectue progressivement depuis une région intérieure centrale de la plaque (1) vers les zones périphériques de cette dernière, par l’intermédiaire d’un unique ou d’au moins deux faisceau(x) laser (7) déplacé(s) de manière contrôlée. Compte tenu de la densité d’énergie appliquée et pour limiter les phénomènes de dilatation, il peut en outre être prévu que, durant le déroulement de l’étape de soudure par laser des deux feuilles (3 et 3’), au moins l’une d’entre elles est soumise à une action de refroidissement, par exemple en reposant sur une table de soudure (10) refroidie. Conformément à un autre aspect de l’invention, et comme l’illustre la à titre d’exemple, l’étape de formage des canaux de circulation (2), sous pression hydraulique, est réalisée par mise en place de la plaque (1) plane dans un moule (8, 8’) autorisant une déformation sous pression interne des zones (4’) d’une (3) des feuilles (3, 3’), zones (4’) qui correspondent auxdits canaux (2) et qui s’étendent entre les lignes de soudure (4’’) du motif linéaire (4), par rapport à l’autre (3’) desdites feuilles (3, 3’). Comme le montre plus précisément la , il est avantageusement prévu que, durant le déroulement de l’étape de formage des canaux (2) par injection d’un fluide liquide ou gazeux sous pression (LP) entre les deux feuilles (3 et 3’), une pression (PC) est exercée sur la feuille (3) comportant les zones à déformer (4’), de manière à la garder en contact intime avec l’autre feuille (3’) au niveau de toutes les régions surfaciques de cette feuille (3’) autres que les zones à déformer (4’), notamment au niveau des zones surfaciques en bandes s’étendant de part et d’autre des lignes de soudure (4’’). Des pressions d’hydroformage adaptées au présent procédé sont comprises entre 6 et 30 MPa, ce en fonction des épaisseurs des feuilles d’aluminium, du grade et des rayons de courbures minimaux à produire. L’application d’une pression (PC) en dehors des zones (4’) à déformer permet de limiter l’étirement du matériau de la feuille dans ces zones, et aide également à prévenir tout gauchissement de la plaque finale. Cette pression ne doit néanmoins pas dépasser la limite élastique de l’aluminium. Les régions de la partie de moule (8) venant notamment en appui dans les zones surfaciques en bandes s’étendant de part et d’autre des lignes de soudure, peuvent le cas échéant être texturées en surface pour accroitre l’accroche dans les interfaces de contact. L’invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé de fabrication d’une plaque (1) à double peau intégrant des canaux (2) de circulation de fluide (F), tel que décrit ci-dessus. Une telle installation comprend au moins : une station de soudure (9) avec au moins un, préférentiellement au moins deux, faisceau(x) laser (7) déplacé(s) de manière contrôlée et avec un ou des moyens (6) de serrage mutuel des deux plaques (3 et 3’), globalement et ou localement, ainsi qu’avantageusement une table de soudure (10) refroidie, une station d’aplanissement ou d’aplatissement, avantageusement une station de planage (11) avec au moins une planeuse à rouleaux et un dispositif de moule de formage (8, 8’) associé à un dispositif d’injection de liquide ou de gaz sous pression (LP). Pour réduire le temps de soudure, la station (9) peut comporter deux têtes laser mobiles, montées sur portique et guidées par scanner. L’invention porte aussi sur une plaque (1) à double peau, notamment plaque de régulation en température pour boîtier de batterie, formée par l’assemblage par soudure de deux feuilles (3, 3’) d’aluminium et intégrant des canaux (2) constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide (F), du type liquide caloporteur, ladite plaque (1) étant obtenue par l’intermédiaire du procédé de fabrication précitée, préférentiellement en utilisant l’installation mentionnée ci-dessus. Enfin, l’invention concerne de plus un boîtier de batterie, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un couvercle et un fond, ainsi qu’éventuellement une paroi de séparation intermédiaire, en contact avec des cellules de cette batterie, boîtier caractérisé en ce qu’au moins un élément parmi ledit couvercle, ledit fond et, le cas échéant, ladite paroi, est formé par une plaque (1) à double peau et à canaux de circulation intégrés décrite ci-dessus. Une plaque (1) selon l’invention, éventuellement recouverte sur sa face extérieure d’une couche surmoulée de matériau plastique, peut ainsi constituer par elle-même le couvercle et/ou le fond d’un tel boîtier. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Procédé de fabrication d’une plaque (1) à double peau intégrant des canaux (2) constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide (F), notamment plaque de régulation en température pour boîtier de batterie, ce procédé comprenant essentiellement une première étape de fourniture de deux feuilles ou tôles planes (3 et 3’) en aluminium, ou en un alliage à base d’aluminium, puis une étape d’assemblage mutuel par soudure laser, selon un motif (4) linéaire dessinant le motif des canaux de circulation (2), desdites deux feuilles (3 et 3’) en une plaque (1) à double peau, et, enfin, une étape de formage desdits canaux de circulation (2), par injection d’un fluide liquide ou gazeux sous pression (LP) entre les deux feuilles (3 et 3’) de manière à déformer des zones (4’) d’au moins une des feuilles (3, 3’), qui correspondent auxdits canaux (2) et s’étendent entre les lignes de soudure (4’’) du motif linéaire (4), procédé caractérisé en ce qu’il comprend aussi une étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque (1) constituée par les deux feuilles (3 et 3’) assemblées par soudure laser, avant l’étape de formage, par déformation sous pression, des canaux de circulation (2). