TITRE DE L'INVENTION : COMPARTIMENT POUR UN EQUIPEMENT SUSCEPTIBLE DE DEGAGER DE LA

CHALEUR

[1] La présente invention concerne un compartiment pour un équipement susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile.

[2] Les demandes de brevet US2017176108 et WO 2013056938 décrivent des échangeurs de chaleur pour refroidir des cellules de batterie. Par ailleurs la demande de brevet US 2011/0206967 A décrit un exemple de telle batterie. Dans cette demande, les cellules sont stockées dans des containers ayant des logements de réception des cellules. Une paroi des containers, destinées à être en contact avec une paroi d’un container voisin présente des renfoncements formant une partie de conduit de circulation d’un fluide caloporteur.

[3] La présente invention vise notamment à simplifier la fabrication de compartiment pour recevoir des cellules de batterie.

[4] La présente invention a ainsi pour objet un compartiment pour un équipement susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ce compartiment comportant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, ce canal étant obtenu par moulage d’une matière à base de polymère, avec injection assistée d’un fluide, notamment injection assistée d’un gaz ou d’un liquide, pour former ce canal dans la matière à base de polymère.

[5] L’invention permet notamment d’avoir un compartiment, par exemple pour recevoir des cellules de batterie, qui présente également une fonction de refroidissement de ces cellules, dont la fabrication est simplifiée.

[6] La formation du ou des canaux de fluide de refroidissement dans la matière à base de polymère par injection assistée d’un liquide ou d’un gaz permet d’avoir un procédé de fabrication en une étape, au lieu d’un procédé à plusieurs étapes pour former le ou les canaux qui nécessiteraient une soudure. Ainsi l’invention permet d’éviter certains problèmes d’étanchéité liés à des fuites de fluide de refroidissement. Dans l’invention, comme le ou les canaux sont formés par des formes creuses directement dans la matière, on évite ces problèmes de fuite. Les opérations de fabrication sont en outre simplifiées.

[7] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une paroi interne sans jointure, comme le résultat du creusement de la matière à base de polymère par le fluide injecté lors du moulage.

[8] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une forme cylindrique, au moins sur une partie de sa longueur, notamment avec une section transversale en rectangle ou ovale ou ronde.

[9] Selon l’un des aspects de l’invention, la matière à base de polymère dans laquelle est formée le canal est liée à une feuille en matériau composite à base de polymère.

[10] Cette liaison est notamment le résultat d’un moulage, notamment surmoulage ou co-moulage, entre la matière qui comporte le ou les canaux pour la circulation de fluide de refroidissement et cette feuille en matériau composite.

[11] Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille en matériau composite comporte une ouverture et la matière qui forme le canal passe à travers cette ouverture de sorte ce canal passe aussi à travers cette ouverture de la feuille.

[12] Selon l’un des aspects de l’invention, la matière dans laquelle et formé le canal se présente sous la forme d’une couche qui s’étend sur une face de la feuille de matériau composite.

[13] Selon l’un des aspects de l’invention, cette couche de matière et la feuille sont planes sur une partie au moins de leur superficie.

[14] Selon l’un des aspects de l’invention, cette couche et la feuille comporte un bord incliné par rapport à cette partie plane, et le canal passe dans la couche de matière sur ce bord.

[15] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal dans la matière se raccorde à un organe de connexion fluidique, notamment sur ce bord incliné.

[16] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal dans la matière comporte des moyens adaptés pour un raccordement à un organe de connexion fluidique. [17] Selon l’un des aspects de l’invention, cet organe de connexion fluidique est moulé par la matière de la couche qui comprend le canal.

[18] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche de matière comporte au moins deux canaux issus d’injection assistée, ces canaux étant notamment parallèles sur une majeure partie de leur longueur.

[19] Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment comporte une plaque de refroidissement disposée d’un côté de la feuille en matériau composite qui est opposé au côté de la couche de matière moulée.

[20] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque est agencée pour être parcourue par un fluide de refroidissement circulant également dans les canaux de la couche moulée. Ces canaux sont notamment des canaux nourriciers qui respectivement alimentent et évacuent le fluide de refroidissement circulant dans la plaque. Il est par exemple prévu un seul canal nourricier d’alimentation et un seul canal nourricier d’évacuation.

[21] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche qui comporte les canaux nourriciers comporte une portion de connexion réalisée d’un seul tenant avec le reste de la couche et qui est agencée pour être connectée à la plaque de refroidissement. Cette portion de connexion fait saillie à travers la feuille en matériau composite.

[22] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont formés uniquement dans la couche de matière moulée, autrement dit les canaux ne sont pas formés par l’assemblage de deux couches distinctes par exemple.

