FR3140477A1

FR3140477A1 - Dispositif pour espacer des cellules de batterie d’un bloc batterie de véhicule

Info

Publication number: FR3140477A1
Application number: FR2209918A
Authority: FR
Inventors: Julien Tissot; Kamel Azzouz; Moussa Nacer Bey; Julio Guerra
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-05
Also published as: CN120051885A; EP4595148A1; WO2024068421A1

Abstract

L’invention concerne un dispositif pour espacer des cellules de batterie, comportant un espaceur en contact avec des grandes faces latérales adjacentes desdites cellules, ledit espaceur comprend : une zone d’écoulement située en vis-à-vis des grandes faces latérales adjacentes des cellules et s’étendant sur la majeure partie desdites grandes faces,une ou plusieurs nervures formant au moins un circuit de circulation forcée (C) du fluide entre lesdites cellules, des turbulateurs (T) sont présents dans la zone d’écoulement, le long du circuit de circulation forcée (C), de manière à créer des turbulences dans l’écoulement du fluide caloporteur entre l’entrée (E) et la sortie (S) dudit circuit de circulation forcée, lesquels turbulateurs sont en reliefs et s’étendent dans la hauteur des nervures. Figure 9

Description

Dispositif pour espacer des cellules de batterie d’un bloc batterie de véhicule

L’invention a pour objet un dispositif pour espacer des cellules de batterie de d’un bloc batterie de véhicule. L’invention a également pour objet un système de régulation thermique d’un bloc batterie de véhicule comprenant un tel dispositif, ainsi qu’une installation de refroidissement comprenant un tel système.

L'invention se rapporte notamment au domaine technique de la régulation thermique des éléments de stockage d’énergie électrique, notamment des éléments de batteries, susceptibles de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement. L’invention s’applique préférentiellement, mais non exclusivement au domaine automobile et plus particulièrement au domaine des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride.

État de la technique

L’énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par un ou plusieurs blocs batteries comprenant chacun plusieurs cellules de batterie. Durant leur fonctionnement, les cellules sont amenées à chauffer et à gonfler, risquant ainsi de s’endommager. En particulier, une technique de charge, dite de charge rapide, consiste à charger les cellules sous une tension élevée et un ampérage élevé, en un temps réduit, notamment en un temps maximum d’une vingtaine de minutes. Cette charge rapide implique un échauffement important des cellules qu’il convient de traiter.

Dans le domaine des véhicules automobiles, il est connu d’utiliser un système de régulation thermique, notamment pour le refroidissement, des blocs batteries. Un tel système de régulation thermique permet de modifier une température d’un bloc batterie, par exemple lors d’un démarrage du véhicule par temps froid, en augmentant sa température par exemple, ou que ce soit en cours de roulage ou lors d’une opération de recharge, en diminuant la température des cellules, qui tendent à s’échauffer au cours de leur utilisation.

Selon une solution connue, le système de régulation thermique comporte une plaque froide à l’intérieur de laquelle circule un fluide de refroidissement, et agencée en contact avec les cellules à refroidir. Il a été constaté qu’un tel agencement peut conduire à un refroidissement non homogène des cellules d’un même bloc batterie à refroidir, entraînant alors une diminution de la performance globale. Un tel système de régulation thermique présente en outre une résistance thermique élevée en raison des épaisseurs de matière présentes entre le fluide de refroidissement et les cellules à refroidir. De plus, cette solution présente généralement un encombrement important.

Selon une autre solution de régulation thermique connue, un fluide diélectrique est pulvérisé, projeté, généralement sous forme de spray, directement sur les cellules, au moyen d’un circuit du fluide diélectrique et d’orifices ou de buses d’aspersion du fluide diélectrique. Il peut alors s’opérer un échange thermique entre les cellules et le fluide diélectrique qui vient en contact direct avec une surface desdites cellules. Après aspersion du fluide diélectrique sur les cellules, notamment en phase liquide, le fluide diélectrique peut s’écouler le long des parois desdites cellules, et s’accumuler notamment dans une partie basse du boîtier recevant le bloc batterie à réguler thermiquement. Une telle solution est par exemple décrite dans le document brevet FR3077683. Cependant, notamment dans le cadre d’une utilisation dans un véhicule, il se peut que les cellules ne soient pas forcément disposées à plat, parallèlement à l’horizontale, mais peuvent être inclinées, penchées par rapport à l’horizontale, de sorte que le fluide diélectrique peut ne s’accumuler que d’un côté. Le fluide diélectrique accumulé n’est alors pas réparti de façon uniforme par rapport aux cellules. Ces problèmes peuvent aussi être rencontrés lorsque le véhicule est lui-même incliné, par exemple sur une route inclinée, ou à cause de vibrations, dues à l’état de la route, à la conduite, ou toute autre condition. De plus, cela peut engendrer un travail plus important d’une pompe par exemple pour pouvoir aspirer hors du boîtier, le fluide diélectrique accumulé d’un côté. En outre, la pompe risquerait d’aspirer de l’air, ce qui pourrait l’endommager.

Le document brevet FR3060863 propose une autre solution pour dissiper la chaleur générée par les cellules de batterie, consistant à installer un espaceur entre les cellules de manière à les espacer l’une de l’autre et à souffler de l'air de refroidissement vers lesdites cellules. La solution proposée dans ce document est toutefois relativement complexe à réaliser et ne permet pas, en pratique, un refroidissement homogène et optimal des cellules. Il a en outre été constaté que le temps pour amener les cellules à une température souhaitée peut être relativement long.

On connait également des systèmes de régulation comprenant un boîtier dans lequel circule un fluide de refroidissement et dans lequel est logé le bloc batterie. On assure de la sorte un échange thermique entre les cellules et le fluide de refroidissement. Toutefois, l’immersion des cellules dans un fluide ne permet pas un refroidissement homogène desdites cellules.

L’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients précités. En particulier, un objectif de l’invention est de proposer un dispositif pour espacer des cellules de batterie permettant de refroidir de manière plus homogène et plus efficace les cellules d’un bloc batterie. Un autre objectif de l’invention est de proposer un système de régulation thermique qui permet d’amener plus rapidement les cellules à la température souhaitée. Un objectif supplémentaire de l’invention est de proposer un système de régulation thermique dont la conception est simple, peu onéreuse et dont l’installation est aisée.

Présentation de l’invention

La solution proposée par l’invention est un dispositif pour espacer des cellules de batterie d’un bloc batterie de véhicule, comportant un espaceur configuré pour être en contact avec des grandes faces latérales adjacentes desdites cellules.

L’espaceur comprend :
- une zone d’écoulement aménagée pour être située en vis-à-vis des grandes faces latérales adjacentes des cellules et pour s’étendre sur la majeure partie desdites grandes faces,
- une ou plusieurs nervures s’étendant dans la zone d’écoulement, la ou les nervures étant agencées de façon à former au moins un circuit de circulation forcée du fluide caloporteur entre lesdites cellules, de préférence de manière à ce que le fluide soit au contact des deux grandes faces latérales adjacentes desdites cellules, le circuit de circulation forcée comprend une entrée et une sortie.

Des turbulateurs sont présents dans la zone d’écoulement, le long du circuit de circulation forcée, de manière à créer des turbulences dans l’écoulement du fluide caloporteur entre l’entrée et la sortie dudit circuit de circulation forcée, lesquels turbulateurs sont en reliefs et s’étendent dans la hauteur des nervures.

Le fait que deux organes rotatifs contrôlent la circulation de fluide entre les orifices de la première série, combiné au fait que les trois étages puissent être en communication fluidique, permet de décupler le nombre de modes de fonctionnement possibles en comparaison des vannes multivoies étagées de l’art antérieur, tout en conservant un faible encombrement radial et axial. La vanne multivoie conforme à l’invention permet par exemple de regrouper quatre vannes à trois voies ou trois vannes à quatre voies. En outre, l’utilisation de trois organes rotatifs distincts, permet de les concevoir chacun de manière spécifique afin d’offrir très simplement toutes les combinaisons convenant aux modes de fonctionnement recherchés.

D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention (selon ses différents aspects) sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Chacune de ces caractéristiques contribue, le cas échéant, à la résolution de problèmes techniques spécifiques définis plus avant dans la description et auxquels ne participent pas nécessairement les autres caractéristiques définies ci-dessus. Les caractéristiques suivantes peuvent ainsi faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires :

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs sont aménagés sur un ou plusieurs supports distincts de l’espaceur et rapportés dans le circuit de circulation forcée.

Selon un autre mode de réalisation, les turbulateurs forment avec l’espaceur une pièce monobloc.

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs et/ou la ou les nervures sont aménagés sur un support configuré pour être fixé sur une cellule.

