EP4505547A1 - Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d'un élément de maintien et procédé d'assemblage d'un module correspondants - Google Patents

Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d'un élément de maintien et procédé d'assemblage d'un module correspondants

Info

Publication number
EP4505547A1
EP4505547A1 EP23717476.8A EP23717476A EP4505547A1 EP 4505547 A1 EP4505547 A1 EP 4505547A1 EP 23717476 A EP23717476 A EP 23717476A EP 4505547 A1 EP4505547 A1 EP 4505547A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrochemical
cells
housing
cell
row
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23717476.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain BRES
Serge ELISSALDE
Cyril BRUN
Pascal PAUTONNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Original Assignee
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA filed Critical SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Publication of EP4505547A1 publication Critical patent/EP4505547A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M50/20—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
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • 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
    • H01M10/643—Cylindrical 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
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material

Definitions

  • TITLE Module for assembling electrochemical cells, Electrochemical assembly, Process for manufacturing a holding element and Process for assembling a corresponding module
  • the present invention relates to an electrochemical module for an assembly of electrochemical cells, the electrochemical module delimiting electrochemical cell housings, the electrochemical module comprising, an electrochemical cell for each electrochemical cell housing, one of the electrochemical cells being arranged in each cell housing electrochemical, each electrochemical cell comprising a lateral surface, the electrochemical module comprising at least two electrochemical cell holding elements, each electrochemical cell is held by two, in particular exactly two, holding elements, each electrochemical cell housing being partly delimited by two adjacent holding elements, and the holding elements being in contact with the side surface of at least one electrochemical cell.
  • an electrochemical battery module comprising cylindrical batteries and heat distribution elements.
  • the heat distribution elements are formed by sheet-shaped graphite material, foam-shaped graphite or extruded graphite.
  • This battery module has a limited heat distribution capacity and a limited lifespan for a given size.
  • the aim of the invention is to propose an electrochemical cell module or battery module having a significant heat distribution capacity and a long lifespan, while being economical.
  • the subject of the invention is a module as indicated above characterized in that the holding elements are made of an aluminum-based material, in particular aluminum or an aluminum alloy.
  • the module may include one or more of the following characteristics:
  • each of the holding elements is an extruded profile, in particular in a single piece;
  • the electrochemical cell housings are arranged in housing rows and housing columns, and the holding elements comprise at least one interrow holding element, adapted to hold the electrochemical cells of two rows of adjacent cells and holding elements end surface, adapted to hold cells of a single row of cells and forming an end surface of the electrochemical module;
  • each holding element comprises at least two housing surfaces, each housing surface delimiting a part of an electrochemical cell housing;
  • the electrochemical module comprises a first terminal flange, delimiting, for each electrochemical cell housing, an end part of this electrochemical cell housing and in which this end part is adapted to house one end of the associated electrochemical cell;
  • the electrochemical module comprises a cooling plate, and in which the first end flange is arranged between the cooling plate and the holding elements;
  • the electrochemical module comprises thermal bridge elements, each thermal bridge element being adapted to thermally connect a holding element to the cooling plate, the first end flange forms, for each thermal bridge element, a thermal bridge housing , and each thermal bridge element is housed in the associated thermal bridge housing;
  • the electrochemical module comprises, for each thermal bridge element, a thermal wedge, in particular made of a silicone-based material, disposed between the thermal bridge element and the cooling plate, in which the thermal wedge has a thermal conductivity d 'at least 3W/mK or 5W/mK, and an elasticity greater than those of the cooling plate and the thermal bridge element;
  • the electrochemical module comprises a second terminal flange, delimiting, for each electrochemical cell housing, an end part of this electrochemical cell housing and in which this end part is adapted to house one end of the associated electrochemical cell, and where appropriate , wherein the second end flange is disposed opposite the first end flange;
  • the lateral surface of each cell is cylindrical, in particular with a circular section, and/or each electrochemical cell is held by exactly two holding elements;
  • each electrochemical cell comprises a casing and an electrically insulating layer disposed on the casing and in which the electrically insulating layer forms the side surface;
  • each electrochemical cell has a circular section having a given cell radius (RC), and in which each housing surface comprises a housing radius (RL) and in which the housing radius is between the radius of cell RC and 1.05 times the cell radius (RC).
  • RC cell radius
  • the invention also relates to an electrochemical assembly, characterized in that it comprises at least two electrochemical modules as defined above, and a common cooling plate in one piece and in that the cooling plate common constitutes the cooling plate of each electrochemical module.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a holding element for an electrochemical module as defined above, comprising the following steps: extrusion of a bar of base material by forming an extruded bar; cutting the extruded bar to length obtaining a blank of a holding element; deburring of the blank of the holding element; possibly drilling and tapping tapped holes; by obtaining the holding element.
  • the invention also relates to a method of assembling a module as defined above, comprising the following steps: provision of a first end holding element; providing electrochemical cells of a first row of electrochemical cells, each electrochemical cell having a central axis (XX); depositing each electrochemical cell radially with respect to its central axis on an end holding element housing surface forming a first row of electrochemical cells; provision of an inter-row holding element; depositing the inter-row holding element on the first row of electrochemical cells, radially relative to the axis of each of the electrochemical cells of the first row of electrochemical cells; providing electrochemical cells of a second row of electrochemical cells, depositing each electrochemical cell of this second row radially relative to its central axis on the inter-row holding element forming a second row of electrochemical cells; provision of a second end holding element; and depositing the second end retaining element on the second row of electrochemical cells, radially relative to the axis of each of the electrochemical cells of the second row of electrochemical cells.
  • Figure 1 shows an electrochemical assembly according to the invention in a partially exploded view
  • Figure 2 shows a longitudinal sectional view of part of the electrochemical assembly according to Figure 1;
  • FIG 3 is an exploded view of an electrochemical module according to the invention.
  • Figure 4 is a plan view of part of an electrochemical module according to the invention.
  • FIG 5 is a perspective view of the part of an electrochemical module of Figure 4.
  • FIG 6 is a perspective view of an end holding element of an electrochemical module according to the invention.
  • FIG 7 is a perspective view of an inter-row holding element of an electrochemical module according to the invention.
  • Figure 8 is a plan view corresponding to Figure 4, the electrochemical elements being omitted;
  • Figure 9 is a plan view of the part of the electrochemical module of Figure 5, illustrating steps for assembling the module;
  • Figure 10 is a view similar to that of Figure 9, but being a perspective view; And
  • Figure 11 is a perspective view of a first end flange of an electrochemical module and thermal bridge elements.
