CH721947A2 - Cellule électrochimique pour module de pack batterie - Google Patents
Cellule électrochimique pour module de pack batterieInfo
- Publication number
- CH721947A2 CH721947A2 CH000713/2024A CH7132024A CH721947A2 CH 721947 A2 CH721947 A2 CH 721947A2 CH 000713/2024 A CH000713/2024 A CH 000713/2024A CH 7132024 A CH7132024 A CH 7132024A CH 721947 A2 CH721947 A2 CH 721947A2
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- housing
- cells
- module
- cell
- ring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
- B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
- H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
- H01M50/176—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for prismatic or rectangular cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
- H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
- H01M50/222—Inorganic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
- H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
- H01M50/227—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
- H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
- H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
- B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
- B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
- B60K2001/0438—Arrangement under the floor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
L'invention concerne également un véhicule automobile comportant au moins un tel module.
Description
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
[0001] La présente invention se rapporte à une cellule électrochimique pour module de pack batterie, à un module de pack batterie, notamment pour véhicule automobile, et à un véhicule automobile comportant au moins une telle batterie.
[0002] Il résulte de la forte demande en véhicules électriques, notamment pour réduire les émissions de CO<2>, un développement important dans le domaine des packs batteries.
[0003] Les batteries généralement utilisées sont des batteries lithium-ion comprenant une pluralité de cellules électrochimiques connectées entre elles en série ou en parallèle.
[0004] Les cellules comportent traditionnellement un contenant flexible, désigné pouch, dans lequel les électrodes et l'électrolyte sont scellés.
[0005] Des cellules rigides s'étendant axialement ont été développées, munies à leurs extrémités de bornes positive et négative permettant l'interconnexion avec les autres cellules.
[0006] Un grand nombre de cellules est mis en œuvre, par exemple, un pack de batteries peut comporter entre 200 cellules et 7000 cellules, connectées en séries et parallèle, selon la capacité de la cellule individuelle, de l'énergie à stocker, ou de l'application concernée.
[0007] Pour la réalisation d'un pack batterie offrant la tension et le courant requis, les cellules ou modules de cellules sont interconnectés. L'interconnexion électrique des bornes des cellules individuelles est réalisée au moyen de câbles ou en boulonnant des barres omnibus ou en soudant des barres omnibus aux bornes positives et négatives des cellules. Lesdits câbles ou jeux de barres sont ensuite connectés à des cellules/modules voisins, en série/parallèle, afin d'obtenir la tension et le courant souhaité par le pack batterie complet.
[0008] La technologie de connexion électrique, reliant les cellules individuelles pour former un circuit en série et ou parallèle, requiert un réseau complexe et coûteux de câbles ou de grilles métalliques nécessitant de l'espace entre les cellules ou les modules pour la connexion aux bornes ou aux modules des cellules, et pour permettre aux câbles de passer le long de la batterie vers le système de gestion de la batterie ou BMS (Battery Management System en terminologie anglosaxonne) et l'onduleur. Les barres omnibus assurent la circulation efficace du courant électrique entre les cellules, garantissant ainsi des performances optimales du système de stockage d'énergie.
[0009] La fabrication et la mise en œuvre des barres omnibus utilisées pour connecter les cellules des batteries automobiles électriques, constitue un processus complexe dans la construction du pack de batteries de la voiture. En effet, la conception de ces barres omnibus prend en compte divers facteurs tels que la gestion thermique, la résistance électrique, la durabilité mécanique et la répartition équilibrée des charges électriques.
[0010] La fabrication de ces composants implique l'utilisation de techniques avancées. Tous ces éléments ont un impact important sur le prix de revient d'une batterie.
[0011] De plus, le réseau complexe de câbles à haute tension entre 400V et 800V peut présenter un danger de court-circuit et d'électrocution pendant toute la phase de manipulation par les techniciens lors de l'assemblage de la batterie dans le véhicule automobile.
[0012] En outre, une grande longueur de câblage est requise, souvent plusieurs dizaines de mètres, ce qui augmente la résistance électrique du circuit, obligeant les fabricants à adopter des câblages de plus forte section pour diminuer la résistance du courant électrique et ainsi la chaleur générée par cette dernière.
[0013] En outre, les barres omnibus, câblages et barres omnibus à maille sont souvent réalisés à partir de métaux couteux, dont le cuivre ou l'alliage cuivre-nickel, impactant également sensiblement le coût total du véhicule.
[0014] La réalisation de l'interconnexion requiert une place importante, ce qui réduit la place disponible pour la batterie, et représente une masse importante à transporter.
EXPOSÉ DE l'INVENTION
[0015] C'est par conséquent un but de la présente demande d'offrir une cellule électrochimique pour module de pack de batterie, permettant de s'affranchir des inconvénients ci-dessus.
[0016] Le but énoncé ci-dessus est atteint par une cellule électrochimique comportant un boîtier rigide s'étendant longitudinalement et présentant au moins deux faces latérales planes, deux bornes de connexion internes au boîtier. Chacune des bornes de connexion étant accessible à travers une fenêtre réalisée dans le boîtier. La cellule et les bornes de connexion sont configurés pour assurer une connexion entre les cellules au moyen d'un élément de connexion pénétrant dans les deux cellules à connecter.
[0017] Grâce à l'invention, le réseau de connexion entre les cellules se limite alors à des éléments d'interconnexion de taille réduite entre deux cellules, les cellules d'extrémité étant connectées au système de gestion de la batterie, ce qui permet d'éliminer le long réseau de câbles de connexion électrique reliant les cellules individuelles entre elles pour former des packs de batteries.
[0018] Il n'est plus requis de mettre en œuvre des barres omnibus boulonnées sur chaque cellules et/ou un réseau de câbles de grande longueur. En outre, les bornes ne font pas saillie des cellules.
[0019] Les risques d'électrocution et de court-circuit sont réduits.
[0020] De plus l'assemblage électrique est sensiblement simplifié.
[0021] Enfin la masse de l'ensemble peut être réduite.
[0022] De manière particulièrement avantageuse, les bornes
[0023] En d'autres termes, grâce à l'invention on remplace un réseau d'interconnexion de câbles et de barre omnibus par des interconnecteurs entre chaque cellule. L'interconnexion est réalisée simultanément à l'assemblage des cellules ce qui réduit le temps de fabrication de la batterie et simplifie la fabrication.
[0024] Dans un exemple de réalisation préféré, chaque cellule comporte dans chacune des extrémités longitudinales, un anneau collecteur/distributeur de courant formant une borne électrique et destiné à être connecté à la partie électrochimique de la cellule, l'anneau étant muni d'un logement accessible à travers une fenêtre du boîtier, le logement étant configuré pour recevoir un élément d'interconnexion à une autre cellule ou un système de gestion. Les anneaux présentent la même section géométrique interne que le boitier, agissant ainsi de raidisseur structurel du boitier, améliorant la rigidité en torsion du boîtier et limitant l'écrasement.