Un autre aspect de l’invention concerne un système de régulation thermique d’un bloc batterie de véhicule, comprenant :
- un boîtier comprenant un circuit de circulation de fluide caloporteur, lequel boîtier est apte à loger un bloc batterie, lequel bloc comporte au moins deux cellules de batterie de forme générale parallélépipédique présentant chacune deux grandes faces latérales, lesquelles cellules sont adjacentes au niveau d’une de leurs grandes faces latérales,
- un dispositif pour espacer les cellules conforme à l’une des caractéristiques précédentes

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs et/ou la ou les nervures sont conformés dans la paroi d’au moins une grande face latérale des cellules, de préférence dans chacune des parois des deux grandes faces latérales des cellules.

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs et/ou la ou les nervures font saillie depuis la paroi d’une grande face latérale d’une cellule et s’étendent vers la paroi de la grande face latérale d’une autre cellule adjacente.

Selon un mode de réalisation, un rupteur thermique isole thermiquement les turbulateurs et/ou la ou les nervures de la paroi de la grande face latérale de l’autre cellule adjacente.

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs sont réalisés dans un matériau isolant thermique, de préférence réalisé en matériau polymère ou en un matériau composite à base polymère.

Selon un mode de réalisation, les turbulateurs présentent :
- une première partie adaptée pour être en contact avec une grande face latérale d’une cellule,
- une deuxième partie adaptée pour être en contact avec une grande face latérale d’une autre cellule adjacente,
- un rupteur thermique pour isoler thermiquement la première partie de la deuxième partie.

Selon un mode de réalisation, la première partie et la deuxième partie des turbulateurs sont réalisées dans un matériau conducteur thermique, de préférence réalisé dans un matériau polymère ou en un matériau composite à base polymère.

Selon un mode de réalisation, le rupteur thermique forme un support sur lequel sont fixées la première partie et la deuxième partie.

Selon un mode de réalisation, le rupteur thermique forme une interface physique entre la première partie et deuxième partie, lequel rupteur est réalisé dans un matériau ayant un point de fusion inférieur à une température seuil, de sorte que lorsque la température de la première partie et/ou de la deuxième partie atteint ladite température seuil, ledit rupteur fond sans laisser de contact physique entre ladite première partie et ladite deuxième partie, lequel point de fusion est de préférence inférieur ou égal à 200°C.

Selon un mode de réalisation, le système comprend des densités de turbulateurs variable le long du circuit de circulation forcée, la densité des turbulateurs au niveau de la sortie du circuit de circulation forcée étant de préférence supérieure à la densité des turbulateurs au niveau de l’entrée dudit circuit.

Selon un mode de réalisation, le circuit de circulation forcée comprend des sections de circulation du fluide de largeur variable, de préférence de largeur décroissante, graduellement ou en continu, depuis l’entrée vers la sortie.

Selon un mode de réalisation, l’espaceur et/ou les turbulateurs sont clipsés ou collés sur au moins une cellule.

Selon un mode de réalisation, les nervures sont agencées de sorte que le circuit de circulation forcée présente au moins un changement de direction du fluide.

Encore un autre aspect de l’invention concerne une installation de refroidissement comprenant un système selon l’une des caractéristiques précédentes, et comprenant en outre :
- un bloc batterie comprenant N cellules de batterie adjacentes, dont deux cellules d’extrémité disposées chacune au niveau d’une paroi d’extrémité du boîtier, N étant un nombre entier supérieur à 3,
- le système comprend au moins N-1 espaceurs, de préférence N+1 espaceurs.

Selon un mode de réalisation :
- un espaceur est installé entre chaque cellule adjacente à une autre cellule ;
- un espaceur est installé entre chaque paroi d’extrémité du boîtier et la cellule d’extrémité dont une grande face latérale est adjacente à ladite paroi,
- les espaceurs sont conformes à l’une des caractéristiques précédentes de sorte que toutes les grandes faces latérales des cellules soient refroidies par un circuit de circulation forcée.

Selon un mode de réalisation :
- le bloc batterie comprend deux ou plusieurs rangées de cellules accolées côte-à-côte,
- les nervures de chaque espaceur sont conformées de manière à créer un ou des circuits de circulation forcée, chaque dit circuit présentant une ou plusieurs passes à cheval sur les deux grandes faces latérales de deux cellules disposées côte-à-côte,
- chaque espaceur comprend de préférence une nervure médiane qui s’étend dans la hauteur desdites cellules et qui s’installe, en usage, entre des bords latéraux desdites grandes faces latérales, de sorte que ladite nervure médiane remplisse l’espace entre les deux cellules et forme étanchéité entre lesdites cellules.

Selon un mode de réalisation, des ouvertures sont ménagées dans la nervure médiane de manière à autoriser la circulation du fluide entre les grandes faces latérales de deux cellules disposées côte-à-côte.

Brève description des figures

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description des modes de réalisation qui vont suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels :

est une vue éclatée montrant différents éléments constitutifs du dispositif, système et installation selon l’invention.

est une vue en perspective d’un boîtier.

est une vue en perspective d’un exemple d’espaceur conforme à l’invention (les turbulateurs n’étant pas représentés).

montre un assemblage de deux cellules de batteries adjacentes sur lesquelles sont installés des espaceurs (les turbulateurs n’étant pas représentés).

illustre une vue en coupe selon A-A de l’assemblage de la .

illustre une vue en coupe selon B-B de la (les poutrelles et les turbulateurs n’étant pas représentés).

, , , , et illustrent différentes configurations possibles d’espaceur et de circulation du fluide (les turbulateurs n’étant pas représentés).

et illustrent un mode de circulation du fluide dans le boîtier, ledit boîtier étant respectivement vue de dessus et de dessous.

illustre une configuration de l’espaceur avec les turbulateurs.

et illustrent différentes configurations de turbulateurs.

, , , et sont des agrandissements du détail D la illustrant différents agencements de turbulateurs.

est une vue de face d’une cellule intégrant des nervures et des turbulateurs sur une de ses grandes faces latérales.

, , et illustrent d’autres agencements de turbulateurs.

illustre un bloc batterie comprenant deux rangées de cellules accolées côte-à-côte (les turbulateurs n’étant pas représentés).

illustre une configuration possible d’espaceur (les turbulateurs n’étant pas représentés) pour le bloc batterie de la .

illustre une configuration possible de collecteurs d’entrée et de sortie de fluide.

Tel qu’utilisé ici, sauf indication contraire, l’éventuelle utilisation des adjectifs ordinaux « premier », « deuxième », etc., pour décrire un objet indique simplement que différentes occurrences d’objets similaires sont mentionnées et n’implique pas que les objets ainsi décrits doivent être dans une séquence donnée, que ce soit dans le temps, dans l'espace, dans un classement ou de toute autre manière. « X et/ou Y » signifie : X seul ou Y seul ou X+Y. D'une manière générale, on appréciera que sur les différents dessins annexés, les objets sont arbitrairement dessinés pour faciliter leur lecture.

Le système de régulation thermique objet de l’invention vise à réguler la température d’un bloc batterie, notamment d’un bloc batterie d’un véhicule automobile électrique et/ou hybride. Il peut toutefois équiper d’autre type de véhicules ou être utilisé pour réguler la température d’autres composants électriques et/ou électroniques tels que des éléments d’électronique de puissance, par exemple de façon non limitative des semi-conducteurs, tels que des diodes ou transistors. Il pourrait s’agir aussi de composants de serveurs informatiques. Selon un mode préféré de réalisation, la régulation thermique consiste en un refroidissement des cellules du bloc batterie.

Sur la , le bloc batterie 1 comporte au moins deux cellules de batterie 10 et généralement entre 2 et 25 cellules, lequel bloc est logé dans un boîtier 2 ( ). Selon un mode de réalisation, le bloc batterie 1 comprend N cellules 10 adjacentes, avec N un nombre entier supérieur à 2 et préférentiellement supérieur à 3, dont deux cellules d’extrémité disposées chacune au niveau d’une paroi d’extrémité 201 du boîtier 2.

Les cellules 10 sont du type connu de l’homme du métier, généralement prismatiques, c’est-à-dire de forme générale parallélépipédique présentant chacune deux grandes faces latérales 100, deux petites faces latérales 103, une face supérieure 101 et une face inférieure 102. Ces différentes faces sont généralement planes, mais certaines peuvent être incurvées ou courbes. Les cellules 10 sont positionnées de manière adjacente au niveau de leurs grandes faces latérales 100.

