Titre de l'invention : Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement

[1] 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, par exemple un véhicule automobile.

[2] Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien.

[3] L’invention concerne notamment des échangeurs thermiques à plaques destinés à la circulation d’un fluide frigorigène permettant le refroidissement des batteries de véhicules hybrides ou électriques.

[4] En fonctionnement, lorsque toute la partie liquide du réfrigérant est évaporée, et donc qu’il ne reste que du gaz, l’échange thermique entre les parois de l’échangeur et le réfrigérant est fortement diminué comparativement à la situation où le fluide est à l’état liquide. Ainsi non seulement la température du réfrigérant (qui se réchauffe au fur et mesure qu’il avance sur le chemin) détériore les performances thermiques, mais cette chute de l’échange thermique impacte également le niveau de température des cellules en regard de la zone où le fluide est à l’état gazeux. Il risque de se créer des risques de surchauffe excessive sur certaines zones du chemin de fluide réfrigérant.

[5] L’invention vise à améliorer l’homogénéité en température du dispositif de régulation thermique, et éviter des zones de surchauffe indésirables.

[6] L’invention propose ainsi 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 plaque supérieure et une plaque inférieure assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, dispositif dans lequel les canaux s’étendent, successivement suivant le sens de circulation de fluide caloporteur, dans une zone aller dans laquelle les canaux communiquent avec une ou plusieurs entrées de fluide, une zone de retournement et une zone retour dans la laquelle les canaux communiquent avec une ou plusieurs sorties de fluide, la zone de retournement reliant les zones aller et retour de manière à ce qu’au moins certains des canaux présentent une forme sensiblement en U dans cette zone de retournement, le dispositif étant caractérisé en ce que la zone aller présente, successivement suivant le sens de circulation de fluide caloporteur, un tronçon sous-densifié et un tronçon densifié, le nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié étant strictement inférieur au nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié.

[7] Il est entendu que l’ensemble des canaux dans le tronçon sous-densifié se raccordent tous sur l’un au l’autre des canaux du tronçon densifié.

[8] L’invention permet d’optimiser les gradients de température des plaques assemblées via une disposition particulière de canaux de refroidissement dans la zone aller, la zone de retournement et la zone retour. Cet agencement est optimisé pour une ou plusieurs circulations en U.

[9] L’invention permet une bonne homogénéité de température du dispositif.

[10] En effet, dans le tronçon sous-densifié, comme le nombre de canaux est réduit, la vitesse d’écoulement est plus rapide que dans le tronçon densifié.

[11 ] Ainsi dans le tronçon densifié, du fait de la vitesse du fluide et bien que le fluide soit à l’état principalement liquide (état qui présente un faible coefficient d’échange thermique), le fluide caloporteur peut évacuer une relativement grande quantité de chaleur grâce à la grande vitesse et ce malgré l’état principalement liquide.

[12] Ainsi même si le nombre de canaux est réduit dans ce tronçon sous-densifié, impliquant de fait une surface d’échange thermique plus petite, l’invention permet avec la vitesse de fluide plus grande et la phase liquide, d’améliorer globalement les échanges thermiques dans le tronçon sous-densifié. [13] Avec une circulation en U, ce tronçon sous-densifié permet de refroidir une région voisine exposée au risque de surchauffe située en bout de la circulation en U.

[14] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon sous-densifié est disposé entre l’entrée, ou les entrées, de fluide et le tronçon densifié.

[15] Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié est au moins 1 ,5 fois plus grand que le nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié.

[16] Le nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié (28) est notamment le double du nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié (27).

[17] Par exemple le nombre (Nd) est égal à 12 et le nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié est égal à 6.

[18] Dans un autre exemple, le nombre (Nd) est égal à 6 et le nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié est égal à 3.

[19] Dans un autre exemple, le nombre (Nd) est égal à 3 et le nombre (Nsd) de canaux dans le tronçon sous-densifié est égal à 2.

[20] D’autres nombres de canaux peuvent bien entendu être prévus.

[21] Selon l’un des aspects de l’invention, le diamètre hydraulique des canaux reste identique dans le tronçon sous-densifié et dans le tronçon densifié.

[22] Autrement dit, le diamètre hydraulique des canaux ne change pas lorsque l’on passe du tronçon sous-densifié au tronçon densifié.

[23] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans le tronçon sous- densifié sont parallèles entre eux et sont notamment de forme rectiligne.

[24] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans le tronçon densifié sont parallèles entre eux et sont notamment de forme rectiligne.

[25] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans le tronçon sous- densifié sont parallèles aux canaux dans le tronçon densifié. [26] Selon l’un des aspects de l’invention, l’un au moins des canaux du tronçon sous-densifié, notamment chaque canal, se raccorde à deux canaux du tronçon densifié.

[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié est ainsi le double du nombre (Nsd) associé au tronçon sous- densifié.

[28] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon sous-densifié s’étend sur une longueur, mesurée suivant le sens de circulation de fluide, qui est plus grande que 10%, ou 20%, de la longueur totale des canaux dans la zone aller.

