WO2024246281A1 - Echangeur de chaleur, systeme electronique et vehicule automobile associés - Google Patents

Echangeur de chaleur, systeme electronique et vehicule automobile associés Download PDF

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WO2024246281A1 PCT/EP2024/065027 EP2024065027W WO2024246281A1 WO 2024246281 A1 WO2024246281 A1 WO 2024246281A1 EP 2024065027 W EP2024065027 W EP 2024065027W WO 2024246281 A1 WO2024246281 A1 WO 2024246281A1
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housing
electronic system
fins
opening
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PCT/EP2024/065027
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Gwenael BURBAN
David Leray
Jean-Roch MAUDUIT
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Ampere SAS
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    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/30—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being attachable to the element
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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 generally to the cooling of electronic devices.
  • a housing which delimits a sealed housing and which has an inlet opening and an outlet opening for heat transfer fluid, this housing comprising a main wall, and
  • Electric or hybrid vehicles include a storage battery.
  • a storage battery comprises a housing which houses a large number of electrochemical cells connected together in such a way that the voltage across the battery terminals is high. This voltage can typically be several hundred Volts.
  • the present invention proposes to directly cool the hot spots of the housing.
  • the invention provides a heat exchanger as defined in the introduction, in which the following is provided:
  • the main wall has a main opening which is bordered on the side of the watertight housing by a tube
  • the at least two fins each have an opening engaged on the tube so as to be in contact with the latter.
  • the hot spots are generally located at the level of the fixing elements of the bus bar.
  • the invention here proposes to cleverly combine the fixing of the heat exchanger with the fixing of this bus bar, so as to cool the hot point as closely as possible.
  • the fixing element (screw, snap-in pin, etc.) is therefore introduced into the heat exchanger, through its main opening and its tube.
  • the heat exchanger is in thermal contact with the fixing element over its entire height.
  • the use of the fixing element to fix the heat exchanger makes it possible not to add any additional fixing means and thus to optimize the size and mass of the assembly.
  • the heat exchanger is fixed by tightening the fixing element on the tube. In this way, no force is applied to the fins, and the fins are not deformed by the fixing of the cooling system.
  • the housing comprises a partly cylindrical side wall with a flat surface and in which the main wall and the at least two fins have contours of partly circular and partly straight shapes;
  • the housing has an electrically insulating coating on the external face
  • each fin comprises a main plate and a stop projecting from the main plate to maintain a spacing between the main plates of the fins, said stop preferably having an annular shape running along the edge of said opening.
  • bus bar adapted to carry electric current between the electronic components and fixed to the platform using at least one fixing element
  • the platform comprises at least one heat transfer fluid outlet conduit connected to said inlet and/or outlet opening of said heat exchanger;
  • said heat transfer fluid is a gas
  • a compressor which is fixed to the platform and which is configured to circulate the gas in said heat exchanger;
  • the outlet duct includes a sound reducer
  • said heat transfer fluid is a dielectric liquid
  • a dielectric liquid reservoir is provided, a dielectric liquid supply line into the inlet opening of the heat exchanger which is equipped with a pump and at least one return conduit configured to convey the dielectric liquid from the outlet opening of the heat exchanger to said reservoir;
  • At least one heat transfer fluid flow control valve is provided which is electrically controlled and which is located upstream of said heat exchanger.
  • the invention also provides a battery of accumulators for a motor vehicle, comprising electrochemical cells and at least one electronic system as described above.
  • the invention also provides a motor vehicle equipped with such a storage battery.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 is an exploded view of a portion of the housing and fins of the heat exchanger of Fig. 1;
  • FIG. 3 is a schematic view of the housing and fins of the heat exchanger of Fig. 1;
  • FIG. 4 is a schematic view of an electronic and/or mechatronic system according to the invention and comprising the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of part of the electronic and/or mechatronic system of Figure 4.
  • FIG. 1 there is schematically shown a heat exchanger 100 intended here to equip an electronic and/or mechatronic system of a battery of accumulators of a motor vehicle.
  • This system hereinafter called electronic system 200, will be described in a second part of this presentation.
  • the heat exchanger 100 includes a housing 110 which houses fins 120.
  • the housing 110 delimits a sealed housing.
  • a sealed housing For this purpose, it comprises a main wall 113, a cover 119, and a side wall 116.
  • the main wall 113 and the cover 119 are flat and they make it possible to close the sealed housing at the ends of the side wall 116.
  • the main wall 113 has a main opening 114 which is bordered on the inside of the sealed housing by a tube 115 which extends to the cover 119.
  • the cover 119 has a similar shape but is devoid of a tube.
  • the side wall 116 has a cylindrical shape. More precisely, it has a shape of revolution around the axis of the tube 115, with the exception of one side where it has a flat surface parallel to this axis.
  • the main wall 113 and the cover 119 then have contours of corresponding shapes (with an arc-shaped part and a straight part).
  • the side wall 116 of the housing has an inlet opening 111 and an outlet opening 112 for the circulation of a heat transfer fluid.
  • the inlet openings 111 and outlet openings 112 are shown opposite each other, they thus extend along parallel axes and form an angle of 180° around the axis of the tube 115.
