CA2511518A1 - Architecture de dispositif de bobinage d'ensemble de stockage d'energie electrique - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de réalisation d~ensemble de stockage d~énergie électrique comprenant des moyens multiples d~alimentation de structures en film, des moyens de complexage des structures en film reçue s en provenance des différents moyens d~alimentation, des moyens d~enroulement du complexe obtenu et des moyens de pilotage en continu et en synchronisme contrôlé des moyens d~alimentation, des moyens de complexage et des moyens d~enroulement.

Claims (77)

1. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique (En) comprenant des moyens multiples d'alimentation de structures en film (100, 200, 300), des moyens (400, 410) de complexage des structures en film reçues en provenance des différents moyens d'alimentation, des moyens (610) d'enroulement du complexe obtenu et des moyens de pilotage en continu et en synchronisme contrôlé des moyens d'alimentation, des moyens de complexage et des moyens d'enroulement.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de complexage (C, 400, 410) formés d'une paire de rouleaux presseurs (400, 410).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un mandrin (610) ayant une section générale en fuseau.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un mandrin (610) ayant une longueur supérieure à
la largeur des complexes à enrouler.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un mandrin (610) présentant une section non circulaire de révolution et que le dispositif comprend des moyens d'entraînement à rotation du mandrin (610) selon une vitesse angulaire non constante contrôlée de manière à obtenir une vitesse linéaire constante d'alimentation desdits films.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la vitesse angulaire de rotation du mandrin d'enroulement (610) présente deux pics par tour de rotation.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la vitesse de rotation du mandrin d'enroulement (610) est déterminée par la relation .omega. = V/(2..PI..r) dans laquelle :

V représente la vitesse linéaire constante recherchée pour le complexe, et r représente un rayon d'enroulement lui même calculé sur la base de la relation r = ro + (F.n.e) dans laquelle :
ro représente le rayon du mandrin (610) nu, F représente un facteur de correction, n représente le rang de la spire en cours, et e représente l'épaisseur du complexe enroulé sur le mandrin (610).
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un rouleau presseur (620) est associé au mandrin d'enroulement (610).
9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le rouleau presseur (620) est porté par un équipage (624) rotatif autour d'un axe (625) excentré par rapport à l'axe du rouleau presseur (620).
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'équipage rotatif (624) qui porte le rouleau presseur (620) est entraîné à rotation à une vitesse angulaire double de celle du mandrin (610).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'équipage rotatif (624) est entraîné en rotation mécaniquement par la rotation du mandrin (610) avec un rapport multiplicateur égal à 2.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait que le mandrin (610) est formé de deux mors (612, 614) accolés.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les deux mors (612, 614) sont symétriques et leur plan de symétrie passe par l'axe de rotation (611) du mandrin (610).
14. Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'entraînement aptes à déplacer les deux mors (612, 614) composant le mandrin (610) dans une position relative d'ouverture.
15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'entraînement aptes à déplacer les deux mors (612, 614) composant le mandrin (610) l'un par rapport à
l'autre, parallèlement à leur plan d'interface.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend une presse (710) apte à finaliser l'aplanissement des enroulements formés sur le mandrin (610) après extraction desdits enroulements en position séparée du mandrin.
17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comporte au moins trois moyens d'alimentation de films (104, 204, 304) et des moyens (C, 400, 410) de complexage des films issus de ces trois moyens d'alimentation.
18. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comporte trois moyens d'alimentation de films (104, 204, 304) destinés respectivement à l'alimentation : d'un ensemble (90) comportant une cathode (60) et un électrolyte (50), d'un ensemble (40) comprenant un film d'anode (40) et d'un ensemble (92) comportant un collecteur (10), une cathode (20) et un électrolyte (30).
19. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens de chauffage (130, 330) disposés en amont des moyens de complexage (C, 400, 410).
20. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage comprennent des fours (130, 330).
21. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage comprennent des rouleaux chauffants.
22. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage comprennent des moyens aptes à
assurer séquentiellement un refroidissement des films traités.
23. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (104, 304) aptes à alimenter au moins un ensemble (90, 92) comprenant au moins un film recouvert d'au moins une pellicule de protection.
24. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens de dépelliculage (122, 322, 220, 225, 541, 543) aptes à retirer au moins une pellicule disposée sur un ensemble.
25. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les moyens de dépelliculage comprennent des moyens aptes à
dévier brutalement d'au moins 60° une pellicule de protection de l'ensemble qui la porte.
26. Dispositif selon l'une des revendications 24 ou 25, caractérisé par le fait que les moyens de dépelliculage comprennent une arête émoussée (232) proche du plan de déplacement, en amont, d'un film à dépelliculer et à convexité dirigée vers l'aval du déplacement de celui-ci, adaptée pour provoquer un micro-étirage d'une pellicule de protection recouvrant ledit film, lorsque la pellicule est déviée, par traction, sur l'arête.
27. Dispositif selon l'une des revendications 24 à 26, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à régler l'effort de traction exercé
sur la pellicule.
28. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé par le fait que les moyens de dépelliculage comprennent des moyens d'application d'un jet de solvant.
29. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé par le fait que les moyens de dépelliculage comprennent des moyens d'application d'un jet d'air sur la zone de divergence entre la pellicule et l'ensemble dont elle est déviée.
30. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens d'application (262, 264) aptes à
appliquer au moins une pellicule de protection sur au moins une face externe d'un film d'anode (40).
31. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le film d'anode (40) est un film de lithium.
32. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (240) aptes à appliquer une pellicule (84) sur la périphérie d'un bobinage d'anode (40) sur un arc d'enroulement d'au moins 90°.
33. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (220, 225) aptes à retirer au moins une pellicule (84, 85) en amont d'un poste de complexage (400, 410).
34. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (541, 543) aptes à retirer au moins une pellicule (80, 83) en amont d'un poste d'enroulement (610).
35. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (240, 250) aptes à disposer des pellicules de protection (84, 85) sur certains au moins des films impliqués.
36. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il met en oeuvre des pellicules (80, 81, 82, 83, 84, 85) recouvrant certains au moins des films impliqués et qui assurent une fonction d'entraînement de ceux-ci.
37. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il met en oeuvre des pellicules (80, 81, 82, 83, 84, 85) recouvrant certains au moins des films impliqués et qui assurent une fonction de protection anti-collage de ceux-ci sur les rouleaux de parcours.
38. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens d'ajustement du positionnement relatif des bords longitudinaux des films impliqués.
39. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les moyens d'ajustement comprennent des capteurs de position (140, 280, 340) et des moyens de déplacement des dérouleurs d'alimentation.
40. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement sont adaptés pour assurer un pivotement des bâtis supports de dérouleurs d'alimentation.
41. Dispositif selon l'une des revendications 39 ou 40, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement sont adaptés pour assurer un pivotement des bâtis supports de dérouleurs d'alimentation autour d'axes (102, 202, 302) parallèles aux tronçons de films acheminés en amont des moyens de complexage (400, 410).
42. Dispositif selon l'une des revendications 39 à 41, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement sont adaptés pour assurer un pivotement des bâtis supports de dérouleurs d'alimentation autour d'axes (102, 202, 302) passant par l'axe de rotation des dérouleurs d'alimentation (104, 204, 304) et par un plan médian de la largeur de la bobine d'alimentation.
43. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens de sectionnement (272, 274, 552) des films impliqués.
44. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (272, 274) de sectionnement d'un film d'anode (40).
45. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (272, 274) de sectionnement d'un film d'anode (40) entre deux pellicules (84, 85) sans rupture de celles-ci.
46. Dispositif selon l'une des revendications 43 à 45, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (272, 274) de sectionnement d'un film d'anode (40), formés d'un marteau (272) et d'une enclume (274).
47. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'un au moins du marteau (272) ou de l'enclume (274) comprend au moins une arête contondante.
48. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (272, 274) de sectionnement d'un film et des moyens d'entraînement du tronçon situé en aval de la rupture pour provoquer un intervalle dans le film.
49. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le film sectionné est un film d'anode (40).
50. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens (552) de sectionnement complet d'un complexe.
51. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (552) de sectionnement formés d'une lame possédant un bord tranchant à deux pentes en dièdre convexe.
52. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des dérouleurs (104, 204, 304) et enrouleurs (124, 324, 542, 548) motorisés.
53. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les dérouleurs (104, 204, 304) motorisés sont adaptés pour être pilotés séquentiellement en mode frein.
54. Dispositif selon l'une des revendications 52 ou 53, caractérisé par le fait que les enrouleurs (124, 229, 324, 542, 546) sont motorisés et pilotés en couple.
55. Dispositif selon l'une des revendications 52 à 54, caractérisé par le fait que les dérouleurs (104, 204, 304) et enrouleurs (124, 324, 542, 546) sont pilotés par des signaux tenant compte du diamètre des enroulements.
56. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens de mesure de la longueur débitée de l'ensemble complexe.
57. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens de coupes localisées interrompues d'un film collecteur de courant (10).
58. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les moyens de coupe localisée d'un film collecteur de courant comprennent une lame oscillante (524) placée sur une première face du collecteur, associée à deux rouleaux (526, 528) placés sur l'autre face de celui-ci.
59. Dispositif selon l'une des revendications 57 ou 58, caractérisé par le fait que le déplacement des moyens de coupes localisées (524) est piloté par le déplacement du mandrin (610).
60. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des rouleaux de complexage (400, 410) chauffants.
61. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des rouleaux de complexage (400, 410) ayant au moins un diamètre de l'ordre de 20 mm.
62. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comporte deux compartiments séparés par une cloison (900) : un premier compartiment qui loge l'ensemble des moyens assurant le déplacement des films et complexes impliqués et un second compartiment qui loge l'ensemble des moyens de pilotage et de commande.
63. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le compartiment qui loge l'ensemble des moyens assurant le déplacement des films est placé sous atmosphère contrôlée.
64. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend des moyens aptes à escamoter sur commande les moyens de traîtement des films pour faciliter la mise en place de ceux-ci.
65. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications précédentes, comprenant un mandrin (610) adapté pour enrouler des films superposés sous forme d'un ensemble multi-couches, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (670, 680, 800) aptes à modifier sur commande la section droite du mandrin (610).
66. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens d'entraînement d'un film complexe et des moyens (610) d'enroulement du film complexe, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent au moins un couple de moyens d'entraînement respectivement maître et esclave (532, 534 et 400, 410 ; 400, 410 et 262, 264), le moyen d'entraînement maître (532, 534 ; 400, 410) étant placé en aval du moyen d'entraînement esclave (400, 410 ; 262, 264) sur le chemin de défilement du film complexe, et des moyens de commande pour asservir le moyen d'entraînement (400, 410 ; 262, 264) esclave, sur le moyen d'entraînement (532, 534 ; 400, 410) maître.
67. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie, selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens d'entraînement (532, 534, 610) d'un film complexe, des moyens d'enroulement (610) du film complexe et des moyens de coupe (550) pour sectionner le film complexe en fin d'enroulement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de chauffage (562) pour chauffer le film complexe et des moyens (580) pour presser l'extrémité de fin d'enroulement du film contre la surface de l'ensemble enroulé, de sorte que la fin de l'enroulement adhère à cette surface.
68. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique, selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens d'entraînement d'un film complexe et des moyens d'enroulement (610) du film complexe (10, 20, 30, 40, 50, 60), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (532, 534, 570, 610) pour tendre le film complexe sur un tronçon et des moyens de coupe (550) mobiles apte à être actionnés séquentiellement pour venir effectuer une coupe en l'air du film complexe (10, 20, 30, 40, 50, 60) au niveau du tronçon tendu.
69. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon (332) de conduit (331) dans lequel s'étend le film (XIV) et des moyens pour faire circuler alternativement dans ce tronçon (332) un flux d'air chaud ou un flux d'air froid.
70. Dispositif de réalisation d'une structure de film complexe, selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de moyens d'alimentation (100, 200, 300) de films mono-couche ou multi-couches, des moyens pour entraîner les films en défilement et des moyens (400, 410) pour superposer ces films en provenance des différents moyens d'alimentation pour former un complexe caractérisé
en ce qu'il comprend un support mobile (190 ; 290 ; 390) sur lequel est fixé au moins l'un des moyens d'alimentation (100 ; 200 ; 300) de l'un des films, le support mobile (190 ; 290 ; 390) étant apte à osciller autour d'un axe (101 ; 201 ; 301) pour modifier le positionnement latéral dudit film par rapport aux autres films du complexe.
71. Dispositif de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie, selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens d'alimentation (100, 200, 300) de films mono-couches ou multi-couches (90, 40, 92), des moyens d'entraînement (530) pour faire défiler ces films, des moyens (C) pour rassembler ces films en un complexe (96), et un mandrin (610) adapté pour enrouler ces films sous forme d'un enroulement multi-couches (10, 20, 30, 40, 50, 60), caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de coupe (270) pour sectionner transversalement à leur direction de défilement une ou plusieurs des couches) (40) formant le complexe (96) et des seconds moyens de coupe (550) pour sectionner transversalement à leur direction de défilement les couches restantes (10, 20, 30, 50, 60), de sorte que les couches sectionnées (40) par les premiers moyens (270) soient positionnées en retrait des autres couches (10, 20, 30, 50, 60) au niveau d'une extrémité de l'enroulement du complexe (96).
72. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 71, caractérisé par le fait que deux au moins des trois moyens constitués par les moyens de l'alimentation, de complexage et d'enroulement sont associés à des moyens d'entraînement respectifs.
73. Procédé de réalisation d'ensembles de stockage d'énergie électrique comprenant les étapes d'alimentation de multiples structures en film (90, 40, 92) à partir de moyens d'alimentation distincts (104, 204, 304), de complexage (400, 410) des structures en film (90, 40, 92) reçues en provenance des différents moyens d'alimentation (104, 204, 304), d'enroulement (610) du complexe obtenu et de pilotage en continu et en synchronisme contrôlé des moyens d'alimentation (104, 204, 304), des moyens de complexage (400, 410) et des moyens d'enroulement (610).
74. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les étapes de complexage et d'enroulement sont opérées en continu.
75. Procédé selon l'une des revendications 73 ou 74, caractérisé par le fait que l'un au moins des moyens d'alimentation est formé lui même d'un moyen de complexage in situ d'au moins deux films initialement séparés.
76. Procédé selon l'une des revendications 73 à 75 pour la fabrication d'un élément de stockage d'énergie, constitué d'un enroulement plat à
contraintes internes minimisées, formé d'un ensemble superposé de films comportant au moins un collecteur de courant (10), une cathode (20) à base de polymères chargés, un électrolyte solide (30) à base de polymères chargés, une anode métallique (40), de préférence à base de lithium, ces différents éléments étant réalisés sous la forme de films minces, comprenant les étapes de complexage entre eux desdits films puis enroulement et préformage sur un mandrin quasi-plat (610) à
section en fuseau, et enfin pressage et mise à plat sur une presse à
faible poussée.
77. Elément de stockage d'énergie obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 76, constitué d'un enroulement plat à contraintes internes minimisées, caractérisé en ce qu'il est formé d'un ensemble superposé de films comportant au moins un collecteur de courant (10), une cathode (20) à base de polymères chargés, un électrolyte solide (30) à base de polymères chargés, une anode métallique (40), de préférence à base de lithium, ces différents éléments étant réalisés sous la forme de films minces, complexés entre eux puis enroulés et préformés sur un mandrin quasi-plat (610) à section en fuseau, et enfin pressés et mis à plat sur une presse à faible poussée.
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