EP3850290A1 - Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement - Google Patents

Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement

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Publication number
EP3850290A1
EP3850290A1 EP19786372.3A EP19786372A EP3850290A1 EP 3850290 A1 EP3850290 A1 EP 3850290A1 EP 19786372 A EP19786372 A EP 19786372A EP 3850290 A1 EP3850290 A1 EP 3850290A1
Authority
EP
European Patent Office
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channels
fluid
plates
groups
outlet
Prior art date
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Pending
Application number
EP19786372.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Aurélie Bellenfant
Julien VERON
François Busson
Fethy DJALLAL
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • F28D1/0341—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members with U-flow or serpentine-flow inside the conduits
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    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
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    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029—Heat sinks
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a device for thermal regulation, in particular for cooling, in particular for an electrical component capable of giving off heat during its operation, in particular a system for cooling at least one battery or battery cells of a motor vehicle.
  • Cooling devices for vehicle batteries are used.
  • These cooling devices may include cooling plates through which a coolant flows. The cooling plates are installed, as much as possible without space, on the external side of the batteries in order to dissipate the heat or to heat the battery.
  • Cooling devices are known in which the cooling plate is composed of two plate parts which are normally fixed directly to each other.
  • the first plate part is preferably flat
  • the second plate part is preferably a stamped or deformed sheet of metal which has meandering depressions. Said depressions are closed by the flat plate part which is fixed to the stamped plate part, so that refrigerant conduits are formed.
  • Patent EP 2 828 922 B1 describes such a device.
  • the invention aims to improve this type of device.
  • the subject of the invention is therefore a device for thermal regulation, in particular for cooling, for an electrical component capable of generating heat during its operation, in particular for an electrical energy storage module, this system comprising:
  • a lower plate assembled with the upper plate to form together a plurality of circulation channels for a heat transfer fluid, in particular a refrigerant fluid, in particular a fluid chosen from the following refrigerants R134a, R1234yf or R744,
  • the channels being grouped by groups of channels, the channels of the same group being arranged to allow the circulation of refrigerant in the same direction, device in which the plates define collecting chambers arranged to supply fluid or evacuate fluid circulating in the channels, each collecting chamber being dedicated to only one of the groups of channels.
  • the collecting chambers in particular arranged side by side, are separated from each other so that they communicate fluidly with one another only by the groups of channels.
  • these manifolds are not common to two or more groups of channels.
  • Each group of channels presents its dedicated collecting chamber.
  • These collecting chambers are either an inlet collecting chamber for supplying the channels or an outlet collecting chamber for discharging fluid from the channels Thanks to the invention, it is possible to avoid a collecting chamber common to several groups of channels, a common chamber which would then have a large section which needs to be mechanically reinforced.
  • the invention makes it possible to have collecting chambers of smaller dimensions, and therefore more mechanically robust.
  • At least one of the plates in particular the lower plate, has a stamped area arranged to form one of the collecting chambers.
  • each collecting chamber has a stamped zone on the lower plate, stamped zone which forms one face of this chamber.
  • the collecting chambers have a diverging shape from a fluid inlet or outlet orifice towards the group of channels.
  • the fluid inlet or outlet port is arranged to receive a tubing for a fluid connection.
  • the upper and lower plates form a cylindrical passage defining the inlet or outlet opening.
  • each passage is formed by protuberances on the plates, in particular produced by stamping.
  • each collecting chamber is in fluid communication with a fluid tubing.
  • the inlet and outlet orifices are located outside the heat exchange zone with the component to be cooled.
  • the tubes are fixed, in particular brazed, in the passages defining the inlet or outlet orifice.
  • the device comprises a plurality of pipes, in particular four pipes, in particular two fluid inlet pipes and two fluid outlet pipes, this plurality of pipes being connected to the plates on the same right edge of the plates.
  • these pipes are fluidly connected to connection blocks outside the plates.
  • each group of refrigerant channels opens into a small collecting chamber, with better mechanical strength, regardless of the circulation chosen for the exchanger in order to meet the criterion of temperature uniformity.
  • the invention therefore makes it possible, if desired, to standardize the assembly of the two plates and to transfer the circuit stress to the pipes which are usually specific to each vehicle application.
  • the channels are grouped by groups of channels, the channels of a group extending substantially parallel to one another with a predetermined spacing between neighboring channels called intra-group spacing, the intra-group spacing preferably being strictly less than the spacing between two groups of neighboring channels called inter-group spacing.