[0025] Dans cet exemple de réalisation, le boîtier peut être équipé à chacune de ses extrémités d' autant de fenêtres qu'il y a des faces planes sur le boitier, donnant accès à toutes les faces de l'anneau structurel collecteur/distributeur de courant interne. Les fenêtres non utilisées étant obturées, ce qui permet d'offrir une grande liberté lors de l'assemblage des cellules.
[0026] L'invention porte également sur un ensemble de cellules assemblées, les cellules étant solidarisées les unes aux autres par exemple par collage des faces planes et interconnectées au moyen d'éléments d'interconnexion entre chaque paire de cellules, et formant une structure rigide pouvant participer à la rigidité du véhicule auquel elle est fixée.
[0027] La présente invention a alors pour objet une cellule électrochimique pour module de pack batterie comportant:
un boîtier s'étendant le long d'un axe longitudinal (X), ledit boîtier comportant une paroi latérale comprenant au moins deux faces planes s'étendant longitudinalement et des couvercles à chacune des extrémités, une partie électrochimique logée dans le boîtier,
deux bornes de connexion disposées à l'intérieur du boîtier et connectées chacune à une électrode de la partie électrochimique, chacune des bornes étant accessible à travers au moins une fenêtre réalisée dans au moins une face plane différente ou dans au moins un desdits couvercles,
chacune des bornes étant configurée pour recevoir un élément de connexion à une autre cellule.
[0028] De manière préférée, chacune des bornes comporte un anneau conducteur électrique, inséré dans le boîtier, chaque anneau étant connecté à une électrode de la partie électrochimique, et comportant au moins un logement en regard de la fenêtre et configuré pour loger une partie de l'élément de connexion, l'anneau ayant avantageusement une fonction de renforcement mécanique du boîtier.
[0029] Dans un exemple de réalisation, au moins l'une des bornes est accessible à travers le couvercle et dans laquelle le au moins un logement est dans une face d'extrémité de l'anneau.
[0030] Dans un autre exemple de réalisation, les deux bornes sont accessibles à travers la paroi latérales du boîtier et dans laquelle le logement de chaque borne est dans une face latérale de l'anneau.
[0031] Par exemple, chaque fenêtre est située à une extrémité longitudinale de la paroi latérale du boîtier et les couvercles fermant les extrémités du boîtier s'insèrent chacun dans une extrémité longitudinale du boîtier, chacun des couvercles comportant une paroi latérale s'interposant entre le boîtier et l'anneau, ladite paroi latérale comportant une fenêtre en regard du logement de l'anneau et de la fenêtre d'une face plane du boîtier.
[0032] Le boîtier est avantageusement en matériau non conducteur électrique, par exemple en matériau composite comprenant des fibres de carbone ou végétales.
[0033] La cellule électrochimique peut comporter des moyens de gestion thermique comprenant un conduit destiné à l'écoulement d'un caloporteur, le conduit s'étendant longitudinalement et traversant les couvercles.
[0034] De manière préférée, le boîtier a une section transversale polygonale, avantageusement triangulaire ou hexagonale.
[0035] La présente demande a également pour objet un module de pack batterie comportant plusieurs cellules électrochimiques selon l'invention, connectées électriquement les unes aux autres et étant en contact les unes avec les autres par une ou plusieurs de leurs faces planes, dans lequel des éléments de connexion connectent des cellules adjacentes en série ou en parallèle.
[0036] Le connecteur mâle peut comporter deux extrémités en forme de lame, chacune destinée à coopérer avec une borne de connexion d'une cellule, les bornes de connexion comportant des balais.
[0037] Dans un exemple avantageux, le module comporte deux éléments raidisseurs d'extrémité couvrant les extrémités longitudinales des cellules. Les éléments raidisseurs peuvent comporter des moyens d'alimentation et de collecte d'un fluide caloporteur connectés à chaque conduit des cellules, de sorte à assurer une circulation du caloporteur dans le conduit, les moyens d'alimentation et de collecte comportant avantageusement des moyens de connexion hydraulique rapides à une circuit hydraulique extérieur.
[0038] Selon une caractéristique additionnelle, les cellules sont solidarisées les unes aux autres par collage entre au moins deux faces planes.
[0039] La présente invention a également pour objet un module de pack batterie comportant plusieurs cellules électrochimiques selon l'invention, connectées électriquement les unes aux autres par leur extrémités longitudinales et un connecteur recevant à chacune de ses extrémités, une extrémité longitudinale d'un boîtier et comportant des éléments conducteurs reliant électriquement les deux cellules.
[0040] La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comportant au moins un module selon l'invention, le système de gestion du module de cellules électrochimiques, les cellules étant disposées les unes par rapport aux autres de sorte à s'étendre sensiblement dans un plan, un châssis muni d'un plancher, la face inférieure du plancher étant configurée de sorte à s'imbriquer dans la face supérieure du module, ledit module étant solidarisé au plancher et en contact avec la face inférieure du châssis, de sorte que le module participe à la rigidité du châssis.
[0041] Le véhicule comporte par exemple une plaque inférieure comprenant une face configurée de sorte à s'imbriquer dans la face inférieure du module, et fixé au plancher, le module étant bloqué entre le plancher et la plaque inferieure.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0042] La présente demande sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :
–
La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'un module de cellules électrochimiques interconnectées selon l'invention,
–
La figure 2, on peut voir une vue partiellement éclatée d'un exemple de cellule électrochimique selon l'invention pouvant être mis en œuvre dans le module de la figure 1,
–
La figure 3 est une vue de détail de la figure 2,
–
la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la cellule de la figure 2 au niveau d'une extrémité longitudinale,
–
La figure 5 représente un module de cellules électrochimiques de la figure 2,
–
La figure 6 est une vue en perspective d'un autre exemple de cellule électrochimique selon l'invention,
–
Les figures 7A à 7C sont des représentations en perspective de différents exemples d'anneau collecteur/distributeur pouvant être mis en œuvre dans les cellules selon l'invention,
–
La figure 8 est une représentation schématique d'un autre exemple de cellule électrochimique,
–
La figure 9 est une vue en perspective d'un module de cellules partiellement réalisé comportant des raidisseurs,
–
La figure 10 est une vue de détail de la figure 9,
–
La figure 11 est une vue en éclaté d'un exemple de véhicule automobile selon l'invention,
–
La figure 12 est une vue de détail de la figure 11,
–
La figure 13A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation de cellules selon l'invention et d'un connecteur permettant un assemble longitudinal,
–
La figure 13B est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'une cellule selon l'invention permettant un assemble longitudinal,
–
La figure 14 est une vue de dessus du module de la figure 9 complet et comportant des connecteurs,
–
La figure 15 est une vue de détail de la figure 14,
–
La figure 16 est une vue en perspective d'un autre exemple d'intégration d'un pack de batteries selon exemple de l'invention à un véhicule automobile,
–
La figure 17 est une vue en éclaté de la figure 16.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
[0043] Sur la figure 1, on peut voir une représentation schématique d'un exemple d'un module de cellules électrochimiques interconnectées selon l'invention.
