FR3132983A1 - Device for thermal regulation of an electrical and/or electronic element using a dielectric fluid and System comprising such a device - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de régulation de température (1) d’au moins un composant électrique et/ou électronique (2), notamment pour véhicule automobile, notamment une cellule de stockage d’énergie, le dispositif (1) comprenant une enceinte (3) destinée à contenir un volume liquide de fluide diélectrique (4) et l’au moins un composant électrique (2) de façon à ce que ledit composant électrique soit au moins partiellement immergé dans ledit fluide, et au moins un moyen de mise en mouvement (5, 6) dudit volume de fluide diélectrique, ledit au moins un moyen étant configuré pour être partiellement immergé dans le fluide diélectrique et pour créer un mouvement du fluide par rotation dudit moyen. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 The present invention relates to a device (1) for regulating the temperature of at least one electrical and/or electronic component (2), in particular for a motor vehicle, in particular an energy storage cell, the device (1) comprising an enclosure (3) intended to contain a liquid volume of dielectric fluid (4) and the at least one electrical component (2) so that the said electrical component is at least partially immersed in the said fluid, and at least one placing means in movement (5, 6) of said volume of dielectric fluid, said at least one means being configured to be partially immersed in the dielectric fluid and to create movement of the fluid by rotation of said means. Figure to be published with abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne de manière générale le domaine des dispositifs de régulation thermique d’un élément électrique et/ou électronique à l’aide d’un fluide diélectrique. L’invention concerne également un boîtier comprenant ledit dispositif ainsi qu’une pluralité d’éléments électriques et/ou électroniques et un fluide diélectrique.The present invention generally relates to the field of devices for thermal regulation of an electrical and/or electronic element using a dielectric fluid. The invention also relates to a housing comprising said device as well as a plurality of electrical and/or electronic elements and a dielectric fluid.
Les éléments électriques et/ou électroniques, que ce soit des cellules de stockage d’énergie électrique, des circuits intégrés, serveurs, centres de données, etc. nécessitent une régulation thermique afin de les maintenir dans leur plage de température de fonctionnement.Electrical and/or electronic elements, whether electrical energy storage cells, integrated circuits, servers, data centers, etc. require thermal regulation in order to maintain them within their operating temperature range.
L’invention est en particulier destinée à équiper des véhicules automobiles, en particulier des véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride et à réguler thermiquement une cellule de stockage d’énergie électrique ou des éléments d’électronique de puissance.The invention is in particular intended to equip motor vehicles, in particular motor vehicles with electric or hybrid engines, and to thermally regulate an electrical energy storage cell or power electronic elements.
La part de marché des véhicules électriques étant de plus en plus importante, les problématiques diélectrique/chauffage des packs batterie qui les équipent deviennent des enjeux stratégiques. L’objectif est de concevoir un dispositif de gestion thermique des batteries le plus performant, efficace et économique possible.As the market share of electric vehicles increases, the dielectric/heating issues of the battery packs that equip them are becoming strategic issues. The objective is to design the most efficient, efficient and economical battery thermal management device possible.
L’invention peut également s’appliquer à la régulation thermique d’un centre de données. Les centres de données à travers le monde représentent actuellement 10% de la consommation mondiale en électricité. L’avènement des technologies “chaînes de blocs” (Blockchain) et 5G, font que ce pourcentage pourrait augmenter drastiquement dans les prochaines années. La moitié au moins de cette consommation provient des systèmes de refroidissement de ces centres de données. Actuellement la majorité des centres de données sont refroidies par air en refroidissant l’air ambiant des salles de stockage par des dispositifs de climatisation. La température de fonctionnement optimale pour les centres de données est comprise entre 5°C et 40°C, plus particulièrement autour de 27°C. Prenant en considération que l’air présente une conductivité très faible, afin de refroidir suffisamment les éléments électroniques, ceux-ci pouvant atteindre des températures dépassant les 60°C, la différence de température entre l’air et les éléments électroniques à refroidir doit être importante et par conséquent ce genre de dispositif est très énergivore.The invention can also be applied to the thermal regulation of a data center. Data centers around the world currently represent 10% of global electricity consumption. The advent of “block chain” and 5G technologies mean that this percentage could increase drastically in the coming years. At least half of this consumption comes from the cooling systems of these data centers. Currently the majority of data centers are air cooled by cooling the ambient air in storage rooms using air conditioning devices. The optimal operating temperature for data centers is between 5°C and 40°C, more particularly around 27°C. Taking into consideration that the air has a very low conductivity, in order to sufficiently cool the electronic elements, which can reach temperatures exceeding 60°C, the temperature difference between the air and the electronic elements to be cooled must be important and therefore this type of device is very energy intensive.