Le bloc batterie 1 est logé dans un boîtier 2 formé par une enceinte 20 fermée de manière étanche par un couvercle 21 et par une paroi de fond 22. L’enceinte 20 présente un espace interne apte à recevoir un ou plusieurs blocs batteries. Des poutrelles structurelles 24 peuvent être fixées à l’enceinte 20 pour rigidifier davantage le boîtier 2.

Sur la , le boîtier 2 est de forme générale parallélépipédique, mais d’autres formes adaptées peuvent être envisagées, notamment selon la forme générale du bloc batterie 2. Selon un mode de réalisation, les différents éléments 20, 21, 22 sont réalisées par moulage d’une matière plastique, mais d’autres matériaux convenant à l’homme du métier peuvent être employés.

Sur l’exemple de la , l’enceinte 20 est délimitée par deux parois latérales 200 s’étendant dans une direction longitudinale et deux parois d’extrémité 201 perpendiculaires auxdites parois latérales.

Selon un mode de réalisation, le couvercle 21 est pourvu d’un ou plusieurs canaux de circulation de fluide caloporteur 210₁, 210₂formant collecteurs, en communication fluidique avec l’enceinte 20. Préférentiellement, ces canaux 210₁, 210₂s’étendent dans toute la longueur de l’enceinte 20 de manière à être en communication fluidique avec l’ensemble des cellules 10 du bloc 1. Ces canaux 210₁, 210₂peuvent servir d’entrée (c.-à-d. d’arrivée du fluide dans le boîtier 2) ou de sortie (c.-à-d. d’évacuation du fluide hors du boîtier 2). Selon un mode de réalisation, un canal 210₁peut servir d’entrée et un autre canal 210₂peut servir de sortie. Selon un autre mode de réalisation, les canaux 210₁, 210₂servent d’entrée. Selon encore un autre mode de réalisation, les canaux 210₁, 210₂servent de sortie. Dans un autre mode de réalisation, le couvercle 21 est dépourvu de canal de circulation de fluide caloporteur, les entrée/sortie du fluide se faisant exclusivement au niveau de la paroi de fond 22.

Selon un mode de réalisation, la paroi de fond 22 est réalisée en deux parties 220, 221 assemblées entre elles, par exemple par vissage, soudage, collage, etc. Une première partie 22 se présente sous la forme d’une plaque destinée à être fixée au niveau du fond de l’enceinte 20. Une deuxième partie 221 présente des profilés en forme de canaux 2210₁, 2210₂, débouchant au niveau d’ouvertures 2200₁, 2200₂aménagées dans la plaque 222, lesquelles ouvertures sont en communication fluidique avec l’enceinte 20. Sur la , ces ouvertures s’étendent dans toute la longueur de l’enceinte 20 de manière à être en communication fluidique avec l’ensemble des cellules 10 du bloc 1. Les canaux 2210₁, 2210₂débouchent ainsi au niveau de chaque espaceur 3 (dans chaque espace intercellules). La paroi de fond 22 peut toutefois être réalisée en une seule partie, les canaux 2210 étant alors directement intégrés dans la plaque 220, par exemple par moulage. La paroi de fond 22 peut former le fond de l’enceinte 20 ou être une paroi supplémentaire rapportée, indépendante du fond de ladite enceinte.

Les canaux 2210₁, 2210₂de la paroi de fond 22 servent à la circulation du fluide caloporteur 210. Ils peuvent servir d’entrée (c.-à-d. d’arrivée du fluide dans le boîtier 2) ou de sortie (c.-à-d. d’évacuation du fluide hors du boîtier 2). Selon un mode de réalisation, un canal 2210₁peut servir d’entrée et un autre canal 2210₂peut servir de sortie. Selon un autre mode de réalisation, les canaux 2210₁, 2210₂servent d’entrée. Selon encore un autre mode de réalisation, les canaux 2210₁, 2210₂servent de sortie. Dans un autre mode de réalisation, la paroi de fond 22 est dépourvue de canal de circulation de fluide caloporteur, les entrée/sortie du fluide se faisant exclusivement au niveau du couvercle 21.

En se rapportant à la , les entrée/sortie du boîtier 2 sont connectées à un circuit de circulation du fluide caloporteur 23, comprenant par exemple un circuit de pompage, et permettant notamment de mettre en circulation le fluide caloporteur dans ledit boîtier pour réguler la température de cellules 10 qui y sont logées. La circulation du fluide dans le boîtier 2 est décrite en détail plus avant dans la description. La régulation de température consiste préférentiellement en un refroidissement réglé pour maintenir les cellules 10 à une température inférieure ou égale à une température seuil, par exemple comprise entre 20°C 40°C. Lorsque les cellules 10 dépassent cette température seuil, elles sont refroidies par le fluide caloporteur, ce dernier étant alors un fluide de refroidissement.

De manière particulièrement avantageuse, l’entrée du boîtier 2 peut comprendre un tamis configuré pour filtrer le fluide caloporteur de manière à éviter la circulation de particules dans ledit boîtier. Ces particules présentent en outre l’inconvénient de diminuer l’efficacité du fluide caloporteur, notamment dans sa capacité d’échange thermique. Le tamis est donc préférentiellement placé à l’entrée du boîtier 2 et/ou en amont de l’arrivée du fluide dans le circuit 23. Le tamis est par exemple installé au niveau de l’entrée des canaux 210₁, 210₂, 2210₁, 2210₂. Avantageusement, le tamis peut être de forme généralement cylindrique. De manière alternative, le tamis est adapté à la forme des canaux/collecteurs 210₁, 210₂, 2210₁, 2210₂. Le tamis est généralement constitué par une structure rigide, fabriquée notamment en une matière plastique ou métallique, sous forme d’un filet ou cadre. Ce filet sert de support à une grille de maillage apte à permettre la filtration de particules inférieures à 200 µm, préférentiellement inférieures à 50µm. La grille de maillage est avantageusement réalisée en matériau métallique

Dans certains cas, par exemple lors du démarrage du véhicule, la régulation peut également consister en un réchauffement des cellules 10, notamment lorsque celles-ci sont à une température inférieure ou égale à une température seuil, par exemple inférieur à 0°C. En deçà de cette température seuil, les cellules 10 sont réchauffées par le fluide caloporteur qui est alors un fluide de chauffage.

Le fluide caloporteur utilisé est préférentiellement un liquide diélectrique, par exemple une huile minérale ou un liquide fluoré. Le fluide caloporteur peut toutefois se présenter sous une autre forme, par exemple de l’air soufflé. Le fluide peut être préalablement refroidi ou chauffé selon la régulation thermique visée.

Un espaceur 3 (ou intercalaire, les deux termes étant synonymes au sens de l’invention) est installé entre chaque cellule 10 adjacente à une autre cellule de manière à les espacer l’une de l’autre. Un espaceur 3 est également avantageusement installé entre chaque paroi d’extrémité 201 du boîtier 2 et la cellule d’extrémité 10 dont une grande face latérale 100 est adjacente à ladite paroi. Selon un mode de réalisation, si le bloc batterie 1 comprend N cellules 10, le système comprend au moins N-1 espaceurs 3, de préférence N+1 espaceurs.

Avantageusement, les espaceurs 3 présentent une conductivité thermique relativement faible de manière à jouer un rôle d’isolant thermique entre les cellules. Selon un mode de réalisation, les espaceurs 3 sont réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique d’au plus 0,4 W.m⁻¹.K⁻¹, de préférence une conductivité thermique d’au plus 0,2 W.m⁻¹.K⁻¹. Le matériau utilisé peut être un polymère ou un matériau composite à base polymère, ou un matériau de la famille des silicates, de préférence en silicate de calcium renforcé par des fibres.

Chaque espaceur 3 présente une structure configurée pour s’installer de manière démontable sur une cellule 10, préférentiellement par clipsage. Selon un mode de réalisation, la structure de l’espaceur 3 est ajustée (par exemple par une déformation élastique de ladite structure) à la forme de la cellule 10 pour être montée serrée sur ladite cellule de sorte que les contacts entre ladite structure et ladite cellule sont des contacts étanches au fluide. Selon un autre mode de réalisation, les espaceurs 3 peuvent être installés de manière indémontable sur les cellules 10, et par exemple fixés par collage ou soudage.

Sur les figures 3, 4 et 5, la structure de l’espaceur 3 a une forme générale de goulotte en U. Il peut se présenter sous la forme d’une pièce monobloc ou sous la forme de plusieurs parties distinctes les unes des autres. L’espaceur 3 présente une première zone d'appui 30 configurée pour venir en appui contre une grande face latérale 100 de la cellule 10, une deuxième zone d'appui 31 configurée pour venir en appui contre la face supérieure 101 de ladite cellule, et une troisième zone d'appui 32 configurée pour venir en appui contre la face inférieure 102 de ladite cellule. La structure de l’espaceur 3 peut toutefois avoir une autre conformation, et par exemple ne présenter que la première zone d'appui 30, ou seulement la première zone 30 et la deuxième zone 31, ou seulement la première zone 30 et la troisième zone 32.