[0044] Le module M de la figure 1 comporte plusieurs cellules C1 assemblées les unes aux autres et interconnectées.
[0045] Chaque cellule C1 comporte un boîtier rigide s'étendant le long d'un axe longitudinal X. En outre, elle comporte une partie électrochimique (non représentée) logée dans le boîtier.
[0046] La partie électrochimique est par exemple du type jelly-roll comprenant deux feuilles métalliques conductrices, laminées de matériaux actifs, enroulées l'une autour de l'autre entre lesquelles est disposé un séparateur en polyéthylène ou en polypropylène. Les deux feuilles métalliques sont connectées aux bornes de la cellule, par lesquelles la cellule est connectée à une ou plusieurs cellules. En variante, la partie électrochimique est à l'état solide.
[0047] Par exemple, les cellules électrochimiques sont du type lithium-ion sans que cela soit limitatif.
[0048] Dans l'exemple représenté et de manière préférée, le boîtier 2 comporte une section transversale hexagonale et deux faces d'extrémité 6 planes.
[0049] Comme cela est représenté schématiquement sur la figure 1, chaque cellule comporte une borne positive + à l'une de ses extrémités longitudinale 2.1 et une borne négative - à l'autre extrémité longitudinale 2.2.
[0050] Sur la figure 1, les cellules C1 sont connectées entre elles en série.
[0051] Sur la figure 2, on peut voir une vue partiellement éclatée d'un exemple de cellule électrochimique selon l'invention pouvant être mis en œuvre dans le module de la figure 1.
[0052] Sur la figure 3, on peut voir une vue de détail de la figure 2, et sur la figure 4 on peut voir une vue en coupe longitudinale de la cellule de la figure 2 au niveau d'une extrémité longitudinale.
[0053] Le boîtier 2 comporte une enveloppe latérale 8, deux couvercles ou fond d'extrémités 10 fermant les extrémités longitudinales 8.1, 8.2 de l'enveloppe. Dans cet exemple, l'enveloppe est composée de six parois planes.
[0054] La cellule comporte à chacune de ses extrémités un anneau collecteur/distributeur de courant 10 formant pour l'un la borne + et pour l'autre la borne - de la cellule (figures 2 à 4). L'anneau, en plus de sa fonction de collecte et de distribution de courant, a également avantageusement une fonction structurelle mécanique améliorant la rigidité en torsion du boîtier et limitant l'écrasement.
[0055] Un seul des anneaux collecteurs/distributeurs, désignés par la suite „anneaux“ à des fins de simplicité, sera décrit en détail, l'autre anneau ayant une structure et un fonctionnement similaire. L'anneau 10 est en matériau conducteur électrique.
[0056] L'anneau 10 présente une forme extérieure présentant la même géométrie interne du boîtier, dans l'exemple représenté une forme hexagonale se logeant dans une extrémité ouverte 8.1 du boitier. La surface latérale extérieure comporte six faces planes. L'anneau est destiné à être connecté à l'une des électrodes de la partie électrochimique.
[0057] Par exemple, chacune des feuilles métalliques comporte une languette faisant saillie d'une extrémité latérale de l'enroulement. L'une des languettes fait saillie d'une extrémité longitudinale et l'autre extrémité fait saillie de l'autre extrémité longitudinale.
[0058] Une des languettes est par exemple soudée à l'un des anneaux et l'autre languette est soudée à l'autre anneau.
[0059] L'anneau 10 comporte un évidement 12 configuré pour former un réceptacle pour un élément d'interconnexion IN qui sera décrit plus en détail ci-dessous.
[0060] L'évidement 12 débouche dans une face plane de la surface latérale extérieure de l'anneau 10. Le boitier comporte une fenêtre 14 dans une ou plusieurs de ses parois planes. L'anneau 10 est monté dans le boitier de sorte que le logement 12 et la fenêtre 14 soient en regard.
[0061] Le couvercle 13 présente également une forme hexagonale et est creux de sorte à recevoir l'anneau 10. En outre, le couvercle est muni d'une fenêtre 16 dans sa paroi latérale alignée avec la fenêtre 14 et le réceptacle 12.
[0062] Sur la figure 13A, on peut voir un autre exemple de réalisation dans lequel la cellule C1' est configurée pour d'une part permettre une connexion avec une cellule via une paroi latérale et une connexion avec une cellule via une paroi d'extrémité.
[0063] Dans cet exemple, sept cellules sont connectées en parallèles (la cellule centrale n'étant pas représentée) via leurs parois latérales et étant connectées en série avec un autre ensemble de cellules (non représenté) aligné le long de l'axe longitudinale X. La connexion entre les deux ensembles est obtenue au moyen d'un connecteur 70 assurant également l'assemblage mécanique. Pour cela, le couvercle 13' présente en outre la possibilité de connecter axialement deux ou plusieurs cellules électriquement et mécaniquement de façon „couvercle-contre-couvercle,“ à travers des fenêtres dédiées 60, sur la face du couvercle 13, donnant accès à la face latérale de l'anneau 10 (figure 13A). Ledit anneau dans sa face latérale présente des fentes 61 en regard des fenêtres 60 du couvercle 13', pour accueillir des bornes mâles en relief 71 et s'insérant dans ces dernières. Les bornes mâles peuvent avoir différentes formes ou différents profils
[0064] Les bornes mâles en matériau électriquement conducteur sont portés par le connecteur 70 qui comporte une plaque intermédiaire 72 contre laquelle viennent en appui les couvercles 13 des cellules 10 une fois insérées dans le connecteur 70. Les bornes males font saillie de part et d'autre de la plaque intermédiaire.
[0065] Le connecteur comporte également une paroi latérale 73 s'étendant longitudinalement de part et d'autre de la plaque intermédiaire 72 et dont la forme correspond à la forme extérieure des ensembles de cellules. Ainsi les extrémités longitudinales des ensemble de cellules sont reçues dans le connecteur de part et d'autre de la plaque intermédiaire 72.
[0066] Dans un exemple de réalisation, les bornes 71 sont d'un seul tenant avec la plaque intermédiaire 72 et la plaque intermédiaire 72 est recouverte d'un matériau isolant électrique type céramique ou matériau plastique. Dans un autre exemple, les bornes 71 sont insérées dans la plaque intermédiaire qui est réalisée en un matériau isolant électrique. La paroi latérale 72 du connecteur 70 est également en matériau isolant électrique.
[0067] Le connecteur 70 permet de réaliser des ensembles de batteries de grande longueur, utiles pour la réalisation d'éléments structurels de construction, tels que les abris pour véhicules automobiles.
[0068] Il sera compris que le connecteur 70 peut présenter différentes formes selon le nombre de cellules C1 ou configuration ou propriétés structurelles requises.
[0069] Le connecteur 70 peut être réalisé par exemple par fusion, moulage de composites, ou impression 3D.
[0070] Dans un autre exemple de réalisation représenté sur la figure 13B, le connecteur 80 permet de connecter axialement deux cellules C1 (une seule est représentée). De manière similaire au connecteur 70, Le connecteur 80 comporte une plaque intermédiaire 82 et des bornes 81 et reçoit dans chacune de ses extrémités, une extrémité longitudinale d'une cellule C1.