  • the inlet openings 111 and outlet openings 112 could be placed differently and form any angle, 90° or 45° for example. These openings are however offset in height (along the axis of the tube 115), to promote the passage of the fluid along all the fins 120.
  • the inlet 111 and outlet 112 openings are here crossed by end pieces. 111A, 112A facilitating their connection to hoses.
  • These end pieces can be metallic (aluminium for example) or made of polymer material (ABS for example). These end pieces are fixed to the side wall 116. They can be screwed, snapped or even glued or welded.
  • the inlet 111 and outlet 112 openings may be bare and conduits external to the heat exchanger 100 may be attached thereto.
  • At least two fins 120 are provided positioned in the sealed housing.
  • the fins 120 are therefore immersed in the heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 100 here comprises seven fins 120.
  • the heat exchanger 120 could comprise dozens of fins 120.
  • the fins 120 each comprise a flat main plate 122 and a stop 123 projecting from the main plate 122. They are stacked in the housing, in contact with each other, between the main wall 113 and the cover 119, over the entire height of the housing.
  • each fin has an opening 121 engaged on the tube 115.
  • the tube 115 is cylindrical of revolution and the openings 121 of the fins are circular. Their diameters are equal, apart from the mounting clearance, so as to ensure effective thermal contact between these elements.
  • the tube 115 could be a rectangular parallelepiped and the openings 121 of the fins 120 could be rectangular.
  • each stop 123 makes it possible to keep the main plates 122 of the fins at a distance from each other so that the heat transfer fluid can circulate between them.
  • each stop 123 is formed as a single piece with the main plate 122 but alternatively, they could be formed from separate pieces.
  • the stops 123 here have the shape of washers which border the openings 121, on one side only of the main plates 122. Due to their thickness, they make it possible to maintain a spacing between each of the main plates 122 of the fins 120. For example, the stops 123 have a thickness of 1 mm.
  • the fins 120 can thus be assembled so as to be glued to each other, the projections 12 defining a spacing of 1 mm between the main plates 122.
  • the main plates 122 here also have a thickness of 1 mm. More generally, the thickness of the main plates 122 can be between 0.4 and 2 mm.
  • the main plates 122 of the fins 120 here have an external diameter of 30 mm.
  • the housing 110 is adjusted to the dimensions of the fins.
  • the main wall 113 of the housing 110 has an external diameter of 34 mm.
  • the dimensions of the heat exchanger are not limiting and can be adapted to the dimensions of the electronic system. 200 and hot spots to cool.
  • the contact surfaces between the tube 115 and the fins 120 are machined to have minimal roughness to increase thermal contact.
  • All the fins 120 are identical here, with the exception of the one placed against the cover 119.
  • This fin 120A (figure 2) is in fact distinguished from the others by its stop 123A which has a thickness greater than that of the stops 123 of the other fins 120.
  • this stop 123A can engage in the circular opening provided in the cover 119, such that its end face extends to the height of the external face of the cover 119.
  • the different parts of the housing 110 are laser welded together, here at the edges of the main wall 113 and the cover 119, as well as between the cover and the aforementioned stop 123A and between the latter and the tube 115, which gives the assembly its hermetic character.
  • the heat exchanger 100 is in particular intended to cool an element which is inserted into the main opening 114, through the tube 115.
  • the main opening 114 and the tube 115 are adapted to the shape of this element to be cooled so as to maximize the thermal contact between the tube 115 and the element.
  • this element exchanges its heat with the tube 115, the tube 115 exchanges its heat with the fins 120 and the fins 120 exchange their heat with the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid forms a continuous flow which passes through the sealed space delimited by the housing 110 and is then renewed, allowing a continuous heat exchange.
  • Each fin can thus dissipate up to 100W of thermal power.
  • the housing 110 and the fins 120 are here made of aluminum.
  • the fins 120 and the tube 115 could be made of any heat-conducting material, preferably metallic, such as for example copper (or aluminum).
  • the cover 119 and the side wall 116 of the housing 110 could be made of materials different from that of the tube, for example in a polymer such as ABS.
  • the heat exchanger 100 is employed to cool the electronic system 200 illustrated in FIG. 4.
  • This electronic system 200 is, in this embodiment, used for connecting a storage battery to the electrical circuit of an electric or hybrid motor vehicle. It thus equips the storage battery and is connected to one of its two electrical terminals. In practice, two identical electronic systems 200 may be used, respectively connected to the two electrical terminals of the battery.
  • the electronic system 200 here comprises a platform which supports a bus bar in which the electric current circulates, electronic components, and at least one heat exchanger 100 of the aforementioned type.
  • the bus bar is made in several separate parts, each part being fixed to the platform via two fixing elements. It is then preferentially provided as many heat exchangers 100 as there are fixing elements.
  • the electronic components here have the function of being able to cut the electric current.
  • the platform here accommodates a relay 310, a switch 320 and a fuse 330.
  • the relay 310 and the switch 320 play a role similar to the fuse 330, that is to say that they make it possible to open the electrical circuit and therefore to stop the propagation of the electric current in the electrical network of the vehicle.
  • the relay 310 is controlled and is used during normal use of the motor vehicle, in particular to cut off the current after the vehicle has been parked.
  • the fuse 330 makes it possible to automatically cut off the current in the event of a short circuit.