Comme illustré sur les figures 4 et 5, lorsque les cellules 10 sont installées en configuration d’usage dans le boîtier 2, la première zone 30 vient non seulement en appui contre la grande face latérale 100 de la cellule 10 contre laquelle l’espaceur 3 est installé (ci-après la grande face latérale « avant ») mais également en appui contre la grande face latérale 100 de la cellule 10 adjacente (ci-après la grande face latérale « arrière »). La première zone 30 est ainsi prise en sandwich entre les grandes faces latérales adjacentes des cellules. Selon un mode préféré de réalisation, les contacts entre la première zone 30 et les grandes faces latérales avant et arrière des cellules adjacentes sont des contacts étanches au fluide. De façon alternative ou complémentaire, un ou plusieurs joints d’étanchéité sont installés dans l’espace entre les cellules 10 adjacentes de façon à créer des contacts étanches au fluide.

La première zone 30 a les mêmes dimensions, ou sensiblement les mêmes dimensions, en longueur et largeur, que celles d’une grande face latérale 100. Elle définit une zone d’écoulement située en vis-à-vis de la grande face latérale 100 de la cellule 10 contre laquelle l’espaceur 3 est installé et qui s’étend sur la majeure partie de ladite grande face latérale. De façon symétrique, cette zone d’écoulement est également située en vis-à-vis de la grande face latérale arrière de la cellule adjacente, de sorte que le fluide qui s’écoule dans ladite zone soit au contact des deux grandes faces latérales des cellules adjacentes.

Selon un mode de réalisation, la zone d’écoulement 30 s’étend sur au moins 51%, avantageusement au moins 90% et préférentiellement au moins 95% de la surface des grandes faces latérales 100 adjacentes. La majeure partie de ces grandes faces latérales 100 peut ainsi être en contact avec le fluide caloporteur comme expliquée plus avant dans la description.

Une ou plusieurs nervures 300 s’étendent dans la partie ajourée de la zone d’écoulement 30 et sont agencées de façon à former un ou plusieurs circuits de circulation forcée du fluide caloporteur entre les cellules adjacentes. Par « circulation forcée », on entend que le fluide est contraint de suivre un ou plusieurs cheminements singuliers imposés par l’agencement de la ou des nervures 300. Ce ou ces circuits sont ainsi délimités d’une part par les grandes faces latérales 100 adjacentes des cellules et d’autre part par les nervures 300. Toutes les grandes faces latérales 100 des cellules 10 sont ainsi refroidies par un circuit de circulation forcée. Le nombre de passes (c.à.d. les changements de direction dans un circuit de circulation forcée) est ajusté en fonction de l’échange thermique désiré et/ou en fonction de la perte de charge admise. Les meilleurs résultats en termes d’échange thermique sont obtenus lorsque le circuit de circulation forcée présente au moins un changement de direction du fluide, avantageusement au moins 3 et préférentiellement entre 5 et 10 changements de direction (cette plage offrant un bon compromis en échange thermique et la perte de charge).

Chaque circuit de circulation forcée comprend une entrée et une sortie du fluide, lesquelles entrée/sortie sont définies par l’agencement de la ou des nervures 300. Dans l’exemple de réalisation des figures 4 et 6, plusieurs nervures 300 sont agencées de manière à former deux circuits distincts, respectivement C1, C2, chaque circuit comprenant une entrée, respectivement E1 et E2, et une sortie, respectivement S1 et S2. Dans d’autres modes de réalisations, les nervures 300 sont agencées pour former M circuits de circulation forcée, avec M un nombre entier supérieur à 2.

Sur l’exemple de la , les entrées E1, E2 sont situées au niveau d’un bord d’une grande face latérale 100 (à la jonction de ladite grande face latérale et de la face inférieure 102) et les sorties S1, S2 au niveau au niveau d’un autre bord de ladite grande face (à la jonction de ladite grande face et de la face supérieure 101). D’autres configurations d’entrée/sortie sont toutefois envisageables, notamment une configuration inverse à celle de la . De même, les entrées, respectivement les sorties, de ne sont pas nécessairement situées au niveau d’un même bord de la grande face latérale 100. Une entrée E1 d’un premier circuit C1 peut être située au niveau d’un premier bord (par exemple un bord supérieur) et la sortie S1 au niveau d’un deuxième bord (par exemple un bord inférieur), tandis que l’entrée E2 d’un deuxième circuit C2 est située au niveau dudit deuxième bord et la sortie S2 au niveau dudit premier bord. Ou inversement. Selon un autre exemple de configuration, l’entrée E1 et la sortie E2 d’un premier circuit C1 sont situées au niveau d’un même bord, par exemple un bord inférieur, tandis que l’entrée E2 et la sortie E2 d’un deuxième circuit C2 sont situées au niveau d’un autre, par exemple un bord supérieur. Dans d’autres modes de réalisation, tout ou partie des entrées/sorties sont situées au niveau d’un ou des bords latéraux d’une grande face latérale 100 (à la jonction de ladite grande face latérale et d’une petite face latérale 103).

Les nervures 300 sont préférentiellement rectilignes, mais peuvent être courbe ou avoir des portions courbes et rectilignes, être en lignes brisées, ou être de toute autre forme convenant à l’homme du métier.

Les nervures 300 sont en contact serré avec les grandes faces latérales 100 adjacentes. Ce contact serré forme étanchéité au fluide de sorte que la circulation du fluide dans un circuit de circulation forcée C1, C2 se fasse uniquement entre l’entrée E1, E2 et la sortie S1, S2 dudit circuit. Lorsque plusieurs circuits sont définis par l’espaceur 3, il n’y a notamment pas de communication fluidique entre ces circuits, ce qui assure une circulation homogène dans chaque circuit. De façon alternative ou complémentaire, un ou plusieurs joints d’étanchéité sont installés dans l’espace entre les cellules 10 adjacentes, notamment sur les nervures 300, de sorte que la circulation du fluide dans un circuit de circulation forcée se fasse uniquement entre l’entrée et la sortie dudit circuit.

L’épaisseur de la structure de l’espaceur 3 et/ou l’épaisseur des nervures 300 dépendent de la distanciation souhaitée entre les cellules 10 et/ou du débit souhaité du fluide circulant dans le ou les circuits. Les meilleurs résultats, notamment en termes de régulation, sont obtenus lorsque cette épaisseur est comprise entre 0,5 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm, préférentiellement entre 1,5 mm à 3,5 mm.

En plus de permettre une distanciation des cellules 10 adjacentes pour l’écoulement du fluide caloporteur, les espaceurs 3 ont un rôle mécanique contre le gonflement des cellules 10 induit par leur montée en température. Ils permettent en effet de maintenir les cellules 10 en compression sous l’effet de ce gonflement, ce qui assure une capacité maximale desdites cellules.

Pour que les nervures 300 occultent à minima la surface des grandes faces latérales 100 en contact avec le fluide caloporteur, lesdites nervures occupent au plus 10%, avantageusement au plus 5%, de la surface d’une grande face latérale 100. Des résultats optimums en termes de limitation au gonflement et d’efficacité des échanges thermiques sont obtenus lorsque les nervures 300 ont une largeur comprise entre 0,5 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm, préférentiellement entre 1,5 mm à 3,5 mm. Les nervures 300 peuvent avoir la même largeur ou des largeurs différentes. En particulier, les nervures 300 ou les portions de nervures situées dans la zone centrale des grandes faces latérales 100 peuvent être plus larges dans la mesure où les contraintes mécaniques dues au gonflement sont maximales dans cette zone.

Sur les figures annexées, la deuxième zone 31 et la troisième zone 32 ont les mêmes dimensions, ou sensiblement les mêmes dimensions, en longueur et largeur, que celles des faces supérieures 101 et inférieure 102 d’une cellule 10. Elles peuvent toutefois avoir des dimensions différentes en longueur et/ou largeur. La deuxième zone 31 présente avantageusement des parties ajourées 310 agencées pour laisser libres les bornes de connexion 104 de la cellule 10. La troisième zone 32 peut également présenter des parties ajourées. Dans ces parties ajourées, le fluide est en contact avec les faces supérieures 101 et inférieure 102, contribuant aux échanges thermiques et à la régulation thermiques de la cellule 10 au niveau desdites faces.