  • Figure 1 shows an electrochemical assembly or battery, according to the invention designated by the general reference 2.
  • the electrochemical assembly 2 or battery comprises a plurality of electrochemical modules 4, which can be connected together.
  • the electrochemical assembly 2 is provided with a cooling plate 6.
  • the cooling plate 6 is in this case a common cooling plate 6, that is to say belonging to a plurality of electrochemical modules 4.
  • the cooling plate 6 is of a single holding.
  • the electrochemical assembly 2 comprises a single cooling plate 6 per electrochemical module 4.
  • the electrochemical assembly 2 in this case comprises eight electrochemical modules 4. However, the electrochemical assembly 2 may comprise more or less than eight electrochemical modules 4, for example between two and sixteen electrochemical modules. Each electrochemical module 4 has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • Each electrochemical module 4 is provided with a plurality of electrochemical cells 10.
  • Each electrochemical cell 10 comprises a lateral surface 12, in this case cylindrical and of circular section.
  • the side surface 12 may be cylindrical with a non-circular section or have another shape.
  • Each electrochemical cell 10 extends along a central axis X-X of this electrochemical cell.
  • Each electrochemical cell 10 is a Lithium-Ion type electrochemical cell.
  • each electrochemical cell is of the LiFePO 4 , LiMnFePO 4 , or LiVPO 4 F type.
  • electrochemical element of the LiFePO 4 or LiMnFePO 4 type means an electrochemical element whose positive electrode (cathode) comprises one or more electrochemically active materials, at least one of which is based on a lithiated phosphate of at least one transition metal, of formula Li x Fei-yM y PO 4 , where M is chosen from the group consisting of B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb and Mo; 0.8 ⁇ x ⁇ 1.2; and 0 ⁇ y ⁇ 0.6.
  • electrochemical element of the LiVPO 4 F type means an electrochemical element whose positive electrode (cathode) comprises one or more electrochemically active materials, at least one of which is based on a compound of the LiVPO 4 F type.
  • Each electrochemical cell 10 comprises a casing 16, in this case made of metal, and an electrically insulating layer 18 placed on the casing 16.
  • the electrically insulating layer 18 forms the lateral surface 12.
  • the casing 16 includes, for example, a metal wall.
  • the electrically insulating layer 18 is for example a layer of polyimide and an adhesive material and has an insulating thickness of between 0.15 mm and 1 mm.
  • the electrically insulating layer 18 can be in a single layer or two partial layers superimposed, for example by essentially making two complete turns of a ribbon around the casing.
  • the insulation thickness is the entire thickness of the electrically insulating layer 18.
  • the material is for example an aramid tape of the “MYOFLEX NHN 2_3_2” ® (registered trademark) type from the “Von Roll” company.
  • the thickness of the insulation and the adhesive is for example 0.32 mm and the thickness of the insulation alone can be 0.19 mm +/- 10%.
  • the lateral surface 12 has a circular section and has a given cell radius RC.
  • This RC cell radius is for example between 54mm and 54.6mm.
  • the RC cell radius can for example also be between 28mm and 70mm.
  • the electrochemical cells 10 of an electrochemical module 4 are arranged in rows of cells 20 and columns of cells 22 (see Figure 4).
  • the electrochemical cells 10 of each row of cells 20 have parallel and coplanar central axes X-X.
  • the distance between two rows of adjacent cells 20 is greater than the diameter of each electrochemical cell.
  • the rows of cells 20 are therefore not nested within each other.
  • the electrochemical cells 10 of each column of cells 22 have parallel and coplanar central axes X-X.
  • the distance between two columns of adjacent cells 22 is greater than the diameter of each electrochemical cell.
  • the columns of cells 22 are therefore not nested within each other.
  • each electrochemical module 4 comprises three electrochemical cells per row of cells 20 and four electrochemical cells 10 per column of cells 22.
  • the electrochemical module 4 delimits electrochemical cell housings 30. Each electrochemical cell housing 30 receives one of the electrochemical cells 10.
  • These electrochemical cell housings 30 are arranged in rows of housings 32 and columns of housings 34. These rows of housings 32 and housing columns 34 correspond to the rows of cells 20 and columns of cells 22 and their arrangement is identical.
  • the electrochemical module 4 comprises at least two holding elements 36 of the electrochemical cells 10. Each electrochemical cell housing 30 is partly delimited by two adjacent holding elements 36.
  • the holding elements 36 are adapted to be in contact with the lateral surface 12 of at least one electrochemical cell 10. In this case, each time two adjacent holding elements 36 receive between them the electrochemical cells 10 of a row of cells 20 and hold these electrochemical cells 10.
  • each holding element 36 comprises, for each electrochemical cell 10, a housing surface 38 which is complementary to a segment of the lateral surface 12 of the electrochemical cell.
  • each holding element 36 comprises at least two housing surfaces 38. Each housing surface delimits a part of an electrochemical cell housing.
  • each electrochemical cell 10 is held radially by two, in particular exactly two, adjacent holding elements 36.
  • the housing surface 38 surrounds the side surface 12 of the associated electrochemical cell 10 preferably over at least 30% of the circumference of the side surface 12 and preferably over at least 40% of this circumference.
  • the housing surface 38 surrounds the side surface 12 of the associated electrochemical cell preferably by less than 50% of the circumference of the side surface 12 or preferably by less than 45% of this circumference.
  • the housing surface 38 extends over an angular sector corresponding to at least 1 18° (30%) of the circumference and preferably at least 144° (40%) of the circumference.
  • the housing surface 38 surrounds the lateral surface 12 of the associated electrochemical cell over an angular sector less than 180° (50%) of the circumference or preferably over an angular sector less than 162° ( 45%) of this circumference.
  • the housing surface 38 can have an axial length LAL which is at least 50% of the axial length LAC of the electrochemical cell 10 or at least 60% of the axial length LAC.
  • the LAL length is at least 70% of LAC.
  • the axial length LAL of the housing surface 38 may also be less than 90%, 80% or 70% of the axial length LAC.
  • Each housing surface 38 is for example a segment of a cylinder having a housing radius RL.
  • the size of this housing radius RL can be between the cell radius RC and 1.05 times the cell radius RC.
  • the housing radius RL can generally be greater than the cell radius RC.
  • Each holding element 36 is made of an aluminum-based material.
  • each holding element 36 is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the aluminum weight content of the material of each holding element is at least 70%, preferably at least 85%. Aluminum content may be in % by weight.