[0071] Dans l'exemple représenté, le boitier est en matériau métallique ainsi que le couvercle. Il est alors prévu d'isoler électriquement l'anneau 10 de l'enveloppe et le couvercle 13 au moyen d'un élément isolant électrique 18 interposé entre l'anneau 10, le couvercle 13 et le boitier. Dans l'exemple représenté, l'élément isolant électrique 18 a une forme similaire à celle du couvercle, ses dimensions étant telles qu'il loge l'anneau et qu'il se loge dans le couvercle. En outre, il comporte une fenêtre 20 alignée avec les fenêtres 14 et 16 et le réceptacle 12.
[0072] Les différents éléments composant le boîtier de la cellule sont soudés ou collés en fonction des matériaux mis en œuvre.
[0073] La cellule comporte également au niveau de chaque borne un connecteur électrique femelle 22 comprenant deux balais de contact 24 maintenu par un insert. Le connecteur 22 se loge dans le réceptacle de l'anneau et travers les fenêtres 14, 16 et 20.
[0074] Dans cet exemple, un deuxième élément isolant électrique 28 est prévu entre le connecteur 22, l'enveloppe et le couvercle.
[0075] Le connecteur femelle 22 est configuré pour loger une extrémité d'un connecteur mâle 30.
[0076] Le connecteur mâle 30 comporte deux extrémités de connexion opposées, formées avantageusement par des lames 32. Chaque lame 32 est destinée à s'insérer entre les balais de contact 24 d'un connecteur femelle. La mise en œuvre de lames présente l'avantage d'offrir une certaine souplesse pour faciliter l'assemblage mécanique qui sera décrit ci-dessous.
[0077] Il sera compris que ni la forme du connecteur femelle, ni celle du connecteur mâle n'est limitative.
[0078] De manière préférée et comme cela est représenté sur les figures 3 et 4, des moyens de positionnement et de verrouillage 33 de deux cellules sont prévus au niveau du connecteur femelle. Les moyens 33 comportent par exemple une pièce en forme de cadre s'insérant dans la fenêtre 14 et entourant le connecteur femelle 22. Par ailleurs la pièce 35 fait saillie vers l'extérieur de l'enveloppe de sorte à pénétrer dans la fenêtre 14 de l'autre cellule à connecter et à entourer le connecteur femelle. La pièce 33 entoure également le connecteur mâle. Ainsi après assemblage, les deux cellules sont verrouillées l'une par rapport à l'autre en translation de long de leur direction longitudinale par coopération de la pièce et des fenêtres 14. La mise en œuvre de cette pièce impose un positionnement longitudinal des deux cellules l'une par rapport à l'autre, protégeant ainsi mécaniquement les connecteurs.
[0079] Dans un exemple particulièrement avantageux, le boitier et/ou les couvercles sont réalisés en un matériau isolant électrique, par exemple en un matériau composite comportant des fibres de carbone ou en céramique, ce qui permet d'éviter de mettre en œuvre des éléments isolants électriques.
[0080] Dans l'exemple représentée et de manière également particulièrement avantageuse, la cellule comporte des moyens de gestion thermique 34 internes à la cellule comprenant un tube 36 s'étendant longitudinalement et débouchant aux extrémités longitudinales de la cellule.
[0081] La partie électrochimique est très avantageusement enroulée autour du tube 36 de sorte que la gestion thermique se fasse au cœur de la cellule. Le tube sert alors également de support pour la partie électrochimique.
[0082] Le tube 36 est destiné à être connecté à un circuit d'alimentation et de collecte de fluide caloriporteur de sorte que le fluide circule dans le tube à travers la cellule.
[0083] Le fluide caloriporteur permet principalement d'extraire la chaleur générée au sein de la cellule lors de son fonctionnement. L'extraction de la chaleur au cœur de la cellule offre une efficacité sensiblement supérieure à une extraction de la chaleur par l'extérieur de la cellule comme cela est réalisé dans l'état de la technique.
[0084] Les extrémités longitudinales du tube 36 traversent les couvercles et sont connectées à des moyens d'alimentation et de collecte de fluide caloriporteur dont un exemple sera décrit ci-dessous. Le tube est soudé ou collé à chacun des couvercles.
[0085] Il sera compris qu'une cellule électrochimique sans moyens de gestion thermique intégrés ne sort pas du cadre de la présente demande.
[0086] Nous allons maintenant décrire la réalisation du module de la figure 1.
[0087] Une première cellule C1 est fournie. Une extrémité du connecteur mâle est insérée dans le connecteur femelle de la borne +. On obtient l'ensemble de la figure 4.
[0088] Une deuxième cellule C1 est ensuite approchée de la cellule C1 de telle manière que la borne - de la deuxième cellule C1 soit en regard de la première cellule C1 et que les parois planes des deux boitiers soient en regard. L'autre extrémité du connecteur mâle 30 pénètre dans le connecteur femelle de la borne - de la deuxième cellule. Lorsque le connecteur mâle 30 est correctement en place, les faces planes des deux cellules sont en appui l'une contre l'autre. Cette opération est répétée avec d'autres cellules C1 jusqu'à atteindre la tension et le courant souhaités.
[0089] L'utilisation de lames pour le connecteur mâle 30 facilite la connexion électrique des cellules entre elles en offrant un certain degré de liberté lors de l'assemblage.
[0090] Dans l'exemple représenté et de manière préférée, la borne + et la borne - sont diamétralement opposées permettant un assemblage sous forme de nappe telle que représenté sur la figure 5 qui forme un module de cellules comportant un grand nombre de cellules selon l'invention. Il sera compris que plusieurs nappes ou couches de modules de cellules, selon la figure 5, peuvent êtres superposées, selon le besoin ou l'application.
[0091] Il sera compris que la disposition relative des bornes + et - peut varier en fonction de l'architecture de l'assemblage que l'on souhaite obtenir.
[0092] Sur la figure 6, on peut voir un autre exemple de réalisation de cellule C2 comportant une section transversale triangulaire.
[0093] Le boîtier 202 comporte un boitier comprenant trois faces planes. Dans cet exemple, deux fenêtres 114 sont réalisées au niveau de chaque extrémité longitudinale rendant la cellule adaptée à une connexion soit en série, soit en parallèle.
[0094] Les anneaux collecteurs/distributeurs 110 ont également une section triangulaire et comportent également deux fenêtres 112 pour le montage du connecteur femelle.
[0095] Les fenêtres non utilisées sont obturées.
[0096] Les fenêtres non utilisées sont avantageusement obturées préalablement à l'assemblage. Ainsi évitant tout contact accidentel, ou corps étranger venant s'y loger lors de la manipulation.
[0097] Comme pour la cellule C1, des couvercles sont prévus à chacune des extrémités ainsi des éléments isolants électriques le cas échéant.
