Titre de l’invention : Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile

[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 automobile.

[2] Les batteries de véhicules, en particulier pour véhicules électriques ou véhicules hybrides, doivent autant que possible être maintenues à température souhaitée, raison pour laquelle on utilise des dispositifs dits de refroidissement pour batteries de véhicules. Ces dispositifs de refroidissement comprennent des plaques de refroidissement à travers lesquelles circule un liquide de refroidissement. Les plaques de refroidissement sont installées, autant que possible sans espace, sur le côté extérieur des batteries dans le but de dissiper la chaleur ou bien de chauffer la batterie. On connaît des dispositifs de refroidissement dans lesquels la plaque de refroidissement est composée de deux parties de plaque qui sont normalement fixées directement l'une à l’autre. Ici, la première partie de plaque est de préférence plane, et la seconde partie de plaque est de préférence une feuille de métal emboutie ou déformée qui présente des dépressions en méandres. Lesdites dépressions sont fermées par la partie de plaque plane qui est fixée à la partie de plaque emboutie, de sorte que des conduits de réfrigérant sont formés. Le brevet EP 2 828 922 B1 décrit un tel dispositif.

[3] L’invention vise à améliorer ce type de dispositif.

[4] 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, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744, dispositif dans lequel au moins certains des canaux débouchent dans au moins une chambre de virage grâce à laquelle le fluide peut accomplir un virage, dispositif dans lequel l’un au moins de la chambre de virage et des canaux comporte un élément de renfort mécanique formé sur une paroi de cette chambre de virage ou de l’un des canaux, cet élément de renfort étant agencé pour améliorer la tenue mécanique de la chambre et/ou du canal contre de potentielles déformations sous l’action d’une pression élevée.

[5] Dans ce type de dispositif, il y a des concentrations de contraintes dans les zones où le fluide doit effectuer des virages, retournements ou ramifications, par exemple non linéaires, notamment dans les zones de distribution, de collecte ou de retournement de l’écoulement du fluide. Pour éviter la déformation dans ces zones, nous avons recours à des formes particulières, de préférence obtenues par emboutissage, que sont le ou les éléments de renfort selon l’invention.

[6] Selon un aspect de l’invention, l’élément de renfort s’étend sur toute la hauteur de la chambre de virage et des canaux.

[7] Selon un aspect de l’invention, la chambre de virage et les canaux présentent chacun une longueur mesurée suivant un sens d’écoulement du fluide, et l’élément de renfort s’étend sur une partie seulement de la longueur respectivement de la chambre de virage ou du canal, notamment moins de la moitié de cette longueur, ou moins d’un quart ou d’un dixième de cette longueur.

[8] Autrement dit, l’élément de renfort est relativement petit par rapport à la chambre de virage ou des canaux dans leur ensemble.

[9] Selon un aspect de l’invention, une pluralité d’éléments de renfort sont prévus le long de la chambre de virage et/ou de l’un des canaux, cette pluralité d’éléments de renfort étant par exemple espacés les uns des autres de manière régulière.

[10] Selon un aspect de l’invention, ces éléments de renfort formés sur la chambre de virage sont tous identiques. [11] Selon un aspect de l’invention, l’élément de renfort présente un profil arrondi lorsqu’il est observé dans une direction perpendiculaire aux plaques, ce profil arrondi présentant une concavité dirigée vers l’extérieur de la chambre de virage ou du canal associé.

[12] Selon un aspect de l’invention, la concavité présente un rayon de courbure, notamment de valeur inférieure à 5 mm, notamment inférieure à 2 mm.

[13] Selon un aspect de l’invention, deux canaux voisins se raccordent sur la chambre de virage en des sections de raccord de sorte qu’un espace intercanaux soit présent sur la chambre de virage entre les deux sections de raccord et l’élément de renfort est situé dans cet espace inter-canaux, notamment au milieu de cet espace inter-canaux.

[14] Selon un aspect de l’invention, les éléments de renforts sont disposés, avec un espacement régulier entre eux, le long d’une ligne longeant la chambre de virage.

[15] Selon un aspect de l’invention, la section de passage de la chambre de virage de fluide est augmentée de part et d’autre de chaque élément de renfort.

[16] Selon un aspect de l’invention, deux canaux de fluide voisins se raccordent à la chambre de virage, et l’élément de renfort qui est formé sur une paroi latérale de la chambre de virage, en vis-à-vis de ces deux canaux de fluide, est disposé de sorte à pouvoir placer un cercle imaginaire inscrit adjacent aux deux canaux voisins et à l’élément de renfort en vis-à-vis, ce cercle inscrit ayant un diamètre notamment inférieur à 15 mm.