  • the channels of the groups are all parallel to each other, at least locally, in particular over their entire length, namely all the channels formed by the plates are parallel to each other.
  • the channels all have the same cross section.
  • the channels are rectilinear.
  • the cooling device can thus be produced more simply.
  • the channels extend substantially over the entire length of the plates.
  • the groups of channels are arranged side by side and have the same length.
  • the intra-group spacing between the different channels of the same group of channels is constant.
  • the intra-group spacing between the different channels of the same group of channels is variable.
  • the intergroup spacing between the different groups of channels is constant.
  • the intergroup spacing between the different groups of channels is variable.
  • the cooling device comprises a bend chamber arranged to conduct the fluid leaving one of the channel groups towards one of the other channel groups.
  • all the channels of the group lead to this bend chamber.
  • the turning chamber is formed by the upper and lower plates.
  • one of the upper and lower plates, in particular the lower plate comprises a stamped zone arranged to participate in the formation of the turning chamber.
  • the stamped area is closed with the other of the plates to form the turning chamber.
  • the turning chamber extends on one side of the plates.
  • the device has three or four or more groups of channels.
  • the device comprises two groups of channels.
  • the number of groups of channels dedicated to the circulation of refrigerant in one direction is equal to the number of groups of channels dedicated to the circulation of fluid in the opposite direction.
  • two groups of channels with the same direction of fluid circulation open out onto the turning chamber. These two groups of channels are neighboring.
  • the bend chamber is fluidly connected to two other groups of channels which are arranged to receive the coolant which leaves the bend chamber. These two groups of channels are neighboring.
  • the two groups of inlet channels on the turning chamber are arranged on a branch of the turning chamber and the two groups of outlet channels of the turning chamber bend are arranged on another branch of the bend chamber.
  • these branches of the turning chamber are substantially rectilinear, and perpendicular to the channels.
  • a bend in the bend chamber is arranged to connect the two arms of the bend chamber.
  • the elbow can have an arc shape, for example with an opening of 180 degrees.
  • the cooling device comprises an inlet zone for the coolant of the channels, this inlet zone being formed between the two plates.
  • this fluid inlet zone is arranged to supply all the fluid circulation channels which open onto the turning chamber, namely the channels in which the fluid flows to the bend chamber.
  • this entry area is common to at least two groups of channels.
  • the cooling device comprises an outlet zone for refrigerant fluid from the channels, this outlet zone being formed between the two plates.
  • this fluid outlet zone is arranged to conduct the fluid leaving all the fluid circulation channels which come from the bend chamber.
  • this exit zone is common to at least two groups of channels.
  • the entry and exit zones are adjacent to an entry or exit port, respectively.
  • the inlet and outlet ports are connected to a tubing connector block.
  • the upper plate is flat.
  • the lower plate has rounded cross-sectional areas, in particular stamped areas, to form the channels with the upper plate.
  • the turning chamber allows the creation of the circuit within the plates in order to meet the criterion of temperature uniformity within the device itself, and this, in an approach of cost optimization.
  • the invention also allows, thanks to the plates, to have a reduced size in the direction of the height and to require only a reduced number of parts.
  • the thermal regulation device in particular positioned under the element to be cooled, for example a battery pack, and maintained under it either by a mechanical system, screwing for example, or chemical, bonding for example.
  • the upper plate is arranged in the region which is in direct contact with the element to be cooled, in order to maximize the contact surface with the element to be cooled.
  • the channels are dimensioned so as to respond to a compromise between:
  • This lower plate can be obtained by stamping.
  • the subject of the invention is also a system comprising an electrical component capable of giving off heat during its operation, in particular for an electrical energy storage module, and a cooling device described above, arranged to cool the component. , this component or battery being in thermal contact with the upper plate of the cooling device.
  • the invention also relates to a cooling system as described above, comprising battery cells.
  • FIG. 1 to 2 illustrate, schematically and partially, according to different views, a device according to an example of the invention
  • FIG. 3 and 4 illustrate, schematically and partially, according to different views, a device according to another example of the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show a system 1 comprising a set of battery cells 2 to be cooled, for example rows in two or more rows, and a cooling device 10 arranged to cool the cells 2, which are in thermal contact with an upper plate of the cooling device 10, as explained below.