[29] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon sous-densifié s’étend sur une longueur, mesurée suivant le sens de circulation de fluide, qui est plus petite que 50% de la longueur totale des canaux dans la zone aller.

[30] Par exemple le tronçon sous-densifié s’étend sur une longueur, mesurée suivant le sens de circulation de fluide, qui est sensiblement égale à 25% de la longueur totale des canaux dans la zone aller.

[31] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans le tronçon sous- densifié sont espacés les uns des autres d’un pas constant.

[32] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans le tronçon densifié sont espacés les uns des autres d’un pas constant.

[33] Selon l’un des aspects de l’invention, la zone aller comprend un tronçon de jonction entre le tronçon sous-densifié et le tronçon densifié.

[34] Selon l’un des aspects de l’invention, ce tronçon de jonction présente des ramifications de canaux, ramifications qui permettent d’augmenter le nombre de canaux entre le tronçon sous-densifié et le tronçon densifié.

[35] Par exemple chaque canal du tronçon sous-densifié se raccorde à deux canaux, ou plus de canaux, du tronçon densifié via un nœud présent dans le tronçon de jonction.

[36] Dans le cas d’un canal se subdivisant en deux canaux, le nœud de ramification fait partie d’un Y ou T que forment les canaux. [37] Dans le tronçon de jonction, les noeuds de ramification présentent par exemple un espacement par rapport à une ligne géométrique transversale à la direction longitudinale des canaux, espacement qui est différent ente noeuds voisins.

[38] Dans un exemple de réalisation de l’invention, les noeuds de ramification sont disposés selon deux rangées de sorte que les noeuds d’une rangée alternent avec les noeuds de l’autre rangée.

[39] Les deux rangées sont par exemple espacées d’une distance comprise entre 5 mm et 100 mm.

[40] Cette disposition des noeuds permet de lisser des gradients de température dans ce tronçon de jonction. Ceci est particulièrement avantageux lorsque les cellules de batterie sont disposées perpendiculairement au sens de l’écoulement de fluide.

[41 ] D’autres dispositions de noeuds sont possibles, par exemple ces noeuds sont disposés suivant une ligne qui est oblique par rapport à la ligne transversale précitée.

[42] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones aller et retour présentent la même longueur.

[43] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux du tronçon sous-densifié communiquent avec un ou plusieurs canaux d’entrée de fluide.

[44] Par exemple il est prévu deux canaux d’entrée de fluide et chaque canal d’entrée de fluide se raccorde à trois canaux du tronçon sous-densifié, notamment en faisant un angle strictement supérieur à 90° ou en formant un coude arrondi.

[45] Selon l’un des aspects de l’invention, ces deux canaux d’entrée de fluide communiquent avec une entrée de fluide commune.

[46] Selon l’un des aspects de l’invention, ces canaux d’entrée sont disposés en décalage des emplacements qui reçoivent les composants électriques à refroidir.

[47] Autrement dit ces canaux d’entrée ne sont pas en vis-à-vis des composants à refroidir. [48] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux des zones aller et retour sont disposés en en vis-à-vis des composants à refroidir.

[49] Les composants à refroidir sont des cellules de batterie qui s’étendent généralement perpendiculairement au sens de l’écoulement de fluide, dans les tronçons sous-densifié et densifié de la zone aller et dans la zone retour.

[50] Selon l’un des aspects de l’invention, ces cellules de batterie sont disposées selon des rangées, notamment des rangées parallèles.

[51] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque rangée comporte par exemple deux cellules de batterie.

[52] Selon l’un des aspects de l’invention, ces rangées sont placées perpendiculairement aux zones aller et retour.

[53] Par exemple les cellules de batterie sont disposées selon 30 rangées de deux cellules, soit un total de 60 cellules à refroidir.

[54] En variante, les composants à refroidir sont des cellules de batterie qui s’étendent généralement parallèlement au sens de l’écoulement de fluide, dans les tronçons sous-densifié et densifié de la zone aller et dans la zone retour.

[55] Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre (Nr) de canaux dans la zone retour est inférieur au nombre de canaux dans le tronçon sous-densifié (Nsd).

[56] Par exemple, le nombre (Nr) de canaux dans la zone retour est 4, le nombre (Nsd) dans le tronçon sous-densifié est de 6 et le nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié est de 12.

[57] En variante, le nombre (Nr) de canaux dans la zone retour est 2, le nombre (Nsd) dans le tronçon sous-densifié est de 3 et le nombre (Nd) de canaux dans le tronçon densifié est de 6.

[58] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux dans la zone retour sont de forme rectiligne et sont parallèles entre eux, notamment avec un pas régulier entre eux.

[59] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon sous-densifié est placé à côté d’un tronçon terminal de la zone retour de sorte que le tronçon sous-densifié puisse extraire des calories dégagées dans le tronçon terminal de la zone retour. [60] Ainsi il est possible de refroidir ce tronçon terminal, qui peut présenter des risques de surchauffe indésirable.

