1. Domaine de l'invention

La présente invention concerne un boîtier pour module électrique d'un pack batterie pour véhicule automobile, et un tel pack batterie.

2. Art antérieur

L'énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.

Dans ce type de véhicule, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules électriques formant un ou plusieurs modules disposées dans un boîtier de protection afin de former ce que l'on appelle un pack batterie.

Un problème posé réside dans le fait que durant leur fonctionnement, les batteries sont amenées à chauffer et risquent ainsi de s'endommager.

La régulation thermique de la batterie est, par conséquent, un point important.

En effet, la température de la batterie doit rester comprise entre 20°C et 40°C afin d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie.

Cette régulation de la température de la batterie, et notamment son refroidissement est assuré au moyen d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau ou de l'eau glycolée, qui circule dans les conduites d'un circuit placées à l'intérieur du boîtier du pack batterie et reliant une ou plusieurs plaques thermorégulatrices (ou échangeurs à tubes), en contact avec les modules électriques, de manière à réguler leur température par conduction thermique.

Un tel circuit fait partie d'une boucle de régulation thermique 6 des batteries, illustrée de façon schématique sur la figure 1, qui comprend en outre une pompe P pour forcer la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque d'échange thermique 61 (il pourrait s'agir de plusieurs plaques toutefois). Le fluide caloporteur peut ainsi absorber de la chaleur émise par les modules électriques afin de les refroidir et d'évacuer cette chaleur au niveau d'un échangeur thermique, appelé "chiller", 8, situé à l'extérieur du boîtier du pack-batterie.

La liaison entre l'échangeur thermique, dit "chiller", 8 disposé à l'extérieur du boîtier du pack batterie, et la plaque d'échange thermique 61 se fait par l'intermédiaire d'une bride fixée sur la surface extérieure du boîtier de protection.

Le fluide caloporteur peut également, si besoin est, apporter de la chaleur pour réchauffer les modules électriques.

Pour ce faire, la boucle de régulation thermique 6 comprend un dispositif de chauffage H additionnel, utilisant par exemple des résistances électriques ou des résistances à coefficient de température positif.

Un tel dispositif de chauffage H additionnel est essentiel pour réguler la température des modules électriques, notamment par des températures basses en hiver, où il faut augmenter la température des modules électriques avant de commencer à les charger.

Par ailleurs, les véhicules sont fréquemment équipés d'une installation de chauffage, ventilation, et/ou climatisation pour réguler thermiquement l'espace intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air intérieur à température désirée.

L'installation de chauffage, ventilation, et/ou climatisation comprend généralement une boucle de climatisation 7 à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant, et plus précisément une boucle principale 74 comprenant un compresseur 76 forçant la circulation de fluide réfrigérant dans cette boucle principale 74 pour qu'il traverse un condenseur 77 avant de traverser un dispositif de détente, ou détendeur, TXVl puis un évaporateur 78 (permettant de refroidir un air destiné à circuler vers l'habitacle du véhicule, avant d'atteindre à nouveau le compresseur 76. Dans cette boucle principale 74, le fluide réfrigérant réalise ainsi un cycle thermodynamique dans lequel il évacue sa chaleur au niveau du condenseur 77, et dans lequel il capte la chaleur au niveau de l'évaporateur 78.

La boucle de régulation thermique 6 des modules électriques du pack batterie est en relation avec la boucle de climatisation 7, de façon à permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, notamment destiné au refroidissement des modules électriques.

Le fluide caloporteur du circuit de régulation thermique 6 des modules électriques peut ainsi être refroidi par circulation dans l'échangeur thermique dit chiller 8 de type liquide caloporteur/ réfrigérant, qui est connecté à la boucle de climatisation 7.

Plus précisément, la boucle principale 74 est reliée à l'échangeur thermique dit chiller 8 par l'intermédiaire d'une autre boucle de dérivation 71, qui est raccordée à la sortie du condenseur 77 et à l'entrée du compresseur 76.

Cette boucle de dérivation 71 comprend un détendeur TXV 2 que le fluide réfrigérant traverse avant de circuler dans l'échangeur thermique dit chiller 8 pour ensuite retourner dans la boucle principale en étant réinjecté en entrée du compresseur 76.

Cependant, une telle solution est encombrante et ne satisfait pas aux exigences actuelles du domaine automobile.