  • the thermal regulation device 10 comprises:
  • a lower plate 12 assembled with the upper plate 11 to form together a plurality of circulation channels 13 for a heat transfer fluid, in particular a refrigerant fluid, in particular a fluid chosen from the following refrigerants R134a, R1234yf or R744.
  • the channels 13 are grouped by groups 14 of channels, the channels of a group extending substantially parallel to one another with a predetermined spacing between neighboring channels called intra-group spacing 15, the intra-group spacing being strictly less than the spacing between two groups of neighboring channels called intergroup spacing 16.
  • the channels 13 each have a cross section between 1 mm2 and 9 mm2.
  • the channels 13 all have the same cross section and are straight.
  • the channels 13 extend substantially over the entire length of the plates.
  • the groups 14 of channels are arranged side by side and have the same length.
  • the intra-group spacing 15 between the different channels 13 of the same group of channels is constant, in the example considered.
  • the intergroup spacing 16 between the different groups of channels is constant, in the example considered.
  • the cooling device comprises a bend chamber 20 arranged to conduct the fluid leaving one of the groups 14 of channels to one of the other groups of channels.
  • the turning chamber 20 is formed by the upper plates 1 1 and lower 12, for example aluminum.
  • the lower plate 12 has a deep-drawn zone 21 arranged to participate in the formation of the turning chamber 20.
  • the stamped area 21 is closed with the other of the plates 11 which is flat to form the turning chamber 20.
  • the turning chamber 20 extends on one side 23 of the plates.
  • the device comprises four groups 14 of channels.
  • the number of group of channels dedicated to the circulation of refrigerant in one direction is equal to the number of group of channels dedicated to the circulation of fluid in the opposite direction.
  • Two groups 14 of channels with the same direction of fluid circulation open out onto the turning chamber. These two groups of channels are adjacent, on one half of the plates.
  • the turning chamber 20 is fluidly connected to two other groups 14 of channels which are arranged to receive the coolant which leaves the turning chamber. These two groups of channels are neighboring on the other half of the plates.
  • the two groups 14 of inlet channels on the bend chamber 20 are arranged on a branch 25 of the bend chamber and the two groups of outlet channels of the bend chamber are arranged on another branch 26 of the bend chamber turn.
  • An elbow 28 is arranged to connect the two branches 25 and 26 of the turning chamber.
  • the cooling device comprises an inlet zone 30 for the refrigerant of the channels, this inlet zone being formed between the two plates 11 and 12.
  • This fluid inlet zone 30 is arranged to supply all of the fluid circulation channels 13 which open onto the bend chamber 20, namely the channels in which the fluid flows to the bend chamber.
  • This entry area 30 is common to groups 14 of channels.
  • the cooling device comprises an outlet zone 31 for refrigerant fluid from the channels, this outlet zone being formed between the two plates 11 and 12.
  • This fluid outlet zone 31 is arranged to conduct the fluid leaving all the fluid circulation channels 13 which come from the turning chamber.
  • This output zone 31 is common to the two groups of channels.
  • the inlet 30 and 31 and outlet areas are adjacent to an inlet 32, respectively an outlet 33.
  • the inlet 32 and outlet 33 ports are connected to a connector block 6 of pipes.
  • the lower plate 2 comprises zones 37 of rounded cross section, in particular stamped zones, to form the channels 13 with the upper plate.
  • the inlet 30 and outlet 31 areas include stamped areas of the bottom plate 12.
  • the heat transfer fluid can be chosen from the refrigerating fluids of the designation R134a, R1234yf or R744.
  • the heat transfer fluid used is alternately glycol water, without limitation of the glycol titer (0% to 100%).
  • the battery cells include, for example, a plurality of lithium-ion (Li-ion) batteries for use in a hybrid vehicle.
  • the plurality of battery cells are Li-ion batteries for use in a battery electric vehicle.
  • the turning chamber 20 and / or the entry zone 30 and / or the exit zone 31 comprise, where appropriate, reinforcing elements to reinforce the mechanical strength in these zones which are potentially of larger section.
  • These reinforcing elements are for example ribs.
  • connection via the orifices 32 and 33 and the block 6 is modified in this embodiment.
  • the plates 1 1 and 12 define collecting chambers 40 arranged to supply fluid or discharge fluid flowing in the channels 13, each collecting chamber 40 being dedicated to only one of the groups of channels.