[61] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux de la zone retour se raccordent à un ou plusieurs canaux de sortie de fluide.

[62] Selon l’un des aspects de l’invention, certains des canaux de la zone retour se raccordent sur un canal de sortie commun.

[63] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon terminal de la zone retour est adjacent aux canaux de sortie.

[64] Selon l’un des aspects de l’invention, ces canaux de sortie sont disposés en décalage des emplacements qui reçoivent les composants électriques à refroidir.

[65] Autrement dit ces canaux de sortie ne sont pas en vis-à-vis des composants à refroidir.

[66] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux d’entrée et de sortie de fluide sont disposés d’un même côté des plaques.

[67] Selon l’un des aspects de l’invention, la largeur de la zone aller est plus grande que la largeur de la zone retour, la largeur étant mesurée suivant une direction transversale aux canaux dans ces zones.

[68] Selon l’un des aspects de l’invention, la zone de retournement comprend au moins un canal transversal qui relie des canaux de la zone aller à des canaux de la zone retour.

[69] Selon l’un des aspects de l’invention, ce ou ces canaux transversaux présentent une direction perpendiculaire aux canaux rectilignes des zones aller et retour.

[70] Le pas entre les canaux transversaux peut être constant ou non constant.

[71] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal transversal présente une longueur plus faible que la largeur cumulée des zones aller et retour, la longueur du canal transversal et cette largeur cumulée étant mesurées suivant la même direction, par exemple une direction parallèle à un petit côté des plaques. [72] Selon l’un des aspects de l’invention, le ratio entre la largeur (W1) de la zone aller et la distance (Dr1 ) qui est mesurée entre un bord des plaques et l’extrémité proximal du canal transversal suivant une direction parallèle au canal transversal, est compris entre 2 et 4.

[73] Selon l’un des aspects de l’invention, ce canal transversal pour lequel il est calculé ce ratio est le canal le plus extérieur. Autrement dit ce canal relie le canal le plus extérieur de la zone aller au canal le plus extérieur de la zone retour.

[74] Selon l’un des aspects de l’invention, le ratio entre la largeur (W2) de la zone retour et la distance (Dr2) qui est mesurée entre un bord des plaques et l’extrémité proximal du canal transversal suivant une direction parallèle au canal transversal, est compris entre 0,5 et 2.

[75] Selon l’un des aspects de l’invention, la distance Dr2 est égale à la distance Dr1.

[76] Selon l’un des aspects de l’invention, la distance Dr2 est strictement plus grande que Dr1 .

[77] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins certains des canaux de la zone aller se raccordent à des canaux transversaux via des bras obliques aller.

[78] Par exemple trois canaux issus de la zone aller se raccordent à l’un des canaux transversaux via trois bras obliques respectifs.

[79] Par exemple un groupe de trois canaux se raccorde à l’un des canaux transversaux.

[80] Selon l’un des aspects de l’invention, plusieurs canaux transversaux voient chacun ainsi le raccord d’un groupe de canaux issus de la zone aller, par exemple des groupes de trois canaux.

[81 ] Par exemple il est prévu trois groupes de trois bras obliques chacun.

[82] Selon l’un des aspects de l’invention, le bras oblique le plus extérieur présente une extension longitudinale (X1) mesurée suivant la direction longitudinale de canaux de la zone aller. [83] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins certains des canaux de la zone retour se raccordent à des canaux transversaux via des bras obliques retour.

[84] Selon l’un des aspects de l’invention, ces canaux transversaux sont connectés chacun à un seul bras oblique.

[85] Ainsi les canaux transversaux sont en nombre égal au nombre de canaux dans la zone retour.

[86] Selon l’un des aspects de l’invention, le bras oblique retour le plus extérieur présente une extension longitudinale (X2) mesurée suivant la direction longitudinale de canaux de la zone aller.

[87] Selon l’un des aspects de l’invention, les bras obliques extérieurs aller et retour, avec le canal transversal le plus extérieur, forment un pourtour trapézoïdal.

[88] Selon l’un des aspects de l’invention, ces bras obliques et les canaux transversaux définissent la forme en U de l’écoulement dans la zone de retournement.

[89] Selon l’un des aspects de l’invention, l’extension longitudinale (X1) et l’extension longitudinale (X2) sont égales.

[90] Le dispositif comporte des emplacements pour recevoir les composants à refroidir, notamment des cellules de batterie.

[91 ] Ces emplacements ont sensiblement la forme de rectangles, notamment pour y poser des cellules de batterie.

[92] Chaque emplacement de cellule de batterie, dans la zone de retournement, est situé au moins partiellement dans l’intervalle entre deux canaux transversaux voisins.

[93] Autrement dit, chaque cellule de batterie voit principalement l’intervalle entre deux canaux transversaux, et non toute la largeur d’un canal transversal.