[17] Selon un aspect de l’invention, le ou les éléments de renfort sont formés par emboutissage.

[18] De préférence l’élément de renfort est placé dans une zone de jonction d’un canal avec un autre canal ou avec une chambre de virage, cet élément de renfort étant notamment en vis-à-vis de ce canal.

[19] Notamment lorsque u nombre N canaux consécutifs se raccorde à une chambre de virage, il est prévu un nombre M éléments de renfort consécutifs, avec M=N ou M inférieur à N. [20] Selon un aspect de l’invention, des éléments de renfort sont disposés suivant une ligne droite, notamment à égale distance les uns des autres.

[21] Selon un aspect de l’invention, les éléments de renfort permettent d’avoir des sections de passage de fluide plus grandes tout en assurant une bonne tenue mécanique à la déformation. Cette augmentation de la section de passage du fluide réfrigérant s’accompagne d’une diminution de la perte de charge occasionnée. Le gain de section de passage peut être d’environ +40% par rapport à un design classique, sans élément de renfort.

[22] L’invention permet également une amélioration du coefficient de forme.

[23] Selon un aspect de l’invention, la chambre de virage peut être agencée pour permettre un retournement de l’écoulement de fluide, ou de pour permettre une collecte de fluide en entrée ou en sortie de fluide. Dans ce dernier cas, la chambre de virage peut être appelée chambre de collecte d’entrée ou de sortie de fluide.

[24] 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 ou batterie étant en contact thermique avec la plaque supérieure du dispositif de refroidissement.

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

[26] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon de refroidissement ;

[27] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de la [Figure 1] selon une vue différente,

[28] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un autre exemple de l’invention, avec des détails sur une partie des plaques. [29] On a représenté sur la [Figure 1] et sur la [Figure 2] un système 1 comportant un ensemble de cellules de batterie 2 à refroidir, par exemple rangées suivant deux rangées ou plus, et un dispositif de refroidissement 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.

[30] 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 13 de circulation pour un fluide caloporteur, notamment un fluide réfrigérant, notamment un fluide choisi parmi les fluides réfrigérants suivants R134a, R1234yf ou R744. Les canaux 13 sont regroupés par groupes 14 de canaux, les canaux d’un groupe s’étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres avec un espacement prédéterminé entre canaux voisins appelé espacement intra-groupe 15. Les canaux 13 présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 15 mm2, étant par exemple localement d’environ 11 mm2 dans chaque canal. Les canaux 13 s’étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques.

[31] Les plaques sont réalisées en aluminium.

[32] Le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage 20 agencée pour conduire le fluide sortant de l’un des groupes 14 de canaux vers l’un des autres groupes de canaux. La chambre de virage 20 est formée par les plaques supérieure 11 et inférieure 12, par exemple en aluminium. La plaque inferieure 12 comporte une zone emboutie 21 agencée pour participer à la formation de la chambre de virage 20. La zone emboutie 21 est fermée avec l’autre des plaques 11 qui est plane pour former la chambre de virage 20. La chambre de virage 20 s’étend sur un côté 23 des plaques.

[33] Le dispositif de refroidissement comporte une zone d’entrée 30 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d’entrée étant formée entre les deux plaques 11 et 12. Cette zone d’entrée 30 de fluide est agencée pour alimenter tous les canaux 13 de circulation de fluide qui débouchent sur la chambre de virage 20, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s’écoule vers la chambre de virage. Cette zone d’entrée 30 est commune aux groupes 14 de canaux. Le dispositif de refroidissement comporte une zone de sortie 31 de fluide réfrigérant des canaux, cette zone de sortie étant formée entre les deux plaques 1 1 et 12. Cette zone de sortie 31 de fluide est agencée pour conduire le fluide sortant de tous les canaux 13 de circulation de fluide qui proviennent de la chambre de virage. Cette zone de sortie 31 est commune aux deux groupes de canaux. Les zones d’entrée 30 et 31 et de sortie sont adjacentes à un orifice d’entrée 32, respectivement de sortie 33. Les orifices d’entrée 32 et de sortie 33 sont reliés à un bloc de raccord 6 de tubulures.

[34] La plaque inférieure 2 comporte des zones 37 de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec la plaque supérieure les canaux 13. Les zones d’entrée 30 et de sortie 31 comportent des zones embouties de la plaque inferieure 12.

[35] Préférentiellement le fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides réfrigérants d’appellation R134a, R1234yf ou R744.

