Brevet FR3141810A1 — publié le 20240510

L’invention concerne un ensemble pour batterie électrique comportant au moins une cellule (3) de stockage électrique, ladite cellule (3) comportant au moins une connectique (4) de raccordement électrique, ledit ensemble comportant en outre au moins un caloduc (5) délimitant au moins un canal (8) fermé comportant un fluide frigorigène, le caloduc (5) comprenant au moins une zone formant un condenseur (7) et au moins une zone formant un évaporateur (6), la zone formant évaporateur (6) étant apte à échanger de la chaleur avec la connectique (4) de la cellule (3), la zone formant condenseur (7) étant entourée, au moins partiellement, d’un canal (11) de circulation de fluide caloporteur et étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide caloporteur. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 1] Ensemble pour batterie électrique Domaine technique de l’invention L’invention concerne un ensemble pour batterie électrique, destiné à équiper un véhicule automobile, en particulier un véhicule à motorisation électrique ou hybride. Etat de la technique antérieure Un véhicule à motorisation électrique ou hybride comporte classiquement un pack batterie destiné à alimenter un ou plusieurs moteurs électriques. Celui-ci comporte un boîtier contenant plusieurs accumulateurs électriques, également appelés cellules, destinés à stocker et à délivrer de l’énergie électrique. Les cellules peuvent être prismatiques et être disposées de façon adjacente les unes par rapport aux autres. Les cellules sont par ailleurs reliées électriquement au sein du pack batterie à l'aide de montages en série et en parallèle. La mise en série des cellules permet d'augmenter la tension de la batterie tandis que la mise en parallèle des cellules permet d'augmenter l'intensité du courant délivré. Les cellules nécessitent une gestion de leur température tout au long de leur cycle de vie afin d’éviter une usure précoce des cellules et un disfonctionnement sévère de la batterie, en particulier un risque d’incendie. La gestion de la température est primordiale, à la fois pour recharger la batterie à forte puissance et pour s’assurer de délivrer la quantité d'énergie nécessaire afin d’alimenter le moteur. La température optimale de fonctionnement d'une cellule de type Li–ions par exemple est de l'ordre de 25°C. Les cellules conservent d'excellentes performances si leur température varie de moins de 15°C par rapport à cette température optimale. Le refroidissement de la batterie est classiquement réalisé par circulation d'air ou de fluide caloporteur. Cependant, les cellules sont généralement disposées de façon à réduire l’encombrement de l’ensemble, de sorte que seules des zones d’extrémité des cellules sont accessibles pour échanger de la chaleur avec le fluide de refroidissement (eau ou fluide caloporteur). Un tel refroidissement peut être insuffisant pour assurer des cycles de recharge rapide pouvant conduire à un échauffement important des cellules. Présentation de l’invention Le présent document vise à remédier à cet inconvénient, de façon simple, fiable et peu onéreuse. A cet effet, le présent document concerne un ensemble pour batterie électrique comportant au moins une cellule de stockage électrique, ladite cellule comportant au moins une connectique de raccordement électrique, ledit ensemble comportant en outre au moins un caloduc délimitant au moins un canal fermé comportant un fluide frigorigène, le caloduc comprenant au moins une zone formant un condenseur et au moins une zone formant un évaporateur, la zone formant évaporateur étant apte à échanger de la chaleur avec la connectique de la cellule, la zone formant condenseur étant entourée, au moins partiellement, d’un canal de circulation de fluide caloporteur et étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide caloporteur. De la chaleur peut ainsi être prélevée au niveau de la connectique et peut être transmise à un fluide caloporteur, au travers du fluide frigorigène. Le fluide caloporteur peut être de l’air ou de l’eau glycolée, par exemple. En fonctionnement, de la chaleur est produite par la cellule et transmise au fluide frigorigène au niveau de la zone formant évaporateur. Le fluide frigorigène est alors évaporé et se déplace jusqu’à la zone formant condenseur où les calories sont évacuées vers le fluide extérieur, le fluide frigorigène étant alors condensé et dirigé à nouveau vers la zone formant évaporateur. Le canal entourant la zone formant condenseur permet de maximiser l’évacuation