[94] Encore dit autrement, le canal transversal est à cheval entre deux emplacements de cellules de batterie voisines. [95] Ainsi ce canal transversal qui est relativement peu en vis-à-vis des cellules de batterie extrait moins de calories dégagées par ces cellules.

[96] Ceci est avantageux pour ne pas refroidir excessivement les cellules de batterie dans la zone de retournement, ce qui permet de maintenir une homogénéité de température de cette zone de retournement par rapport aux zones aller et retour.

[97] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique présente un seul chemin d’écoulement de fluide, ce chemin ayant une forme en U entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, ce chemin étant formé par les canaux de la zone aller, de la zone de retournement et de la zone retour.

[98] En variante, le dispositif de régulation thermique présente plusieurs chemins d’écoulement de fluide, chaque chemin ayant une forme en U entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, chaque chemin étant formé par les canaux de l’une des zones aller, de l’une des zones de retournement et de l’une des zones retour.

[99] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique présente deux chemins d’écoulement en U partageant des entrée et sortie de fluide communes.

[100] Selon l’un des aspects de l’invention, les chemins en U présentent une symétrie miroir l’un par rapport à l’autre.

[101] Selon l’un des aspects de l’invention, l’axe de symétrie miroir est parallèle aux branches des U.

[102] Selon l’un des aspects de l’invention, l’axe de symétrie miroir est perpendiculaire aux branches des U.

[103] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique présente quatre chemins d’écoulement en U, notamment partageant deux entrées et une sortie de fluide communes.

[104] Selon l’un des aspects de l’invention, ces quatre U sont disposés aux quatre coins d’un rectangle ou d’un carré. [105] L’invention permet d’avoir une vitesse de circulation de fluide qui soit augmentée dans les canaux du tronçon sous-densifié, car la section totale de passage de fluide est réduite du fait du nombre limité de canaux.

[106] Ainsi même si la surface d’échange est moindre dans le tronçon sous-densifié car le nombre de canaux est réduit dans le tronçon sous-densifié, la vitesse de circulation du fluide augmentée en lien avec le fait que le fluide est à l’état liquide (car le fluide est encore à proximité de l’entrée et n’est pas encore suffisamment chauffé pour passer à l’état gazeux) permet d’avoir un échange thermique suffisamment élevé dans ce tronçon sous-densifié.

[107] Les canaux dans la zone aller sont sous-densifiés de façon à augmenter la vitesse d'écoulement et les coefficients d’échange sous les premières rangées de cellules.

[108] L’invention a encore 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 plaque supérieure et une plaque inférieure assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, dispositif dans lequel les canaux s’étendent, successivement suivant le sens de circulation de fluide caloporteur, dans une zone aller dans laquelle les canaux communiquent avec une ou plusieurs entrées de fluide, une zone de retournement et une zone retour dans la laquelle les canaux communiquent avec une ou plusieurs sorties de fluide, la zone de retournement reliant les zones aller et retour de manière à ce qu’au moins certains des canaux présentent une forme sensiblement en U dans cette zone de retournement, ce dispositif comprenant des emplacements pour les composants à refroidir, par exemple de forme rectangulaire, dispositif dans lequel la zone de retournement comprend au moins un canal transversal reliant au moins un canal de la zone aller à un canal de la zone retour, ce canal transversal étant à cheval entre deux emplacements voisins qui sont prévus pour recevoir par exemple chacun une cellule de batterie. [109] Selon l’un des aspects de l’invention, tous les canaux transversaux de la zone de retournement sont placés à cheval entre des emplacements voisins, emplacements pour recevoir par exemple des cellules de batterie.

[110] Selon l’un des aspects de l’invention, ces emplacements sont par exemple disposés suivant des rangées parallèles.

[111] Selon l’un des aspects de l’invention, plusieurs rangées sont disposées dans l’intervalle entre deux canaux transversaux voisins.

[112] Ainsi certaines de ces rangées ne se superposent pas aux canaux transversaux.

[113] Ainsi les cellules de batterie ne sont pas refroidies excessivement.

[114] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal transversal présente une longueur plus faible que la largeur cumulée des zones aller et retour, la longueur du canal transversal et cette largeur cumulée étant mesurées suivant la même direction, par exemple une direction parallèle à un petit côté des plaques.

[115] Selon l’un des aspects de l’invention, le ratio entre la largeur (L1 ) de la zone aller et la distance (Dr1 ) qui est mesurée entre un bord des plaques et l’extrémité proximal du canal transversal suivant une direction parallèle au canal transversal, est compris entre 2 et 4.

[116] Selon l’un des aspects de l’invention, ce canal transversal pour lequel il est calculé le ratio est le canal le plus extérieur. Autrement dit ce canal relie le canal le plus extérieur de la zone aller au canal le plus extérieur de la zone retour.

[117] Selon l’un des aspects de l’invention, le ratio entre la largeur (W2) de la zone retour et la distance (Dr2) qui est mesurée entre un bord des plaques et l’extrémité proximal du canal transversal suivant une direction parallèle au canal transversal, est compris entre 0,5 et 2.