En effet, du fait de la perpétuelle augmentation du niveau d'électrification des véhicules hybrides et électriques, il est nécessaire d'augmenter la quantité de modules de stockage d'énergie électrique.

Or, l'espace alloué à l'intégration de tels modules électriques est limité, de sorte qu'il est nécessaire d'optimiser l'encombrement de la boucle de régulation thermique des modules électriques du pack batterie, et plus généralement du système de conditionnement thermique du véhicule comprenant une première boucle de climatisation et une deuxième boucle de régulation thermique d'une batterie du véhicule. 3. Résumé de l'invention

L'invention propose à cet effet un boîtier notamment d'un pack batterie pour véhicule automobile, comprenant un espace intérieur destiné à contenir au moins un module électrique et un circuit interne de transport d'un fluide caloporteur comprenant au moins un dispositif de régulation thermique dudit au moins un module électrique.

Selon l'invention, le boîtier porte sur sa surface extérieure un échangeur thermique, dit chiller, relié au circuit interne de transport d'un fluide caloporteur dudit boîtier, ledit échangeur thermique, dit chiller, étant destiné à être relié d'une part à une boucle de climatisation dudit véhicule dans laquelle un fluide réfrigérant est destiné à circuler et d'autre part à une boucle de régulation thermique dudit au moins un module électrique dans laquelle le fluide caloporteur est destiné à être mis en mouvement de sorte à ce qu'il circule dans le circuit interne dudit boîtier.

L'invention consiste à fixer un échangeur thermique, dit chiller, sur le boîtier de protection du pack batteries et à le connecter directement avec le circuit de transport d'un fluide caloporteur, dit circuit de refroidissement, situé dans le boîtier. La connexion avec la boucle de climatisation (côté réfrigérant) reste externe au boîtier.

Cette approche permet de supprimer :

- la bride de connexion fixée sur la surface extérieure des boîtiers de protection de l'art antérieur qui assure la liaison entre le « chiller », disposé à l'extérieur du boîtier de protection, et les plaques ou tubes d'échange thermique disposés au sein du boîtier, et

- les tubulures de connexion entre le « chiller » et la bride de connexion du boîtier. Ceci permet en outre de diminuer le nombre de connexions fluidiques dans la boucle de régulation thermique, et ainsi de réduire les risques de fuite de fluide caloporteur.

Cette solution réduit, par ailleurs, l'encombrement de la boucle de régulation thermique (et plus généralement du système de conditionnement thermique du véhicule), et s'avère moins coûteuse que les solutions de l'art antérieur.

L'échangeur thermique, dit chiller, placé sur le boîtier, met en relation la boucle de régulation thermique de la batterie avec la boucle de climatisation du véhicule, de façon à permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, notamment destiné au refroidissement des cellules électriques formant le ou les modules de batterie.

Le fluide caloporteur peut ainsi absorber de la chaleur émise par les cellules électriques afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau de l'échangeur thermique, dit chiller, dans lequel le fluide caloporteur est en contact thermique avec le fluide réfrigérant.

Ledit échangeur thermique, dit chiller, comprend un passage de circulation du fluide réfrigérant du circuit de climatisation dudit véhicule et des conduits d'entrée et de sortie du fluide caloporteur reliés au circuit interne de transport d'un fluide caloporteur dudit boîtier, de sorte à ce que le fluide caloporteur circulant dans lesdits conduits d'entrée et de sortie échange thermiquement avec le fluide réfrigérant circulant dans ledit passage de circulation.

En d'autres termes, la boucle de régulation thermique échange thermiquement avec la boucle de climatisation à l'intérieur de l'échangeur thermique, dit chiller.

Selon un aspect particulier de l'invention, les conduits d'entrée et de sortie du fluide caloporteur dudit échangeur thermique, dit chiller, sont logés en partie, de façon étanche, dans des trous traversant une paroi du boîtier et débouchant dans le circuit interne de transport d'un fluide caloporteur dudit boîtier.

De cette façon, la fixation de l'échangeur thermique, dit chiller, est intégrée dans le boîtier du pack batterie.

Selon un aspect particulier de l'invention, les trous traversant une paroi du boîtier sont obturés par une plaque de fermeture recouvrant au moins en partie la face interne de ladite paroi et destinée à venir en contact thermique avec ledit au moins un module électrique.