Dans le domaine automobile il est courant pour répondre au besoin de refroidissement (et/ou chauffage) des batteries électriques d’utiliser des échangeurs de chaleur consistant en une plaque froide avec circulation d’un liquide caloporteur (e.g. mixture d’eau et d’éthylène glycol), les plaques étant au contact des cellules à refroidir. Ce genre de techniques peuvent conduire à un refroidissement (et /ou chauffage) non homogène des batteries et limiter ainsi leur durée de vie et leur performance. Ces dispositifs présentent en outre une résistance thermique élevée en raison des épaisseurs de matière présentes entre le liquide caloporteur et les cellules.In the automotive field, it is common to meet the need for cooling (and/or heating) of electric batteries to use heat exchangers consisting of a cold plate with circulation of a heat transfer liquid (e.g. mixture of water and ethylene glycol), the plates being in contact with the cells to be cooled. This type of technique can lead to uneven cooling (and/or heating) of the batteries and thus limit their lifespan and performance. These devices also have high thermal resistance due to the thicknesses of material present between the heat transfer liquid and the cells.
Une solution proposée pour répondre à cette problématique consiste en une immersion des batteries électriques dans un fluide caloporteur diélectrique. Cette immersion peut être réalisée avec une circulation de fluide ou en condition statique avec changement de phase.A solution proposed to respond to this problem consists of immersing the electric batteries in a dielectric heat transfer fluid. This immersion can be carried out with fluid circulation or in static condition with phase change.
Ces deux techniques sont performantes d’un point de vue thermique en particulier en raison du contact direct établi entre le liquide et les cellules mais présentent le désavantage d’utiliser une grande quantité de liquide diélectrique, ce qui augmente le coût et le poids du pack batterie et sont également sensible au changement d’assiette du véhicule en fonctionnement.These two techniques are efficient from a thermal point of view in particular due to the direct contact established between the liquid and the cells but have the disadvantage of using a large quantity of dielectric liquid, which increases the cost and weight of the pack. battery and are also sensitive to the change in attitude of the vehicle in operation.
Il en résulte un besoin pour une solution moins couteuse et qui nécessite moins de fluide tout en conservant une bonne capacité d’échange thermique.This results in a need for a less expensive solution that requires less fluid while maintaining good heat exchange capacity.
La présente invention a donc pour objet de proposer un dispositif de régulation thermique d’un élément électrique et/ou électronique à l’aide d’un fluide diélectrique et système comprenant un tel dispositif, permettant de palier au moins une partie des inconvénients de l’art antérieur.The present invention therefore aims to propose a device for thermal regulation of an electrical and/or electronic element using a dielectric fluid and system comprising such a device, making it possible to overcome at least part of the disadvantages of the prior art.
Ce but est atteint par un dispositif de régulation de température d’au moins un composant électrique et/ou électronique, notamment pour véhicule automobile, notamment une cellule de stockage d’énergie, le dispositif comprenant une enceinte destinée à contenir un volume liquide de fluide diélectrique et l’au moins un composant électrique de façon à ce que ledit composant électrique soit au moins partiellement immergé dans ledit fluide, et au moins un moyen de mise en mouvement dudit volume de fluide diélectrique, ledit au moins un moyen étant configuré pour être partiellement immergé dans le fluide diélectrique et pour créer un mouvement du fluide par rotation dudit moyen.This goal is achieved by a device for regulating the temperature of at least one electrical and/or electronic component, in particular for a motor vehicle, in particular an energy storage cell, the device comprising an enclosure intended to contain a liquid volume of fluid dielectric and the at least one electrical component so that said electrical component is at least partially immersed in said fluid, and at least one means for setting in motion said volume of dielectric fluid, said at least one means being configured to be partially immersed in the dielectric fluid and to create a movement of the fluid by rotation of said means.
Selon une particularité, le moyen de mise en mouvement comprend au moins un parmi une hélice, une roue dentée, une roue à aubes.According to one particular feature, the means of setting in motion comprises at least one of a propeller, a toothed wheel, a paddle wheel.
Selon une autre particularité, le moyen est plus émergé qu’immergé.According to another particularity, the medium is more emerged than submerged.