[118] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins certains des canaux de la zone aller se raccordent à des canaux transversaux via des bras obliques aller.

[119] Par exemple trois canaux issus de la zone aller se raccordent à l’un des canaux transversaux via trois bras obliques respectifs. [120] Par exemple un groupe de trois canaux se raccorde à l’un des canaux transversaux.

[121] Selon l’un des aspects de l’invention, plusieurs canaux transversaux voient chacun ainsi le raccord d’un groupe de canaux issus de la zone aller, par exemple des groupes de trois canaux.

[122] Par exemple il est prévu trois groupes de trois bras obliques chacun.

[123] Selon l’un des aspects de l’invention, le bras oblique le plus extérieur présente une extension longitudinale (X1) mesurée suivant la direction longitudinale de canaux de la zone aller.

[124] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins certains des canaux de la zone retour se raccordent à des canaux transversaux via des bras obliques retour.

[125] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide réfrigérant est choisi parmi les fluides réfrigérants R134a, R1234yf ou R744.

[126] 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, notamment des cellules de batterie, étant en contact thermique avec la plaque supérieure du dispositif de refroidissement.

[127] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

[128] - la [Figure 1 ] illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique ;

[129] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, la disposition des canaux d’un dispositif de régulation thermique selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention,

[130] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, une partie du dispositif de régulation de la [Figure 2], [131] - la [Figure 4] illustre, schématiquement et partiellement, une autre partie du dispositif de régulation de la [Figure 2],

[132] - la [Figure 5] illustre, schématiquement et partiellement, le chemin de fluide général dans le dispositif de la [Figure 2],

[133] - la [Figure 6] illustre, schématiquement et partiellement, un autre exemple de chemin de fluide général dans le dispositif de régulation thermique,

[134] - la [Figure 7] illustre, schématiquement et partiellement, encore un autre exemple de chemin de fluide général dans le dispositif de régulation thermique,

[135] - la [Figure 8] illustre, schématiquement et partiellement, un autre exemple de chemin de fluide général dans le dispositif de régulation thermique.

[136] On a représenté sur la [Figure 1 ] un système 1 , connu d l’état de l’art, comportant un ensemble de cellules de batterie 2 à refroidir, par exemple rangées suivant une pluralité de rangées 3 parallèles, et un dispositif de régulation 10 agencé pour refroidir les cellules 2, qui sont en contact thermique avec une plaque supérieure du dispositif de refroidissement 10, comme expliqué plus bas.

[137] Le dispositif de régulation thermique 10 comporte une plaque supérieure 11 , une plaque inférieure 12 assemblée avec la plaque supérieure 11 pour former ensemble une pluralité de canaux 14 de circulation pour un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants R134a, R1234yf ou R744.

[138] Les canaux 14 s’étendent entre une entrée commune 7 et une sortie commune 8 de fluide. Une bride 9 peut être connectée à cette entrée 7 et sortie 8 pour assurer des raccordements.

[139] On va maintenant décrire en référence aux figures 2 et suivantes un dispositif de régulation thermique selon un exemple de réalisation de l’invention, qui présente une structure similaire au dispositif de la figure 1 mais dont les canaux sont disposés différemment. [140] On a représenté sur la figure 2, un dispositif de régulation thermique 20 pour refroidir des composants électriques susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement.

[141] Ces composants sont, dans l’exemple décrit, des cellules de batterie 2 disposées suivant 30 rangées parallèles 3, chaque rangée ayant deux cellules.

[142] Ces cellules 2 présentent une forme rectangulaire.

[143] A l’instar de l’exemple de la figure 1 , le dispositif 20 comporte une plaque supérieure 11 et une plaque inférieure 12 assemblée avec la plaque supérieure 11 pour former ensemble une pluralité de canaux 21 de circulation pour le fluide caloporteur.

[144] Les canaux 21 s’étendent, successivement suivant le sens de circulation de fluide caloporteur :

- dans une zone aller 22 dans laquelle les canaux 21 communiquent avec une entrée de fluide 7 via des canaux d’alimentation 23, et le fluide circule principalement suivant la flèche F1 dans cette zone aller 22,

- une zone de retournement 24,

- une zone retour 25 dans la laquelle les canaux 21 communiquent avec une sortie de fluide 8, et le fluide circule suivant la flèche F2 dans cette zone retour 25.

[145] La zone de retournement 24 relie les zones aller 22 et retour 25 de manière à ce qu’au moins certains des canaux 21 présentent une forme sensiblement en U dans cette zone de retournement 24.

[146] Comme illustré sur la figure 3, la zone aller 22 présente, successivement suivant le sens F1 de circulation de fluide caloporteur, un tronçon sous-densifié 27 et un tronçon densifié 28, le nombre Nsd de canaux 21 dans le tronçon sous- densifié 27 étant strictement inférieur au nombre Nd de canaux dans le tronçon densifié.