  • These collecting chambers 40 are either an inlet collecting chamber for supplying the channels or an outlet collecting chamber for discharging fluid from the channels 13.
  • the lower plate ⁇ has stamped zones 41 arranged to each form one of the collecting chambers 40.
  • each collecting chamber 40 has a stamped zone 41 on the lower plate, stamped zone which forms a face 42 of this chamber.
  • the collecting chambers 40 have a shape which diverges from a fluid inlet or outlet port 44 towards the group of channels 13.
  • Each fluid inlet or outlet port 44 is arranged to receive a pipe 45 for a fluid connection.
  • the lower 12 and upper 11 plates form a passage 47 of preferably cylindrical shape defining the inlet or outlet 44.
  • Each passage 47 is formed by protrusions 48 on the plates, in particular produced by stamping.
  • Each collecting chamber 40 is in fluid communication with a fluid tubing 45.
  • the inlet and outlet orifices 44 are located outside of the heat exchange zone with the component 2 to be cooled.
  • the pipes 45 are fixed, in particular brazed, in the passages 47 defining the inlet or outlet.
  • the device 1 comprises a plurality of pipes 45, in particular four pipes, in particular two fluid inlet pipes and two fluid outlet pipes, this plurality of pipes being connected to the plates on the same straight edge 49 of the plates.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation thermique (10), 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 système comportant : - une plaque supérieure (11), - une plaque inférieure (12) assemblée avec la plaque supérieure pour former ensemble une pluralité de canaux (13) de circulation pour un fluide caloporteur, dispositif dans lequel les plaques définissent des chambres collectrices (40) agencées pour alimenter en fluide réfrigérant ou évacuer du fluide circulant dans les canaux, chaque chambre collectrice étant dédiée à l'un seulement des groupes de canaux (13).

Description

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE, NOTAMMENT DE REFROIDISSEMENT
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 système de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule automobile.
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 peuvent 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.
L’invention vise à améliorer ce type de dispositif. L’invention a ainsi 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 système comportant :
une plaque supérieure,
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,
les canaux étant regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un même groupe étant agencés pour permettre la circulation de fluide réfrigérant dans le même sens, dispositif dans lequel les plaques définissent des chambres collectrices agencées pour alimenter en fluide ou évacuer du fluide circulant dans les canaux, chaque chambre collectrice étant dédiée à l’un seulement des groupes de canaux.
Autrement dit les chambres collectrices, notamment disposées côte à côte, sont séparées les unes des autres de sorte qu’elles communiquent fluidiquement entre elles uniquement par les groupes de canaux. Autrement dit encore, ces chambres collectrices ne sont pas communes à deux groupes de canaux ou plus. Chaque groupe de canaux présente sa chambre collectrice dédiée.
Ces chambres collectrices sont soit une chambre collectrice d’entrée pour alimenter les canaux soit une chambre collectrice de sortie pour évacuer du fluide des canaux Grâce à l’invention, il est possible d’éviter une chambre collectrice commune à plusieurs groupes de canaux, chambre commune qui serait alors de section importante qui a besoin d’être renforcée mécaniquement. L’invention permet d’avoir des chambres collectrices de dimensions plus faibles, et donc plus robustes mécaniquement.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des plaques, notamment la plaque inférieure, présente un zone emboutie agencée pour former l’une des chambres collectrices. Notamment chaque chambre collectrice présente une zone emboutie sur la plaque inferieure, zone emboutie qui forme une face de cette chambre.
Selon l’un des aspects de l’invention, les chambres collectrices présentent une forme divergeant depuis un orifice d’entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’orifice d’entrée ou de sortie de fluide est agencé pour recevoir une tubulure pour une connexion fluidique.
Selon l’un des aspects de l’invention, les plaques inférieure et supérieure forment un passage de forme cylindrique définissant l’orifice d’entrée ou de sortie.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque passage est formé par des protubérances sur les plaques, notamment réalisées par emboutissage.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque chambre collectrice est en communication fluidique avec une tubulure de fluide.
Selon l’un des aspects de l’invention, les orifices d’entrée et de sortie sont localisés hors zone d’échange thermique avec le composant à refroidir. Selon l’un des aspects de l’invention, les tubulures sont fixées, notamment brasées, dans les passages définissant l’orifice d’entrée ou de sortie.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comporte une pluralité de tubulures, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d’entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, cette pluralité de tubulures étant connectées aux plaques sur un même bord droit des plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tubulures sont reliées fluidiquement à des blocs de connexion extérieurs aux plaques.