Selon une autre particularité, le moyen présente 50% et 70% de surface émergée.According to another particularity, the medium has 50% and 70% surface area.
Selon une autre particularité, le moyen comprend des appendices configurés pour augmenter les éclaboussures de volume liquide de fluide lors de la rotation dudit moyen.According to another particularity, the means comprises appendages configured to increase the splashes of liquid volume of fluid during the rotation of said means.
Selon une autre particularité, le dispositif comprend une pluralité de moyen de mise en mouvement par rotation.According to another particularity, the device comprises a plurality of means for setting in motion by rotation.
Selon une autre particularité, les moyens de mise en mouvement par rotation présentent une vitesse de rotation différente.According to another particularity, the means of setting in motion by rotation have a different rotation speed.
La présente invention concerne aussi un système de gestion thermique d’un composant électrique et/ou électronique (2) comprenant un dispositif (1) tel que décrit précédemment, et comprenant en outre un moyen de chauffage et/ou refroidissement (7) du fluide diélectrique déporté hors de l’enceinte (3), et une conduite d’alimentation et une conduite d’évacuation connectant fluidiquement le dispositif de régulation de température et le moyen de chauffage et/ou refroidissement.The present invention also relates to a thermal management system of an electrical and/or electronic component (2) comprising a device (1) as described above, and further comprising a means of heating and/or cooling (7) of the fluid dielectric offset outside the enclosure (3), and a supply line and an evacuation line fluidly connecting the temperature regulating device and the heating and/or cooling means.
La présente invention concerne aussi un système de gestion thermique d’un composant électrique et/ou électronique comprenant un dispositif (1) tel que décrit précédemment, et comprenant en outre un moyen de refroidissement du fluide diélectrique, ledit moyen de refroidissement (7) étant immergé dans le volume liquide de fluide diélectrique à l’intérieur de l’enceinte, le moyen de refroidissement (7) comprenant une conduite d’alimentation et une conduite d’évacuation d’un fluide caloporteur connectant fluidiquement le moyen de refroidissement à un circuit de chauffage et/ou refroidissement dans lequel circule ledit fluide caloporteur.The present invention also relates to a thermal management system for an electrical and/or electronic component comprising a device (1) as described above, and further comprising means for cooling the dielectric fluid, said cooling means (7) being immersed in the liquid volume of dielectric fluid inside the enclosure, the cooling means (7) comprising a supply line and a heat transfer fluid evacuation line fluidly connecting the cooling means to a circuit heating and/or cooling in which said heat transfer fluid circulates.
La présente invention concerne aussi un système de gestion thermique d’un composant électrique et/ou électronique comprenant un boitier de batterie comprenant un dispositif tel que décrit précédemment, et en outre au moins un composant électrique et/ou électronique et un volume liquide de fluide diélectrique de façon à ce que ledit composant électrique soit au moins partiellement immergé dans ledit fluide.The present invention also relates to a thermal management system of an electrical and/or electronic component comprising a battery box comprising a device as described above, and in addition at least one electrical and/or electronic component and a liquid volume of fluid dielectric so that said electrical component is at least partially immersed in said fluid.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, qui illustre :
-
représente de façon schématique l’invention selon un premier mode de réalisation de l’invention. -
représente de façon schématique l’invention selon un second mode de réalisation de l’invention.
-
schematically represents the invention according to a first embodiment of the invention. -
schematically represents the invention according to a second embodiment of the invention.
De nombreuses combinaisons peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention ; l'homme de métier choisira l'une ou l'autre en fonction des contraintes économiques, ergonomiques, dimensionnelles ou autres qu'il devra respecter.Numerous combinations can be envisaged without departing from the scope of the invention; the skilled person will choose one or the other depending on the economic, ergonomic, dimensional or other constraints that he must respect.
De manière générale, la présente invention comporte un dispositif de régulation de température d’au moins un composant électrique et/ou électronique, notamment pour véhicule automobile, notamment une cellule de stockage d’énergie, le dispositif comprenant une enceinte destinée à contenir un volume liquide de fluide diélectrique et l’au moins un composant électrique de façon à ce que ledit composant électrique soit au moins partiellement immergé dans ledit fluide, et au moins un moyen de mise en mouvement dudit volume de fluide diélectrique, ledit au moins un moyen étant configuré pour être partiellement immergé dans le fluide diélectrique et pour créer un mouvement du fluide par rotation dudit moyen.Generally, the present invention comprises a device for regulating the temperature of at least one electrical and/or electronic component, in particular for a motor vehicle, in particular an energy storage cell, the device comprising an enclosure intended to contain a volume dielectric fluid liquid and the at least one electrical component so that said electrical component is at least partially immersed in said fluid, and at least one means for setting in motion said volume of dielectric fluid, said at least one means being configured to be partially immersed in the dielectric fluid and to create movement of the fluid by rotation of said means.