[0098] D'autres formes de cellules dans lesquelles le boitier comporte au moins deux faces longitudinales planes sont envisageables. Par exemple, la cellule présente une section transversale carrée ou rectangulaire. D'autres formes sont encore envisageables, avec deux faces planes reliées par des faces courbes. Par ailleurs, dans le cas d'une cellule à section hexagonale, l'hexagone peut ne pas être régulier. Néanmoins la section hexagonale régulière et la section triangulaire régulière facilitent la réalisation de modules décrits ci-dessous et permettant d'assurer une fonction supplémentaire de rigidité.
[0099] Sur les figures 7A à 7C, on peut voir des exemples d'anneau collecteur/distributeur présentant différentes formes de connecteur mâle.
[0100] Sur la figure 7A, l'anneau 210 a une forme extérieure triangulaire et le connecteur mâle 230 est similaire à celui décrit en relation avec la cellule C1.
[0101] Sur la figure 7B, l'anneau 310 a une forme extérieure hexagonale et le connecteur mâle 330 comporte des extrémités de connexion en forme de croix, le connecteur femelle a une forme correspondante.
[0102] Sur la figure 7B, l'anneau 410 a une forme extérieure carrée et le connecteur mâle 430 comporte deux extrémités de connexion en forme de pion cylindrique, le connecteur femelle a une forme correspondante.
[0103] Il sera compris que la forme du connecteur mâle de chacune des figures 7A à 7C peut s'appliquer à chacune des connecteurs des autres figures 7A à 7C.
[0104] La cellule C1 comporte avantageusement des moyens de gestion thermique intégrés à la cellule permettant d'extraire la chaleur au sein de la cellule et également d'apporter de la chaleur si besoin.
[0105] Ces moyens de gestion thermique peuvent s'appliquer à toutes les formes de cellule, par exemple celles à section triangulaire et à section carrée.
[0106] Par ailleurs, une cellule intégrant de tels moyens et ne comportant pas au moins deux faces planes et d'anneau collecteur/distributeur, ni de connecteur tels que décrits ci-dessus ne sort pas du cadre de la présente demande.
[0107] La figure 8 représente une cellule C3 à section circulaire intégrant les moyens de gestion thermique et qui est configurée pour être connectée à d'autres cellules similaires par des câbles et barres omnibus communément mis en œuvre dans les batteries.
[0108] Les moyens de gestion thermique comportent un tube 36 aligné avec l'axe de la cellule. En variante, les moyens de gestion thermique comportent plusieurs tubes s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal.
[0109] Les cellules assemblées, par exemple sous forme de nappe telle que représentée sur la figure 5, forment une séries de modules pour pack batterie.
[0110] De préférence, les cellules sont solidarisées les unes autres, de préférence par collage, de manière préférée par colle époxy. La colle époxy présente l'avantage d'être résistante à la chaleur et de présenter une bonne résistance mécanique. En outre la colle époxy assure une isolation thermique entre les cellules, limitant la transmission de la chaleur d'une cellule à l'autre, notamment dans le cas d'un dysfonctionnement de l'une des cellules.
[0111] Dans un exemple de réalisation avantageux, des éléments inhibiteurs de flamme peuvent être intégrés à la colle afin d'améliorer la sécurité du pack batterie.
[0112] En variante, les cellules sont soudées les unes aux autres ou des moyens mécaniques sont prévus entre les cellules.
[0113] De manière préférée, afin de rigidifier l'assemblage des cellules du module de la figure 5 des moyens mécaniques sont prévus.
[0114] Sur les figures 9 et 10, on peut voir un exemple d'un assemblage de cellules C1 comportant de tels moyens de rigidification, ceux-ci assurant également de manière avantageuse la circulation du fluide caloriporteur au sein de chacune des cellules.
[0115] Les cellules C1 sont connectées électriquement les unes autres en série ou en parallèle et forme une nappe telle que celle représentée sur la figure 5. L'ensemble est désigné module M.
[0116] L'assemblage comporte également deux raidisseurs latéraux 38 conformés chacun pour loger les extrémités longitudinales de la nappe de cellules.
[0117] Dans cet exemple et de manière très avantageuse, les raidisseurs comportent des moyens fluidiques pour la circulation du fluide caloriporteur.
[0118] L'un des raidisseurs 38 assure l'alimentation en fluide caloriporteur et l'autre raidisseur sert à la collecte du fluide caloriporteur.
[0119] Dans l'exemple représenté, chaque raidisseur 38 comporte un circuit fluidique alimentant en parallèle les cellules. Le circuit comporte une canalisation principale 40 s'étendant sur la longueur du raidisseur et des canalisations secondaires 42 connectées à la canalisation principale et alimentant chacune des cellules. La canalisation principale comporte une extrémité destinée à être connectée soit à une source de fluide caloriporteur, soit un réservoir de collecte de fluide caloriporteur suivant la fonction du circuit.
[0120] Les canalisations principale et secondaires sont de préférence intégrées dans le corps raidisseur par exemple par moulage dans un matériau composites directement dans le raidisseur. En variante, les canalisations principale et secondaire sont embouties, usinées ou formées à partir d'une tôle métallique et ensuite collées ou soudées dans le raidisseur.
[0121] De préférence, l'extrémité ouverte de la canalisation principale est équipée d'un connecteur hydraulique rapide 46 permettant un retrait et une mise en place rapide du pack batterie. Le connecteur permet de connecteur la canalisation 40 au circuit hydraulique du véhicule automobile qui comporte un échangeur fluide caloriporteur - Air, placé sur la partie avant du véhicule, derrière une ouverture, pour avantageusement profiter du flux d'air, lors de l'avancement du véhicule.
[0122] Les raidisseurs 38 formant des structures de rigidification/consolidation ont la fonction de lier et renforcer une structure de base. Les raidisseurs apportent une plus grande solidité a l'ensemble des cellules. Le pack de batteries est alors structurel, en liant mécaniquement les cellules ensemble. Les raidisseurs peuvent être fabriqués par exemple en aluminium moulé, usiné, ou imprimé, ou en tôle d'acier embouti, ou en matériaux composites tels les fibres de carbone ou végétales dans une matrice de résine-époxy par moulage en four autoclave.
[0123] Il sera compris que des raidisseurs ayant uniquement une fonction mécanique ne sortent pas du cadre de la présente invention.
[0124] Par ailleurs, un module comportant des cellules intégrant des moyens de gestion thermique et dans lequel l'alimentation et la collecte du fluide caloriporteur sont assurées par un réseau de canalisations se connectant à chacun des tubes 36 sans être intégré aux raidisseurs ne sort pas du cadre de la présente demande.
[0125] De manière particulièrement avantageuse, le pack batterie selon l'invention est intégré au véhicule automobile de sorte qu'il joue un rôle structurel en plus de sa fonction d'alimentation et de stockage d'énergie électrique.
[0126] En effet, dans les véhicules automobiles actuels dont l'énergie est fournie au moins en partie par des cellules électrochimiques, les cellules électrochimiques sont des „ poids morts”. Leur seule fonction est de fournir de l'énergie au moteur électrique du véhicule, et de stocker l'énergie lors de la recharge.
