FR2989841A1 - Dispositif de regulation thermique pour module de batteries. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une plaque d'échange thermique (1), conformée afin de supporter au moins une réserve d'énergie électrique ou de s'intercaler entre des réserves d'énergie électrique, comprenant deux plaques thermoconductrices (3A, 3B) accolées l'une à l'autre afin de former au moins un conduit (5) destiné à la circulation d'un fluide caloporteur, ledit conduit (5) comportant au moins un turbulateur (7) ayant un profil de pale d'hélice.
Description
Dispositif de régulation thermique pour module de batteries. La présente invention concerne la régulation thermique de batteries et 5 plus particulièrement un dispositif de régulation thermique pour module de batteries dans le domaine des véhicules électriques et hybrides. La régulation thermique des batteries, notamment dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, est un point important. En effet, si les 10 batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroitre fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie. 15 Dans les véhicules électriques et hybrides, les batteries sont généralement sous forme de cellules juxtaposées parallèlement les une aux autres dans un boîtier de protection et forment ce que l'on appelle un module de batteries. Afin de réguler la température des cellules, il est connu d'ajouter un 20 dispositif de régulation de température du module de batteries. Ces dispositifs sont généralement incorporés à l'intérieur d'un boîtier contenant un ou plusieurs modules de batteries et utilisent des fluides caloporteurs circulant, par exemple au moyen d'une pompe, dans un conduit, ledit conduit passant notamment sous ou à l'intérieur d'une plaque d'échange thermique en contact 25 direct avec les cellules. Les fluides caloporteurs peuvent ainsi absorber de la chaleur émise par les cellules afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs échangeurs thermiques comme par exemple un radiateur ou un 30 réfrigérant. Les fluides caloporteurs peuvent également, si besoin est, apporter de la chaleur pour réchauffer lesdites cellules, par exemple s'ils sont reliés à une résistance électrique ou à un chauffage par Coefficient Positif de Température (CTP). Les fluides caloporteurs généralement utilisés sont l'air ambiant ou des 5 liquides comme par exemple l'eau ou une solution d'eau et de glycol. Les liquides étant meilleurs conducteurs de chaleur que les gaz, ils sont une solution qui est privilégiée car plus efficace thermiquement. De façon générale, les plaques d'échange thermique en contact direct 10 avec les cellules sont placées au fond des boîtiers contenant un ou plusieurs modules de batteries, lesdits modules de batteries reposant sur lesdites plaques d'échange thermique. Une autre possibilité connue est de placer les plaques d'échange thermique entre les cellules ou même entre les bornes desdites cellules. 15 Ces plaques d'échange thermique sont généralement constituées de deux plaques métalliques brasées l'une sur l'autre, dont au moins une des deux a été emboutie afin de former une empreinte en creux avec une entrée et un sortie. Une fois les plaques métalliques brasées l'une sur l'autre, l'empreinte en creux 20 forme un conduit dans lequel peut circuler un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide. Afin que les échanges thermiques soient les plus efficaces possibles, il est nécessaire que le fluide caloporteur passant dans la plaque d'échange thermique 25 soit homogénéisé. Ainsi la température du fluide caloporteur est homogène sur le diamètre du conduit et donc son efficacité optimale. Il est connu, notamment dans les échangeurs de chaleurs à plaques, afin d'homogénéiser le fluide caloporteur, d'utiliser des turbulateurs placés dans le 30 conduit. Cependant, ces turbulateurs sont généralement de simples obstacles placés dans le courant du fluide caloporteur et n'ont pas une efficacité optimale.
Un des buts de l'invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une plaque d'échange thermique comportant des turbulateurs à efficacité améliorée.
Ainsi, la présente invention concerne une plaque d'échange thermique conformée afin de supporter au moins une réserve d'énergie électrique ou de s'intercaler entre des réserves d'énergie électrique, comprenant deux plaques thermoconductrices accolées l'une à l'autre afin de former au moins un conduit destiné à la circulation d'un fluide caloporteur, ledit conduit comportant au moins un turbulateur (7), ayant un profil de pale d'hélice. Selon un aspect de l'invention, chaque turbulateur vient de matière d'au moins l'une desdites plaques thermoconductrices.