Lorsque les cellules 10 et les espaceurs 3 sont installés en configuration d’usage dans le boîtier 2, la ou les entrées/sorties du ou des circuits C1, C2 sont en communication fluidique avec la ou les entrées/sorties du circuit 23 du boîtier 2. Sur la , les ouvertures 2210₁, 2210₂de la paroi de fond 22 débouchent au niveau des entrées E1, E2 et les canaux 210₁, 210₂du couvercle 21 débouchent au niveau des sorties S1, S2. Ainsi, les canaux 210₁, 210₂et 2210₁, 2210₂débouchent au niveau de chaque espaceur 3, c’est-à-dire dans chaque espace intercellules.

Les figures 7A, 7B, 7C, 7D, 7E et 7F illustrent différentes configurations du dispositif. La correspond à la configuration précitée. L’espaceur 3 comprend plusieurs nervures 300 agencées de façon à former un premier circuit de circulation forcée C1 et un deuxième circuit de circulation forcée C2. Le premier circuit C1 comprend une entrée E1 et une sortie S1 et le deuxième circuit C2 comprend une entrée E2 et une sortie S2. Les entrées E1 et E2 sont situées au niveau du bord inférieur de la grande face latérale 100 et les sorties S1, S2 au niveau du bord supérieur de ladite grande face. Les entrées E1 et E2 sont en communication fluidique avec les canaux d’arrivée 2210₁, 2210₂aménagés dans la paroi de fond 2. Les sorties S1 et S2 sont en communication fluidique avec les canaux d’évacuation 210₁, 210₂aménagés dans le couvercle 21. Le fluide pénètre par le canal d’arrivée 2210₁, circule de manière forcée dans le premier circuit C1 depuis l’entrée E1 jusqu’à la sortie S1 et est évacué par le canal d’évacuation 210₁. Parallèlement, le fluide pénètre également par l’autre canal d’arrivée 2210₂, circule de manière forcée dans le deuxième circuit C2 depuis l’entrée E2 jusqu’à la sortie S2 et est évacué par le canal d’évacuation 210₂. La circulation du fluide dans le premier circuit C1 et la circulation dudit fluide dans le deuxième circuit C2 ont ici le même sens.

La configuration de la est similaire à celle de la . La principale différence est que les entrées E1 et E2 ne sont pas situées au niveau du même bord de la grande face latérale 100, de même que les sorties S1, S2.

Dans la configuration de la , les nervures 300 sont agencées de façon à former un seul circuit de circulation forcée C comprenant une entrée E et une sortie S qui sont toutes deux situées au niveau du bord inférieur de la grande face latérale 100.

La configuration de la est similaire à celle de la . La principale différence est que, l’entrée E est située au niveau du bord inférieur de la grande face 100, alors que la sortie S est située au niveau du bord supérieur de ladite grande face.

Une configuration inverse à la peut être envisagée comme illustrée sur la . Dans ce cas, l’entrée E est située au niveau du bord supérieur de la grande face 100 et la sortie S est située au niveau du bord inférieur de ladite grande face est envisageable.

Dans la configuration de la , l’entrée E et la sortie S du circuit C sont situées au niveau du bord supérieur de la grande face latérale 100. L’arrivée et l’évacuation du fluide se font ici depuis le couvercle 21, ledit fluide ne circulant pas au travers de la paroi de fond 22.

Les figures 8A et 8B illustrent encore une autre configuration du dispositif permettant de rendre l’ensemble particulièrement compact et facile à installer. La configuration de l’espaceur 3 est similaire à celle de la . L’arrivée et l’évacuation du fluide se font toutefois depuis la paroi de fond 22. Celle-ci est pourvue d’un canal d’arrivée 2210₁et d’un canal d’évacuation 2210₂qui débouchent chacun au niveau de chaque espaceur 3 (dans chaque espace intercellules). La connexion fluidique du boîtier 2 au circuit 23 se fait donc uniquement au niveau de la paroi de fond 22, ce qui permet de simplifier l’installation. En outre, le couvercle 21 étant dépourvu de connectiques au circuit 23, il peut être aisément et rapidement enlevé en cas d’intervention sur le bloc batterie 1.

Un premier conduit 2100₁permet d’amener le fluide circulant dans le canal d’arrivée 2210₁à un premier canal 210₁aménagé dans le couvercle 21. Selon un mode de réalisation, les extrémités du premier conduit 2100₁débouchent respectivement dans le canal d’arrivée 2210₁et dans le premier canal 210₁.Le premier conduit 2100₁permet ainsi de faire « monter » le fluide de la paroi de fond 22 jusqu’au couvercle 21. Le premier canal 210₁aménagé dans le couvercle 21 permet d’alimenter en parallèle les entrées E des différents circuits C. Sur la , le premier conduit 2100₁est aménagé au niveau d’un paroi d’extrémité 201 du boîtier 2.

Un deuxième conduit 2100₂permet d’amener le fluide circulant dans le deuxième canal 210₂aménagé dans le couvercle 21 au canal d’évacuation 2210₂. Selon un mode de réalisation, les extrémités du deuxième conduit 2100₂débouchent respectivement dans le deuxième canal 210₂et dans le canal d’évacuation 2210₂. Le deuxième conduit 2100₂permet ainsi de faire « descendre » le fluide de la du couvercle 21 jusqu’à la paroi de fond 22. Le deuxième canal 210₂aménagé dans le couvercle 21 est en communication fluidique avec les sorties S des différents circuits C. Sur la , le deuxième conduit 2100₂est aménagé au niveau d’une autre paroi d’extrémité 201 du boîtier 2.

Dans cette configuration, le fluide pénètre par le canal d’arrivée 2210₁et passe par le premier conduit 2100₁pour atteindre le premier canal 210₁du couvercle 21. Le fluide circule alors de manière forcée dans le circuit C depuis l’entrée E jusqu’à la sortie S. Le fluide circule ensuite dans le deuxième canal 210₂et passe par le deuxième conduit 2100₂pour atteindre le canal d’évacuation 2210₂par lequel il est évacué.

Selon un mode de réalisation, le bloc batterie 1 présente deux ou plusieurs rangées de cellules accolées. Sur la , le bloc batterie 1 est par exemple composé de deux rangées de cellules 10, 10’ accolées côte-à-côte.

Pour permettre la tenue des cellules 10, 10’ et l’écoulement homogène le long de leurs grandes faces latérales 100, 100’, les nervures 300 de l’espaceur 3 sont conformées de manière à créer un ou des circuits de circulation forcée C présentant chacun une ou plusieurs passes, comme dans le cas d’un espaceur pour une seule cellule décrit précédemment.

Avantageusement pour que la température soit la plus homogène possible, chaque circuit C (et chacune de ses passes) s’entend – ou est à cheval - sur les deux grandes faces latérales 100, 100’ des cellules 10, 10’ disposées côte-à-côte.

L’espaceur 3 forme une étanchéité au fluide tout le long du circuit C comme avec un espaceur pour une seule cellule décrit précédemment.

Sur les figures 22, 23 et 24, l’espaceur 3 comprend une nervure médiane 301 qui s’étend dans la hauteur des cellules 10, 10’ et qui s’installe en usage entre les bords latéraux des grandes faces latérales 100, 100’. Cette nervure médiane 301 remplit ainsi l’espace entre les deux cellules 10, 10’ et forme étanchéité entre lesdites cellules. Des ouvertures 3010 sont ménagées dans la nervure médiane 301 de manière à autoriser la circulation du fluide entre les grandes faces latérales 100, 100’.

La nervure médiane 301 permet en outre une distanciation des cellules 10, 10’ disposées côte-à-côte et joue un rôle mécanique contre le gonflement desdites cellules induit par leur montée en température. Elle contribue à maintenir davantage les cellules 10, 10’ en compression sous l’effet de ce gonflement, ce qui assure une capacité maximale desdites cellules.

L’étanchéité entre les cellules 10, 10’ est particulièrement avantageuse lorsque les collecteurs d’entrée/sortie de fluide 210₁, 210₂sont disposés latéralement et d’un seul côté du bloc batterie 1, comme illustré sur les figures 22 et 24. L’entrée E et la sortie S ( ) du circuit C sont alors aménagées dans l’espaceur 3, au niveau d’une nervure située au bord de la cellule.

Si les collecteurs sont positionnés de part et d’autre des cellules 10, 10’ (par exemple le collecteur d’entrée positionné sur un côté de la cellule 10 et le collecteur de sortie positionné sur le côté opposé de la cellule 10’), cette étanchéité ne serait plus forcément importante. En effet, l’espace entre les cellules 10, 10’ peut être utilisé comme un collecteur intermédiaire facilitant la répartition du fluide entre les cellules. Dans ce cas, l’espaceur 3 peut ne pas comporter de nervure médiane 301 ou comporter une nervure médiane, mais qui ne remplit pas l’espace entre les deux cellules 10, 10’.