[0127] En outre, des éléments supplémentaires sont à prévoir pour maintenir les cellules, les organiser en module, les protéger et les intégrer dans le châssis du véhicule.
[0128] Sur les figures 11 et 12 on peut voir un exemple particulièrement avantageux d'intégration de cellules électrochimique dans un véhicule automobile.
[0129] Sur la figure 11, on peut voir une vue éclatée d'une partie d'un véhicule automobile comporte un châssis monocoque 48 intégrant à la fois le châssis et la coque réalisé d'une seule pièce.
[0130] Le châssis 48 comporte dans sa partie inférieure un plancher 50. La face inférieure 51 du plancher est conformée pour que le module de cellules M s'imbrique dans la face inférieure du plancher.
[0131] Dans l'exemple représenté, l'assemblage de cellules à section hexagonale M forme un réseau en nid d'abeille dont les faces inférieure et supérieure comporte des parties en creux et des parties en saillie, la face inférieure du plancher comporte des parties en saillie et en creux correspondante.
[0132] Par ailleurs, le véhicule comporte une plaque inférieure 52 ou soubassement inférieur destinée à être fixé au plancher, le module étant serré entre le plancher et la plaque inférieure 52. La face supérieure 54 de la plaque inférieure 52 est également conformée pour s'imbriquer dans la face inférieure du module. Le soubassement inférieur est par exemple boulonné sur le châssis pour venir serrer le module contre le châssis.
[0133] La plaque inférieure 52 forme également un couvercle de protection évitant de devoir prévoir un couvercle dédié.
[0134] La plaque inférieure se monte entre les deux raidisseurs 38 et ne le recouvre pas.
[0135] L'ensemble formé par coopération du plancher, du module et de la plaque inférieure utilise la rigidité intrinsèque de chaque cellule et de son réseau complet constitué par le module, qui est ensuite verrouillé entre la plaque de base inférieure et la partie inférieure de la monocoque. La masse, de l'ensemble ainsi simplifié, est considérablement réduite par rapport au structures actuelles.
[0136] En outre l'emplacement du pack batterie sous le véhicule permet d'abaisser son centre de gravité et d'améliorer sa stabilité.
[0137] L'invention évite de devoir recourir à une structure lourde et encombrante pour protéger les cellules.
[0138] Grâce à cette réalisation les cellules ne sont plus un „poids morts“ mais participe à la rigidité du véhicule.
[0139] Dans l'exemple représenté, les cellules sont disposées perpendiculairement l'axe longitudinal du véhicule. En variante, elles sont orientées parallèlement à celui-ci.
[0140] En d'autres termes, dans un exemple préféré les enveloppes de cellules forment des tubes de section polygonale collés ou soudés entre eux formant un réseau ou treillis dont la face supérieure forme une surface tridimensionnelle se bloquant mécaniquement dans une structure de forme correspondante faisant partie du châssis et s'imbriquant avec celle-ci.
[0141] Le module forme un sous-châssis de raidissement par sa capacité à être verrouillé mécaniquement par le soubassement de la monocoque, dans sa partie inférieure.
[0142] La fonction mécanique assurée par la coopération du module de cellule et du châssis est encore améliorée lorsque les cellules sont solidarisées les unes aux outre par collage, soudage ou tout autre moyen mécanique, et de préférence par l'ajout des raidisseurs. Un sous-ensemble autoporteur est ainsi réalisé.
[0143] Cet assemblage „autoporteur“ utilise la rigidité intrinsèque de chaque cellule et de son réseau complet constitué par le pack de cellules solidarisées les unes aux autres, qui est ensuite verrouillé entre la plaque inférieure et la partie inférieure du châssis. La masse, de l'ensemble ainsi simplifié, est alors considérablement réduite.
[0144] A titre d'exemple, la longueur des tubes a section polygonale formant le sous-châssis, est comprise entre 100 mm et 2000mm, et leur section est comprise entre 20 mm et 200mm, par exemple 30 mm.
[0145] La face inférieure du châssis est par exemple réalisée directement par emboutissage, ou par collage ou soudage de sections extrudés, demi-hexagonales sur la tôle plate de la partie inférieure de la monocoque.
[0146] La plaque inférieure est par exemple réalisée par soudage de demi-tube hexagonaux sut une plaque ou tôle, par extrusion, ou par fabrication additive de type impression 3-D.
[0147] Le module de cellules formé par un ensemble de cellules triangulaires comporte sur ses deux faces des zones en creux et en relief permet également de participer à la rigidité du châssis.
[0148] Tout assemblage de cellules électrochimiques permettant un certain niveau d'imbrication entre les cellules et avec le châssis entre dans le cadre de la présente invention.
[0149] En variante, une plaque inférieure n'est pas mise en œuvre et le module de cellules est directement fixé sur le châssis par exemple au moyen de boulons.
[0150] La réalisation des figures 10 et 11 permet une simplification et une rationalisation de la fabrication, lors de l'intégration dans le véhicule, permettant de réduire le temps d'assemblage et le prix de revient. En outre la masse et l'encombrement sont sensiblement réduits.
[0151] Dans l'exemple représenté le châssis est un châssis monocoque, mais l'invention s'applique également à un châssis n'intégrant pas la carrosserie, comme cela sera décrit ci-dessous.
[0152] Dans un mode préféré, le module de cellules comporte des cellules à section polygonale tel que celles de la figure 1 verrouillées entre elles par collage et des raidisseurs.
[0153] Le boitier des cellules est par exemple réalisé par extrusion, moulage, ou impression 3D. Le boitier est par exemple en aluminium ou en matériau composite.
[0154] La connexion électrique du module au système de gestion de l'alimentation est réalisée directement lorsque le ou les modules sont mis en place contre le châssis. Pour cela, des connecteurs adaptés E1+ et E1- visibles sur les figures 14 et 15, sont prévus. Les connecteurs E1+ et E1- sont de préférence positionnés perpendiculairement par rapport au plan supérieur du pack de batteries, et se connectent aux bornes de l'une des cellules C1 d'extrémité du pack de batteries M, avec un élément male E2, qui s'insère à travers une fenêtre réalisée dans le raidisseur 38 en regard de la fenêtre 14 du boitier de la cellule C1, pour entrer en contact avec l'anneau 10.
[0155] Un connecteur E1+ se trouve à une extrémité du pack M dans l'un des raidisseurs 38 et un connecteur E1- se trouve à l'extrémité opposée du pack M dans l'autre raidisseur 38.
[0156] Le pack batterie selon l'invention est particulièrement adapté à un remplacement rapide, par exemple dans une station déchange de batteries, désignée „battery-swap station“ en terminologie anglo-saxonne, assurant le remplacement d'un pack batterie déchargé par un pack batterie chargé.
[0157] En effet, le pack batterie peut être facilement échangé en retirant la plaque inférieure ou directement le pack batterie et en déconnectant le réseau hydraulique s'il est prévu en manipulant les connecteurs rapides. Le pack batterie peut être retiré en l'abaissant, un autre pack batterie est ensuite mis en place en l'approchant du châssis, en connectant le circuit hydraulique au circuit du véhicule et en remettant en place la plaque inférieure ou en fixant directement le pack batterie au châssis.