Ainsi chaque groupe de canaux réfrigérant débouche dans une chambre collectrice de faible dimension, de meilleure tenue mécanique, et ce, quelque soit la circulation choisie pour l’échangeur afin de répondre au critère d’homogénéité de température.
L’invention permet donc, si on le souhaite, de standardiser l’assemblage des deux plaques et de transférer la contrainte de circuitage vers les tubulures qui sont habituellement spécifiques à chaque application véhicule.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont regroupés par groupes 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, l’espacement intra-groupe étant de préférence strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe.
Cette disposition des canaux peut permettre de mieux repartir les efforts de pression et faciliter la fabrication du dispositif et/ou améliorer la tenue mécanique. Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux des groupes sont tous parallèles entre eux, au moins localement, notamment sur toute leur longueur, à savoir tous les canaux formés par les plaques sont parallèles entre eux.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux présentent tous une même section transversale.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont rectilignes. Le dispositif de refroidissement peut ainsi être réalisé plus simplement.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux s’étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, les groupes de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intra-groupe entre les différents canaux d’un même groupe de canaux est constant.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intra-groupe entre les différents canaux d’un même groupe de canaux est variable.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intergroupe entre les différents groupes de canaux est constant.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’espacement intergroupe entre les différents groupes de canaux est variable.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de refroidissement comporte une chambre de virage agencée pour conduire le fluide sortant de l’un des groupes de canaux vers l’un des autres groupes de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, tous les canaux du groupe débouchent sur cette chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de virage est formée par les plaques supérieure et inférieure. Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des plaques supérieure et inférieure, notamment la plaque inferieure, comporte une zone emboutie agencée pour participer à la formation de la chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, la zone emboutie est fermée avec l’autre des plaques pour former la chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de virage s’étend sur un côté des plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comporte trois ou quatre groupes de canaux ou plus.
En variante, le dispositif comporte deux groupes de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre de groupe de canaux dédiés à une circulation de fluide réfrigérant dans un sens est égal au nombre de groupes de canaux dédiés à la circulation de fluide dans le sens opposé.
Selon l’un des aspects de l’invention, deux groupes de canaux de même sens de circulation de fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins.
Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de virage est connectée fluidiquement à deux autres groupes de canaux qui sont agencés pour accueillir le fluide réfrigérant qui quittent la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins.
Selon l’un des aspects de l’invention, ainsi quatre groupes de canaux, voire plus, sont reliés à la chambre de virage commune.
Selon l’un des aspects de l’invention, dans un exemple, les deux groupes de canaux d’arrivée sur la chambre de virage sont disposés sur une branche de la chambre de virage et les deux groupes de canaux de sortie de la chambre de virage sont disposés sur une autre branche de la chambre de virage. Selon l’un des aspects de l’invention, ces branches de la chambre de virage sont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, un coude de la chambre de virage est agencé pour relié les deux branches de la chambre de virage.
Le coude peut présenter une forme en arc de cercle, par exemple avec une ouverture de 180 degrés.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de refroidissement comporte une zone d’entrée de fluide réfrigérant des canaux, cette zone d’entrée étant formée entre les deux plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette zone d’entrée de fluide est agencée pour alimenter tous les canaux de circulation de fluide qui débouchent sur la chambre de virage, à savoir les canaux dans lesquels le fluide s’écoule vers la chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette zone d’entrée est commune à aux moins deux groupes de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de refroidissement comporte une zone d sortie de fluide réfrigérant des canaux, cette zone de sortie étant formée entre les deux plaques.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette zone de sortie de fluide est agencée pour conduire le fluide sortant de tous les canaux de circulation de fluide qui proviennent de la chambre de virage.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette zone de sortie est commune à aux moins deux groupes de canaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, les zones d’entrée et de sortie sont adjacentes à un orifice d’entrée, respectivement de sorite.
Selon l’un des aspects de l’invention, les orifices d’entrée et de sortie sont reliés à un bloc de raccord de tubulures.
Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque supérieure est plane. Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque inférieure comporte des zones de section transversale arrondie, notamment des zones embouties, pour former avec la plaque supérieure les canaux.