des calories vers le fluide caloporteur. La connectique peut être reliée à une anode ou à une cathode de la cellule. Ledit ensemble peut être destiné à équiper un pack batterie de véhicule automobile. La zone formant un évaporateur peut être en contact avec la connectique par l’intermédiaire d’un matériau d’interface thermique électriquement isolant. Le matériau d’interface thermique assure le rôle d’isolant électrique tout en permettant un échange de calories entre les fluide frigorigène et la connectique. On évite ainsi que le caloduc soit au potentiel électrique de la connectique ou de créer des courts-circuits entre plusieurs cellules ou entre plusieurs connectiques lorsqu’un même caloduc est utilisé pour dissiper la chaleur de plusieurs connectiques. La zone formant un évaporateur peut être entourée au moins partiellement d’un matériau polymère électriquement non conducteur. Un tel matériau polymère assure ainsi le rôle d’isolant électrique tout en permettant un échange de calories entre le fluide frigorigène et la connectique. Ladite zone formant évaporateur peut ainsi être enrobée à l’aide du polymère. Un tel enrobage peut être réalisé par rilsanisation, enduction surmoulage ou tout autre procédé. La zone formant un évaporateur peut comporter une partie plane apte à venir en contact avec la connectique. La zone formant évaporateur peut présenter une section circulaire hors de la partie venant en contact avec la connectique, et une section elliptique ou aplatie, destinée à venir en contact avec la connectique. Ceci permet de maximiser la zone de contact entre le caloduc et la connectique, tout en limitant l’encombrement. La zone formant un évaporateur peut s’étendre selon un premier axe, la zone formant un condenseur s’étendant selon un second axe différent du premier axe. Le second axe peut être perpendiculaire au premier axe. Une zone de liaison coudée ou arrondie peut relier la zone formant un évaporateur et la zone formant un condenseur. Une telle configuration permet de réduire l’encombrement de l’ensemble. La zone formant évaporateur peut être formée, au moins en partie par un tube cylindrique. La zone formant condenseur peut être formée, au moins en partie, par un tube cylindrique. Le condenseur peut être réalisé dans un matériau métallique, par exemple en cuivre. Le caloduc peut traverser de façon étanche une paroi délimitant le canal de circulation de fluide caloporteur. Le canal de circulation de fluide caloporteur peut être annulaire. Ledit canal peut être formé par une paroi ou une conduite cylindrique entourant la zone formant condenseur du caloduc. Un organe d’étanchéité peut être surmoulé autour de ladite paroi de façon à assurer l’étanchéité entre le caloduc et ladite paroi dans la zone de la paroi traversée par le caloduc. Un tel surmoulage permet de réaliser de façon simple et fiable une telle étanchéité. Ledit ensemble peut comporter plusieurs cellules et plusieurs caloducs, chaque caloduc comportant au moins une zone formant un condenseur et au moins une zone formant un évaporateur, la zone formant évaporateur de chaque caloduc étant apte à échanger de la chaleur avec au moins une connectique d’une cellule, la zone formant condenseur de chaque caloduc étant entourée, au moins partiellement du même canal de circulation de fluide caloporteur de façon à pouvoir échanger de la chaleur avec ledit fluide caloporteur, ledit canal entourant les zones formant condenseur des caloducs. Un même canal peut ainsi servir à extraire les calories des différentes zones formant condenseur de l’ensemble des caloducs. Les zones formant évaporateur des différents caloducs peuvent être rectilignes et parallèles les unes par rapport aux autres. Les zones formant évaporateurs des différents caloducs peuvent être rectilignes et s’étendre selon un même axe. Ledit canal de circulation de fluide caloporteur peut être délimité par une paroi, la zone formant condenseur s’étendant à l’intérieur de ladite paroi et étant maintenue en position par l’intermédiaire d’entretoises s’étendant depuis ladite paroi et aptes à venir en appui sur ladite zone formant un condenseur. Les entretoises peuvent s’étendre radialement vers l’intérieur de ladite paroi. Les entretoises peuvent être régulièrement réparties sur la circonférence de ladite paroi. Lesdites entretoises peuvent être formés par des nervures ou par des plots. Les entretoises peuvent venir de matière avec la paroi ou être formées par des éléments indépendants. Le caloduc peut être formé, au moins en partie, par un tube