[36] Les cellules de batterie comprennent par exemple une pluralité de batteries au lithium-ion (Li-ion) pour une utilisation dans un véhicule hybride. Dans un autre mode de réalisation, la pluralité de cellules de batterie sont des batteries Li- ion pour une utilisation dans un véhicule électrique à batterie. La chambre de virage 20 et/ou la zone d’entrée 30 et/ou la zone de sortie 31 comportent, le cas échéant, des éléments de renfort pour renforcer la tenue mécanique dans ces zones qui sont potentiellement de plus forte section.

[37] On a représenté sur la [Figure 3] un détail d’un dispositif selon un exemple de réalisation de l’invention, qui reprend la plupart des éléments de l’exemple décrit précédemment.

[38] Il sera ici davantage décrit une chambre de virage et les canaux qui s’y raccordent.

[39] Des canaux 13 débouchent dans une chambre de virage 20 grâce à laquelle le fluide peut accomplir un virage.

[40] Les flèches 28 matérialisent le sens de l’écoulement du fluide dans les canaux 13 et la chambre de virage 20.

[41 ] La chambre de virage 20 comporte des éléments de renfort mécanique 27 formés sur une paroi de cette chambre de virage 20, chaque élément de renfort 27 étant agencé pour améliorer la tenue mécanique de la chambre contre de potentielles déformations sous l’action d’une pression élevée.

[42] Chaque élément de renfort 27 s’étend sur toute la hauteur de la chambre de virage 20.

[43] La chambre de virage 20 et les canaux 13 présentent chacun une longueur mesurée suivant un sens d’écoulement du fluide, et chaque élément de renfort 27 s’étend sur une partie seulement de la longueur de la chambre de virage 20, ici moins de 1/5 ou 1/8 ou 1/10 de la longueur totale de la chambre de virage 20 associée.

[44] Les éléments de renfort 27 sont prévus le long de la chambre de virage 20, cette pluralité d’éléments de renfort étant espacés les uns des autres de manière régulière.

[45] Ces éléments de renfort 27 formés sur la chambre de virage 20 sont tous identiques, de même forme et de mêmes dimensions.

[46] Des éléments de renfort de dimensions et/ou dimensions différents pourraient, en variante, être prévus.

[47] Chaque élément de renfort 27 présente un profil arrondi lorsqu’il est observé dans une direction perpendiculaire aux plaques, ce profil arrondi présentant une concavité 29 dirigée vers l’extérieur de la chambre de virage 20 associé.

[48] La concavité 29 présente un rayon de courbure, notamment de valeur inférieure à 5 mm, notamment inférieure à 2 mm. Le rayon de courbure est celui du cercle en pointillés sur la figure 3, avec une valeur de 1 .1 mm.

[49] Deux canaux voisins 13 se raccordent sur la chambre de virage 20 en des sections de raccord 18 de sorte qu’un espace 19 inter-canaux soit présent sur la chambre de virage 20 entre les deux sections de raccord 18 et l’élément de renfort 27 est situé dans cet espace inter-canaux, ici au milieu de cet espace inter-canaux.

[50] Les éléments de renforts 27 sont disposés, avec un espacement régulier entre eux, le long d’une ligne 36 longeant la chambre de virage 20. [51 ] Les éléments de renfort 27 sont formés par emboutissage sur a plaque correspondante.

[52] Les éléments de renfort 27 permettent d’avoir des sections de passage de fluide plus grandes tout en assurant une bonne tenue mécanique à la déformation. Cette augmentation de la section de passage du fluide réfrigérant s’accompagne d’une diminution de la perte de charge occasionnée. Le gain de section de passage peut être d’environ +40% par rapport à un design classique, sans élément de renfort.

[53] Deux canaux de fluide voisins se raccordent à la chambre de virage, et l’élément de renfort 27 qui est formé sur une paroi latérale de la chambre de virage, en vis-à-vis de ces deux canaux de fluide, est disposé de sorte à pouvoir placer un cercle imaginaire 26 inscrit adjacent aux deux canaux voisins et à l’élément de renfort en vis-à-vis, ce cercle inscrit 26 ayant un diamètre inférieur à 15 mm.

[54] On remarquera que la section de passage 25 de la chambre de virage 20 de fluide est augmentée de part et d’autre de chaque élément de renfort 27.

[55] La chambre de virage 20 peut être agencée pour permettre un retournement de l’écoulement de fluide, ou de pour permettre une collecte de fluide en entrée ou en sortie de fluide. Dans ce dernier cas, la chambre de virage peut être appelée chambre de collecte d’entrée ou de sortie de fluide.

[56] Dans une variante, un ou des éléments de renfort 27 peuvent être formés sur l’un au moins des canaux 13, notamment sur une portion non-linéaire de ce canal.