  • the aluminum-based material is an aluminum alloy of Series 2000 (aluminum copper), Series 5000 (aluminum magnesium), Series 6000 (aluminum magnesium silicon) or Series 7000 (aluminum zinc). These alloys are preferential given that they are extrudable.
  • Each holding element 36 is advantageously an extruded profile.
  • the material of the holding element 36 is extrudable.
  • Each holding element 36 is advantageously made in one piece.
  • the thermal conductivity of the material of each holding element 36 is greater than 120 W/mK, greater than 130 W/mK, greater than 150 W/mK; greater than 160 W/mK; greater than 170 W/mK; greater than 180 W/mK, and preferably greater than 200W/mK.
  • the thermal conductivity of the material of each holding element 36 may also be less than 250 W/mK, less than 230 W/mK or less than 210 W/mK.
  • the thermal conductivity of the material of each holding element 36 may be greater than the thermal conductivity of graphite.
  • the holding surfaces 38 have not been machined after extrusion and their surface state is therefore the state obtained by extrusion.
  • the holding elements 36 of the module include two types of holding elements, namely inter-row holding elements 40 ( Figure 7) and end holding elements 42 ( Figure 6).
  • Each inter-row holding element 40 is adapted to hold the electrochemical cells 10 of two adjacent rows of cells 20.
  • each inter-row holding element 40 comprises pairs of holding surfaces 38 opposite each other.
  • the number of pairs of holding surfaces 38 is identical to the number of columns of housing 34 or columns of cells 22. In this case, each inter-row holding element 40 comprises exactly three pairs of holding surfaces 38.
  • Each end holding element 42 is adapted to hold the cells of a single row of cells 20, namely of a row of end cells, and forms moreover an end surface 44 of the electrochemical module 4.
  • the number of holding surfaces 38 is identical to the number of housing columns 34 or cell columns 22. In this case, each end holding element 42 comprises exactly three holding surfaces 38.
  • the number of inter-row holding elements 40 of an electrochemical module 4 is equal to the number of rows of housing 32 or number of rows of cells 20 minus two and exactly two end holding elements 42.
  • the ends of the inter-row holding elements 40 and the end holding elements 42 together form two free and closed side surfaces 45 of the module.
  • the side surfaces 45 are in this case substantially flat and rectangular.
  • the electrochemical module 4 comprises a first end flange 50 delimiting, for each electrochemical cell housing 30, an end part 52 of this electrochemical cell housing. This end part 52 is adapted to accommodate an axial end of the associated electrochemical cell 10.
  • the first end flange 50 is electrically insulating and preferably made of plastic material.
  • the first end flange 50 is for example made of Polyamide 66. Preferably, it is in one piece and/or manufactured by injection molding.
  • the first end flange 50 is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the material of the cooling plate 6 and that of the material of the holding elements 36.
  • the first end flange 50 is arranged between the cooling plate 6 and the holding elements 36.
  • the electrochemical module 4 comprises thermal bridge elements 54, each thermal bridge element being adapted to thermally connect a holding element 36, and therefore the electrochemical cells 10, to the cooling plate 6.
  • Each thermal bridge element 54 is made of a material having a thermal conductivity substantially identical to that of the materials of the holding elements 36 and/or of the cooling plate 6.
  • the material of each thermal bridge element 54 has a thermal conductivity greater than that of the material of the first flange terminal 50.
  • the thermal bridge element 54 is for example made of a metal and in particular of an aluminum-based alloy or aluminum.
  • each thermal bridge element is adjacent to at least two electrochemical cells or cell accommodation.
  • six thermal bridge elements 54 are surrounded by four electrochemical cells and ten thermal bridge elements 54 which are adjacent to exactly two electrochemical cells.
  • Each thermal bridge element 54 is thermally connected to a holding element 36 and is in particular in contact with it.
  • each thermal bridge element 54 is a stepped sleeve.
  • the thermal bridge element 54 is fixed by a fixing screw 56 axially against the holding element 36.
  • each holding element 36 comprises for each fixing screw a tapped hole 58.
  • the first end flange 50 forms, for each thermal bridge element 54, a thermal bridge housing 66.
  • the thermal bridge housing 66 is in this case a substantially cylindrical stepped open cavity in which the thermal bridge element 54 is received by adjustment and in particular by tight adjustment. In the absence of the fixing screw 56, the thermal bridge element 54 is advantageously held in the thermal bridge housing 66 by friction.
  • Each thermal bridge element 54 is housed in the associated thermal bridge housing 66.
  • Each thermal bridge element 54 preferably slightly exceeds the first end flange 50 on the side of the cooling plate.
  • the electrochemical module 4 comprises, for each thermal bridge element 54, a thermal pad 68 (called in English "thermal pad") arranged between the associated thermal bridge element 54 and the cooling plate 6 and connecting the bridge element thermal block 54 thermally to the cooling plate 6.
  • the thermal wedge 68 has a thermal conductivity of at least 3W/mK or 5W/mK, and an elasticity greater than those of the cooling plate 6 and the thermal bridge element 54.
  • the thermal wedge 68 is for example made of a silicone-based material.
  • the thermal wedge 68 is made of a material having a Shore 00 hardness of 40 and a thermal conductivity of 4W/mK.
  • the electrochemical module 4 also comprises a second terminal flange 70 delimiting, for each electrochemical cell housing 30, an end part 72 of this electrochemical cell housing. This end part 72 is adapted to accommodate an axial end of the associated electrochemical cell 10.
  • the second end flange 70 is arranged opposite the first end flange 50.
  • the second end flange 70 is electrically insulating and preferably made of plastic.
  • the second end flange 70 is for example made of Polyamide 66. Preferably, it is in one piece and/or manufactured by injection molding.
  • the second end flange 70 is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the material of the cooling plate and that of the material of the holding elements 36.
  • the holding elements 36 are manufactured according to a manufacturing process comprising the following steps:
  • the base material is for example heated aluminum or a heated aluminum-based alloy.
  • the temperature of the base material during this step is a temperature allowing extrusion.
  • the length of the blank is identical to the length of the holding element 36 to be manufactured.
  • the blank of the holding element corresponds for example essentially to an inter-row holding element 40 or end 42 of Figures 6 and 7, but is not yet trimmed and without tapping.
  • the holding element 36 obtained is for example the inter-row holding element 40 or the end 42.
  • the housing surfaces 38, the end surface 44 and the surfaces, which form portions of the side surface 45, of each holding element 36, are obtained directly by extrusion, that is to say these surfaces are not machined between extrusion and assembly of the electrochemical module 4. In the assembled state of the electrochemical module 4, these surfaces are therefore in the extrusion state.