[23] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche comporte des sillons pour former les canaux et des nervures de renfort, notamment en forme de nid d’abeille, pour le renfort mécanique du compartiment.

[24] Ainsi la couche moulée occupe que partiellement la face extérieure de la feuille composite, et non toute cette face. Cette couche moulée occupe par exemple moins de 50% de la face extérieure de la feuille, voire moins de 25% de celle-ci.

[25] L’invention concerne encore un module de stockage d’énergie électrique comportant une pluralité de cellules de batterie notamment disposées suivant une rangée, et un compartiment tel que décrit ci-dessus, les cellules étant placées dans ce compartiment en interaction thermique avec la plaque de refroidissement.

[26] Selon l’un des aspects de l’invention, ce compartiment présentant une partie plane pour recevoir l’élément à refroidir.

[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une section transversale rectangulaire avec un ratio W/H supérieur ou égale à 4 pour une hauteur de canal H inférieure à 3 mm et un ratio W/H supérieure ou égale à 2 pour une hauteur de canal H supérieure ou égale à 3 mm, le ratio W/H étant inférieur à 10, où W est une largeur du canal et H la hauteur du canal, cette hauteur H étant mesurée suivant une direction perpendiculaire à la partie plane et la largeur étant mesurée dans la section transversale et perpendiculairement à la direction de mesure de la hauteur.

[28] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une section transversale elliptique, notamment circulaire, avec une section de passage S de fluide supérieure ou égale à 20 mm2, avec un diamètre hydraulique Dh inférieur à 5 pour une hauteur inférieure à 3, et un diamètre hydraulique inférieur à 4 pour une hauteur de canal supérieure ou égale à 3.

[29] Le déposant a constaté que ces valeurs de dimensionnement des canaux permettent une fabrication fiable et une bonne compatibilité en termes de pertes de charges, notamment dans des applications de refroidissement de batterie.

[30] L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un compartiment pour un équipement susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement tel que décrit ci-dessus, le procédé comportant l’étape de former une couche de matière à base de polymère, avec injection assistée d’un fluide pour former un canal dans cette couche.

[31] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : [32] [Fig.1 ] est une vue schématique d’une enveloppe selon un exemple de l’invention, de côté,

[33] [Fig.2] représente l’enveloppe de la [Fig.1 ], perpendiculairement au plan de l’enveloppe, avant pliage des parois,

[34] [Fig.3] représente une section transversale du compartiment de la [Fig.1 ],

[35] [Fig.4] représente la variation de la chute de pression, en mbar, en fonction du ratio W/FI pour différentes hauteurs de canal,

[36] [Fig.5] représente la variation de la chute de pression, en mbar, en fonction de la Section S pour différentes hauteurs de canal,

[37] [Fig.6] représente la variation de la chute de pression, en mbar, en fonction du diamètre hydraulique pour différentes hauteurs de canal.

[38] On a représenté sur les figures 1 et 2 un module 1 de stockage d’énergie électrique comportant une pluralité de cellules de batterie, visibles sur la figure 2, et un compartiment 2.

[39] Ce compartiment 2 comporte deux canaux 3 de circulation d’un fluide de refroidissement, visibles sur la figure 1 , qui sont parallèles. Ce compartiment 2 définit, avec un couvercle non représenté, un boitier 5 qui contient les cellules de batterie 9. Le fond de ce boitier 5 est sur ce compartiment 2.

[40] Chaque canal 3 est obtenu par moulage d’une matière 8 à base de polymère, avec injection assistée d’un fluide, notamment injection assistée d’un gaz ou d’un liquide, pour former ce canal 3 dans la matière à base de polymère.

[41 ] Chaque canal 3 présente une paroi interne 10 sans jointure, comme le résultat du creusement de la matière à base de polymère par le fluide injecté lors du moulage.

[42] Chaque canal 3 présente une forme cylindrique, au moins sur une partie de sa longueur, notamment avec une section transversale en rectangle ou ovale ou ronde.

[43] La matière 8 à base de polymère dans laquelle est formée les canaux 3 est liée à une feuille 11 en matériau composite à base de polymère. [44] Cette liaison est le résultat d’un surmoulage ou co-moulage entre la matière qui comporte les canaux 3 pour la circulation de fluide de refroidissement et cette feuille 11 en matériau composite.

[45] La feuille 11 en matériau composite comporte des ouvertures 13 et la matière 8 qui forme les canaux 3 passe à travers ces ouvertures 13 de sorte chaque canal 3 passe aussi à travers cette ouverture 13 associée de la feuille 11.