Selon un autre mode de réalisation, les nervures 300 peuvent être aménagées de sorte à former un premier circuit qui serpente le long de la grande face latérale 100 de la première cellule 10 et un deuxième circuit qui serpente le long de la grande face latérale 100’ de la deuxième cellule 10’. La communication entre les deux circuits peut être réalisée au niveau du couvercle 21 (plus particulièrement au niveau de la zone des busbars) ou de la paroi de fond 22 du boîtier 2. Ce mode de réalisation à l’avantage de ne pas nécessiter d’étanchéité entre les cellules 10, 10’, mais n’est pas optimal en termes d’homogénéité de température du fait que le fluide arrive plus chaud sur la deuxième cellule 10’ que sur la première cellule 10.

Sur la , les collecteurs d’entrée/sortie 210₁, 210₂sont disposés latéralement et d’un seul côté du bloc batterie 1. Pour assurer l’alimentation d’une ou plusieurs cellules 10 situées aux extrémités du bloc batterie 1, le collecteur d’entrée 210₁et/ou le collecteur de sortie 210₂peuvent être prolongés et coudés de manière à déboucher directement dans le circuit C formé au niveau d’au moins une desdites cellules d’extrémité.

Selon une caractéristique de l’invention illustrée sur la , des turbulateurs T (ou éléments de perturbation, les deux termes étant synonymes au sens de l’invention) sont présents dans la zone d’écoulement 30, le long du ou des circuits C, C1, C2 décrits précédemment, de manière à créer des turbulences dans l’écoulement du fluide caloporteur entre l’entrée et la sortie dudit ou desdits circuits. Les turbulences ainsi créées permettent d’améliorer les échanges thermiques entre le fluide et les cellules, notamment en augmentant le coefficient d'échange (ou de transmission) thermique. En effet, les turbulateurs, en perturbant l’écoulement, induisent une rupture de la couche limite et partant, une augmentation du coefficient d’échange

Par souci de concision et de clarté, la description qui suit décrit des turbulateurs agencés dans un seul circuit de circulation forcée C. Toutefois, l’invention couvre également des espaceurs présentant plusieurs circuits de circulation forcée, et dans lesquels les turbulateurs sont agencés dans tout ou partie de ces circuits.

Selon un mode préféré de réalisation, les turbulateurs T sont présents tout le long du circuit C, depuis l’entrée E jusqu’à la sortie S de manière à maximiser les échanges thermiques avec les grandes faces latérales 100. Selon un autre mode de réalisation, les turbulateurs T sont présents seulement sur une ou plusieurs portions du circuit C, et notamment localisés dans les zones des grandes faces latérales 100 où les températures sont les plus élevées (dans le cas où l’on cherche à refroidir les cellules) et/ou les plus basses (dans le cas où l’on cherche à réchauffer les cellules).

Selon la surface de la zone d'échange dans le circuit C, le nombre de turbulateurs T peut varier d’une dizaine à plusieurs centaines, voire plusieurs milliers. On peut par exemple prévoir une ou plusieurs dizaines de turbulateurs par cm². Ils peuvent être répartis de manière régulière, c’est-à-dire avec la même densité le long du circuit C, ou répartis de manière irrégulière, c’est-à-dire avec des densités variables le long dudit circuit.

Des densités variables de turbulateurs T permettent d’homogénéiser les échanges thermiques le long du circuit C notamment lorsque la densité des turbulateurs au niveau de la sortie S est supérieure à la densité des turbulateurs au niveau de l’entrée E. En effet, le flux thermique P peut s’écrire selon la formule suivante : P = K.Se.∆T;où K est le coefficient d’échange thermique, Se la surface d’échange et ∆T représente l’écart de température entre le fluide et la grande face latérale 100 sur laquelle s’écoule ledit fluide. En partant de l’hypothèse que la surface d’échange est constante, que la température de la grande face latérale 100 est sensiblement la même au niveau de l’entrée E et de la sortie S, mais que la température du fluide évolue entre l’entrée E et la sortie S (du fait des échanges thermiques le long du circuit C), alors ∆T_entrée _E≠ ∆_Tsortie _S. Plus particulièrement ∆T décroit de l’entrée E vers la sortie S.

Pour obtenir des échanges thermiques homogènes le long du circuit C, on cherche à ce que P_entrée _E= P_sortie _S, et idéalement à ce que P soit constant le long de l’écoulement du fluide dans le circuit C. Le coefficient d’échange thermique K étant proportionnel au nombre de Reynolds, l’augmentation de la densité des turbulateurs T va permettre d’augmenter la valeur du coefficient K. Ainsi, la diminution de ∆T le long du circuit C est donc compensée par une augmentation du coefficient K de sorte qu’on peut obtenir un équilibre entre P_entrée _Eet P_sortie _S. Aussi, selon un mode préféré de réalisation, la densité des turbulateurs T est croissante, graduellement ou en continu, depuis l’entrée E vers la sortie S du circuit C. Dans le cas où les turbulateurs T sont réalisés dans un matériau conducteur thermique et participent à l’échange thermique, l’augmentation de la densité desdits turbulateurs accroît la surface d’échange Se. La diminution de ∆T le long du circuit C peut donc être également compensée par une augmentation de la surface d’échange Se.

De façon alternative, on peut compenser la diminution de ∆T (sans modifier la valeur du coefficient K et donc sans modifier la densité des turbulateurs), en augmentant la surface d’échange Se par une modification de la forme desdits turbulateurs entre l’entrée E et la sortie S.

Selon encore un autre mode de réalisation qui peut être complémentaire ou se substituer aux modes décrits précédemment, le circuit C comprend des sections de circulation du fluide de largeur variable de sorte que la vitesse d’écoulement du fluide est variable d’une section à l’autre. Cette variabilité de la vitesse permet de faire varier la valeur du coefficient K (sans avoir à modifier la densité des turbulateurs). Avantageusement, ces sections ont une largeur décroissante, graduellement ou en continu, depuis l’entrée E vers la sortie S du circuit C, afin que la vitesse augmente depuis ladite entrée vers ladite sortie. Les meilleurs résultats en termes d’homogénéité du flux thermique sont obtenus lorsque la largeur décroissante des sections depuis l’entrée E vers la sortie S est comprise entre -20% et -80%, de préférence entre -40% et -60%.

Sur les figures 9 à 21, les turbulateurs T sont en reliefs et s’étendent dans la hauteur des nervures 300, ou en d’autres termes dans l’espace séparant deux cellules adjacentes 10a, 10b ou dans l’épaisseur de la lame de fluide. La hauteur des turbulateurs T est avantageusement supérieure ou égale à 50 % de celle des nervures 300, préférentiellement supérieur 70 %, et très préférentiellement supérieure ou égal à 90%. Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la permettant d’optimiser les turbulences, la hauteur des turbulateurs T correspond à celle des nervures 300 (et/ou à l’espace séparant deux cellules adjacentes et/ou à l’épaisseur de la lame de fluide) de sorte que lesdits turbulateurs sont en contact avec les deux grandes faces latérales adjacentes 100₁, 100₂des cellules 10₁, 10₂.

Les turbulateurs T peuvent avoir la forme de nervures, de mamelons, de demi-sphère, de tubes cylindriques ou polygonaux, de pyramides, d’ailettes, etc. Sur les figures 10 et 11, les turbulateurs T forment un treillis ou une structure alvéolaire (ou pseudo-alvéolaire) présentant des ajours de sorte que le fluide puisse s’écouler le long de chacune des grandes faces latérales 100₁, 100₂adjacentes. Ce type de structure donne de très bons résultats en termes d’échange thermique. Les turbulateurs T peuvent par exemple être obtenus par moulage, matriçage, roulage, impression 3D, ou par toute autre technique convenant à l’homme du métier.

Les turbulateurs T et/ou la ou les nervures 300 sont aménagés sur un ou plusieurs supports distincts de l’espaceur 3 et rapportés dans le circuit de circulation forcée C. Le maintien en position du ou des supports sur les cellules 10₁et/ou 10₂peut alors être réalisé par collage, thermo-soudage, clipsage, emboîtage, ou par tout autre moyen convenant à l’homme du métier.

Dans une variante de réalisation qui a l’avantage d’être simple, peu onéreuse, légère et facile à mettre en place, les turbulateurs T forment avec l’espaceur 3 une pièce monobloc. Les turbulateurs T et la ou les nervures 300 peuvent par exemple être conformés par moulage, matriçage ou emboutissage d’une feuille ou d’un feuillard.