  • the electrochemical modules 4 according to the invention are advantageously assembled according to a process comprising the following steps (see Figure 9):
  • step E1 Supply of a first end holding element 42 (step E1).
  • each electrochemical cell 10 radially relative to its central axis on a housing surface 38 of the end holding element, forming a first row of electrochemical cells (step E3).
  • the direction of this deposition of electrochemical cell 10 on the housing surface 38 is illustrated as direction DEC in Figure 10.
  • step E4 Deposition of the inter-row holding element 40 on the first row of electrochemical cells 10, radially relative to the axis of each of the electrochemical cells of the first row of electrochemical cells (step E5), therefore in the direction DEC.
  • step E6 Supply of electrochemical cells from a second row of electrochemical cells (step E6), deposit of each electrochemical cell 10 of this second row radially relative to its central axis on the inter-row holding element 40 (step E7) by forming a second row of electrochemical cells.
  • inter-row holding elements 40 and other electrochemical cells 10 of other rows are provided successively and these holding elements and these electrochemical cells are deposited or stacked in a manner similar to those deposited previously, therefore according to the DEC management.
  • two inter-row holding elements 40 and two rows of additional electrochemical cells 10 are provided and deposited.
  • step E8 provision of a second end holding element 42.
  • step E9 Deposition of the second end holding element 42 on the second row of electrochemical cells or on one of the rows of additional cells (step E9), radially relative to the axis of each of the electrochemical cells of the row of electrochemical cells associated, therefore according to the DEC management.
  • This part of the electrochemical module is a successive stack of holding elements 36 and electrochemical cells 10, in this case a stack of a first end holding element 42 , a row of electrochemical cells 10, an inter-row holding element 40, a row of electrochemical cells 10, ..., and a second end holding element 42.
  • the first terminal flange 50 is deposited on the axial ends of the electrochemical cells, extending beyond the holding surfaces 38. This deposition is carried out according to an axial movement along the central axes X-X of the electrochemical cells 10. This axial movement is shown in the figure 1 1 as DEB management.
  • the stack of holding elements 36 and electrochemical cells 10 is compressed or tightened.
  • the thermal bridge elements 54 are inserted into the thermal bridge housings 66 and the first end flange 50 is fixed, together with the thermal bridge elements to the holding elements 36, in this case by screwing.
  • the second end flange 70 is deposited on the other axial ends of the electrochemical cells 10, protruding from the holding surfaces 38 on the opposite side to the first end flange 50.
  • This deposition is also carried out in an axial movement along the central axes XX of the electrochemical cells 10. This movement is indicated in Figures 3 and 10 as direction DEB. Where appropriate, before this deposition or simultaneously, the stack of holding elements 36 and electrochemical cells 10 is compressed or tightened.
  • the second end flange 70 is fixed to the holding elements 36, in this case by screwing.
  • the structure of the electrochemical module according to the invention is advantageous, in particular for the following reasons.
  • the holding elements lead to efficient heat evacuation, particularly during thermal runaway of one or more electrochemical cells.
  • the electrochemical module is reliable, particularly given that the superposition of the holding elements and the electrochemical cells leads to a low risk of damage to the insulating layer during assembly.
  • the module is easy and economical to manufacture, among other things thanks to the extruded holding elements.
  • the large contact surface between the holding elements and the electrochemical cells acts against swelling of the electrochemical cells and reduces the risk of rupture of the casing wall.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Ce module électrochimique (4) pour un assemblage (2) de cellules électrochimiques (10), délimite des logements de cellule électrochimique (30). Le module électrochimique comprend une cellule électrochimique (10) pour chaque logement de cellule électrochimique (30) et une des cellules électrochimiques étant disposée dans chaque logement de cellule électrochimique. Chaque cellule électrochimique comprend une surface latérale. Le module électrochimique comprend deux éléments de maintien (36) des cellules électrochimiques. Chaque cellule électrochimique (10) est maintenue par deux éléments de maintien (36). Chaque logement de cellule électrochimique (30) est en partie délimité par deux éléments de maintien adjacents. Les éléments de maintien sont en contact avec la surface latérale d'au moins une cellule électrochimique. Les éléments de maintien (36) sont en un matériau à base d'aluminium, notamment en aluminium ou en un alliage d'aluminium.

Description

TITRE : Module pour assemblage de cellules électrochimiques, Assemblage électrochimique, Procédé de fabrication d’un élément de maintien et Procédé d’assemblage d’un module correspondants
La présente invention concerne un module électrochimique pour un assemblage de cellules électrochimiques, le module électrochimique délimitant des logements de cellule électrochimique, le module électrochimique comprenant, une cellule électrochimique pour chaque logement de cellule électrochimique, une des cellules électrochimiques étant disposée dans chaque logement de cellule électrochimique, chaque cellule électrochimique comprenant une surface latérale, le module électrochimique comprenant au moins deux éléments de maintien des cellules électrochimiques, chaque cellule électrochimique est maintenue par deux, en particulier exactement deux, éléments de maintien, chaque logement de cellule électrochimique étant en partie délimité par deux éléments de maintien adjacents, et les éléments de maintien étant en contact avec la surface latérale d’au moins une cellule électrochimique.
On connaît du document US2013/183566 en référence aux Figures 29 et 30 un module de batteries électrochimiques comprenant des batteries cylindriques et des éléments de répartition de chaleur. Les éléments de répartition de chaleur sont formés par de la matière graphite en forme de feuille, du graphite en forme de mousse ou du graphite extrudé.
Ce module de batteries a une capacité de répartition de chaleur limitée et une durée de vie limitée pour une taille donnée.
L’invention a pour but de proposer un module de cellules électrochimiques ou module de batterie ayant une capacité de répartition de chaleur importante et une durée de vie importante, tout en étant économique.
A cet effet, l’invention a pour objet un module tel qu’indiqué ci-dessus caractérisé en ce que les éléments de maintien sont en un matériau à base d’aluminium, notamment en aluminium ou en un alliage d’aluminium.