cylindrique. Ladite paroi ou ladite conduite peut être réalisée en matériau synthétique, par exemple un Caoutchouc Thermoplastique TPV (Thermo Plastic Vulcanisé), ou en un matériau commercialisé sous la marque gygaprene. La partie formant évaporateur peut comporter plusieurs canaux débouchant chacun dans un canal commun de la partie formant condenseur. Lesdits canaux de la partie formant évaporateur peuvent être parallèles les uns aux autres ; Lesdits canaux de la partie formant évaporateur peuvent être formés dans une partie aplatie du caloduc. Chacun desdits canaux de la partie formant évaporateur peuvent présenter une section comprise entre 1 et 250 mm². La surface interne du caloduc peut comporter des moyens capillaires permettant le déplacement par effet de capillarité du fluide frigorigène sous forme liquide de la zone formant condenseur vers la zone formant évaporateur. Les moyens capillaires peuvent être formés par une mèche recouvrant au moins une partie de la surface interne du caloduc. Ladite mèche peut être formée par une couche de matériau fritté, telle par exemple qu’une couche de poudre frittée. Ledit matériau fritté est par exemple du cuivre. En variante, le caloduc peut être dépourvue de moyens capillaires, le transport de fluide frigorigène liquide de la zone formant condenseur vers la zone formant évaporateur pouvant être assuré par effet thermosiphon. En d’autres termes, le déplacement du fluide frigorigène est alors assuré par différence de température entre la zone formant condenseur et la zone formant évaporateur. Chaque cellule peut être de forme prismatique. Chaque cellule présente par exemple une forme parallélépipédique, comportant 4 faces latérales et deux faces d’extrémités. En variante, les cellules peuvent être cylindriques ou se présenter sous la forme de poches. Les connectiques peuvent être au nombre de deux par cellules. Les connectiques peuvent être situés au niveau de l’une des faces d’extrémité de la cellule prismatique. L’ensemble peut comporter plusieurs cellules adjacentes au niveau de leurs faces latérales. Les cellules sont par exemple des cellules de type Li-ion. Le fluide frigorigène peut être de l’acétone, de l’éthanol, du méthanol ou un liquide frigorigène de type R1233zd. Le présent document concerne également un véhicule comportant au moins un ensemble du type précité. Le véhicule est par exemple un véhicule automobile, par exemple une voiture ou un camion. Ledit véhicule est par exemple un véhicule à motorisation électrique ou hybride. Ledit ensemble peut être apte à équiper un pack batterie d’un véhicule. Un tel pack comporte par exemple un boîtier dans lequel sont logés un grand nombre de cellules disposées de manière adjacentes, par exemple sous la forme d’au moins une couche de cellule, ladite couche comportant des cellules agencées en ligne et en colonnes. Au moins certaines des cellules peuvent être en contact les unes avec les autres par l’intermédiaire de surfaces latérales desdites cellules. Brève description des figures est une vue éclatée, en perspective, d’une partie d’un pack batterie selon une forme de réalisation du présent document, est une vue en perspective d’une partie d’un caloduc, est une vue, en perspective d’une partie d’un pack batterie selon une autre forme de réalisation du présent document, est une vue de face d’une partie du pack illustrant notamment des zones aplaties du caloduc destinées à venir échanger de la chaleur avec des connectiques de cellules, est une vue schématique illustrant le fonctionnement d’un caloduc, est une vue éclatée, en perspective, d’une partie d’un pack batterie selon une autre forme de réalisation du présent document, en perspective d’un caloduc équipant le pack batterie de la . Description détaillée de l’invention Les figures 1 et 2 représentent un pack batterie 1 destiné à équiper un véhicule automobile par exemple. Celui-ci comporte un boîtier 2 à l’intérieur duquel sont logés des cellules 3, ici des cellules 3 prismatiques, par exemple de type Li-ion. Chaque cellule 3 présente une forme de parallélépipède rectangle, comportant quatre faces latérales, une face d’extrémité dite supérieure en ce qu’elle est représentée sur le dessus aux figures, et une face d’extrémité dite inférieure. Les cellules 3 peuvent être agencées en lignes et en colonnes et être ou non en contact avec les cellules adjacentes par des faces latérales . La face d’extrémité supérieure de chaque cellule comporte une première et une seconde connectiques électriques 4, reliées respectivement à une