[0158] L'ensemble de ces opérations peut être réalisée de manière automatisée par un robot dédié dans une station adaptée.
[0159] Le remplacement est particulièrement sûr car le pack batterie offre une grande robustesse à la fois mécanique, électrique et hydraulique.
[0160] Il sera compris qu'un pack batterie participant à la rigidité du châssis peut ne pas comporter de moyens de gestion thermique intégrés. En outre la connexion électrique entre les batteries peut être différente de celle décrite en relation avec la cellule. La connexion par des câbles et barres omnibus s'applique également.
[0161] La présente invention est en outre particulièrement adaptée à l'intégration de capteurs au sein des cellules ou d'un module.
[0162] Sur le figures 16 et 17, on peut voir un autre exemple d'intégration du pack de batteries selon l'invention dans une plateforme de type „skate“, dans lequel le bloc de batteries M forme un pont de liaison entre les trains roulants avant TAV et arrière TAR dans un seul module, indépendant de la carrosserie.
[0163] La plateforme roulante ou châssis PR comprend les groupes suspensions/moteur électriques/trains roulants et un caisson structurel central logeant le bloc batteries. Dans cet exemple, la carrosserie du véhicule assure un rôle de simple „habillage“, contrairement à l'exemple précédemment décrit, dans lequel la carrosserie fait partie intégrante de la monocoque portante sur laquelle lesdits composants mécaniques, suspensions/moteur/trains roulants y sont directement boulonnés.
[0164] Dans cette configuration le pack de batteries M agit comme structure de liaison intermédiaire entre les trains avant et arrière, grâce à sa rigidité, et son positionnement.
[0165] Le logement 57 de la plateforme recevant le bloc batteries forme un „berceau“ inversé 57, dans lequel est mis en place le bloc batteries par le bas. La face intérieure du logement est conformée pour s'imbriquer dans la face extérieure du bloc batterie.
[0166] D'une part, le logement comporte une plaque supérieure 55 dont le profil inférieur vient épouser et s'encastrer parfaitement dans les creux et reliefs supérieur, du pack de batteries M. D'autre part, le logement comporte à ses extrémités longitudinales des platines S reliant la plaque 55 au train avant TAV et au train arrière TAR et conformées pour épouser la forme extérieure des cellules d'extrémités du bloc batteries.
[0167] Très avantageusement des raidisseurs complémentaires 56 sont rapportés sur les bords latéraux de la plaque 55 et s'imbriquent dans les raidisseurs 38 du bloc batteries.
[0168] Les raidisseurs complémentaires 56 sont conformés pour que lorsqu'ils sont assemblés à la plaque 55, leur face située à l'intérieur du berceau se trouve dans un plan décalé par rapport à la face intérieure de la plaque 55 de sorte à venir s'encastrer dans les reliefs supérieurs des raidisseurs 38.
[0169] Le berceau 57 formé par la plaque 55, les raidisseurs 56 et les platines S forme le pont de liaison entre les structures des trains roulant avant TAV, et arrière TAR.
[0170] Par exemple la plateforme est réalisée en soudant, boulonnant ou collant les trains avant/arrière TAV, TAR, à la plaque intermédiaire 55 prise en entre les deux raidisseurs 56 supplémentaires. La plaque intermédiaire 55 et les raidisseurs supplémentaires 56 peuvent être emboutis dans une seule pièce de tôle acier, ou aluminium, soudés ensembles, ou moulés en matériaux composites.
[0171] Le berceau 57 est composé des de la plaque 55, soudé ou collée, selon les matériaux employés, aux raidisseurs de plaque 56, et complété aux extrémités par les platines de liaison S.
[0172] Par exemple, les platines de liaison S sont obtenues par extrusion ou moulage sous pression d'aluminium, ou en tôle d'acier emboutie, ou en matériaux composites.
[0173] Le berceau 57 complet est ensuite riveté et collé, soudé ou boulonné, selon les matériaux employés, aux trains avant TAV et arrières TAR.
[0174] Une plaque de soubassement 52 peut être prévu sous le pack batterie 52 de manière similaire à l'exemple décrite ci-dessus.
[0175] Dans le cas d'un pack de batteries M interchangeable par des stations de remplacement rapides automatisées, le pack M solidaire avec sa plaque de soubassement/protection 52, vient se boulonner contre le berceau 57, parfaitement encastré et verrouillé assurant sa fonction structurelle.
[0176] Dans le cas de pack de batteries M fixe, i.e. qui n'est pas destiné à être remplacé dans des stations de remplacement rapide, le pack M peut être boulonné, ou collé et riveté au berceau 57 de manière définitive et permanente.
[0177] Le module peut être mis en œuvre dans tout véhicule automobile qu'il soit roulant, volant ou flottant.
[0178] Par ailleurs, il sera compris que les cellules électrochimiques et notamment les modules peuvent être mise en œuvre dans tout type de système et pas nécessairement dans un véhicule automobile.
[0179] La présente invention s'applique à tout autre élément de stockage d'énergie mis en œuvre dans des systèmes mobiles par exemple et de manière non limitative dans les navires, les aéronefs et les machines industrielles.
[0180] Alternativement, l'invention peut être mise en œuvre dans des systèmes fixes pour alimenter en énergie électrique toute activité industrielle, de chantier et ou approvisionnement d'énergie publique aux particuliers.
[0181] En outre, la présente invention, en particulier les exemples de figures 13A et 13B peuvent avantageusement mis en œuvre dans des éléments structurels de construction tels les colonnes, ouvrages structurels pour bâtiments, les panneaux décoratifs pour façades, abris automobiles ou carports.
Claims (16)
1. Cellule électrochimique pour module de pack batterie comportant :
un boîtier s'étendant le long d'un axe longitudinal (X), ledit boîtier comportant une paroi latérale comprenant au moins deux faces planes s'étendant longitudinalement et des couvercles à chacune des extrémités, une partie électrochimique logée dans le boîtier,
deux bornes de connexion disposées à l'intérieur du boîtier et connectées chacune à une électrode de la partie électrochimique, chacune des bornes étant accessible à travers au moins une fenêtre réalisée dans au moins une face plane différente ou dans au moins un desdits couvercles,
chacune des bornes étant configurée pour recevoir un élément de connexion à une autre cellule.
2. Cellule électrochimique selon la revendication 1, dans laquelle chacune des bornes comporte un anneau conducteur électrique, inséré dans le boîtier, chaque anneau étant connecté à une électrode de la partie électrochimique, et comportant au moins un logement en regard de la fenêtre et configuré pour loger une partie de l'élément de connexion, l'anneau ayant avantageusement une fonction de renforcement mécanique du boîtier.
3. Cellule électrochimique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle au moins l'une des bornes est accessible à travers le couvercle et dans laquelle le au moins un logement est dans une face d'extrémité de l'anneau.