Selon des modes de réalisation particuliers du module, celui-ci peut comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le contenu en poids en aluminium du matériau de chaque élément de maintien est d’au moins 70%, de préférence d’au moins 85% ; - chacun des éléments de maintien est un profilé extrudé, notamment d’une seule pièce;
- les logements de cellule électrochimique sont disposés selon des rangées de logement et des colonnes de logement, et les éléments de maintien comprennent au moins un élément de maintien interrangée, adaptés pour maintenir les cellules électrochimiques de deux rangées de cellules adjacentes et des éléments de maintien d’extrémité, adaptés pour maintenir les cellules d’une seule rangée de cellules et formant une surface d’extrémité du module électrochimique;
- chaque élément de maintien comprend au moins deux surfaces de logement, chaque surface de logement délimitant une partie d’un logement de cellule électrochimique;
- le module électrochimique comprend une première bride terminale, délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique, une partie terminale de ce logement de cellule électrochimique et dans lequel cette partie terminale est adaptée pour loger une extrémité de la cellule électrochimique associée;
- le module électrochimique comprend une plaque de refroidissement, et dans lequel la première bride terminale est disposée entre la plaque de refroidissement et les éléments de maintien;
- le module électrochimique comprend, des éléments de pont thermique, chaque élément de pont thermique étant adapté pour relier thermiquement un élément de maintien à la plaque de refroidissement, la première bride terminale forme, pour chaque élément de pont thermique, un logement de pont thermique, et chaque élément de pont thermique est logé dans le logement de pont thermique associé;
- le module électrochimique comprend, pour chaque élément de pont thermique, une cale thermique, notamment en un matériau à base de silicone, disposé entre l’élément de pont thermique et la plaque de refroidissement, dans lequel la cale thermique a une conductivité thermique d’au moins 3W/mK ou 5W/mK, et une élasticité supérieure à celles de la plaque de refroidissement et de l’élément de pont thermique;
- le module électrochimique comprend une seconde bride terminale, délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique, une partie terminale de ce logement de cellule électrochimique et dans lequel cette partie terminale est adaptée pour loger une extrémité de la cellule électrochimique associée, et le cas échéant, dans lequel la seconde bride terminale est disposée à l’opposé de la première bride terminale; - la surface latérale de chaque cellule est cylindrique, en particulier à section circulaire, et/ou chaque cellule électrochimique est maintenue par exactement deux éléments de maintien;
- chaque cellule électrochimique comprend un carter et une couche électriquement isolante disposée sur le carter et dans lequel la couche électriquement isolante forme la surface latérale; et
- la surface latérale de chaque cellule électrochimique est à section circulaire ayant un rayon de cellule (RC) donnée, et dans lequel chaque surface de logement comprend un rayon de logement (RL) et dans lequel le rayon de logement est compris entre le rayon de cellule RC et 1 ,05 fois le rayon de cellule (RC).
L’invention a également pour objet un assemblage électrochimique, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux modules électrochimiques tels que définis ci-dessus, et une plaque de refroidissement commune et d’un seul tenant et en ce que la plaque de refroidissement commune constitue la plaque de refroidissement de chaque module électrochimique.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un élément de maintien pour un module électrochimique tel que défini ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : extrusion d’une barre de matériau de base en formant une barre extrudée ; coupe de la barre extrudée à la longueur en obtenant une ébauche d’un élément de maintien ; ébarbage de l’ébauche de l’élément de maintien ; éventuellement perçage et taraudage de trous taraudés ; en obtenant l’élément de maintien.
L’invention a également pour objet un procédé d’assemblage d’un module tel que défini ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : fourniture d’un premier élément de maintien d’extrémité ; fourniture de cellules électrochimiques d’une première rangée de cellules électrochimiques, chaque cellule électrochimique ayant un axe central (X-X) ; dépôt de chaque cellule électrochimique radialement par rapport à son axe central sur une surface de logement d’élément de maintien d’extrémité en formant une première rangée de cellules électrochimiques ; fourniture d’un élément de maintien inter-rangée ; dépôt de l’élément de maintien inter-rangée sur la première rangée de cellules électrochimiques, radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la première rangée de cellules électrochimiques ; fourniture de cellules électrochimiques d’une seconde rangée de cellules électrochimiques, dépôt de chaque cellule électrochimique de cette seconde rangée radialement par rapport à son axe central sur l’élément de maintien inter-rangée en formant une seconde rangée de cellules électrochimiques ; fourniture d’un second élément de maintien d’extrémité ; et dépôt du second élément de maintien d’extrémité sur la seconde rangée de cellules électrochimiques, radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la seconde rangée de cellules électrochimiques.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
[Fig 1] La Figure 1 montre un assemblage électrochimique selon l’invention selon une vue partiellement éclatée ;
[Fig 2] La Figure 2 montre une vue en coupe longitudinale d’une partie de l’assemblage électrochimique selon la Figure 1 ;
[Fig 3] La Figure 3 est une vue éclatée d’un module électrochimique selon l’invention;
[Fig 4] La Figure 4 est une vue en plan d’une partie d’un module électrochimique selon l’invention;
[Fig 5] La Figure 5 est une vue en perspective de la partie d’un module électrochimique de la Figure 4 ;
[Fig 6] La Figure 6 est une vue en perspective d’un élément de maintien d’extrémité d’un module électrochimique selon l’invention ;
[Fig 7] La Figure 7 est une vue en perspective d’un élément de maintien inter-rangée d’un module électrochimique selon l’invention ;
[Fig 8] La Figure 8 est une vue en plan correspondant à la Figure 4, les éléments électrochimiques étant omises ;
[Fig 9] La Figure 9 est une vue en plan de la partie du module électrochimique de la Figure 5, illustrant des étapes d’assemblage du module ;
[Fig 10] La Figure 10 est une vue analogue à celle de la Figure 9, mais étant une vue en perspective ; et
[Fig 11] La Figure 11 est une en perspective d’une première bride terminale d’un module électrochimique et des éléments de pont thermique.
Sur la Figure 1 est représenté un assemblage électrochimique ou batterie, selon l’invention désigné par la référence générale 2.
L’assemblage électrochimique 2 ou batterie comprend une pluralité de modules électrochimiques 4, qui peuvent être reliés entre eux. L’assemblage électrochimique 2 est muni d’une plaque de refroidissement 6. La plaque de refroidissement 6 est en l’occurrence une plaque de refroidissement 6 commune, c’est à dire appartenant à une pluralité de modules électrochimiques 4. La plaque de refroidissement 6 est d’un seul tenant. En variante, l’assemblage électrochimique 2 comprend une seule plaque de refroidissement 6 par module électrochimique 4.
L’assemblage électrochimique 2 comprend en l’occurrence huit modules électrochimiques 4. Toutefois, l’assemblage électrochimique 2 peut comprendre plus ou moins que huit modules électrochimiques 4, par exemple entre deux et seize modules électrochimiques. Chaque module électrochimique 4 a une forme sensiblement de parallélépipède rectangle.
Chaque module électrochimique 4 est muni d’une pluralité de cellules électrochimiques 10.