[46] La matière 8 dans laquelle et formé le canal se présente sous la forme d’une couche qui s’étend sur une face de la feuille de matériau composite.

[47] La feuille 11 est plane sur une partie au moins de sa superficie dans une région plane 17.

[48] Cette couche 8 et la feuille 11 comporte un bord incliné 15 par rapport à cette région plane 17, et le canal 3 passe dans la couche de matière 8 sur ce bord 15.

[49] Chaque canal 3 dans la matière se raccorde à un organe de connexion fluidique 27, sur ce bord incliné 15.

[50] Chaque organe de connexion fluidique 27 est surmoulé par la matière de la couche 3.

[51 ] Le compartiment 2 comporte une plaque de refroidissement 20 disposée d’un côté 21 de la feuille en matériau composite qui est opposé au côté 22 de la couche 3.

[52] La plaque 20 est agencée pour être parcourue par un fluide de refroidissement circulant également dans les canaux 3 de la couche. Ces canaux 3 sont des canaux nourriciers qui respectivement alimentent et évacuent le fluide de refroidissement circulant dans la plaque 20. Il est par exemple prévu un seul canal nourricier d’alimentation et un seul canal nourricier d’évacuation.

[53] La plaque 20 est formée de deux sous-plaques 24 qui, une fois assemblées, forment un circuit de circulation de fluide de refroidissement.

[54] La couche 3 comporte des portions de connexion 29 réalisées d’un seul tenant avec le reste de la couche et qui sont agencées pour être connectées à la plaque de refroidissement 20. Cette portion de connexion 29 fait saillie à travers la feuille en matériau composite et est parcoure par le canal 3 associé pour amener ce canal 3 jusqu’à la plaque 20. Cette plaque 20 est en regard de la feuille 11.

[55] La couche 3 comporte des sillons 33 pour former les canaux et des nervures de renfort 34, notamment en forme de nid d’abeille, pour le renfort mécanique du compartiment 2.

[56] Le fluide pour l’injection assistée peut être de l’eau.

[57] Ainsi la couche 3 occupe que partiellement la face extérieure de la feuille composite, et non toute cette face. Cette couche occupe par exemple moins de 50% de la face extérieure de la feuille 11 , voire moins de 25% de celle-ci.

[58] Les cellules 9 sont placées dans ce compartiment 2 en interaction thermique avec la plaque de refroidissement 20.

[59] Chaque canal 3 présente une longueur d’au moins 5 cm, notamment d’au moins 10 cm.

[60] Le matériau composite de la feuille 11 comprend des fibres de verre, éventuellement en variante des fibres de carbone ou d’une autre nature, pré imprégnées d’une résine thermoplastique.

[61] Le compartiment 2 présente un bord relevé 36 sur son pourtour.

[62] La structure en nid d’abeille 34 est vers l’extérieur du boitier 5.

[63] Le liquide de refroidissement mis en oeuvre dans ce cas peut notamment être un réfrigérant liquide à base de dioxyde de carbone, comme du R744 par exemple, du 2, 3, 3, 3-tétrafluoropropène (ou HFO-1234yf) ou du 1 , 1 , 1 , 2- tétrafluoroéthane (ou R-134a). Le liquide de refroidissement peut également être un nanofluide. Le liquide de refroidissement peut encore être de l’eau, incluant éventuellement des additifs.

[64] 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. [65] La plaque de refroidissement 20 forme un échangeur de chaleur compris dans un circuit de refroidissement, non représenté, du type comprenant un compresseur et d’autres échangeurs thermiques.

[66] Le compartiment 2 et les cellules de batterie 9 forment, avec d’autres composants, un dispositif 40 de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile.

[67] Dans l’exemple décrit à la figure 3, le canal 3 présente une section transversale rectangulaire avec un ratio W/H supérieur ou égale à 4 pour une hauteur de canal H inférieure à 3 mm et un ratio W/H supérieure ou égale à 2 pour une hauteur de canal H supérieure ou égale à 3 mm, le ratio W/H étant inférieur à 10, où W est une largeur du canal et H la hauteur du canal, cette hauteur H étant mesurée suivant une direction perpendiculaire à la partie plane et la largeur étant mesurée dans la section transversale et perpendiculairement à la direction de mesure de la hauteur.

[68] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une section transversale elliptique, notamment circulaire, avec une section de passage S de fluide supérieure ou égale à 20 mm2, avec un diamètre hydraulique Dh inférieur à 5 pour une hauteur inférieure à 3, et un diamètre hydraulique inférieur à 4 pour une hauteur de canal supérieure ou égale à 3.

[69] On constate sur les graphes des figures 4 et suivantes, que la sélection de ces valeurs permettent de limiter les pertes de charge. !