Selon un aspect particulier de l'invention, le circuit interne de transport d'un fluide caloporteur dudit boîtier comprend des canaux de passage du fluide caloporteur qui sont ménagés dans ladite paroi du boîtier et qui communiquent chacun avec un desdits trous.

Selon un aspect particulier de l'invention, un tube du circuit interne de transport d'un fluide caloporteur dudit boîtier est disposé dans chacun desdits trous, la surface extérieure dudit tube venant au contact de la surface périphérique intérieure dudit trou correspondant et la surface intérieure dudit tube étant en contact étanche avec la surface extérieure du conduit d'entrée et du conduit de sortie du fluide caloporteur respectivement dudit échangeur thermique, dit chiller.

Selon un aspect particulier de l'invention, chacun desdits tubes est surmoulé dans le trou correspondant.

Selon un aspect particulier de l'invention, le boîtier comprend sur sa surface extérieure des moyens de fixation de l'échangeur thermique, dit chiller.

L'invention concerne également un pack batterie, pour véhicule automobile, comprenant un boîtier tel que décrit précédemment.

L'invention concerne, par ailleurs, un système de conditionnement thermique d'un véhicule comprenant une première boucle de climatisation et une deuxième boucle de régulation thermique d'une batterie du véhicule logée dans un boîtier tel que décrit précédemment. 5. Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnés à titres de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des figures annexées, à savoir :

la figure 1 est une représentation schématique d'un système de conditionnement thermique d'un véhicule automobile selon l'art antérieur, décrit précédemment ;

- la figure 2 est une représentation schématique d'un boîtier de protection d'un pack-batterie d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention ;

la figure 3 illustre schématiquement une première solution de raccordement d'un échangeur thermique, dit chiller, sur le boîtier de protection d'un pack-batterie de la figure 2 ;

la figure 4 illustre schématiquement une deuxième solution de raccordement d'un échangeur thermique, dit chiller, sur le boîtier de protection d'un pack-batterie de la figure 2. 5. Description détaillée de l'invention

Dans la présente description, on entend par « pack-batterie « , un boîtier dans lequel sont logés :

- une batterie constituée d'au moins un module électrique comprenant plusieurs cellules de stockage d'énergie électrique, et

- des moyens de régulation thermique de ce module électrique, sous la forme d'au moins une plaque thermorégulatrice ou d'un échangeur thermique à tubes en contact thermique avec le module.

Par ailleurs, le terme « batterie » désigne un dispositif de stockage d'énergie électrique composé d'une ou plusieurs cellules électriques et, également, un ensemble composé d'un ou plusieurs dispositifs de stockage d'énergie électrique comprenant, respectivement, une ou plusieurs cellules électriques.

La plaque thermorégulatrice est en général refroidie et, donc, refroidissante pour le module.

Toutefois, il n'est pas exclu qu'elle puisse servir, au moins provisoirement, à chauffer un module pour l'amener à une température de fonctionnement optimale, alors que les conditions climatiques sont défavorables.

La figure 2 est une représentation schématique d'un boîtier 13 de protection d'un pack-batterie 1.

Un tel boîtier est destiné à être mis en œuvre dans un système de conditionnement thermique d'un véhicule électrique ou hybride comprenant tel que décrit précédemment, en relation avec la figure 1, une première boucle de climatisation et une deuxième boucle de régulation thermique d'une batterie du véhicule.

Le boîtier 13 est de forme générale parallélépipédique et comprend des parois délimitant une enceinte fermée et étanche dans laquelle est reçue au moins un module électrique (non illustré) formant la batterie.

L'enceinte comprend en outre un circuit interne de transport d'un fluide caloporteur (non illustré), tel que de l'eau glycolée, comprenant au moins un dispositif de régulation thermique, prenant la forme d'une plaque thermorégulatrice (non illustrée) du module électrique, en contact thermique avec ce dernier.

De façon avantageuse, un échangeur thermique 2 du type « chiller » (en anglais) est porté par une surface extérieure du boîtier 13 de protection.

Il se présente sous la forme d'un bloc pouvant être fixé par vissage sur le boîtier 13 et comprenant sur une première face une bride de raccordement 21 dans laquelle sont ménagés un port d'entrée 21A de liquide réfrigérant, un port de sortie 21B de liquide réfrigérant et un passage en U (non visible) du liquide réfrigérant reliant le port d'entrée 21A au port de sortie 21B.