cathode et à une anode de la cellule 3. Chaque connectique 4 comporte une surface d’extrémité supérieure plane. Les cellules 3 sont destinées à être reliées électriquement les unes aux autres, par exemple en série et/ou en parallèle. Le pack 1 comporte également des dispositifs de refroidissement 5. Chaque dispositif de refroidissement 5 est formé par un caloduc comportant une première partie tubulaire 6 rectiligne destinée à former une zone formant évaporateur 6 et une seconde partie tubulaire 7 rectiligne destinée à former une zone formant condenseur 7. La seconde partie 7 s’étend sensiblement perpendiculairement à la première partie 6. Les deux parties 6, 7 peuvent être réalisées à l’aide d’un tube métallique, par exemple en cuivre, les deux parties 6, 7 pouvant être soudées l’une à l’autre ou formées par un unique tube coudé. Le caloduc 5 délimite un volume interne 8 ( ) contenant un fluide frigorigène, par exemple de l’acétone, de l’éthanol, du méthanol ou un liquide frigorigène de type R1233zd. . La zone formant évaporateur 6 présente une section circulaire hors des parties venant en contact avec les connectiques 4, et au moins une section elliptique ou aplatie 6a ( ), destinée à venir en contact avec chaque connectique 4, en particulier avec la surface supérieure plane de chaque connectique 4, par l’intermédiaire d’un matériau d’interface thermique 9 électriquement isolant se présentant sous la forme d’une plaque mince. La surface interne du caloduc 5 peut comporter des moyens capillaires 10 ( ) permettant le déplacement par effet de capillarité du fluide frigorigène sous forme liquide de la zone formant condenseur 7 vers la zone formant évaporateur 6. Les moyens capillaires 10 peuvent être formés par une mèche recouvrant au moins une partie de la surface interne du caloduc. Ladite mèche peut être formée par une couche de matériau fritté, telle par exemple qu’une couche de poudre frittée. Ledit matériau fritté est par exemple du cuivre. En variante, le caloduc 5 peut être dépourvu de moyens capillaires, le transport de fluide frigorigène liquide de la zone formant condenseur 7 vers la zone formant évaporateur 6 pouvant être assuré par effet thermosiphon. En d’autres termes, le déplacement du fluide frigorigène est alors assuré par différence de température entre la zone formant condenseur 7 et la zone formant évaporateur 6. La zone formant condenseur 7 est entourée, au moins partiellement, d’un canal de circulation de fluide caloporteur 11 et est apte à échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut être de l’air ou de l’eau glycolée, par exemple. Le canal est formé par une paroi ou une conduite cylindrique 12 entourant la zone formant condenseur 7 du caloduc 5. La zone formant condenseur 7 s’étend à l’intérieur de ladite conduite 12 et étant maintenue en position par l’intermédiaire d’entretoises s’étendant depuis ladite conduite 12 et aptes à venir en appui sur ladite zone formant condenseur 7. Lesdites entretoises sont formés par des nervures 13 ou par des plots s’étendant radialement vers l’intérieur de ladite conduite 12 et régulièrement réparties sur la circonférence de ladite conduite 12. La conduite 12 peut être réalisée en matériau synthétique, par exemple un Caoutchouc Thermoplastique TPV (Thermo Plastic Vulcanisé), ou en un matériau commercialisé sous la marque gygaprene. Un organe d’étanchéité 14, par exemple en caoutchouc type EPDM, est surmoulé autour de ladite conduite 12 de façon à assurer l’étanchéité entre le caloduc 5 et ladite conduite 12 dans la zone de la conduite 12 traversée par le caloduc 5. Une plaque de fermeture 15 recouvre et ferme la face supérieure du pack batterie 1. En fonctionnement, comme illustré schématiquement à la , de la chaleur est produite par les cellules 3 et transmise au fluide frigorigène au niveau de la zone formant évaporateur 6. Le fluide frigorigène est alors évaporé et se déplace jusqu’à la zone formant condenseur 7 où les calories sont évacuées vers le fluide caloporteur, le fluide frigorigène étant alors condensé et dirigé à nouveau vers la zone formant évaporateur 6. Les flèches internes F1 au caloduc 5 à la représentent schématiquement le mouvement du fluide frigorigène tandis que les flèches F2, F3 externes au caloduc 5 représentent schématiquement les calories. De la chaleur peut ainsi être prélevée au niveau des connectiques 4 et peut être transmise au fluide caloporteur, au travers du fluide frigorigène. Dans la forme de réalisation illustré à la , le pack batterie 1 comporte plusieurs dispositifs