Selon un autre aspect de l'invention, chaque turbulateur s'étend de manière sensiblement transversale au conduit. Selon un autre aspect de l'invention, le conduit comprend un canal 20 délimité par des bords latéraux reliés entre eux par une paroi de fond et un couvercle. Selon un autre aspect de l'invention, chaque turbulateur est formé d'une paroi extrados et d'une paroi intrados, ladite paroi extrados ayant un rayon de 25 courbure inférieur au rayon de courbure de ladite paroi intrados. Selon un autre aspect de l'invention, la profondeur de la paroi de fond du conduit est supérieure à la profondeur d'une partie sommitale du turbulateur faisant saillie à l'intérieur dudit conduit. 30 Selon un autre aspect de l'invention, les plaques thermoconductrices sont métalliques. Selon un autre aspect de l'invention,les plaques thermoconductrices sont brasées l'une sur l'autre. Selon un autre aspect de l'invention, le conduit ainsi que les turbulateurs sont formés par emboutissage d'au moins une des plaques thermoconductrices.
Selon un autre aspect de l'invention, la plaque d'échange thermique comporte une première plaque thermoconductrice (3A) emboutie afin de former au moins une empreinte en creux ainsi que chaque turbulateur et une seconde plaque thermoconductrice plane.
L'invention concerne également un module de réserve d'énergie électrique comprenant au moins une plaque d'échange thermique conforme à l'un quelconque des aspects précédents. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 20 clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 montre une vue en coupe d'une plaque d'échange thermique, - la figure 2 montre une vue de dessous d'une plaque 25 thermoconductrice emboutie, - la figure 3 montre une vue en perspective d'une coupe d'une portion d'un conduit, - la figure 4 montre une vue en coupe longitudinale d'une portion du conduit de la figure 3.
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
La figure 1 montre une vue en coupe d'une plaque d'échange thermique 1. Cette dernière comporte une première plaque thermoconductrice 3A accolée à une seconde plaque thermoconductrice 3B. Une telle plaque d'échange thermique 1 est conformée afin de supporter au moins une réserve d'énergie électrique ou de s'intercaler entre des réserves d'énergie électriques telles que des batteries. Ce genre de plaque d'échange thermique 1 peut notamment être utilisée afin de réguler la température d'un module de batteries. La plaque d'échange thermique 1 peut également comporter sur ses bords des supports 4 en matière isolante, par exemple en matière plastique, afin d'assurer l'isolation électrique entre les batteries et la plaque d'échange thermique 1. La plaque d'échange thermique 1 comporte également un conduit 5 reliant une entrée et une sortie de fluide (non représentées). Dans ce conduit circule un fluide caloporteur, par exemple un mélange d'eau et de glycol, afin de restituer ou absorber de l'énergie calorifique au module de batteries. Le conduit 5 comprend ainsi un canal 5o délimité par des bords latéraux 52 reliés entre eux par une paroi de fond 51 et un couvercle 6o.
La plaque d'échange thermique 1 est préférentiellement en métal et afin de former le conduit 5, au moins une des plaques thermoconductrices 3A, 3B est emboutie. Dans le mode de réalisation présenté par la figure 1, une seule première plaque thermoconductrice 3A est emboutie et forme une empreinte en creux 5' visible en partie sur la figure 2, ladite empreinte en creux 5' formant les bords latéraux 52 reliés entre eux par une paroi de fond 51 du canal 5o. Afin de fermer le conduit 5, l'empreinte en creux 5' est recouverte par une seconde plaque thermoconductrice 3B plane formant le couvercle 6o du canal 5o. Selon un autre mode de réalisation non représenté, les deux plaques 5 thermoconductrices 3A et 3B peuvent être embouties de sorte que la première plaque thermoconductrice 3A porte une empreinte en creux 5' complémentaire d'une empreinte en creux portée par la seconde plaque thermoconductrice 3B. Lorsque les deux plaques thermoconductrices 3A et 3B sont accolées, les empreintes en creux de ces dernières sont placées l'une sur l'autre afin de 10 former le conduit 5. Selon un autre mode de réalisation non représenté, les deux plaques thermoconductrices 3A et 3B peuvent être embouties de sorte que la première plaque thermoconductrice 3A porte une empreinte en creux 5' décalée d'une 15 empreinte en creux 5' portée par la seconde plaque thermoconductrice 3B. Lorsque les deux plaques thermoconductrices 3A et 3B sont accolées, les empreintes en creux de ces dernières sont alternativement placées l'une à côté de l'autre afin de former des conduits 5.
20 L'accolement des plaques thermoconductrices 3A, 3B métalliques peut avantageusement et préférentiellement être réalisé par brasage, cela permettant une bonne étanchéité du conduit 5. Sur les figure 2 et 3, montrant respectivement une vue de dessous d'une 25 plaque thermoconductrice 3A et de son empreinte en creux 5' et une vue en perspective d'une coupe d'une portion de conduit 5, on remarque que des turbulateurs 7 sont placés dans le conduit 5, lesdits turbulateurs 7 faisant saillie à l'intérieur de celui-ci.