On comprend par moyen de mise en mouvement partiellement immergé que le moyen doit être aussi partiellement émergé. De préférence, le moyen est plus émergé qu’immergé, encore préférentiellement entre 50% et 70% émergé.We understand by partially submerged means of setting in motion that the means must also be partially emerged. Preferably, the medium is more emerged than submerged, still preferably between 50% and 70% emerged.
Avantageusement,Advantageously,
Dans certains modes de réalisation, le moyen de mise en mouvement (5, 6) comprend au moins un parmi une hélice (5), une roue dentée (6), une roue à aubes.In certain embodiments, the moving means (5, 6) comprises at least one of a propeller (5), a toothed wheel (6), a paddle wheel.
Avantageusement, ces moyens permettent un mélange du volume de fluide diélectrique à moindre cout. Le choix de l’un de ces moyens dépendra de l’homme du métier en fonction des éléments dont la température est à réguler, de la température cible ainsi que du volume de fluide et de sa viscosité.Advantageously, these means allow mixing of the volume of dielectric fluid at lower cost. The choice of one of these means will depend on the person skilled in the art depending on the elements whose temperature is to be regulated, the target temperature as well as the volume of fluid and its viscosity.
Dans certains modes de réalisation, le moyen est plus émergé qu’immergé. Dans certains modes de réalisation préférentiels, le moyen présente 50% et 70% de surface émergée.In certain embodiments, the means is more emerged than submerged. In certain preferred embodiments, the means has 50% and 70% surface area.
Avantageusement, cela permet de créer plus de turbulences et d’éclaboussures, ce qui permet une meilleure répartition du fluide et un arrosage amélioré de la surface du composant dont la température est à réguler.Advantageously, this makes it possible to create more turbulence and splashing, which allows better distribution of the fluid and improved watering of the surface of the component whose temperature is to be regulated.
Dans certains modes de réalisation, le moyen comprend des appendices configurés pour augmenter les éclaboussures de volume liquide de fluide lors de la rotation dudit moyen.In some embodiments, the means includes appendages configured to increase liquid volume splashing of fluid upon rotation of said means.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de moyens de mise en mouvement (5, 6) par rotation. Dans certains modes de réalisation préférentiels, les moyens de mise en mouvement (5, 6) par rotation présentent une vitesse de rotation différente.In certain embodiments, the device comprises a plurality of means for setting in motion (5, 6) by rotation. In certain preferred embodiments, the means for setting in motion (5, 6) by rotation have a different rotation speed.
Avantageusement, cela permet d’augmenter les effets de turbulence et/ou d’augmenter les échanges localement si besoin.Advantageously, this makes it possible to increase the effects of turbulence and/or to increase exchanges locally if necessary.
Dans certains modes de réalisation, comme par exemple illustré de manière non limitative à la
Un moyen de refroidissement du fluide est prévu afin de refroidir le volume liquide de fluide lorsque celui-ci se serait réchauffé au contact du composant (2). Dans les figures 1 et 2, le moyen de refroidissement est représenté à l’extérieur du boitier (3) dans lequel est placé l’au moins un composant (2). Dans d’autres modes de réalisation, le moyen de refroidissement 7 est situé à l’intérieur du boitier, et peut être soit immergé dans le liquide, soit émergé sous forme d’une plaque de condenseur refroidissant la phase gazeuse du fluide lorsque celui-ci est utilisé sous forme diphasique, c’est-à-dire lorsque le fluide liquide se vaporise au contact du composant (2) avec qui il échange de la chaleur, et où le moyen de refroidissement formant plaque de condensation permet la condensation par contact avec ledit gaz.A fluid cooling means is provided in order to cool the liquid volume of fluid when it has heated up on contact with the component (2). In Figures 1 and 2, the cooling means is shown outside the housing (3) in which the at least one component (2) is placed. In other embodiments, the cooling means 7 is located inside the housing, and can either be immersed in the liquid, or emerged in the form of a condenser plate cooling the gas phase of the fluid when it this is used in two-phase form, that is to say when the liquid fluid vaporizes on contact with the component (2) with which it exchanges heat, and where the cooling means forming a condensation plate allows condensation by contact with said gas.