Chaque cellule électrochimique 10 comprend une surface latérale 12, en l’occurrence cylindrique et à section circulaire. En variante, la surface latérale 12 peut être cylindrique à section non-circulaire ou avoir une autre forme. Chaque cellule électrochimique 10 s’étend selon un axe central X-X de cette cellule électrochimique.
Dans ce qui suit les termes « axialement », « radialement » et « circonférentiellement », seront utilisés par rapport à l’un des axes X-X d’un élément électrochimique 10 ou de l’élément électrochimique à chaque fois concerné.
Chaque cellule électrochimique 10 est une cellule électrochimique de type Lithium- Ion. De préférence, chaque cellule électrochimique est du type LiFePO4, LiMnFePO4, ou LiVPO4F.
On entend par élément électrochimique de type LiFePO4 ou LiMnFePO4, un élément électrochimique dont l’électrode positive (cathode) comprend un ou des matériaux électrochimiquement actifs dont l’un au moins est à base d’un phosphate lithié d’au moins un métal de transition, de formule LixFei-yMyPO4, où M est choisi dans le groupe consistant en B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo; 0,8<x<1 ,2 ; et 0<y<0,6.
On entend par élément électrochimique de type LiVPO4F, un élément électrochimique dont l’électrode positive (cathode) comprend un ou des matériaux électrochimiquement actifs dont l’un au moins est à base d’un composé de type LiVPO4F.
Chaque cellule électrochimique 10 comprend un carter 16, en l’occurrence en métal, et une couche électriquement isolante 18 disposée sur le carter 16. La couche électriquement isolante 18 forme la surface latérale 12.
Le carter 16 comprend par exemple une paroi en métal. La couche électriquement isolante 18 est par exemple une couche en polyimide et un matériau adhésif et a une épaisseur d’isolant comprise entre 0,15 mm et 1 mm. La couche électriquement isolante 18 peut être en une couche unique ou deux couches partielles superposées, par exemple en faisant essentiellement deux tours complets d’un ruban autour du carter. L’épaisseur d’isolant est la totalité de l’épaisseur de la couche électriquement isolante 18. Le matériau est par exemple un ruban d'aramide type « MYOFLEX NHN 2_3_2 » ® (marque déposée) de l’entreprise « Von Roll ». L’épaisseur de l’isolant et de l’adhésif est par exemple de 0,32 mm et l’épaisseur de l’isolant seul peut être de 0,19 mm +/- 10%.
En l’occurrence, la surface latérale 12 est à section circulaire et a un rayon de cellule RC donné. Ce rayon de cellule RC est par exemple compris entre 54mm et 54,6mm. Le rayon de cellule RC peut par exemple également être compris entre 28mm et 70mm.
Les cellules électrochimiques 10 d’un module électrochimique 4 sont disposées selon des rangées de cellules 20 et des colonnes de cellules 22 (voir Figure 4). Les cellules électrochimiques 10 de chaque rangée de cellules 20 ont des axes centraux X-X parallèles et coplanaires. La distance entre deux rangées de cellules 20 adjacentes est supérieure au diamètre de chaque cellule électrochimique. Les rangées de cellules 20 ne sont donc pas imbriquées les unes dans les autres.
Les cellules électrochimiques 10 de chaque colonne de cellules 22 ont des axes centraux X-X parallèles et coplanaires. La distance entre deux colonnes de cellules 22 adjacentes est supérieure au diamètre de chaque cellule électrochimique. Les colonnes de cellules 22 ne sont donc pas imbriquées les unes dans les autres.
En l’occurrence, chaque module électrochimique 4 comprend trois cellules électrochimiques par rangée de cellule 20 et quatre cellules électrochimiques 10 par colonne de cellule 22.
Le module électrochimique 4 délimite des logements de cellule électrochimique 30. Chaque logement de cellule électrochimique 30 reçoit l’une des cellules électrochimiques 10.
Ces logements de cellule électrochimique 30 sont disposées selon des rangées de logements 32 et des colonnes de logements 34. Ces rangées de logements 32 et colonnes de logement 34 correspondent aux rangées de cellules 20 et colonnes de cellules 22 et leur agencement est identique.
Le module électrochimique 4 comprend au moins deux éléments de maintien 36 des cellules électrochimiques 10. Chaque logement de cellule électrochimique 30 est en partie délimité par deux éléments de maintien 36 adjacents. Les éléments de maintien 36 sont adaptés à être en contact avec la surface latérale 12 d’au moins une cellule électrochimique 10. En l’occurrence, à chaque fois deux éléments de maintien 36 adjacents reçoivent entre eux les cellules électrochimiques 10 d’une rangée de cellules 20 et maintiennent ces cellules électrochimiques 10.
A cet effet, chaque élément de maintien 36 comporte, pour chaque cellule électrochimique 10, une surface de logement 38 qui est complémentaire à un segment de la surface latérale 12 de la cellule électrochimique. De manière générale, chaque élément de maintien 36 comprend au moins deux surfaces de logement 38. Chaque surface de logement délimite une partie d’un logement de cellule électrochimique.
D’une manière générale, à l’état assemblé du module électrochimique 4, chaque cellule électrochimique 10 est maintenue radialement par deux, en particulier exactement deux, éléments de maintien 36 adjacents.
La surface de logement 38 entoure la surface latérale 12 de la cellule électrochimique 10 associée de préférence sur au moins 30% de la circonférence de la surface latérale 12 et de préférence sur au moins 40% de cette circonférence. La surface de logement 38 entoure la surface latérale 12 de la cellule électrochimique associée de préférence sur moins que 50% de la circonférence de la surface latérale 12 ou de préférence sur moins que 45% de cette circonférence.
Dans le cas présent, où les cellules électrochimiques 10 ont une surface cylindrique à section circulaire, cela signifie que la surface de logement 38 s’étend sur un secteur angulaire correspondant à au moins 1 18° (30%) de la circonférence et de préférence sur au moins 144° (40%) de la circonférence. De même, dans le cas présent, la surface de logement 38 entoure la surface latérale 12 de la cellule électrochimique associée sur un secteur angulaire inférieur à 180° (50%) de la circonférence ou de préférence sur un secteur angulaire inférieur à 162° (45%) de cette circonférence.
Par ailleurs, la surface de logement 38 peut avoir une longueur axiale LAL qui est au minimum de 50% de la longueur axiale LAC de la cellule électrochimique 10 ou au minimum de 60% de la longueur axiale LAC. De préférence la longueur LAL est d’au moins 70% de LAC.
La longueur axiale LAL de la surface de logement 38 peut par ailleurs être inférieure à 90%, à 80% ou à 70% de la longueur axiale LAC.
