Brevet FR3159008A1 — publié le 20250808

Titre : Structure à circulation de fluide caloporteur L’invention concerne une structure à circulation de fluide caloporteur (1) configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique (100) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur (1) comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur (10) formé entre une première plaque (3) et une deuxième plaque (5) soudées entre elles, le long d’au moins une ligne de soudure laser (4), le canal (10) présentant au moins une zone morte (8) à une jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5), la zone morte (8) étant comblée par un matériau de comblement (20) distinct des matériaux des première plaque (3) et deuxième plaque (5). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Structure à circulation de fluide caloporteur La présente invention a pour objet une structure à circulation de fluide caloporteur, notamment configurée pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle structure à circulation de fluide caloporteur. Il est actuellement connu que la régulation thermique des batteries et pack batteries, notamment dans le domaine automobile et encore plus particulièrement des véhicules électriques et hybrides, est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroitre fortement, et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'ajouter un dispositif de régulation de température du module de batterie. Ces dispositifs utilisent généralement des fluides caloporteurs circulant, par exemple au moyen d'une pompe, dans des canaux de circulation. Parmi, les fluides caloporteurs l'eau glycolée peut être choisie. Le refroidissement des batteries de véhicule automobile se fait à l'aide d’échangeurs de chaleur qui sont formés par l'assemblage de deux plaques. Lesdits canaux de circulation passant notamment sous ou à l'intérieur d'une plaque d'échangeur thermique en contact direct avec les batteries. L'une des plaques d’échangeur thermique est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est généralement plane, et l'autre des plaques est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais) qui présente des formes permettant de définir avec la plaque de base, un ou plusieurs canaux de circulation pour le fluide caloporteur (eau glycolée). Il faut noter que ce type de fluide caloporteur (eau glycolée) peut générer une corrosion non négligeable, dans certaines situations, au sein du canal entre les plaques. Ces plaques sont généralement assemblées par brasage. Cependant ce type d'assemblage de plaques par brasage nécessite un four qui consomme une grande quantité d'énergie et donc entraîne une forte empreinte CO2. De plus, le brasage peut manquer de flexibilité ou de précision lors des opérations. L’invention vise à proposer une structure à circulation de fluide caloporteur qui remédie certains au moins des problèmes mentionnés ci-dessus. L’invention a ainsi pour objet une structure à circulation de fluide caloporteur configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur formé entre une première plaque et une deuxième plaque soudées entre elles, le long d’au moins une ligne de soudure laser, le canal présentant au moins une zone morte à une jonction entre les première plaque et deuxième plaque, la zone morte étant comblée par un matériau de comblement distinct des matériaux des première plaque et deuxième plaque. L'invention est avantageuse dans la mesure où la soudure laser est moins consommatrice d'énergie que le brasage qui nécessite un four consommant une grande quantité d'énergie. L'invention permet ainsi de réduire l'empreinte de CO2 pour la fabrication de la structure à circulation de fluide caloporteur. La soudure laser permet également une meilleure précision dans le contrôle des lignes de soudure le long du ou des canaux, ainsi qu’une meilleure tenue mécanique de l’assemblage. L'invention permet en outre, grâce au matériau de comblement qui vient combler la zone morte, de réduire significativement le risque de corrosion à la jonction entre les première plaque et deuxième plaque. En effet en l'absence d'un tel matériau additionnel de comblement, la zone morte pourrait voir s'accumuler du fluide caloporteur stagnant et ce fluide caloporteur stagnant pourrait provoquer une corrosion à cet endroit. Cette zone morte qui serait laissée non comblée, peut aussi être une zone de capture d'air qui empêcherait de faire un vide total dans le canal lors de la fabrication de la structure à circulation de fluide. Grâce à l’invention, on évite ainsi le risque de corrosion ou une présence de bulle d'air indésirable dans le canal. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement fait partie d’une couche présente sur l'une au moins des première plaque et deuxième plaque. Par exemple, le matériau de comblement fait partie d’une couche déposée sur la première plaque. En variante, le matériau de comblement fait partie d’une couche déposée sur la deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, la couche de matériau s’étend entre deux bords longitudinaux parallèles du canal. Selon l’un des aspects de l’invention, cette couche déborde dans la ou les zones mortes présentes au sein du canal, à la jonction entre les première plaque et deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, à la place d’une couche, le matériau de comblement forme un bandeau qui longe la jonction entre les première plaque et deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, le bandeau peut être préformé de sorte que l’on puisse manipuler le bandeau comme une pièce à part. Par exemple, lors de la fabrication, le bandeau peut être posé sur la jonction entre les plaques. Le bandeau peut se différencier d’une couche par le fait que la couche est issue d’un dépôt du matériau de comblement (qui peut par exemple être assez fluide pour pouvoir être étalé) sur l’une des plaques. En outre, le bandeau peut être de moindre largeur que la couche qui, de préférence, s’étend sur toute la largeur du canal. Selon l’un des aspects de l’invention, pour le canal, il y a deux bandeaux de matériau de comblement distants qui longent respectivement deux bords longitudinaux parallèles du canal. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau ayant subi une fusion par exposition à une chaleur dégagée lors de la soudure laser. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est ainsi un matériau qui a refroidi à la suite d’une fusion lors du procédé de soudure laser. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est configuré pour renforcer l'étanchéité du canal, à la jonction des première et deuxième plaque, vis-à-vis du fluide caloporteur qui circule dans ce canal. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau de protection à base d’aluminium de type 7072 ou 1050. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau de couverture (ou « cladding » en anglais), notamment choisi parmi un matériau de couverture de type 4343, 4045, 4047. Selon l’un des aspects de l’invention, la zone morte présente, dans une section transversale du canal, un profil de coin formé à la jonction des première et deuxième plaques. Selon l’un des aspects de l’invention, le profil de coin de la zone morte est par exemple sensiblement triangulaire. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement vient remplir ce profil de coin. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement forme un ménisque, convexe ou concave, sur un côté du canal. Selon l’un des aspects de l’invention, ce ménisque est par exemple similaire à un ménisque obtenu lors d’un procédé de brasage. Ce ménisque est formé lors de la soudure laser. Le laser de la soudure apporte la chaleur pour faire fondre le matériau de comblement, qui vient alors remplir la zone morte en créant le ménisque. La forme du matériau de comblement permet ainsi de supprimer des zones mortes susceptible d'être des zones soumises à des problèmes de corrosion et/ou susceptibles d'être des pièges à bulle d'air indésirables. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement présente une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur de la plaque sur laquelle le matériau de comblement est présent. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement longe le canal sur toute sa longueur. Selon l’un des aspects de l’invention, les première plaque et deuxième plaque sont à base d’aluminium. Selon l’un des aspects de l’invention, l'une des plaques est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est généralement plane, et l'autre des plaques est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais) qui présente des formes permettant de définir avec la plaque de base, un ou plusieurs canaux de circulation pour un fluide caloporteur. L’invention porte aussi sur un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, dispositif de régulation thermique comportant une structure à circulation de fluide caloporteur tel que précité, cette structure à circulation de fluide caloporteur comportant une face agencée pour pouvoir y poser un composant. L’invention concerne également un système à composant refroidi comportant une structure à circulation de fluide caloporteur telle que précitée, et au moins un composant posé sur une face de la structure à circulation de fluide caloporteur. L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’une structure à circulation de fluide caloporteur configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur formé entre une première plaque et une deuxième plaque, le canal présentant au moins une zone morte à une jonction entre les première plaque et deuxième plaque, le procédé comportant les étapes suivantes : déposer sur l’une au moins des première plaque et deuxième plaque, un matériau de comblement, notamment sous la forme d’une couche, souder par laser les première plaque et deuxième plaque pour former au moins une ligne de soudure laser, la zone morte étant comblée par le matériau de comblement suite à une fusion de ce matériau de comblement. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence au dessin schématique annexé d’autre part, sur lequel : FIG. 1 La FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue en coupe d’une structure à circulation de fluide caloporteur selon l’invention ; FIG. 2 La FIG. 2 est une représentation schématique d’une vue en coupe d’une structure à circulation de fluide caloporteur selon un autre exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 3 La FIG. 3 est une représentation schématique d’une vue en coupe d’une structure à circulation de fluide caloporteur selon encore un autre exemple de réalisation de l’invention. Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. On a représenté, sur la FIG. 1 , une structure à circulation de fluide caloporteur 1 pour former un dispositif de régulation thermique 100, ici un échangeur thermique, pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température. Ces composants peuvent être des cellules de batterie pour le stockage d’énergie. Ces dernières sont posées sur une face externe 101 de la structure à circulation de fluide caloporteur 1. La structure 1 est formée de deux plaques 3 et 5 en aluminium et soudées entre elles pour délimiter un canal de circulation 10 de fluide caloporteur, ici de l’eau glycolée. Parmi ces plaques, une première plaque 3 est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est plane et une deuxième plaque 5 est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais). Dans l’exemple de la FIG. 1 , la deuxième plaque 5 comprend plusieurs sillons arrondis 17, longitudinaux et parallèles, qui forment plusieurs canaux 10 rectilignes et parallèles. Les