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape d’aplanissement ou d’aplatissement de la plaque (1) constituée par les deux feuilles (3 et 3’) assemblées par soudure, est réalisé par planage. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape d’aplanissement ou d’aplatissement par planage comprend au moins deux passes selon des directions (D) de passage ou de défilement différentes, préférentiellement deux passes, avec des directions (D) de passage ou de défilement orientées entre 30° à 90° l’une par rapport à l’autre. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) sont maintenues pressées l’une contre l’autre localement de part et d’autre du ou de chaque point (5) de soudure laser mobile, par exemple par le biais d’une paire de moyens (6) d’appui ou de serrage déplacés en synchronisme avec le faisceau de soudure (7) associé, et en ce que l’assemblage par soudure s’effectue progressivement depuis une région intérieure centrale de la plaque (1) vers les zones périphériques de cette dernière, par l’intermédiaire d’un unique ou d’au moins deux faisceau(x) laser (7) déplacé(s) de manière contrôlée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) sont maintenues pressées l’une contre l’autre sensiblement sur toutes leurs surfaces respectives mutuellement en regard, par exemple par serrage par aspiration sous vide, et en ce que l’assemblage par soudure s’effectue progressivement depuis une région intérieure centrale de la plaque (1) vers les zones périphériques de cette dernière, par l’intermédiaire d’un unique ou d’au moins deux faisceau(x) laser (7) déplacé(s) de manière contrôlée. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que durant le déroulement de l’étape de soudure par laser les deux feuilles (3 et 3’) sont maintenues pressées ou serrées l’une contre l’autre, d’une part, globalement et sensiblement sur toutes leurs surfaces respectives mutuellement en regard, et, d’autre part, localement de part et d’autre du ou de chaque point (5) de soudure laser mobile. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’étape de formage des canaux de circulation (2), sous pression hydraulique, est réalisée par mise en place de la plaque (1) plane dans un moule (8, 8’) autorisant une déformation sous pression interne des zones (4’) d’une (3) des feuilles (3, 3’), zones (4’) qui correspondent auxdits canaux (2) et qui s’étendent entre les lignes de soudure (4’’) du motif linéaire (4), par rapport à l’autre (3’) desdites feuilles (3, 3’). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, durant le déroulement de l’étape de soudure par laser des deux feuilles (3 et 3’), au moins l’une d’entre elles est soumise à une action de refroidissement, par exemple en reposant sur une table de soudure (10) refroidie. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, durant le déroulement de l’étape de formage des canaux (2) par injection d’un fluide liquide ou gazeux sous pression (LP) entre les deux feuilles (3 et 3’), une pression (PC) est exercée sur la feuille (3) comportant les zones à déformer (4’), de manière à la garder en contact intime avec l’autre feuille (3’) au niveau de toutes les régions surfaciques de cette feuille (3’) autres que les zones à déformer (4’), notamment au niveau des zones surfaciques en bandes s’étendant de part et d’autre des lignes de soudure (4’’). Installation pour la mise en œuvre du procédé de fabrication d’une plaque (1) à double peau intégrant des canaux (2) de circulation de fluide (F), selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ladite installation comprenant au moins : une station de soudure (9) avec au moins un, préférentiellement au moins deux, faisceau(x) laser (7) déplacé(s) de manière contrôlée et avec un ou des moyens (6) de serrage mutuel des deux plaques (3 et 3’), globalement et ou localement, ainsi qu’avantageusement une table de soudure (10) refroidie, une station d’aplanissement ou d’aplatissement, avantageusement une station de planage (11) avec au moins une planeuse à rouleaux et un dispositif de moule de formage (8, 8’) associé à un dispositif d’injection de liquide ou de gaz sous pression (LP). Plaque (1) à double peau, notamment plaque de régulation en température pour boîtier de batterie, formée par l’assemblage par soudure de deux feuilles (3, 3’) d’aluminium et intégrant des canaux (2) constituant au moins un réseau ou circuit de circulation de fluide (F), du type liquide caloporteur, ladite plaque (1) étant obtenue par l’intermédiaire du procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, préférentiellement en utilisant l’installation selon la revendication 10. Boîtier de batterie, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un couvercle et un fond, ainsi qu’éventuellement une paroi de séparation intermédiaire, en contact avec des cellules de cette batterie, boîtier caractérisé en ce qu’au moins un élément parmi ledit couvercle, ledit fond et, le cas échéant, ladite paroi, est formé par une plaque (1) à double peau et à canaux de circulation intégrés, selon la revendication 11.