[147] L’invention permet d’avoir une vitesse de circulation de fluide qui soit augmentée dans les canaux 21 du tronçon sous-densifié 27, car la section totale de passage de fluide est réduite du fait du nombre limité de canaux. [148] Ainsi même si la surface d’échange est moindre dans le tronçon sous-densifié 27 car le nombre de canaux est réduit dans le tronçon sous-densifié, la vitesse de circulation du fluide augmentée en lien avec le fait que le fluide est à l’état liquide (car le fluide est encore à proximité de l’entrée et n’est pas encore suffisamment chauffé pour passer à l’état gazeux) permet d’avoir un échange thermique suffisamment élevé dans ce tronçon sous-densifié 27.

[149] Les canaux 21 dans la zone aller 27 sont sous-densifiés de façon à augmenter la vitesse d'écoulement et les coefficients d’échange sous les premières rangées de cellules.

[150] Les deux cellules de chaque rangée 3 sont disposées selon deux colonnes 38 comme visible sur la figure 4. Les cellules sont notées CELL 1 , CELL 2...

[151 ] Le tronçon sous-densifié 27 est disposé entre l’entrée 7 de fluide et le tronçon densifié 28.

[152] Le nombre Nd de canaux 21 dans le tronçon densifié 28 est le double du nombre Nsd de canaux 21 dans le tronçon sous-densifié 27.

[153] Dans l’exemple décrit, le nombre Nd est égal à 12 et le nombre Nsd de canaux dans le tronçon sous-densifié est égal à 6.

[154] Dans un autre exemple (non illustré), le nombre Nd est égal à 6 et le nombre Ns) de canaux dans le tronçon sous-densifié est égal à 3.

[155] Le diamètre hydraulique des canaux 21 reste identique dans le tronçon sous- densifié 27 et dans le tronçon densifié 28.

[156] Autrement dit, le diamètre hydraulique des canaux 21 ne change pas lorsque l’on passe du tronçon sous-densifié 27 au tronçon densifié 28.

[157] Les canaux 21 dans le tronçon sous-densifié 27 sont parallèles entre eux et sont de forme rectiligne.

[158] Les canaux 21 dans le tronçon densifié 28 sont parallèles entre eux et sont de forme rectiligne.

[159] Les canaux 21 dans le tronçon sous-densifié 27 sont parallèles aux canaux dans le tronçon densifié 28. [160] Chaque canal 21 du tronçon sous-densifié 27 se raccorde à deux canaux 21 du tronçon densifié 28.

[161 ] Le tronçon sous-densifié 27 s’étend sur une longueur L1 , mesurée suivant le sens F1 de circulation de fluide, qui est plus grande que 10%, ou 20%, de la longueur totale L10 des canaux dans la zone aller 22, et plus petite que 50% de cette longueur totale L10.

[162] Par exemple le tronçon sous-densifié 27 s’étend sur une longueur L1 , mesurée suivant le sens de circulation de fluide, qui est sensiblement égale à 25% de la longueur totale L10 des canaux dans la zone aller 22.

[163] Les canaux 21 dans le tronçon sous-densifié 27 sont espacés les uns des autres d’un pas constant DYA.

[164] Les canaux 21 dans le tronçon densifié 28 sont espacés les uns des autres d’un pas constant DY.

[165] Le pas DYA est ainsi plus grand que le pas DY du fait du nombre augmenté de canaux.

[166] La zone aller 22 comprend un tronçon de jonction 30 entre le tronçon sous- densifié 27 et le tronçon densifié 28.

[167] Ce tronçon de jonction 30 présente des ramifications de canaux, ramifications qui permettent d’augmenter le nombre de canaux entre le tronçon sous-densifié 27 et le tronçon densifié 28.

[168] Ainsi chaque canal 21 du tronçon sous-densifié 27 se raccorde à deux canaux du tronçon densifié 28 via un nœud 31 présent dans le tronçon de jonction 30.

[169] Dans le cas d’un canal se subdivisant en deux canaux, le nœud 31 de ramification fait partie d’un Y que forment les canaux.

[170] Il est préférable d’avoir cette forme en Y pour la qualité de l’écoulement, en comparaison par exemple au cas où la ramification fait des angles droits.

[171] Dans le tronçon de jonction 30, les nœuds 31 de ramification présentent un espacement par rapport à une ligne géométrique LT transversale à la direction longitudinale des canaux 21 , espacement qui est différent ente nœuds voisins. [172] Dans l’exemple décrit, les nœuds de ramification 31 sont disposés selon deux rangées 33 et 34 de sorte que les nœuds 31 d’une rangée alternent avec les nœuds de l’autre rangée.

[173] Les deux rangées 33 et 34 de nœuds sont par exemple espacées d’une distance comprise entre 5 mm et 100 mm.

[174] Cette disposition des nœuds 31 permet de lisser des gradients de température dans ce tronçon de jonction. Ceci est particulièrement avantageux lorsque les cellules de batterie sont disposées perpendiculairement au sens de l’écoulement de fluide.