Comme on peut le constater, la chambre de virage permet la création du circuit au sein même des plaques afin de répondre au critère d’homogénéité en température au sein même du dispositif, et ce, dans une démarche d’optimisation des coûts.
L’invention permet également, grâce aux plaques, d’avoir un encombrement réduit dans le sens de la hauteur et de ne nécessiter qu’un nombre réduit de pièces.
Le dispositif de régulation thermique notamment positionné sous l’élément à refroidir, par exemple un pack batterie, et maintenu sous celui-ci soit par un système mécanique, vissage par exemple, ou chimique, collage par exemple.
Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque supérieure est agencée dans la région qui se trouve en contact direct avec l’élément à refroidir et ce, afin de maximiser la surface de contact avec l’élément à refroidir.
Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont dimensionnés de telle façon à répondre à un compromis entre :
- la tenue mécanique afin de résister aux sollicitations mécaniques liées à l’utilisation du réfrigérant, notamment pour une étanchéité 15 bars, pression d’éclatement 54 bars et déformation limitée sous pression d’utilisation,
- la performance thermique, par présence d’une section de passage maximale pour limiter les pertes de charge réfrigérantes le long du circuit mais aussi surface mouillée maximale pour favoriser l’échange thermique avec l’élément à refroidir. Ce compromis permet de définir une section maximale à ne pas dépasser, une hauteur et un nombre de canaux et ceci pour chaque épaisseur matière utilisée pour réaliser la plaque inferieure.
Cette plaque inferieure pourra être obtenue par emboutissage.
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.
L’invention a encore pour objet un système de refroidissement tel que décrit plus haut, comportant des cellules de batterie.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel :
- les figures 1 à 2 illustrent, schématiquement et partiellement, suivant différentes vues, un dispositif selon un exemple de l’invention ;
- les figures 3 et 4 illustrent, schématiquement et partiellement, suivant différentes vues, un dispositif selon un autre exemple de l’invention.
On a représenté sur les figures 1 et 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.
Le dispositif de régulation thermique 10 comporte :
- une plaque supérieure 1 1 ,
une plaque inférieure 12 assemblée avec la plaque supérieure 1 1 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, l’espacement intra-groupe étant strictement inférieur à l’espacement entre deux groupes de canaux voisins appelé espacement intergroupe 16.
Les canaux 13 présentent chacun une section transversale comprise entre 1 mm2 et 9 mm2.
Les canaux 13 présentent tous une même section transversale et sont rectilignes.
Les canaux 13 s’étendent sensiblement sur toute la longueur des plaques.
Les groupes 14 de canaux sont disposés côte à côte et présentent la même longueur.
L’espacement intra-groupe 15 entre les différents canaux 13 d’un même groupe de canaux est constant, dans l’exemple considéré.
L’espacement intergroupe 16 entre les différents groupes de canaux est constant, dans l’exemple considéré. 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.
Tous les canaux 13 du groupe débouchent sur cette chambre de virage.
La chambre de virage 20 est formée par les plaques supérieure 1 1 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.
Le dispositif comporte quatre groupes 14 de canaux.
Le nombre de groupe de canaux dédiés à une circulation de fluide réfrigérant dans un sens est égal au nombre de groupes de canaux dédiés à la circulation de fluide dans le sens opposé.
Deux groupes 14 de canaux de même sens de circulation de fluide débouchent sur la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins, sur une moitié des plaques.
La chambre de virage 20 est connectée fluidiquement à deux autres groupes 14 de canaux qui sont agencés pour accueillir le fluide réfrigérant qui quittent la chambre de virage. Ces deux groupes de canaux sont voisins sur l’autre moitié des plaques.
Ainsi quatre groupes de canaux sont reliés à la chambre de virage commune 20.
Les deux groupes 14 de canaux d’arrivée sur la chambre de virage 20 sont disposés sur une branche 25 de la chambre de virage et les deux groupes de canaux de sortie de la chambre de virage sont disposés sur une autre branche 26 de la chambre de virage.
Le sens de circulation des fluides est montré par des flèches sur la figure 2. Ces branches 25 et 26 de la chambre de virage 20 ont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires aux canaux.
Un coude 28 est agencé pour relié les deux branches 25 et 26 de la chambre de virage.
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 1 1 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.
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.