Pour participer activement aux échanges thermiques, les turbulateurs T peuvent être réalisés dans un matériau conducteur thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement élevée par exemple supérieure à 100 W.m⁻¹.K⁻¹, de préférence supérieure à 200 W.m⁻¹.K⁻¹. Le matériau utilisé pour le support peut être de l’aluminium, ou un alliage d’aluminium de façon à obtenir un bon compromis poids/prix/conductivité thermique. D'autres matériaux peuvent être utilisés tels que cuivre, alliage de cuivre, zinc, alliage de zinc, carbone, polymères chargés de poudres ou paillettes métalliques, etc.

Selon une variante de réalisation, les turbulateurs T sont réalisés dans un matériau isolant thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement faible par exemple d’au plus 0,4 W.m⁻¹.K⁻¹, de préférence d’au plus 0,2 W.m⁻¹.K⁻¹. Le matériau utilisé peut être un matériau distinct ou préférentiellement identique à celui de l’espaceur 3, notamment un polymère ou un matériau composite à base polymère, ou un matériau de la famille des silicates, de préférence en silicate de calcium renforcé par des fibres. Un avantage lié à l’utilisation d’un matériau isolant thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement faible, est qu’en cas d’emballement thermique d’une cellule 10₁, la chaleur n’est pas - ou peu - transférée aux cellules adjacentes10₂.

Toutefois, cette conception présente l’inconvénient de ne pas profiter de l’augmentation de la surface d’échange offerte par les turbulateurs T. Aussi, dans la solution illustrée à titre d’exemple non limitatif sur les figures 14 et 15, les turbulateurs T ont une double fonction : perturber l'écoulement du fluide de façon à favoriser les échanges thermiques et augmenter la surface d'échange thermique.

Les turbulateurs T présentent ici une première partie T₁adaptée pour être en contact avec une grande face latérale 100₁d’une cellule 10₁, et une deuxième partie T₂adaptée pour être en contact avec une grande face latérale 100₂d’une cellule 10₂adjacente. Ces deux parties T₁et T₂sont réalisées dans un matériau conducteur thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement élevée du type décrit précédemment.

Les deux parties T₁et T₂sont isolées thermiquement par un rupteur thermique T₃, de sorte qu’en cas d’emballement thermique d’une cellule 10₁, la chaleur n’est pas - ou peu - transférée à la cellule adjacente 10₂(ou inversement).

Selon un mode préféré de réalisation, le rupteur thermique T₃est réalisé dans un matériau isolant thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement faible du type décrit précédemment.

Sur la , le rupteur T₃se présente sous la forme d’un support sur lequel sont fixées les parties T₁et T₂, par exemple une plaque en plastique sur laquelle sont collés lesdites parties.

Sur la , les turbulateurs T sont réalisés dans un matériau composite obtenu par exemple par une technique d’injection ou d’impression 3D, les deux parties T₁et T₂étant réalisés en un matériau conducteur thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement élevée du type décrit précédemment, et le rupteur T₃, formant l’âme, étant réalisé dans un matériau isolant thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement faible du type décrit précédemment.

Selon une variante de réalisation, le rupteur T₃est réalisé dans un matériau à changement de phase ayant un point de fusion inférieur à une température seuil. Il s’agit notamment d’une température caractéristique d’un emballement thermique d’une cellule 10, typiquement une température supérieure à 200°C. Le matériau du rupteur T₃est dans cet exemple choisi de sorte que son point de fusion soit inférieur ou égal à 200°C. Des matériaux tels que Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS), Polyacétal copolymère ou Polyoxyméthylène (POMC ou POM), Polyéthylène haute densité (PEHD), Polypropylène (PP), Polychlorure de vinyle (PVC), peuvent notamment être utilisés, sans que cette liste soit limitative.

Ainsi, lorsque la température de la cellule 10₁(respectivement 10₂) atteint la température seuil, la chaleur est également transmise au rupteur T₃par l’intermédiaire de la première partie T₁(respectivement la deuxième partie T₂). La température du rupteur T₃est alors telle qu’il fond sans laisser de contact physique entre la première partie T₁et ladite deuxième partie T₂( ). Dans cet état, la chaleur émise par la cellule 10₁ne peut pas être transférée à la cellule adjacente 10₂(ou inversement). Le matériau fondu est ensuite évacué naturellement dans l’écoulement du fluide.

Dans une autre variante de réalisation illustrée sur les figures 17 à 21, les turbulateurs T, T₁, T₂et/ou la ou les nervures 300 sont conformés directement dans la paroi d’au moins une grande face latérale 100₁₁, 100₂₁des cellules 10₁, 10₂, et préférentiellement dans chacune des parois des deux grandes faces latérales 100₁₁, 100₁₂, 100₂₁, 100₂₂. Les turbulateurs T et/ou la ou les nervures 300 font saillie depuis la paroi d’une grande face latérale 100₁₁d’une cellule 10₁et s’étendent vers la paroi de la grande face latérale 100₂₂d’une autre cellule 10₂adjacente.

Les turbulateurs T et/ou la ou les nervures 300 peuvent par exemple être conformés lors de l’emboutissage, matriçage, moulage ou usinage des parois des grandes faces latérales 100₁₁, 100₁₂, 100₂₁, 100₂₂.

Pour préserver l’isolement électrique de chaque cellule, les turbulateurs T et/ou la ou les nervures 300 sont avantageusement recouverts d’un film isolant électrique, par exemple un film fabriqué à partir de fibre aramide, de résine de polycarbonate ou un film en polyimide (Kapton®).

Sur la , les nervures 300 sont ondulées pour augmenter la turbulence. Le pas d’ondulation correspond au pas de turbulateurs T. Cette configuration peut s’appliquer à l’ensemble des modes de réalisation présentés dans la description.

Les parois des cellules étant généralement réalisées dans un matériau conducteur thermique et/ou présentant une conductivité thermique relativement élevée, les turbulateurs ont la double fonction de perturber l'écoulement du fluide et d’augmenter la surface d'échange thermique. Pour éviter ou limiter le transfert de chaleur d’une cellule à l’autre en en cas d’emballement thermique, plusieurs solutions décrites ci-après sont envisageables.

Sur la , la hauteur des turbulateurs T₁, T₂est inférieure à l’épaisseur de la lame de fluide s’écoulant dans le circuit C ou, de manière équivalente, inférieure à la hauteur des nervures 300 ou inférieure à la distance séparant deux cellules adjacentes 10₁, 10₂. Les turbulateurs T₁d’une cellule 10₁ne sont donc pas en contact avec la paroi de la grande face latérale 100₂₂d’une autre cellule adjacente 10₂, de sorte qu’en cas d’emballement thermique d’une cellule 10₁, la chaleur n’est pas transférée à la cellule adjacente 10₂(ou inversement). Lorsque les turbulateurs T₁, T₂sont conformés dans chacune des parois des deux grandes faces latérales 100₁₁, 100₁₂, 100₂₁, 100₂₂, les turbulateurs T₁d’une grande face 100₁₁sont avantageusement agencés en quinconce avec les turbulateurs T₂de la grande face adjacente 100₂₂, de sorte que lesdits turbulateurs ne se touchent pas et que la chaleur ne puisse pas être transférée d’une cellule à l’autre.

Sur la , la hauteur des turbulateurs T₁, T₂correspond (c’est-à-dire est égale) à l’épaisseur de la lame de fluide s’écoulant dans le circuit C ou, de manière équivalente, correspond à la hauteur des nervures 300 ou à la distance séparant deux cellules adjacentes 10₁, 10₂. Les turbulateurs T₁(respectivement T₂) d’une cellule 10₁sont donc en contact avec la paroi de la grande face latérale 100₂₂(respectivement 100₁₁) d’une autre cellule 10₂adjacente (respectivement 10₁). Les turbulateurs T₁, T₂et/ou la ou les nervures 300 peuvent être conformés dans la paroi d’une seule des grandes faces latérales des cellules ou dans les deux. Le contact entre les turbulateurs T₁, T₂et/ou la ou les nervures 300 et la grande face latérale adjacente est préférentiellement réalisé par un rupteur thermique T₃de manière à isoler thermiquement lesdits turbulateurs de ladite paroi de la grande face latérale. Le rupteur thermique T₃est du type décrit précédemment.

Sur la , certains turbulateurs T₁d’une cellule 10₁sont en contact avec la paroi de la grande face latérale 100₂₂d’une autre cellule adjacente 10₂et d’autres turbulateurs de ladite cellule 10₁ne sont donc pas en contact avec ladite paroi de la grande face latérale 100₂₂. Cette solution permet d’augmenter localement la surface de contact de l’espaceur 3 avec une cellule adjacente dans les zones où le gonflement des cellules sous l’effet de leur échauffement est maximal (notamment au centre des cellules).