Chaque surface de logement 38 est par exemple un segment d’un cylindre ayant un rayon de logement RL. La taille de ce rayon de logement RL peut être comprise entre le rayon de cellule RC et 1 ,05 fois le rayon de cellule RC. Alternativement, le rayon de logement RL peut généralement être supérieur au rayon de cellule RC. Ainsi, chaque cellule électrochimique 10 est maintenue d’une manière centrée entre les éléments de maintien De plus, à l’état assemblé du module électrochimique 4, les cellules électrochimiques 10 sont maintenues entre les surfaces de logement 38 par ajustement serré.
Chaque élément de maintien 36 est en un matériau à base d’aluminium. De préférence, chaque élément de maintien 36 est en aluminium ou en un alliage d’aluminium. De préférence, le contenu en poids en aluminium du matériau de chaque élément de maintien est d’au moins 70%, de préférence d’au moins 85%. Le contenu en aluminium peut être en % en poids.
De préférence, le matériau à base d’aluminium est un alliage aluminium de Série 2000 (aluminium cuivre), de Série 5000 (aluminium magnésium), de Série 6000 (aluminium magnésium silicium) ou de Série 7000 (aluminium zinc). Ces alliages sont préférentiels étant donné qu’ils sont extrudables.
Chaque élément de maintien 36 est avantageusement un profilé extrudé. Dans ce cas, le matériau de l’élément de maintien 36 est extrudable.
Chaque élément de maintien 36 est avantageusement d’une seule pièce.
De préférence, la conductivité thermique du matériau de chaque élément de maintien 36 est supérieure à 120 W/mK, supérieure à 130 W/mK, supérieure à 150 W/mK ; supérieure à 160 W/mK ; supérieure à 170 W/mK ; supérieure à 180 W/mK, et de préférence supérieure à 200W/mK. La conductivité thermique du matériau de chaque élément de maintien 36 peut également être inférieure à 250 W/mK, inférieure à 230 W/mK ou inférieure à 210 W/mK. La conductivité thermique du matériau de chaque élément de maintien 36 peut être supérieure à la conductivité thermique de graphite.
De préférence également, les surfaces de maintien 38 n’ont pas été usinées après l’extrusion et leur état de surface est donc l’état obtenu par extrusion.
Les éléments de maintien 36 du module comprennent deux types d’éléments de maintien, à savoir des éléments de maintien inter-rangée 40 (Figure 7) et des éléments de maintien d’extrémité 42 (Figure 6).
Chaque élément de maintien inter-rangée 40 est adapté pour maintenir les cellules électrochimiques 10 de deux rangées de cellules 20 adjacentes. A cet effet, chaque élément de maintien inter-rangée 40 comprend des paires de surfaces de maintien 38 opposées l’un de l’autre. Le nombre de paires de surfaces de maintien 38 est identique au nombre de colonnes de logements 34 ou colonnes de cellules 22. En l’occurrence, chaque élément de maintien inter-rangée 40 comprend exactement trois paires de surfaces de maintien 38.
Chaque élément de maintien d’extrémité 42 est adapté pour maintenir les cellules d’une seule rangée de cellules 20, à savoir d’une rangée de cellules d’extrémité, et forme par ailleurs une surface d’extrémité 44 du module électrochimique 4. Le nombre de surfaces de maintien 38 est identique au nombre de colonnes de logements 34 ou colonnes de cellules 22. En l’occurrence, chaque élément de maintien d’extrémité 42 comprend exactement trois surfaces de maintien 38.
Le nombre d’éléments de maintien inter-rangée 40 d’un module électrochimique 4 est égal au nombre de rangées de logements 32 ou nombre de rangées de cellules 20 moins deux et exactement deux éléments de maintien d’extrémité 42.
A l’état assemblé du module électrochimique (voir Figure 3 et Figure 4), les extrémités des éléments de maintien inter-rangée 40 et des éléments de maintien d’extrémité 42 forment ensemble deux surfaces de côté 45 libres et fermées du module. Les surfaces de côté 45 sont en l’occurrence sensiblement planes et rectangulaires.
Le module électrochimique 4 comprend une première bride terminale 50 délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique 30, une partie terminale 52 de ce logement de cellule électrochimique. Cette partie terminale 52 est adaptée pour loger une extrémité axiale de la cellule électrochimique 10 associée.
La première bride terminale 50 est électriquement isolante et de préférence en matière plastique. La première bride terminale 50 est par exemple en Polyamide 66. De préférence, elle est d’une seule pièce et/ou fabriquée par moulage par injection.
La première bride terminale 50 est en un matériau ayant une conductivité thermique inférieure à celle du matériau de la plaque de refroidissement 6 et à celle du matériau des éléments de maintien 36.
La première bride terminale 50 est disposée entre la plaque de refroidissement 6 et les éléments de maintien 36.
Le module électrochimique 4 comprend, des éléments de pont thermique 54, chaque élément de pont thermique étant adapté pour relier thermiquement un élément de maintien 36, et donc les cellules électrochimiques 10, à la plaque de refroidissement 6. Chaque élément de pont thermique 54 est en un matériau ayant une conductivité thermique sensiblement identique à celle des matériaux des éléments de maintien 36 et/ou de la plaque de refroidissement 6. Le matériau de chaque élément de pont thermique 54 a une conductivité thermique supérieure à celle du matériau de la première bride terminale 50. L’élément de pont thermique 54 est par exemple en un métal et notamment en un alliage à base d’aluminium ou en aluminium.
Sur la Figure 11 sont représentés en perspective la première bride terminale 50 et les éléments de pont thermique, les éléments de pont thermique 54 étant en dehors de leur logement. Les éléments de pont thermique 54 sont disposés de delle sorte que, vu en plan, chaque élément de pont thermique est adjacent à au moins deux cellules électrochimiques ou logements de cellule. Dans le cas présent, six éléments de pont thermique 54 sont entourés par quatre cellules électrochimiques et dix éléments de pont thermique 54 qui sont adjacents à exactement deux cellules électrochimiques.
Chaque élément de pont thermique 54 est relié thermiquement à un élément de maintien 36 et est notamment en contact avec celui-ci.
En l’occurrence, chaque élément de pont thermique 54 est un manchon étagé. L’élément de pont thermique 54 est fixé par une vis de fixation 56 axialement contre l’élément de maintien 36. A cet effet, chaque élément de maintien 36 comprend pour chaque vis de fixation un trou taraudé 58.