De même, la
Avantageusement, cette forme peut permettre des turbulences et échanges différents de ceux provoqués par l’hélice. Dans certains modes de réalisation, plusieurs formes sont combinées.Advantageously, this shape can allow turbulence and exchanges different from those caused by the propeller. In some embodiments, several shapes are combined.
On comprend par « ledit composant électrique soit au moins partiellement immergé », qu’au moins la base des composants, par exemple la base des cellules est immergée. La proportion dépend du composant à refroidir, de la température à évacuer, mais aussi de contraintes de poids et de coûts.By “said electrical component is at least partially submerged”, we understand that at least the base of the components, for example the base of the cells, is submerged. The proportion depends on the component to be cooled, the temperature to be evacuated, but also weight and cost constraints.
Dans certains modes de réalisation, le fluide diélectrique est configuré pour être utilisé dans le dispositif dans un état diphasique liquide et gazeux. En d’autres termes, sa température de fusion à la pression d’utilisation du dispositif est choisie pour qu’il passe de l’état liquide à l’état gazeux sous l’effet d’un réchauffement au contact des batteries, qui cause sa vaporisation. Son refroidissement au contact d’un moyen de refroidissement, par exemple un condenseur, permet son retour à l’état liquide. Ce cycle permet avantageusement d’améliorer les échanges thermiques du fluide avec le composant à réguler thermiquement.In some embodiments, the dielectric fluid is configured for use in the device in a two-phase liquid and gaseous state. In other words, its melting temperature at the operating pressure of the device is chosen so that it passes from the liquid state to the gaseous state under the effect of heating on contact with the batteries, which causes its vaporization. Its cooling in contact with a cooling means, for example a condenser, allows it to return to the liquid state. This cycle advantageously makes it possible to improve the thermal exchanges of the fluid with the component to be thermally regulated.
Dans certains modes de réalisation, le fluide diélectrique est configuré pour être utilisé dans le dispositif dans un état monophasique.In some embodiments, the dielectric fluid is configured for use in the device in a single-phase state.
On comprendra aisément à la lecture de la présente demande que les particularités de la présente invention, comme généralement décrits et illustrés dans les figures, puissent être arrangés et conçus selon une grande variété de configurations différentes. Ainsi, la description de la présente invention et les figures afférentes ne sont pas prévues pour limiter la portée de l'invention mais représentent simplement des modes de réalisation choisis.It will be easily understood on reading the present application that the particularities of the present invention, as generally described and illustrated in the figures, can be arranged and designed in a wide variety of different configurations. Thus, the description of the present invention and the related figures are not intended to limit the scope of the invention but simply represent selected embodiments.
L’homme de métier comprendra que les caractéristiques techniques d’un mode de réalisation donné peuvent en fait être combinées avec des caractéristiques d’un autre mode de réalisation à moins que l’inverse ne soit explicitement mentionné ou qu’il ne soit évident que ces caractéristiques sont incompatibles. De plus, les caractéristiques techniques décrites dans un mode de réalisation donné peuvent être isolées des autres caractéristiques de ce mode à moins que l’inverse ne soit explicitement mentionné.Those skilled in the art will understand that the technical characteristics of a given embodiment can in fact be combined with characteristics of another embodiment unless the reverse is explicitly mentioned or it is obvious that these characteristics are incompatible. Furthermore, the technical characteristics described in a given embodiment can be isolated from the other characteristics of this mode unless the opposite is explicitly mentioned.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l’art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l’éloigner du domaine défini par la portée des revendications jointes, ils doivent être considérés à titre d'illustration et l’invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.It should be apparent to those skilled in the art that the present invention permits embodiments in many other specific forms without departing from the scope defined by the scope of the appended claims, they should be considered for purposes of illustration and the invention should not be limited to the details given above.
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| FR2201555A Ceased FR3132983A1 (en) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | Device for thermal regulation of an electrical and/or electronic element using a dielectric fluid and System comprising such a device |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3132983A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3166175A1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-10 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Electric battery having a system for the homogenisation of the internal temperature |
| FR3105709A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-25 | Valeo Systemes Thermiques | Thermal regulation device |
| FR3107785A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-03 | Valeo Systemes Thermiques | Thermal regulation device for one or more electrical components, in particular for one or more energy storage cells of a battery |
-
2022
- 2022-02-22 FR FR2201555A patent/FR3132983A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
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