deux plaques 3 et 5 sont soudées par deux lignes de soudure laser 4 de part et d’autre du canal 10. Aux jonctions des deux plaques 3 et 5, dans une section transversale du canal 10, ledit canal 10 présente deux zones mortes 8 avec un profil de coin triangulaire. Ces zones mortes 8 sont comblées par un matériau de comblement 20 notamment pour renforcer l'étanchéité du canal 10 vis-à-vis de l’eau glycolée qui y circule. Ce matériau 20 est un matériau de protection à base d’aluminium de type 7072 ou 1050. Alternativement, il peut aussi être un matériau de couverture (ou « cladding » en anglais), choisi parmi un matériau de couverture de type 4343, 4045, 4047. Le matériau de comblement 20 subit une fusion lors de l’exposition à la chaleur dégagée au cours de la soudure laser et refroidit à la suite de cette fusion. Ce matériau 20 forme une couche 21 présente sur la première plaque 3, qui déborde dans les zones mortes 8 sous forme de ménisque et s’étend sur toute la largeur w du canal 10, entre deux bords longitudinaux parallèles. En outre, le matériau de comblement 20 longe le canal 10 sur toute sa longueur. La longueur est la dimension mesurée suivant la direction longitudinale des canaux 10. Ce ménisque est par exemple similaire à un ménisque obtenu lors d’un procédé de brasage et est formé au cours de la soudure laser. En effet, le laser de la soudure apporte la chaleur et fait fondre le matériau 20 afin de combler les zones mortes 8. Le matériau 20 se retrouve alors sous la forme d’un ménisque qui comble chaque zone morte 8 du canal 10. Le matériau 20 présente ici une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur de la première plaque 3. Le matériau 20 permet de supprimer des zones mortes 8 susceptibles d'être des zones soumises à des problèmes de corrosion et/ou susceptibles d'être des pièges à bulle d'air indésirables. La structure 1 est ainsi fabriquée dans un procédé de fabrication selon les étapes suivantes : déposer sur la première plaque, le matériau 20 sous la forme d’une couche, souder par laser la première plaque 3 et la deuxième plaque 5 pour former les lignes de soudure laser 4, les zones mortes 8 sont comblées par fusion du matériau 20. Dans un autre mode de réalisation, non représenté, le matériau 20 se présente sous la forme de deux bandeaux de matériau 20 distants qui longent respectivement les deux bords longitudinaux parallèles du canal 10. Dans un autre exemple de réalisation illustrée à la FIG. 2 , le matériau 20 formant une couche 21 est présente principalement sur la deuxième plaque 5. Dans encore un autre exemple de réalisation illustré à la FIG. 3 , le matériau 20 forme deux couches 21 présentes à la fois sur la première plaque 3 et la deuxième plaque 5. Ainsi l’intérieur du canal 10 est entièrement recouvert de matériau 20. Structure à circulation de fluide caloporteur (1) configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique (100) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur (1) comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur (10) formé entre une première plaque (3) et une deuxième plaque (5) soudées entre elles, le long d’au moins une ligne de soudure laser (4), le canal (10) présentant au moins une zone morte (8) à une jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5), la zone morte (8) étant comblée par un matériau de comblement (20) distinct des matériaux des première plaque (3) et deuxième plaque (5). Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de comblement (20) fait partie d’une couche (21) présente sur l’une au moins des première plaque (3) et deuxième plaque (5). Structure (1) selon la revendication 2, dans laquelle la couche (21) déborde dans la ou les zones mortes (8) présentes au sein du canal (10), à la jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5). Structure (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de comblement (20) est sous forme d’un bandeau qui longe la jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5). Structure (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de comblement (20) forme un ménisque, convexe ou concave, sur un côté du canal (10). Structure (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la zone morte (8) présente, dans une section transversale du canal (10), un profil de coin formé à la jonction des première et deuxième plaques (3, 5). Structure (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de comblement (20) présente une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur de la plaque (3, 5) sur laquelle le matériau de comblement (20) est présent. Structure (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de comblement (20) longe le canal (10) sur toute sa longueur. Système à composant refroidi comportant une structure à circulation de fluide caloporteur (1) selon l’une des revendications précédentes, et au moins un composant posé sur une face (101) de la structure à circulation de fluide caloporteur (1). Procédé de fabrication d’une structure à circulation de fluide caloporteur (1) configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique (100) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur (1) comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur (10) formé entre une première plaque (3) et une deuxième plaque (5), le canal (10) présentant au moins une zone morte (8) à une jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5), le procédé comportant les étapes suivantes : déposer sur l’une au moins des première plaque (3) et deuxième plaque (5), un matériau de comblement (20), notamment sous la forme d’une couche (21), souder par laser les première plaque (3) et deuxième plaque (5) pour former au moins une ligne de soudure laser (4), la zone morte (8) étant comblée par le matériau de comblement (20) suite à une fusion de ce matériau de comblement (20).