Sur la , la hauteur des turbulateurs T₁, T₂est telle qu’ils ne sont pas en contact avec la paroi de la grande face latérale 100₂₂, respectivement 100₂₁, d’une autre cellule adjacente 10₂, respectivement 10₁. Toutefois, les turbulateurs T₁d’une cellule 10₁sont agencés en vis-à-vis des turbulateurs T₂de la cellule adjacente 10₂de sorte que lesdits turbulateurs se touchent. Le contact entre les turbulateurs T₁, T₂est préférentiellement réalisé par un rupteur thermique T₃de manière à isoler thermiquement cellules. Le rupteur thermique T₃est du type décrit précédemment.

L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l’invention.

En outre, une ou plusieurs caractéristiques exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être combinées avec une ou plusieurs autres caractéristiques exposées seulement dans un autre mode de réalisation. De même, une ou plusieurs caractéristiques exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être généralisées aux autres modes de réalisation, même si ce ou ces caractéristiques sont décrites seulement en combinaison avec d’autres caractéristiques.

Claims

Dispositif pour espacer des cellules de batterie (10) d’un bloc batterie (1) de véhicule, comportant un espaceur (3) configuré pour être en contact avec des grandes faces latérales (100) adjacentes desdites cellules,
caratérisé en ce queledit espaceur (3) comprend :
une zone d’écoulement (30) aménagée pour être située en vis-à-vis des grandes faces latérales adjacentes des cellules (10) et pour s’étendre sur la majeure partie desdites grandes faces,

une ou plusieurs nervures (300) s’étendant dans la zone d’écoulement (30), la ou les nervures (300) étant agencées de façon à former au moins un circuit de circulation forcée (C, C1, C2) du fluide caloporteur entre lesdites cellules (10), de préférence de manière à ce que le fluide soit au contact des deux grandes faces latérales adjacentes desdites cellules, le circuit de circulation forcée (C, C1, C2) comprend une entrée (E, E1, E2) et une sortie (S, S1, S2),
et en ce quedes turbulateurs (T, T₁, T₂) sont présents dans la zone d’écoulement, le long du circuit de circulation forcée (C, C1, C2), de manière à créer des turbulences dans l’écoulement du fluide caloporteur entre l’entrée (E, E1, E2) et la sortie (S, S1, S2) dudit circuit de circulation forcée, lesquels turbulateurs sont en reliefs et s’étendent dans la hauteur des nervures (300).
Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les turbulateurs (T, T₁, T₂) sont aménagés sur un ou plusieurs supports distincts de l’espaceur (3) et rapportés dans le circuit de circulation forcée (C, C1, C2).
Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les turbulateurs (T, T₁, T₂) forment avec l’espaceur (3) une pièce monobloc.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les turbulateurs (T, T₁, T₂) et/ou la ou les nervures (300) sont aménagés sur un support configuré pour être fixé sur une cellule (10).
Système de régulation thermique d’un bloc batterie (1) de véhicule, comprenant :
un boîtier (2) comprenant un circuit de circulation de fluide caloporteur, lequel boîtier est apte à loger un bloc batterie (1), lequel bloc comporte au moins deux cellules de batterie (10) de forme générale parallélépipédique présentant chacune deux grandes faces latérales (100), lesquelles cellules sont adjacentes au niveau d’une de leurs grandes faces latérales,

un dispositif pour espacer les cellules (10),
caratérisé en ce quele dispositif pour espacer les cellules (10) est conforme à la revendication 1.
Système selon la revendication 5, dans lequel les turbulateurs (T, T₁, T₂) et/ou la ou les nervures (300) sont conformés dans la paroi d’au moins une grande face latérale (100₁₁) des cellules (10₁, 10₂), de préférence dans chacune des parois des deux grandes faces latérales (100₁₁, 100₁₂, 100₂₁, 100₂₂) des cellules (10₁, 10₂).
Système selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel les turbulateurs (T₁, T₂) et/ou la ou les nervures (300) font saillie depuis la paroi d’une grande face latérale (100₁₁) d’une cellule (10₁) et s’étendent vers la paroi de la grande face latérale (100₂₂) d’une autre cellule (10₂) adjacente.
Système selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel un rupteur thermique (T₃) isole thermiquement les turbulateurs (T₁) et/ou la ou les nervures (300) de la paroi de la grande face latérale (100₂₂) de l’autre cellule (10₂) adjacente.
Système selon l’une des revendications 5, 7 ou 8, dans lequel les turbulateurs (T) sont réalisés dans un matériau isolant thermique, de préférence réalisé en matériau polymère ou en un matériau composite à base polymère.
Système selon l’une des revendications 5, 7 ou 8, dans lequel les turbulateurs (T) présentent :
- une première partie (T₁) adaptée pour être en contact avec une grande face latérale (100₁) d’une cellule (10₁),
- une deuxième partie (T₂) adaptée pour être en contact avec une grande face latérale (100₂) d’une autre cellule adjacente (10₂),
- un rupteur thermique (T₃) pour isoler thermiquement la première partie de la deuxième partie.
Système selon la revendication 10, dans lequel la première partie (T₁) et la deuxième partie (T₂) des turbulateurs (T) sont réalisées dans un matériau conducteur thermique, de préférence réalisé dans un matériau polymère ou en un matériau composite à base polymère.
Système selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel le rupteur thermique (T₃) forme un support sur lequel sont fixées la première partie (T₁) et la deuxième partie (T₂).
Système selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel le rupteur thermique (T₃) forme une interface physique entre la première partie (T₁) et deuxième partie (T₂), lequel rupteur est réalisé dans un matériau ayant un point de fusion inférieur à une température seuil, de sorte que lorsque la température de la première partie (T₁) et/ou de la deuxième partie (T₂) atteint ladite température seuil, ledit rupteur fond sans laisser de contact physique entre ladite première partie et ladite deuxième partie, lequel point de fusion est de préférence inférieur ou égal à 200°C.
Système selon l’une des revendications 5 à 13, comprenant des densités de turbulateurs (T) variable le long du circuit de circulation forcée (C, C1, C2), la densité des turbulateurs (T) au niveau de la sortie (S, S1, S2) du circuit de circulation forcée (C, C1, C2) étant de préférence supérieure à la densité des turbulateurs au niveau de l’entrée (E, E1, E2) dudit circuit.
Système selon l’une des revendications 5 à 14, dans lequel le circuit de circulation forcée (C, C1, C2) comprend des sections de circulation du fluide de largeur variable, de préférence de largeur décroissante, graduellement ou en continu, depuis l’entrée (E) vers la sortie (S).
Système selon l’une des revendications 5 à 15, dans lequel l’espaceur (3) et/ou les turbulateurs (T) sont clipsés ou collés sur au moins une cellule (10).
Installation de refroidissement comprenant un système selon l’une des revendications 5 à 16, et comprenant en outre :
un bloc batterie (1) comprenant N cellules de batterie (10) adjacentes, dont deux cellules d’extrémité disposées chacune au niveau d’une paroi d’extrémité (201) du boîtier (2), N étant un nombre entier supérieur à 3,

le système comprend au moins N-1 espaceurs (3), de préférence N+1 espaceurs (3).
Installation selon la revendication 17, dans laquelle :
un espaceur (3) est installé entre chaque cellule (10) adjacente à une autre cellule,

un espaceur (3) est installé entre chaque paroi d’extrémité (201) du boîtier (2) et la cellule d’extrémité (10) dont une grande face latérale est adjacente à ladite paroi,

les espaceurs (3) sont conformes à la revendication 1 de sorte que toutes les grandes faces latérales (100) des cellules (10) soient refroidies par un circuit de circulation forcée.
Installation de refroidissement selon l’une des revendications 17 ou 18, dans laquelle :
le bloc batterie (1) comprend deux ou plusieurs rangées de cellules (10, 10’) accolées côte-à-côte,

les nervures (300) de chaque espaceur (3) sont conformées de manière à créer un ou des circuits de circulation forcée (C), chaque dit circuit présentant une ou plusieurs passes à cheval sur les deux grandes faces latérales (100, 100’) de deux cellules (10, 10’) disposées côte-à-côte,

chaque espaceur (3) comprend une nervure médiane (301) qui s’étend dans la hauteur desdites cellules (10, 10’) et qui s’installe, en usage, entre des bords latéraux desdites grandes faces latérales (100, 100’), de sorte que ladite nervure médiane remplisse l’espace entre les deux cellules et forme étanchéité entre lesdites cellules.
Installation selon la revendication 19, dans laquelle des ouvertures (301) sont ménagées dans la nervure médiane (301) de manière à autoriser la circulation du fluide entre les grandes faces latérales (100, 100’) de deux cellules (10, 10’) disposées côte-à-côte.