30 Chaque turbulateur 7 a un profil de pale d'hélice et il s'étend de manière sensiblement transversale au conduit 5. Le profil de pale d'hélice des turbulateurs 7 permet de dévier de flux de fluide caloporteur et de lui imprimer un mouvement hélicoïdal. Ainsi, le fluide caloporteur et mélangé de façon optimale dans le conduit 5 et donc l'efficacité de la plaque d'échange thermique 1 est améliorée. De plus, les turbulateurs 7 ont comme avantage d'augmenter la surface de contact et donc d'échange entre le fluide caloporteur et la plaque d'échange thermique 1 et donc cela améliore d'autant plus les échanges entre ces éléments. Afin de réduire les pertes de charges, chaque turbulateur 7 est incliné par 10 rapport à la normal au conduit 5, d'un angle aigu a compris entre 3o et 8o degrés, de préférence 45 degrés. Comme montré par les figures 3 et 4, chaque turbulateur 7 est formé d'une paroi extrados 71 et d'une paroi intrados 72. La paroi extrados 71 ayant un 15 rayon de courbure inférieur au rayon de courbure de la paroi intrados 72. Chaque turbulateur 7 fait saillie à l'intérieur du conduit 5 de sorte que la profondeur H de la paroi de fond 51 est supérieure à la profondeur h d'une partie sommitale 73 du turbulateur 7. Ainsi, un turbulateur 7 n'obstrue pas le conduit 5 et le fluide caloporteur peut circuler à l'intérieur de ce dernier.
20 Préférentiellement, les turbulateurs 7 viennent de matière avec la plaque thermoconductrice 3A ou 3B et sont formés lors de son emboutissage. Cela permet ainsi de limiter les coûts de production desdits turbulateurs 7 car leur réalisation est intégrée dans une étape de fabrication déjà existante, et ce sans 25 pour autant allonger le temps de réalisation de ladite étape de fabrication. Ainsi, on voit bien que la plaque d'échange thermique 1 selon l'invention, permet une homogénéisation améliorée du fluide caloporteur du fait de turbulateurs 7 ayant une forme de demi-hélice qui impriment au fluide 30 caloporteur une circulation hélicoïdale dans le conduit 5, cela améliorant de fait les échanges thermiques. De ce fait, la régulation thermique d'une réserve d'énergie électrique tel un module de batteries, comportant au moins une plaque d'échange thermique 1 selon l'invention, est améliorée.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1. Plaque d'échange thermique (i), conformée afin de supporter au moins une réserve d'énergie électrique ou de s'intercaler entre des réserves d'énergie électrique, comprenant deux plaques thermoconductrices (3A, 3B) accolées l'une à l'autre afin de former au moins un conduit (5) destiné à la circulation d'un fluide caloporteur, caractérisée en ce que ledit conduit (5) comporte au moins un turbulateur (7) ayant un profil de pale d'hélice. Plaque d'échange thermique (i) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque turbulateur (7) vient de matière d'au moins l'une desdites plaques thermoconductrices (3A, 3B) Plaque d'échange thermique (i) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque turbulateur (7) s'étend de manière sensiblement transversale au conduit (5). Plaque d'échange thermique (i) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit (5) comprend un canal (50) délimité par des bords latéraux (52) reliés entre eux par une paroi de fond (51) et un couvercle (60). Plaque d'échange thermique (i) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque turbulateur (7) est formé d'une paroi extrados (7i) et d'une paroi intrados (70), ladite paroi extrados (7i) ayant un rayon de courbure inférieur au rayon de courbure de ladite paroi intrados (72).2. 3. 4. 5. 2 98984 1 10 6. 5 7. 10 8. 9. 15 10. 20 25 11. Plaque d'échange thermique (i) selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la profondeur (H) de la paroi de fond (51) du conduit (5) est supérieure à la profondeur (h) d'une partie sommitale (73) du turbulateur (7) faisant saillie à l'intérieur dudit conduit (5). Plaque d'échange thermique (i) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plaques thermoconductrices (3A, 3B) sont métalliques. Plaque d'échange thermique (i) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les plaques thermoconductrices (3A, 3B) sont brasées l'une sur l'autre. Plaque d'échange thermique (i) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit (5) ainsi que les turbulateurs (7) sont formés par emboutissage d'au moins une des plaques thermoconductrices (3A, 3B). Plaque d'échange thermique (i) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte une première plaque thermoconductrice (3A) emboutie afin de former au moins une empreinte en creux (5') ainsi que chaque turbulateur (7) et une seconde plaque thermoconductrice (3B) plane. Module de réserve d'énergie électrique comprenant au moins une plaque d'échange thermique (i), caractérisé en ce que ladite plaque d'échange thermique (i) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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