  • the switch 320 is controlled and is here preferably of the “pyroswitch” type: it makes it possible to cut off the current in the event of an accident involving the motor vehicle.
  • the bus bar 220 is adapted to transport the electric current between these electrical components. For example, it can carry a current of 500 amperes. Its different parts are here fixed on the platform 210 by means of eight fixing screws 221.
  • the bus bar 220 may heat up (due to the electrical components), which generates hot spots, in particular at the level of the fixing screws 221.
  • the heat exchangers 100 are then fixed to the bus bar 220 (and therefore to the platform 210) at the level of the fixing screws 221 and by means of these screws.
  • the fixing screws 221 allow the fixing of both the bus bar 220 and the heat exchangers 100. They are therefore threaded through the tubes 115 of the heat exchangers 100.
  • the fixing is thus carried out by tightening the tube 115 and the main wall 115 against the bus bar, which then makes it possible to exert no force on the fins 120. These fins are thus not deformed and they can therefore perform their heat evacuation function as well as possible.
  • This fixing is carried out in such a way that the main wall 113 or the cover 119 of the heat exchanger is applied against the bus bar, to promote heat exchanges.
  • thermal pads in English
  • layers of thermal paste can be positioned between the heat exchangers 100 and the bus bar 220.
  • the main walls 113 and the covers 119 of the housings 110 are machined in order to have minimal roughness for improve thermal contact, even perfect flatness.
  • the flat part of the side wall 116 of each housing 110 is placed in contact with one of the electronic components. This flat part also makes it possible to prevent any rotation of the heat exchanger 100 during its fixing, which facilitates its installation.
  • the heat exchanger 100 thus makes it possible to occupy a reduced space and to optimize the size of the electronic system 200.
  • the heat exchanger 100 represents a low weight and makes it possible not to weigh down the electronic system 200.
  • the housing 110 of the heat exchanger 100 here has an electrically insulating coating on its outer face.
  • two neighboring heat exchangers 100 are positioned at a distance of at least 2 mm from each other, this distance being in practice here at least 8 mm.
  • the platform 210 is further configured to allow the circulation of the heat transfer fluid through the heat exchangers 100.
  • Each of these outlet conduits 211 here has a mouth equipped with a seal to receive one of the end pieces 112A of a heat exchanger 100 and an outlet.
  • the heat transfer fluid is pulsed air.
  • the platform 210 then carries means adapted to circulate this air.
  • it carries a compressor 230, for example in the form of a fan.
  • This compressor 230 is here connected to the heat exchangers 100 by fluid supply lines 241. It will be noted that these supply lines are preferably made of insulating materials, or at least having high electrical resistances.
  • the air may be compressed, i.e., the electronic system 200 may include a pump configured to circulate air through the heat exchangers 100.
  • each outlet duct 211 here comprises a sound reducer 212 (FIG. 5).
  • the sound reducer here comprises a perforated pipe and, around it, a layer of sound-absorbing material.
  • the perforated pipe is for example made of aluminum.
  • the sound-absorbing material intended to absorb the sound waves (and therefore the possible whistling of air flow) may consist of basalt, flax or hemp wool for example.
  • the sound reducer may be a ball or baffle sound reducer.
  • the sound reducer 212 may be screwed or forced into the platform 210.
  • the heat transfer fluid may be a dielectric liquid.
  • the electronic system 200 comprises a dielectric liquid reservoir, dielectric liquid supply lines 241 to each of the heat exchangers 100 and a liquid return conduit to the reservoir. A pump is then provided to circulate the dielectric liquid to the inlet openings 111 of the heat exchangers 100.
  • the electronic system 200 preferably comprises at least one electrically controlled valve 250 (FIG. 4), located at the inlet of at least one heat exchanger 100.
  • the electronic system 200 comprises six valves 250 (here solenoid valves) making it possible to regulate the flow rate of heat transfer fluid conveyed to each heat exchanger 100.
  • the valves 250 can for example be controlled by a control unit which makes it possible to adapt the flow rate of each heat exchanger 100 according to the temperature detected at the corresponding fixing screw (or the temperature of the fluid at the outlet of the exchanger).
  • each fluid inlet could have a shape (for example Venturi) making it possible to regulate the flow of heat transfer fluid for each heat exchanger 100.
  • the present invention is in no way limited to the embodiment described and shown, but those skilled in the art will be able to provide any variant in accordance with the invention.
  • the heat exchangers 100 could be fixed not at the ends of the parts of the bus bar, but in the middle of these parts.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant : - un boitier qui délimite un logement étanche et qui présente une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie d'un fluide caloporteur, ce boitier comportant une paroi principale, et - au moins deux ailettes empilées sur la paroi principale à distance l'une de l'autre dans ledit logement étanche. Selon l'invention, la paroi principale présente une ouverture principale qui est bordée du côté du logement étanche par un tube, et les au moins deux ailettes présentent chacune une ouverture engagée sur le tube de façon à être au contact de ce dernier.