de refroidissement ou caloducs 5 dont les zones formant évaporateur 6 sont parallèle, chaque dispositif 5 étant destiné à refroidir plusieurs connectiques 4. Par ailleurs, les zones formant condenseur 7 des différents dispositifs 5 s’étendent de façon contiguë le long d’un même bord rectiligne du pack batterie 1, une unique conduite 12 de circulation de fluide caloporteur entourant toutes les zones formant condenseur 7. La illustre une autre forme de réalisation dans laquelle chaque dispositif de refroidissement 5 comporte deux zones formant condenseur 7 s’étendant respectivement à chacune des extrémités de la zone formant évaporateur 6 et au niveau de deux bords opposés du pack batterie 1. Chaque zone formant condenseur 7 est entourée d’une conduite de circulation 12 d’un fluide caloporteur du type précité. Le fonctionnement d’un tel dispositif 5 est similaire à celui décrit précédemment mais permet de maximiser l’évacuation des calories. Les figures 6 et 7 illustre une autre forme de réalisation, qui diffère de celle illustrée à la en ce que la zone formant évaporateur 6 de chaque dispositif est aplatie et présente plusieurs canaux 15 rectilignes et parallèles débouchant chacun à chaque extrémité dans la zone formant condenseur 7 correspondante. Le fluide frigorigène circule ainsi au travers desdits canaux 15 de la zone formant évaporateur 6. Ensemble pour batterie électrique comportant au moins une cellule (3) de stockage électrique, ladite cellule (3) comportant au moins une connectique (4) de raccordement électrique, ledit ensemble comportant en outre au moins un caloduc (5) délimitant au moins un canal (8) fermé comportant un fluide frigorigène, le caloduc (5) comprenant au moins une zone formant un condenseur (7) et au moins une zone formant un évaporateur (6), la zone formant évaporateur (6) étant apte à échanger de la chaleur avec la connectique (4) de la cellule (3), la zone formant condenseur (7) étant entourée, au moins partiellement, d’un canal (11) de circulation de fluide caloporteur et étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide caloporteur. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel la zone formant un évaporateur (6) est en contact avec la connectique (4) par l’intermédiaire d’un matériau d’interface thermique (9) électriquement isolant. Ensemble selon la revendication 1, dans laquelle la zone formant un évaporateur (6) est entourée au moins partiellement d’un matériau polymère électriquement non conducteur. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone formant un évaporateur (6) comporte une partie plane (6a) apte à venir en contact avec la connectique (4). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone formant un évaporateur (6) s’étend selon un premier axe, la zone formant un condenseur (7) s’étendant selon un second axe différent du premier axe. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel le caloduc (5) traverse de façon étanche une paroi (12) délimitant le canal (11) de circulation de fluide caloporteur. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel un organe d’étanchéité (14) est surmoulé autour de ladite paroi (12) de façon à assurer l’étanchéité entre le caloduc (5) et ladite paroi (12) dans la zone de la paroi (12) traversée par le caloduc (5). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, comportant plusieurs cellules (3) et plusieurs caloducs (5), chaque caloduc (5) comportant au moins une zone formant un condenseur (7) et au moins une zone formant un évaporateur (6), la zone formant évaporateur (6) de chaque caloduc (5) étant apte à échanger de la chaleur avec au moins une connectique (4) d’une cellule (3), la zone formant condenseur (7) de chaque caloduc (5) étant entourée, au moins partiellement du même canal (11) de circulation de fluide caloporteur de façon à pouvoir échanger de la chaleur avec ledit fluide caloporteur, ledit canal (11) entourant les zones formant condenseur (7) des caloducs (5). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit canal (11) de circulation de fluide caloporteur est délimité par une paroi (12), la zone formant condenseur (7) s’étendant à l’intérieur de ladite paroi (12) et étant maintenue en position par l’intermédiaire d’entretoises (13) s’étendant depuis ladite paroi (12) et aptes à venir en appui sur ladite zone formant condenseur (7). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie formant évaporateur (6) comporte plusieurs canaux (15) débouchant chacun dans un canal (8) commun de la partie formant condenseur (7).