Ce passage du liquide réfrigérant est destiné à faire partie de la boucle de climatisation du système de conditionnement thermique du véhicule.

Le bloc est traversé par un conduit d'entrée 22A et un conduit de sortie

22B cylindriques de fluide caloporteur faisant saillie sur ses première et deuxième faces opposées. L'extrémité des conduits 22A, 22B située du côté de la deuxième face (non visible sur la figure 2), formant élément mâle, est destinée à être introduite dans un trou 132 cylindrique, formant élément femelle, ménagé dans une paroi du boîtier 13.

Les deux trous 132 cylindriques débouchent au niveau de deux embases 131 prenant la forme d'un cylindre aplati 131 faisant saillie sur la surface extérieure du boîtier 13.

Les deux trous 132 débouchent d'autre part dans le circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13.

La fixation du bloc formant échangeur thermique 2 du type « chiller » directement sur le boîtier 13 est aisée et permet de s'affranchir de la mise en œuvre d'une bride de raccordement sur le boîtier conformément à l'art antérieur, mais aussi de réduire le nombre de connections et les risques de fuite de fluide caloporteur.

L'approche de l'invention permet donc de réduire, d'une manière générale, l'encombrement et le poids de la boucle de régulation thermique des cellules électriques formant la batterie.

Plus généralement, ceci permet de réduire l'encombrement du système de conditionnement thermique dans le véhicule automobile, de faciliter son installation et de minimiser les risques de non-étanchéité de part la réduction du nombre de connexions fluidiques.

La figure 3 illustre une première solution de raccordement de l'échangeur thermique ou chiller 2, et en particulier de ses conduits d'entrée 22A et de sortie 22B de fluide caloporteur, avec le circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13.

Tel qu'illustré, une extrémité du conduit d'entrée 22A de fluide caloporteur de l'échangeur thermique ou chiller 2 est logée dans un trou 132 traversant une paroi du boîtier 13.

Ce trou 132 débouche dans un canal (non visible) ménagé dans la même paroi du boîtier 13, le canal étant relié au circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13 et destiné à alimenter en fluide caloporteur la plaque thermorégulatrice du pack batterie.

On comprend qu'une extrémité du conduit de sortie 22B de fluide caloporteur de l'échangeur thermique ou chiller 2 est logée dans l'autre trou 132 traversant la même paroi du boîtier 13.

Ce trou 132 est configuré pour diriger le fluide caloporteur dans un canal (non visible) ménagé dans la même paroi du boîtier 13, le canal étant relié au circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13 et destiné à évacuer le fluide caloporteur provenant de la plaque thermorégulatrice du pack batterie.

Les trous 132 et les canaux 134 correspondants sont obturés par une plaque 133 de fermeture, en aluminium par exemple, qui est disposée de façon étanche contre la surface intérieure du boîtier 13.

Cette plaque 133 de fermeture constitue dans cet exemple la plaque thermorégulatrice destinée à venir en contact thermique avec le module du pack batterie.

Dans un exemple de réalisation, cette plaque 133 d'échange thermique peut former un fond du boîtier 13. En conséquence, la batterie repose sur la plaque d'échange thermique.

Toutefois, la plaque d'échange thermique peut être disposée sur un ou plusieurs cotés du boîtier 13, en étant en contact thermique avec la batterie. Il est à noter que l'étanchéité entre le conduit d'entrée 22A de l'échangeur thermique ou chiller 2 et le trou 132 cylindrique est assurée par un joint torique 23 porté par le conduit d'entrée 22A.

Par ailleurs, la fixation du bloc constituant l'échangeur thermique ou chiller 2 sur le boîtier 13 est assurée par vissage ou tout autre moyen adapté. Sur la figure 2, la surface extérieure du boîtier 13 présente deux taraudages destinés à recevoir des vis de fixation traversant des trous ménagés sur les côtés du bloc.

La figure 4 illustre une deuxième solution de raccordement de l'échangeur thermique ou chiller 2, et en particulier de ses conduits d'entrée 22A et de sortie 22B de fluide caloporteur, avec le circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13.

Tel qu'illustré, une extrémité du conduit d'entrée 22A de fluide caloporteur de l'échangeur thermique ou chiller 2 est logée dans un tube 135 s'étendant en partie dans le trou 132 qui traverse une paroi du boîtier 13.