Description

DESCRIPTION
T ITRE DE L’INVENTION : ECHANGEUR DE CHALEUR, SYSTEME ELECTRONIQUE ET VEHICULE AUTOMOBILE ASSOCIES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale le refroidissement de dispositifs électroniques.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant :
- un boitier qui délimite un logement étanche et qui présente une ouverture d’entrée et une ouverture de sortie de fluide caloporteur, ce boitier comportant une paroi principale, et
- au moins deux ailettes empilées sur la paroi principale dans ledit logement étanche.
[0003] Elle concerne également un système électronique, typiquement un système de coupure de courant, comprenant un tel échangeur de chaleur. Elle concerne aussi une batterie d’accumulateurs équipée de ce système électronique et un véhicule automobile équipé de cette batterie d’accumulateurs.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0004] Les véhicules électriques ou hybrides comprennent une batterie d’accumulateurs. [0005] Une telle batterie d’accumulateurs comporte un boîtier qui loge un grand nombre de cellules électrochimiques connectées ensemble de telle manière que la tension aux bornes de la batterie soit élevée. Cette tension peut typiquement être de plusieurs centaines de Volts.
[0006] Il est alors nécessaire d’équiper la batterie de composants électroniques de sécurité (relais, fusibles) afin de couper le courant au besoin. Ces composants sont positionnés le long d’une barre omnibus dans laquelle circule le courant d’entrée ou de sortie de la batterie.
[0007] Parmi les véhicules précités, certains sont rechargeables.
[0008] Afin de diminuer le temps de charge de ces véhicules, il est commun de recourir à une recharge rapide utilisant de fortes puissances électriques.
[0009] La recharge rapide génère une forte augmentation de température, en particulier au niveau des composants électriques, ce qui génère une augmentation de température au niveau de la barre omnibus.
[0010] Les zones où la température est la plus élevée sont appelées points chauds. [0011] Ces points chauds risquent à terme de dégrader les composants électroniques. [0012] Pour préserver les composants électroniques, le boîtier est alors généralement refroidi activement. Cette solution nécessite toutefois de refroidir activement un grand volume et n’est donc pas très efficace. PRESENTATION DE L'INVENTION
[0013] Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de refroidir directement les points chauds du boîtier.
[0014] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un échangeur de chaleur tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu :
- que la paroi principale présente une ouverture principale qui est bordée du côté du logement étanche par un tube, et
- que les au moins deux ailettes présentent chacune une ouverture engagée sur le tube de façon à être au contact de ce dernier.
[0015] La demanderesse a remarqué que les points chauds sont généralement situés au niveau des éléments de fixation de la barre omnibus.
[0016] L’invention propose ici de combiner astucieusement la fixation de l’échangeur de chaleur avec la fixation de cette barre omnibus, de façon à refroidir le point chaud au plus près.
[0017] L’élément de fixation (vis, pion d’encliquetage...) est pour cela introduit dans l’échangeur de chaleur, au travers de son ouverture principale et de son tube. Ainsi, grâce à l’invention, l’échangeur de chaleur est en contact thermique avec l’élément de fixation sur toute sa hauteur.
[0018] Le contact thermique entre le pont chaud et le tube, puis entre le tube et les ailettes et enfin entre les ailettes et le fluide caloporteur, permet une dissipation efficace de la chaleur accumulée. L’élément de fixation est ainsi refroidi efficacement.
[0019] De plus, l’utilisation de l’élément de fixation pour fixer l’échangeur de chaleur permet de ne pas ajouter de moyen de fixation supplémentaire et ainsi d’optimiser l’encombrement et la masse de l’ensemble.
[0020] Enfin, l’échangeur de chaleur est fixé grâce au serrage de l’élément de fixation sur le tube. De cette manière, aucune force n’est appliquée sur les ailettes, et les ailettes ne sont pas déformées par la fixation du système de refroidissement.
[0021] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’échangeur de chaleur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le boitier comporte une paroi latérale en partie cylindrique avec un méplat et dans lequel la paroi principale et les au moins deux ailettes présentent des contours de formes en partie circulaire et en partie droite ;
- le boitier présente en face externe un revêtement isolant électriquement ;
- chaque ailette comporte une plaque principale et une butée en saillie de la plaque principale pour maintenir un écartement entre les plaques principales des ailettes, ladite butée présentant de préférence une forme annulaire longeant le bord de ladite ouverture. [0022] L’invention propose également un système électronique comprenant :
- une plateforme adaptée à accueillir des composants électroniques,
- une barre omnibus adaptée à transporter du courant électrique entre les composants électroniques et fixée sur la plateforme grâce à au moins un élément de fixation, et
- au moins un échangeur de chaleur tel que précité, fixé sur la plateforme grâce audit élément de fixation, ledit élément de fixation traversant l’ouverture principale.
[0023] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’échangeur de chaleur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- la plateforme comprend au moins un conduit de sortie de fluide caloporteur connecté à ladite ouverture d’entrée et/ou de sortie dudit échangeur de chaleur ;
- ledit fluide caloporteur est un gaz ;
- il est prévu un compresseur qui est fixé à la plateforme et qui est configuré pour faire circuler le gaz dans ledit échangeur de chaleur ;
- le conduit de sortie comprend un réducteur de son ;
- ledit fluide caloporteur est un liquide diélectrique ;
- il est prévu un réservoir de liquide diélectrique, une ligne d’amenée du liquide diélectrique dans l’ouverture d’entrée de l’échangeur de chaleur qui est équipée d’une pompe et au moins un conduit de retour configuré pour acheminer le liquide diélectrique depuis l’ouverture de sortie de l’échangeur de chaleur vers ledit réservoir ;
- il est prévu au moins une vanne de régulation du débit de fluide caloporteur qui est pilotée électriquement et qui est située en amont dudit échangeur de chaleur.