Préférentiellement le fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides réfrigérants d’appellation R134a, R1234yf ou R744. Le fluide caloporteur utilisé est alternativement de l’eau glycolée, sans limitation du titre de glycol (0% à 100%).
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.
Ces éléments de renfort sont par exemple des nervures.
On a décrit en référence aux figures 3 et 4 un autre mode de réalisation de l’invention.
La connexion par les orifices 32 et 33 et le bloc 6 est modifiée dans ce mode de réalisation.
Dans le présent mode de réalisation, les plaques 1 1 et 12 définissent des chambres collectrices 40 agencées pour alimenter en fluide ou évacuer du fluide circulant dans les canaux 13, chaque chambre collectrice 40 étant dédiée à l’un seulement des groupes de canaux.
Ces chambres collectrices 40 sont soit une chambre collectrice d’entrée pour alimenter les canaux soit une chambre collectrice de sortie pour évacuer du fluide des canaux 13.
La plaque inférieure^ présente des zones embouties 41 agencées pour former chacune l’une des chambres collectrices 40.
Notamment chaque chambre collectrice 40 présente une zone emboutie 41 sur la plaque inferieure, zone emboutie qui forme une face 42 de cette chambre. Les chambres collectrices 40 présentent une forme divergeant depuis un orifice 44 d’entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux 13.
Chaque orifice 44 d’entrée ou de sortie de fluide est agencé pour recevoir une tubulure 45 pour une connexion fluidique.
Les plaques inférieure 12 et supérieure 11 forment un passage 47 de forme préférentiellement cylindrique définissant l’orifice 44 d’entrée ou de sortie.
Chaque passage 47 est formé par des protubérances 48 sur les plaques, notamment réalisées par emboutissage.
Chaque chambre collectrice 40 est en communication fluidique avec une tubulure de fluide 45.
Les orifices 44 d’entrée et de sortie sont localisés hors zone d’échange thermique avec le composant 2 à refroidir.
Les tubulures 45 sont fixées, notamment brasées, dans les passages 47 définissant l’orifice d’entrée ou de sortie.
Le dispositif 1 comporte une pluralité de tubulures 45, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d’entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, cette pluralité de tubulures étant connectées aux plaques sur un même bord droit 49 des plaques.
Ces tubulures 45 sont reliées fluidiquement à des blocs de connexion 6 extérieurs aux plaques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de régulation thermique (1 ), 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 système comportant :
une plaque supérieure (1 1 ),
une plaque inférieure (12) 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,
les canaux (13) étant regroupés par groupes de canaux, les canaux d’un même groupe étant agencés pour permettre la circulation de fluide réfrigérant dans le même sens, dispositif dans lequel les plaques définissent des chambres collectrices (40) agencées pour alimenter en fluide réfrigérant ou évacuer du fluide circulant dans les canaux, chaque chambre collectrice étant dédiée à l’un seulement des groupes de canaux (13).
2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’une au moins des plaques, notamment la plaque inférieure, présente un zone emboutie (41 ) agencée pour former l’une des chambres collectrices.
3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les chambres collectrices (40) présentent une forme divergent depuis un orifice d’entrée ou de sortie de fluide vers le groupe de canaux.
4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’orifice (44) d’entrée ou de sortie de fluide est agencé pour recevoir une tubulure (45) pour une connexion fluidique.
5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les plaques inférieure et supérieure forment un passage (47) de forme cylindrique définissant l’orifice d’entrée ou de sortie.
6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel chaque passage est formé par des protubérances (48) sur les plaques, notamment réalisées par emboutissage.
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque chambre collectrice est en communication fluidique avec une tubulure (45) de fluide.
8. Dispositif selon l’une des revendications 3 à 7, dans lequel les tubulures (45) sont fixées, notamment brasées, dans les passages définissant l’orifice d’entrée ou de sortie.
9. Dispositif selon l’une des revendications 3 à 8, dans lequel le dispositif comporte une pluralité de tubulures, notamment quatre tubulures, notamment deux tubulures d’entrée de fluide et deux tubulures de sortie de fluide, cette pluralité de tubulures étant connectées aux plaques sur un même bord droit (49) des plaques.
10. Dispositif selon l’une des revendications 3 à 9, dans lequel ces tubulures sont reliées fluidiquement à des blocs de connexion extérieurs aux plaques.
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