Le tube 135 est ici en partie surmoulé dans le trou 132 et est relié au circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13 de sorte à alimenter en fluide caloporteur la plaque thermorégulatrice du pack batterie.

On comprend qu'une extrémité du conduit de sortie 22B de fluide caloporteur de l'échangeur thermique ou chiller 2 est logée dans un autre tube 135 et que ce dernier est relié au circuit interne de transport du fluide caloporteur du boîtier 13 de sorte à évacuer le fluide caloporteur provenant de la plaque thermorégulatrice du pack batterie.

On note que la surface extérieure dudit conduit d'entrée 22A vient au contact de la surface périphérique intérieure dudit tube 135 et que l'étanchéité entre le conduit d'entrée 22A et le tube 135 est assurée par un joint torique 23 porté par le conduit d'entrée 22A.

Par ailleurs, la fixation du bloc constituant l'échangeur thermique ou chiller 2 sur le boîtier 13 est assurée par vissage ou tout autre moyen adapté. En fonctionnement, l'échangeur thermique ou chiller 2 est connecté à la boucle de climatisation dans lequel un liquide réfrigérant circule et à la boucle de régulation thermique dans lequel un fluide caloporteur circule, de sorte que le fluide caloporteur est refroidi par le réfrigérant au niveau de l'échangeur thermique ou chiller 2.

Simultanément à la circulation du fluide caloporteur l'échangeur thermique ou chiller 2, le fluide réfrigérant traverse l'échangeur thermique ou chiller 2 selon un chemin qui peut prendre une forme en « U » ou tout autre forme.

Un tel agencement permet ainsi au fluide réfrigérant de réguler la température du fluide caloporteur.

Le fluide caloporteur peut ainsi absorber la chaleur émise par les cellules électriques du pack batterie afin de les refroidir et/ou selon les besoins, il peut leur apporter de la chaleur si la température des cellules électriques est insuffisante pour leur bon fonctionnement.

Sur la figure 2, des flèches illustrent le sens de circulation du fluide réfrigérant dans l'échangeur thermique ou chiller 2. Il circule ainsi dans le port d'entrée 21A selon une première direction et dans le port de sortie 21B selon une deuxième direction de sens opposé à la première direction.

Des flèches illustrent par ailleurs le sens de circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique ou chiller 2 et dans le boîtier 13.

Dans le mode de fonctionnement dit de « refroidissement » des cellules électriques, le fluide réfrigérant circulant dans l'échangeur thermique ou chiller 2 absorbe la chaleur du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur thermique ou chiller 2 en s'évaporant, ce qui a pour effet de refroidir le fluide caloporteur et donc les cellules électriques constituant la batterie du véhicule.

Ainsi, le fluide caloporteur du circuit de régulation thermique de la batterie du véhicule est refroidi dans l'échangeur thermique dit chiller 2 par le fluide réfrigérant du système de climatisation qui circule également dans cet échangeur thermique dit.

La fonction dite de « chauffage » du fluide caloporteur, et donc des cellules électriques, est assuré de façon connue par la mise en oeuvre d'un chauffe-eau (« water heater » en anglais) disposé dans la boucle de régulation thermique.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titres d'exemples.

Elle englobe diverses modifications et variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention.

Le fluide réfrigérant utilisé dans la boucle de climatisation est, par exemple, un fluide frigorigène gazeux, par exemple un composé fluoré connu sous la dénomination R134a, un hydrofluoroalcène connu sous la dénomination R1234yf ou du dioxyde de carbone connu sous la dénomination R744.

Par ailleurs, le système de conditionnement thermique du véhicule peut mettre en œuvre une unité de commande et des moyens de commutation entre le mode chauffage et le mode de refroidissement des batteries. Dans ce cadre, il met, par exemple, en œuvre une sonde de mesure de la température du fluide caloporteur.

Selon l'invention, le module électrique peut également être un dispositif électrique susceptible de dissiper de la chaleur lors de son fonctionnement, ce dispositif étant agencé ou non pour servir au stockage d'énergie électrique. Ainsi, le module électrique peut être un dispositif autre que des cellules de stockage d'énergie électrique. Le module électrique peut par exemple être un élément d'électronique de puissance.