[0024] L’invention propose également une batterie d’accumulateurs pour véhicule automobile, comprenant des cellules électrochimiques et au moins un système électronique tel que décrit précédemment.
[0025] De plus, l’invention propose également un véhicule automobile équipé d’une telle batterie d’accumulateurs.
[0026] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0027] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0028] Sur les dessins annexés : [0029] [Fig. 1] est une vue schématique d’un échangeur de chaleur conforme à l’invention ;
[0030] [Fig. 2] est une vue éclatée d’une partie du boitier et des ailettes de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[0031] [Fig. 3] est une vue schématique du boitier et des ailettes de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[0032] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système électronique et/ou mécatronique conforme à l’invention et comprenant l’échangeur de chaleur de la figure 1 ; et
[0033] [Fig. 5] est une vue schématique en coupe d’une partie du système électronique et/ou mécatronique de la figure 4.
[0034] Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement un échangeur de chaleur 100 destiné ici à équiper un système électronique et/ou mécatronique d’une batterie d’accumulateurs d’un véhicule automobile. Ce système, ci-après appelé système électronique 200, sera décrit dans une seconde partie de cet exposé.
[0035] Comme le montrent les figures 1 à 3, l’échangeur de chaleur 100 comprend un boitier 110 qui loge des ailettes 120.
[0036] Le boitier 110 délimite un logement étanche. Il comporte pour cela une paroi principale 113, un capot 119, et une paroi latérale 116. La paroi principale 113 et le capot 119 sont plats et ils permettent de fermer le logement étanche aux extrémités de la paroi latérale 116.
[0037] La paroi principale 113 présente une ouverture principale 114 qui est bordée du côté intérieur du logement étanche par un tube 115 qui s’étend jusqu’au capot 119. Le capot 119 présente une forme similaire mais est dépourvu de tube.
[0038] La paroi latérale 116 présente une forme cylindrique. Elle présente plus précisément une forme de révolution autour de l’axe du tube 115, à l’exception d’un côté où elle présente un méplat parallèle à cet axe.
[0039] La paroi principale 113 et le capot 119 présente alors des contours de formes correspondantes (avec une partie en arc de cercle et une partie droite).
[0040] La paroi latérale 116 du boitier présente une ouverture d’entrée 111 et une ouverture de sortie 112 pour la circulation d’un fluide caloporteur. Sur la figure 1 , les ouvertures d’entrée 111 et de sortie 112 sont représentées à l’opposé l’une de l’autre, elles s’étendent ainsi selon des axes parallèles et forment un angle de 180° autour de l’axe du tube 115. En variante, les ouvertures d’entrée 111 et de sortie 112 pourraient être placées autrement et former un angle quelconque, de 90° ou 45° par exemple. Ces ouvertures sont en revanche décalées en hauteur (le long de l’axe du tube 115), pour favoriser le passage du fluide le long de toutes les ailettes 120.
[0041] Les ouvertures d’entrée 111 et de sortie 112 sont ici traversées par des embouts 111A, 112A facilitant leur raccord à des durites. Ces embouts peuvent être métalliques (en aluminium par exemple) ou en matériau polymère (en ABS par exemple). Ces embouts sont fixés à la paroi latérale 116. Ils peuvent être vissés, encliquetés ou même collés ou soudés.
[0042] En variante, les ouvertures d’entrée 111 et de sortie 112 peuvent être nues et des conduits extérieurs à l’échangeur de chaleur 100 peuvent s’y fixer.
[0043] Il est prévu au moins deux ailettes 120 positionnées dans le logement étanche. Les ailettes 120 sont donc immergées dans le fluide caloporteur. L’échangeur de chaleur 100 comprend ici sept ailettes 120. En variante, l’échangeur de chaleur 120 pourrait comprendre des dizaines d’ailettes 120.
[0044] Les ailettes 120 comprennent chacune une plaque principale 122 plane et une butée 123 en saillie de la plaque principale 122. Elles sont empilées dans le boîtier, au contact les unes des autres, entre la paroi principale 113 et le capot 119, sur toute la hauteur du boîtier.
[0045] La plaque principale 122 de chaque ailette présente une ouverture 121 engagée sur le tube 115. De préférence, le tube 115 est cylindrique de révolution et les ouvertures 121 des ailettes sont circulaires. Leurs diamètres sont égaux, au jeu de montage près, de façon à assurer un contact thermique efficace entre ces éléments. En variante, le tube 115 pourrait être un parallélépipède rectangle et les ouvertures 121 des ailettes 120 pourraient être rectangulaires.
[0046] Les butées 123 permettent de maintenir les plaques principales 122 des ailettes à distance les unes des autres pour que le fluide caloporteur puisse circuler entre elles. Ici, chaque butée 123 vient de formation d’une seule pièce avec la plaque principale 122 mais en variante, elles pourraient être formées de pièces distinctes.