[175] D’autres dispositions de nœuds sont possibles, par exemple ces nœuds 31 sont disposés suivant une ligne qui est oblique par rapport à la ligne transversale précitée.

[176] Les zones aller 22 et retour 25 présentent la même longueur L10.

[177] Les canaux 21 du tronçon sous-densifié 27 communiquent avec plusieurs canaux 23 d’alimentation d’entrée de fluide.

[178] Par exemple il est prévu deux canaux 23 d’alimentation de fluide et chaque canal d’alimentation de fluide se raccorde à trois canaux 21 du tronçon sous- densifié 27, en faisant un angle strictement supérieur à 90° comme illustré sur la figure 3.

[179] Ces deux canaux d’alimentation 23 communiquent avec une entrée de fluide commune 7.

[180] Ces canaux d’alimentation 23 sont disposés en décalage des emplacements qui reçoivent les cellules de batterie.

[181 ] Autrement dit ces canaux d’alimentation 23 ne sont pas en vis-à-vis des cellules 2.

[182] Les canaux 21 des zones aller 22 et retour 25 sont disposés en en vis-à-vis des cellules 2 à refroidir.

[183] Ces rangées 3 de cellules sont placées perpendiculairement aux zones aller

22 et retour 25. [184] Dans l’exemple décrit, les cellules de batterie sont disposées selon 30 rangées de deux cellules, soit un total de 60 cellules à refroidir.

[185] Le nombre Nr de canaux dans la zone retour 25 est inférieur au nombre Nsd de canaux dans le tronçon sous-densifié 27.

[186] Dans l’exemple décrit, le nombre Nr de canaux dans la zone retour 25 est 4, le nombre Nsd dans le tronçon sous-densifié 27 est de 6 et le nombre Nd de canaux dans le tronçon densifié 28 est de 12.

[187] En variante non illustrée, le nombre Nr de canaux dans la zone retour 25 est 2, le nombre Nsd dans le tronçon sous-densifié 27 est de 3 et le nombre Nd de canaux dans le tronçon densifié 28 est de 6.

[188] Les canaux 21 dans la zone retour 25 sont de forme rectiligne et sont parallèles entre eux, avec un pas régulier entre eux ici égal à DY à savoir le pas des canaux dans le tronçon densifié 29 de la zone aller 22.

[189] Comme visible sur la figure 3, le tronçon sous-densifié 27 est placé à côté d’un tronçon terminal 35 de la zone retour 25 de sorte que le tronçon sous- densifié 27 puisse extraire des calories dégagées dans le tronçon terminal 35 de la zone retour.

[190] Ainsi il est possible de refroidir ce tronçon terminal 35, qui peut présenter des risques de surchauffe indésirable.

[191] Les canaux de la zone retour 25 se raccordent à plusieurs canaux de sortie de fluide 36.

[192] Le tronçon terminal 35 de la zone retour 25 est adjacent aux canaux de sortie 36.

[193] Ces canaux de sortie 36 sont disposés en décalage des emplacements qui reçoivent les cellules à refroidir.

[194] Autrement dit ces canaux de sortie 36 ne sont pas en vis-à-vis des cellules à refroidir.

[195] Les canaux d’entrée 23 et de sortie 36 de fluide sont disposés d’un même côté des plaques 11 et 12. [196] Les figures 2 et 3 illustrent des configurations différentes de canaux d’entrée 23 et de sortie 36. Il est préférable d’avoir les canaux orientés de manière oblique comme représenté sur la figure 3, pour un meilleur écoulement.

[197] Comme illustré sur la figure 3, la largeur W1 de la zone aller 22 est plus grande que la largeur W2 de la zone retour 25, la largeur étant mesurée suivant une direction LT transversale aux canaux dans ces zones.

[198] La zone de retournement 24 comprend des canaux transversaux 39 qui relient des canaux de la zone aller 22 à des canaux de la zone retour 25.

[199] Ces canaux transversaux 39 présentent une direction LT perpendiculaire aux canaux rectilignes des zones aller 22 et retour 25.

[200] Chaque canal transversal 39 présente une longueur plus faible que la largeur cumulée des zones aller et retour W1 et W2.

[201] Le ratio entre la largeur W1 de la zone aller 22 et la distance Dr1 qui est mesurée entre un bord 40 des plaques 11 , 12 et l’extrémité proximal du canal transversal 39 suivant la direction LT, est compris entre 2 et 4.

[202] Ce canal transversal 39 pour lequel il est calculé le ratio est le canal le plus extérieur. Autrement dit ce canal relie le canal le plus extérieur de la zone aller 22 au canal le plus extérieur de la zone retour 25.

[203] Le ratio entre la largeur W2 de la zone retour 25 et la distance Dr2 qui est mesurée entre un bord 41 des plaques et l’extrémité proximal du canal transversal 39 suivant la direction LT, est compris entre 0,5 et 2.

[204] Si on le souhaite, la distance Dr2 est égale à la distance Dr1 .

[205] En variante, la distance Dr2 est strictement plus grande que Dr1 .