4. Cellule électrochimique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les deux bornes sont accessibles à travers la paroi latérales du boîtier et dans laquelle le logement de chaque borne est dans une face latérale de l'anneau.
5. Cellule électrochimique selon la revendication 4, dans laquelle chaque fenêtre est située à une extrémité longitudinale de la paroi latérale du boîtier et dans laquelle les couvercles fermant les extrémités du boîtier s'insèrent chacun dans une extrémité longitudinale du boîtier, chacun des couvercles comportant une paroi latérale s'interposant entre le boîtier et l'anneau, ladite paroi latérale comportant une fenêtre en regard du logement de l'anneau et de la fenêtre d'une face plane du boîtier.
6. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le boîtier est en matériau non conducteur électrique, par exemple en matériau composite comprenant des fibres de carbone ou végétales.
7. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens de gestion thermique comprenant un conduit destiné à l'écoulement d'un caloporteur, le conduit s'étendant longitudinalement et traversant les couvercles.
8. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier a une section transversale polygonale, avantageusement triangulaire ou hexagonale.
9. Module de pack batterie comportant plusieurs cellules électrochimiques selon la revendication 4 ou 5, connectées électriquement les unes aux autres et étant en contact les unes avec les autres par une ou plusieurs de leurs faces planes, dans lequel des éléments de connexion connectent des cellules adjacentes en série ou en parallèle.
10. Module selon la revendication précédente, dans lequel le connecteur mâle comporte deux extrémités en forme de lame, chacune destinée à coopérer avec une borne de connexion d'une cellule, les bornes de connexion comportant des balais.
11. Module selon la revendication 9 ou 10, comportant deux éléments raidisseurs d'extrémité couvrant les extrémités longitudinales des cellules.
12. Module selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 7, dans lequel les éléments raidisseurs comportent des moyens d'alimentation et de collecte d'un fluide caloporteur connectés à chaque conduit des cellules, de sorte à assurer une circulation du caloporteur dans le conduit, les moyens d'alimentation et de collecte comportant avantageusement des moyens de connexion hydraulique rapides à une circuit hydraulique extérieur.
13. Module selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel les cellules sont solidarisées les unes aux autres par collage entre au moins deux faces planes.
14. Module de pack batterie comportant plusieurs cellules électrochimiques selon la revendication 3, connectées électriquement les unes aux autres par leur extrémités longitudinales et un connecteur (70, 80) recevant à chacune de ses extrémités, une extrémité longitudinale d'un boîtier et comportant des éléments conducteurs (81) reliant électriquement les deux cellules.
15. Véhicule automobile comportant au moins un module selon l'une des revendications 9 à 14, le système de gestion du module de cellules électrochimiques, les cellules étant disposées les unes par rapport aux autres de sorte à s'étendre sensiblement dans un plan, un châssis muni d'un plancher, la face inférieure du plancher étant configurée de sorte à s'imbriquer dans la face supérieure du module, ledit module étant solidarisé au plancher et en contact avec la face inférieure du châssis, de sorte que le module participe à la rigidité du châssis.
16. Véhicule selon la revendication précédente, comportant une plaque inférieure comprenant une face configurée de sorte à s'imbriquer dans la face inférieure du module, et fixé au plancher, le module étant bloqué entre le plancher et la plaque inferieure.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH000713/2024A CH721947A2 (fr) | 2024-07-02 | 2024-07-02 | Cellule électrochimique pour module de pack batterie |
| PCT/IB2025/056609 WO2026009124A1 (fr) | 2024-07-02 | 2025-06-30 | Cellule electrochimique pour module de pack batterie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH000713/2024A CH721947A2 (fr) | 2024-07-02 | 2024-07-02 | Cellule électrochimique pour module de pack batterie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH721947A2 true CH721947A2 (fr) | 2026-01-15 |
Family
ID=98387715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH000713/2024A CH721947A2 (fr) | 2024-07-02 | 2024-07-02 | Cellule électrochimique pour module de pack batterie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH721947A2 (fr) |
-
2024
- 2024-07-02 CH CH000713/2024A patent/CH721947A2/fr unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2488403B1 (fr) | Structure de vehicule comprenant une batterie | |
| WO2011134815A1 (fr) | Coffre à batterie rigidifié pour véhicule électrique ou hybride | |
| FR3007896A1 (fr) | Module de batterie pour vehicule electrique ou hybride integrant un echangeur de chaleur | |
| WO2017060284A1 (fr) | Module de stockage d'énergie électrique et son procédé de fabrication | |
| FR3091790A1 (fr) | Batterie électrique de véhicule | |
| FR2959606A1 (fr) | Coffre a batterie compartimente pour vehicule electrique ou hybride. | |
| FR2998715A1 (fr) | Batterie electrique modulaire, notamment pour vehicules automobiles, en particulier de type hybride ou electrique | |
| CN115832594B (zh) | 电池包及车辆 | |
| FR2988522A1 (fr) | Architecture de pack de batteries pour vehicule electrique de competition. | |
| FR2961443A1 (fr) | Vehicule electrique equipe d'un conteneur de batterie renforce | |
| CH721947A2 (fr) | Cellule électrochimique pour module de pack batterie | |
| FR3078828A1 (fr) | Batterie electrique pour vehicule | |
| FR3164322A1 (fr) | Cellule electrochimique pour module de pack batterie | |
| EP3903364A1 (fr) | Module de batterie electrique et batterie comportant au moins un tel module | |
| WO2026009124A1 (fr) | Cellule electrochimique pour module de pack batterie | |
| FR3067171A1 (fr) | Dispositif de regulation thermique de cellules de stockage d’energie electrique d'un pack-batterie de grande surface | |
| EP2461394A1 (fr) | Flasque stockeur d'énergie et son procédé de fabrication | |
| FR2951029A1 (fr) | Module et unite de stockage d'energie electrique plat pour coffre a bagage de vehicule et procede de mise en place | |
| US12166227B1 (en) | Battery pack enclosure | |
| EP4562710A1 (fr) | Caisson de batterie et assemblage de caissons de batteries | |
| WO2021228782A1 (fr) | Etui pour cellule électrochimique pour batterie, agencement de cellules électrochimiques pour batterie comprenant un tel étui et procédé de fabrication d'un tel agencement de cellules | |
| FR3013516A1 (fr) | Cellule electrochimique comportant une electrode a gaz tubulaire creuse | |
| FR3143874A1 (fr) | Ensemble de batterie, système et procédé de fabrication associés | |
| EP4203143A1 (fr) | Procédé et système de gestion d'un dispositif de batterie d'un véhicule électrique ou hybride contenant une mesure de tension des cellules reliées à une barre d'interconnexion | |
| WO2022171835A1 (fr) | Cellule de batterie, ensemble pour batterie électrique comprenant au moins une telle cellule, batterie électrique comprenant un tel ensemble et procédé de fabrication d'une telle cellule et/ou d'un tel ensemble |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| Q12 | Application published |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-Q10-Q12 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) Effective date: 20260115 |