[0047] Les butées 123 présentent ici des formes de rondelles qui bordent les ouvertures 121 , d’un côté uniquement des plaques principales 122. Du fait de leur épaisseur, elles permettent de maintenir un espacement entre chacune des plaques principales 122 des ailettes 120. Par exemple, les butées 123 ont une épaisseur de 1 mm. Les ailettes 120 peuvent ainsi être assemblées de manière à être collées les unes aux autres, les saillies 12 définissant un espacement de 1 mm entre les plaques principales 122.
[0048] Les plaques principales 122 ont ici une épaisseur de 1 mm également. Plus généralement, l’épaisseur des plaques principales 122 peut être comprise entre 0.4 et 2 mm.
[0049] Les plaques principales 122 des ailettes 120 ont ici un diamètre extérieur de 30 mm. Le boitier 110 est ajusté aux dimensions des ailettes. Ainsi, ici, la paroi principale 113 du boitier 110 a un diamètre extérieur de 34 mm. Les dimensions de l’échangeur de chaleur ne sont pas limitatives et peuvent être adaptés aux dimensions du système électronique 200 et des points chauds à refroidir.
[0050] De préférence, les surfaces de contact entre le tube 115 et les ailettes 120 sont usinées afin d’avoir une rugosité minimale pour augmenter le contact thermique.
[0051] Toutes les ailettes 120 sont ici identiques, à l’exception de celle placée contre le capot 119. Cette ailette 120A (figure 2) se distingue en effet des autres par sa butée 123A qui présente une épaisseur supérieure à celle des butées 123 des autres ailettes 120. Ainsi cette butée 123A peut-elle s’engager dans l’ouverture circulaire prévue dans le capot 119, de telle sorte que sa face d’extrémité s’étende à hauteur de la face externe du capot 119.
[0052] On notera que les différentes parties du boîtier 110 sont soudées ensemble au laser, ici au niveau des bords de la paroi principale 113 et du capot 119, ainsi qu’entre le capot et la butée 123A précitée et entre cette dernière et le tube 115, ce qui confère à l’ensemble son caractère hermétique.
[0053] L’échangeur de chaleur 100 est notamment destiné à refroidir un élément qui s’insère dans l’ouverture principale 114, au travers du tube 115. De préférence, l’ouverture principale 114 et le tube 115 sont adaptées à la forme de cet élément à refroidir de manière à maximiser le contact thermique entre le tube 115 et l’élément.
[0054] Ainsi, cet élément échange sa chaleur avec le tube 115, le tube 115 échange sa chaleur avec les ailettes 120 et les ailettes 120 échangent leur chaleur avec le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur forme un flux continu qui traverse l’espace étanche délimité par le boîtier 110 et se renouvelle alors, permettant un échange de chaleur continu. Chaque ailette peut ainsi dissiper jusqu’à 100W de puissance thermique.
[0055] Afin d’améliorer la conduction de chaleur, le boitier 110 et les ailettes 120 sont ici en aluminium. En variante, les ailettes 120 et le tube 115 pourraient être en n’importe quel matériau conducteur de chaleur, de préférence métallique, comme par exemple du cuivre (ou de l’aluminium). Le capot 119 et la paroi latérale 116 du boitier 110 pourraient être réalisés dans des matériaux différents de celui du tube, par exemple dans un polymère tel qu’en ABS.
[0056] Ici, l'échangeur de chaleur 100 est employé pour refroidir le système électronique 200 illustré sur la figure 4.
[0057] Ce système électronique 200 est, dans ce mode de réalisation, utilisé pour la connexion d’une batterie d’accumulateurs au circuit électrique d’un véhicule automobile électrique ou hybride. Il équipe ainsi la batterie d’accumulateurs et est connecté à l’une de ses deux bornes électriques. En pratique, on pourra utiliser deux systèmes électroniques 200 identiques respectivement connectés aux deux bornes électriques de la batterie.
[0058] Le système électronique 200 comprend ici une plateforme qui supporte une barre omnibus dans laquelle circule le courant électrique, des composants électroniques, et au moins un échangeur de chaleur 100 du type précité. [0059] En pratique, la barre omnibus est réalisée en plusieurs parties distinctes, chaque partie étant fixée à la plateforme via deux éléments de fixation. Il est alors préférentiellement prévu autant d’échangeurs de chaleur 100 que d’éléments de fixation.
[0060] Les composants électroniques ont ici pour fonction de pouvoir couper le courant électrique. Par exemple, la plateforme accueille ici un relais 310, un commutateur 320 et un fusible 330.
[0061] Le relais 310 et le commutateur 320 jouent un rôle similaire au fusible 330, c’est- à-dire qu’ils permettent d’ouvrir le circuit électrique et donc de stopper la propagation du courant électrique dans le réseau électrique du véhicule. Le relais 310 est commandé et est utilisé lors de l’utilisation normale du véhicule automobile, notamment pour couper le courant après le stationnement du véhicule. Le fusible 330 permet de couper automatiquement le courant en cas de court-circuit. Le commutateur 320 est commandé et est ici de préférence du type « pyroswitch » : il permet de couper le courant en cas d’accident du véhicule automobile.