[206] Des canaux de la zone aller 22 se raccordent à des canaux transversaux 39 via des bras obliques aller 44.

[207] Dans l’exemple décrit, trois canaux issus de la zone aller 22 se raccordent à l’un des canaux transversaux 39 via trois bras obliques 44 respectifs.

[208] Par exemple un groupe de trois canaux 21 se raccorde à l’un des canaux transversaux 39. [209] Plusieurs canaux transversaux 39 voient chacun ainsi le raccord d’un groupe de trois canaux issus de la zone aller 22.

[210] Il est prévu trois groupes de trois bras obliques 44 chacun, chaque groupe étant pour un canal transversal 39.

[211] Le bras oblique 44 le plus extérieur présente une extension longitudinale X1 mesurée suivant la direction longitudinale de canaux de la zone aller 22.

[212] Des canaux de la zone retour 25 se raccordent à des canaux transversaux 39 via des bras obliques retour 45.

[213] Ces canaux transversaux 39 sont connectés chacun à un seul bras oblique 45.

[214] Les canaux transversaux 39 sont en nombre égal au nombre de canaux dans la zone retour 25.

[215] Le bras oblique retour 45 le plus extérieur présente une extension longitudinale X2 mesurée suivant la direction longitudinale de canaux de la zone aller 22.

[216] Les bras obliques extérieurs aller et retour 44 et 45, avec le canal transversal le plus extérieur 39, forment un pourtour trapézoïdal.

[217] Ces bras obliques 44 et 45 et les canaux transversaux 39 définissent la forme en U de l’écoulement dans la zone de retournement.

[218] L’extension longitudinale X1 et l’extension longitudinale X2 sont égales.

[219] Le dispositif comporte des emplacements 50 pour recevoir les cellules à refroidir.

[220] Ces emplacements 50 ont sensiblement la forme de rectangles, pour y poser des cellules de batterie.

[221] Chaque emplacement 50 de cellule de batterie, dans la zone de retournement 24, est situé dans l’intervalle entre deux canaux transversaux 39 voisins.

[222] Autrement dit, chaque cellule de batterie 2 voit principalement l’intervalle DX entre deux canaux transversaux 39, et non toute la largeur d’un canal transversal 39. [223] Encore dit autrement, le canal transversal 39 est à cheval entre deux emplacements 50 de cellules de batterie voisines.

[224] Ainsi ce canal transversal 39 qui est relativement peu en vis-à-vis des cellules de batterie extrait moins de calories dégagées par ces cellules.

[225] Ceci est avantageux pour ne pas refroidir excessivement les cellules de batterie 2 dans la zone de retournement 24, ce qui permet de maintenir une homogénéité de température de cette zone de retournement 24 par rapport aux zones aller et retour.

[226] Le rapport entre le nombre de canaux dans le tronçon densifié 28 de la zone aller et le nombre de canaux quittant la zone de retournement 24 est compris entre 2 et 4, par exemple ce rapport étant égal à 2, 3 ou 4.

[227] Le rapport entre le nombre de canaux dans la zone retour 25 et le nombre de canaux quittant la zone de retournement 24 est choisi compris entre 0,5 et 2, ce rapport pouvant être égal à 1 .

[228] Le pas DX entre les canaux transversaux de la zone de retournement est plus grand, notamment au moins 1 ,5 plus grand, que le pas DY entre les canaux dans le tronçon densifié de la zone aller et dans la zone retour.

[229] Par exemple le pas entre les canaux transversaux de la zone de retournement est compris entre 10 mm et 100 mm.

[230] Dans l’exemple décrit, le dispositif de régulation thermique présente un seul chemin d’écoulement de fluide 60, ce chemin 60 ayant une forme en U entre l’entrée 7 de fluide et la sortie 8 de fluide, ce chemin U étant formé par les canaux 21 de la zone aller, de la zone de retournement et de la zone retour.

[231] La figure 5 illustre schématiquement ce chemin global 60 en U simple.

[232] En variante, le dispositif de régulation thermique présente plusieurs chemins d’écoulement de fluide, chaque chemin ayant une forme en U entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, chaque chemin étant formé par les canaux de l’une des zones aller, de l’une des zones de retournement et de l’une des zones retour. [233] Dans l’exemple de la figure 6, le dispositif de régulation thermique présente deux chemins 61 d’écoulement en U partageant des entrée et sortie de fluide communes 7 et 8.

[234] Les chemins 61 en U présentent une symétrie miroir l’un par rapport à l’autre.

[235] L’axe de symétrie SY1 miroir est parallèle aux branches 61 des U.

[236] En variante, comme illustré sur la figure 7, l’axe de symétrie miroir SY2 est perpendiculaire aux branches des U.

[237] En variante encore, illustrée sur la figure 8, le dispositif de régulation thermique présente quatre chemins d’écoulement 61 en U, partageant deux entrées et une sortie de fluide communes.

[238] Ces quatre U sont disposés aux quatre coins d’un rectangle ou d’un carré.