[0062] La barre omnibus 220 est adaptée à transporter le courant électrique entre ces composants électriques. Elle peut par exemple permettre de transporter un courant de 500 ampères. Ses différentes parties sont ici fixée sur la plateforme 210 grâce à huit vis de fixation 221.
[0063] En utilisation, par exemple lors de la charge de la batterie d’accumulateurs, la barre omnibus 220 peut chauffer (du fait des composants électriques), ce qui génère des points chauds notamment au niveau des vis de fixation 221 .
[0064] Les échangeurs de chaleur 100 sont alors fixés à la barre omnibus 220 (et donc à la plateforme 210) au niveau des vis de fixation 221 et grâce à ces vis. Autrement dit, les vis de fixation 221 permettent la fixation à la fois de la barre omnibus 220 et des échangeurs de chaleur 100. Elles sont pour cela enfilées au travers des tubes 115 des échangeurs de chaleur 100.
[0065] La fixation est ainsi effectuée en serrant le tube 115 et la paroi principale 115 contre la barre omnibus, ce qui permet alors de n’exercer aucune force sur les ailettes 120. Ces ailettes ne sont ainsi pas déformées et elles peuvent donc exercer au mieux leur fonction d’évacuation de la chaleur.
[0066] Cette fixation est réalisée de telle manière que la paroi principale 113 ou le capot 119 de l’échangeur de chaleur s’applique contre la barre omnibus, pour favoriser les échanges thermiques.
[0067] Afin d’améliorer ce contact thermique, des couches de pâte thermique (couramment appelés « thermal pad » en anglais) peuvent être positionnées entre les échangeurs de chaleur 100 et la barre omnibus 220. De préférence, les parois principales 113 et les capots 119 des boitiers 110 sont usinés afin d’avoir une rugosité minimale pour améliorer le contact thermique, voire une parfaite planéité.
[0068] Pour fixer les échangeurs de chaleur 100 au plus près des composants électroniques, le méplat de la paroi latérale 116 de chaque boitier 110 est placé au contact de l’un des composants électroniques. Ce méplat permet en outre d’éviter toute rotation de l’échangeur de chaleur 100 lors de sa fixation, ce qui facilite son installation.
[0069] L’échangeur de chaleur 100 permet ainsi d’occuper un espace réduit et d’optimiser l’encombrement du système électronique 200. De plus, l’échangeur de chaleur 100 représente un faible poids et permet de ne pas alourdir le système électronique 200.
[0070] Afin d’éviter la formation d’arcs électriques, le boitier 110 de l’échangeur de chaleur 100 présente ici un revêtement isolant électriquement sur sa face extérieure.
[0071] Toujours dans le but d’éviter la formation d’arcs électriques, deux échangeurs de chaleur 100 voisins sont positionnés à une distance d’au moins 2 mm l’un de l’autre, cette distance étant en pratique ici d’au moins 8 mm.
[0072] La plateforme 210 est par ailleurs configurée pour permettre la circulation du fluide caloporteur au travers des échangeurs de chaleur 100.
[0073] Elle comprend en effet dans son épaisseur au moins un conduit de sortie 211. Elle en comporte ici autant qu’il y a d’échangeurs de chaleur 100.
[0074] Chacun de ces conduits de sortie 211 présente ici une embouchure équipée d’un joint pour recevoir l’un des embouts 112A d’un échangeur de chaleur 100 et un débouché. [0075] Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, le fluide caloporteur est de l’air pulsé.
[0076] La plateforme 210 porte alors des moyens adaptés à faire circuler cet air. Elle porte ici un compresseur 230 se présentant par exemple sous la forme d’un ventilateur. Ce compresseur 230 est ici relié aux échangeurs de chaleur 100 par des lignes d’amenée de fluide 241. On notera que ces lignes d’amenée sont de préférence réalisées dans des matériaux isolants, ou tout du moins présentant de fortes résistances électriques.
[0077] En variante, l’air peut être comprimé, c’est-à-dire que le système électronique 200 peut comprendre une pompe configurée pour faire circuler de l’air dans les échangeurs de chaleur 100.
[0078] Lorsque l’air sort des échangeurs de chaleur 100, il entre dans les conduits de sortie 211 intégrés à la plateforme et débouche ensuite vers l’extérieur. Afin d’éviter des sifflements liés à l’écoulement de l’air, chaque conduit de sortie 211 comprend ici un réducteur de son 212 (figure 5).
[0079] Le réducteur de son comprend ici une canalisation perforée et, autour de celle-ci, une couche de matériau d’absorption acoustique. La canalisation perforée est par exemple en aluminium. Le matériau d’absorption acoustique a pour but d’absorber les ondes acoustiques (et donc l’éventuel sifflement d’écoulement de l’air) est peut-être constitué de laine de basalte, de lin ou de chanvre par exemple. En variante, le réducteur de son peut être un réducteur de son à billes ou à chicanes. Le réducteur de son 212 peut être vissé ou bien introduit en force dans la plateforme 210.
[0080] En variante, le fluide caloporteur peut être un liquide diélectrique. Dans ce cas, le système électronique 200 comprend un réservoir de liquide diélectrique, des lignes d’amenée du liquide diélectrique 241 vers chacun des échangeurs thermiques 100 et un conduit de retour du liquide vers le réservoir. Il est alors prévu une pompe pour faire circuler le liquide diélectrique jusqu’aux ouvertures d’entrées 111 des échangeurs de chaleur 100. [0081] Dans tous les cas, le système électronique 200 comprend préférentiellement au moins une vanne 250 (figure 4) pilotée électriquement, située en entrée d’au moins un échangeur de chaleur 100. Ici, le système électronique 200 comprend six vannes 250 (ici des électrovannes) permettant de réguler le débit de fluide caloporteur acheminé à chaque échangeur de chaleur 100. Les vannes 250 peuvent par exemple être contrôlées par une unité de contrôle qui permet d’adapter le débit de chaque échangeur de chaleur 100 en fonction de la température détectée au niveau de la vis de fixation correspondante (ou de la température du fluide en sortie de l’échangeur).
[0082] En variante, chaque entrée de fluide pourrait présenter une forme (par exemple en Venturi) permettant de réguler le flux de fluide caloporteur pour chaque échangeur de chaleur 100.
[0083] La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. [0084] Typiquement, les échangeurs de chaleur 100 pourraient être fixés non pas aux extrémités des parties de la barre omnibus, mais au milieu de ces parties.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Echangeur de chaleur (100) comprenant :
- un boitier (110) qui délimite un logement étanche et qui présente une ouverture d’entrée (111) et une ouverture de sortie (112) pour un fluide caloporteur, ce boitier (110) comportant une paroi principale (113), et
- au moins deux ailettes (120) empilées sur la paroi principale (113) dans ledit logement étanche, caractérisé en ce que la paroi principale (113) présente une ouverture principale (114) qui est bordée du côté du logement étanche par un tube (115), et en ce que les au moins deux ailettes (120) présentent chacune une ouverture (121) engagée sur le tube (115) de façon à être au contact de ce dernier.
[Revendication 2] Echangeur de chaleur (100) selon la revendication 1 , dans lequel le boitier (110) comporte une paroi latérale (116) en partie cylindrique avec un méplat et dans lequel la paroi principale (113) et les au moins deux ailettes (120) présentent des contours de formes en partie circulaire et en partie droite.
[Revendication 3] Echangeur de chaleur (100) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le boitier (110) présente en face externe un revêtement isolant électriquement.
[Revendication 4] Echangeur de chaleur (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque ailette (120) comporte une plaque principale (122) et une butée (123) en saillie de la plaque principale (122) pour maintenir un écartement entre les plaques principales (122) des ailettes (120), ladite butée (123) présentant de préférence une forme annulaire longeant le bord de ladite ouverture (121).
[Revendication 5] Système électronique (200) comprenant :
- une plateforme (210) adaptée à accueillir des composants électroniques,
- une barre omnibus (220) adaptée à transporter du courant électrique entre les composants électroniques et fixée sur la plateforme (210) grâce à au moins un élément de fixation (221), et
- au moins un échangeur de chaleur (100) conforme à l’une des revendications 1 à 4 fixé sur la plateforme (210) grâce audit élément de fixation (221), ledit élément de fixation (221) traversant l’ouverture principale (114).
[Revendication 6] Système électronique (200) selon la revendication 5, dans lequel la plateforme (210) comprend au moins un conduit de sortie (211) de fluide caloporteur connecté à ladite ouverture d’entrée (111) et/ou de sortie (112) dudit échangeur de chaleur (100).
[Revendication 7] Système électronique (200) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel ledit fluide caloporteur est un gaz et dans lequel il est prévu un compresseur (230) qui est fixé à la plateforme (210) et qui est configuré pour faire circuler le gaz dans ledit échangeur de chaleur (100).
[Revendication 8] Système électronique (200) selon la revendication 7, dans lequel le conduit de sortie (211) comprend un réducteur de son (212).
[Revendication 9] Système électronique (200) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel ledit fluide caloporteur est un liquide diélectrique et dans lequel il est prévu :
- un réservoir de liquide diélectrique,
- une ligne d’amenée du liquide diélectrique (241) dans l’ouverture d’entrée (111) de l’échangeur de chaleur (100) qui est équipée d’une pompe et
- au moins un conduit de retour configuré pour acheminer le liquide diélectrique depuis l’ouverture de sortie (112) de l’échangeur de chaleur (100) vers ledit réservoir.
[Revendication 10] Système électronique (200) selon l’une des revendications 5 à 9, comprenant en outre au moins une vanne (250) de régulation du débit de fluide caloporteur qui est pilotée électriquement et qui est située en amont dudit échangeur de chaleur (100).
[Revendication 11] Batterie d’accumulateurs pour véhicule automobile, comprenant des cellules électrochimiques et au moins un système électronique (200) conforme à l’une des revendications 5 à 10.
[Revendication 12] Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte une batterie d’accumulateurs conforme à la revendication 11 .
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104114B2 (ja) * 1990-02-26 1995-11-13 ロング マニュファクチュアリング リミテッド 波形循環流路群を備える熱交換器、及びその熱交換器を備える自動車用オイル冷却器とその製造方法
US9627721B2 (en) * 2010-08-31 2017-04-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electricity storage device and vehicle

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