La première bride terminale 50 forme, pour chaque élément de pont thermique 54, un logement de pont thermique 66. Le logement de pont thermique 66 est en l’occurrence une cavité ouverte sensiblement cylindrique étagée dans laquelle l’élément de pont thermique 54 est reçu par ajustement et notamment par ajustement serré. En l’absence de la vis de fixation 56, l’élément de pont thermique 54 est avantageusement maintenu dans le logement de pont thermique 66 par frottement.
Chaque élément de pont thermique 54 est logé dans le logement de pont thermique 66 associé. Chaque élément de pont thermique 54 dépassé de préférence légèrement la première bride terminale 50 du côté de la plaque de refroidissement.
Le module électrochimique 4 comprend, pour chaque élément de pont thermique 54, une cale thermique 68 (appelée en anglais « thermal pad ») disposée entre l’élément de pont thermique 54 associé et la plaque de refroidissement 6 et reliant l’élément de pont thermique 54 thermiquement à la plaque de refroidissement 6. La cale thermique 68 a une conductivité thermique d’au moins 3W/mK ou 5W/mK, et une élasticité supérieure à celles de la plaque de refroidissement 6 et de l’élément de pont thermique 54. La cale thermique 68 est par exemple en un matériau à base de silicone. A titre d’exemple la cale thermique 68 est en un matériau ayant une dureté Shore 00 de 40 et une conductivité thermique de 4W/mK.
Le module électrochimique 4 comprend également une seconde bride terminale 70 délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique 30, une partie terminale 72 de ce logement de cellule électrochimique. Cette partie terminale 72 est adaptée pour loger une extrémité axiale de la cellule électrochimique 10 associée.
La seconde bride terminale 70 est disposée à l’opposé de la première bride terminale 50. La seconde bride terminale 70 est électriquement isolante et de préférence en matière plastique. La seconde bride terminale 70 est par exemple en Polyamide 66. De préférence, elle est d’une seule pièce et/ou fabriquée par moulage par injection. La seconde bride terminale 70 est en un matériau ayant une conductivité thermique inférieure à celle du matériau de la plaque de refroidissement et à celle du matériau des éléments de maintien 36.
Les éléments de maintien 36 sont fabriqués selon un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes:
Premièrement, extrusion d’une barre de matériau de base à travers une matrice d’extrusion en formant une barre extrudée. Le matériau de base est par exemple de l’aluminium chauffé ou un alliage à base d’aluminium chauffé. La température du matériau de base lors de cette étape est une température permettant l’extrusion.
Deuxièmement, coupe de la barre extrudée à la longueur en obtenant une ébauche d’un élément de maintien. La longueur de l’ébauche est identique à la longueur de l’élément de maintien 36 à fabriquer. L’ébauche de l’élément de maintien correspond par exemple essentiellement à un élément de maintien inter-rangée 40 ou d’extrémité 42 des Figures 6 et 7, mais n’est pas encore ébarbé et sans taraudages.
Troisièmement, ébarbage de l’ébauche de l’élément de maintien.
Quatrièmement, éventuellement perçage et/ou taraudage de trous taraudés 58.
Ainsi, on obtient l’élément de maintien 36.
En fonction de la matrice d’extrusion utilisée lors de l’extrusion, l’élément de maintien 36 obtenu est par exemple l’élément de maintien inter-rangée 40 ou d’extrémité 42.
Avantageusement, les surfaces de logement 38, la surface d’extrémité 44 et les surfaces, qui forment des portions de la surface de côté 45, de chaque élément de maintien 36, sont obtenues directement par l’extrusion, c’est à dire ces surfaces ne sont pas usinées entre l’extrusion et l’assemblage du module électrochimique 4. A l’état assemblé du module électrochimique 4, ces surfaces sont donc en l’état d’extrusion.
Les modules électrochimiques 4 selon l’invention sont avantageusement assemblés selon un procédé comprenant les étapes suivantes (voir Figure 9):
Fourniture d’un premier élément de maintien d’extrémité 42 (étape E1 ).
Fourniture de cellules électrochimiques 10 d’une première rangée de cellules électrochimiques, chaque cellule électrochimique ayant un axe central X-X (étape E2).
Dépôt de chaque cellule électrochimique 10 radialement par rapport à son axe central sur une surface de logement 38 de l’élément de maintien d’extrémité en formant une première rangée de cellules électrochimiques (étape E3). La direction de ce dépôt de cellule électrochimique 10 sur la surface de logement 38 est illustré en tant que direction DEC sur la figure 10.
Fourniture d’un élément de maintien inter-rangée 40 (étape E4). Dépôt de l’élément de maintien inter-rangée 40 sur la première rangée de cellules électrochimiques 10, radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la première rangée de cellules électrochimiques (étape E5), donc selon la direction DEC.
Fourniture de cellules électrochimiques d’une seconde rangée de cellules électrochimiques (étape E6), dépôt de chaque cellule électrochimique 10 de cette seconde rangée radialement par rapport à son axe central sur l’élément de maintien inter-rangée 40 (étape E7) en formant une seconde rangée de cellules électrochimiques.
Ensuite, éventuellement d’autres éléments de maintien inter-rangée 40 et d’autres cellules électrochimiques 10 d’autres rangées sont fournis successivement et ces éléments de maintien et ces cellules électrochimiques sont déposés ou empilés de manière analogue à ceux déposés précédemment, donc selon la direction DEC. Dans l’exemple de la Figure 9 sont fournis et déposés deux éléments de maintien inter-rangée 40 et deux rangées de cellules électrochimiques 10 supplémentaires.
Ensuite, fourniture d’un second élément de maintien d’extrémité 42 (étape E8).
Dépôt du second élément de maintien d’extrémité 42 sur la seconde rangée de cellules électrochimiques ou sur l’une des rangées de cellules supplémentaires (étape E9), radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la rangée de cellules électrochimiques associée, donc selon la direction DEC.
Ainsi on obtient la partie du module électrochimique de la Figure 5. Cette partie du module électrochimique est un empilement successif des éléments de maintien 36 et des cellules électrochimiques 10, en l’occurrence un empilement d’un premier élément de maintien d’extrémité 42, d’une rangée de cellules électrochimiques 10, d’un élément de maintien inter-rangée 40, d’une rangée de cellules électrochimiques 10, ... , et d’un second élément de maintien d’extrémité 42.
Ensuite, on dépose la première bride terminale 50 sur les extrémités axiales des cellules électrochimiques, dépassant les surfaces de maintien 38. Ce dépôt est effectué selon un mouvement axial selon les axes centraux X-X des cellules électrochimiques 10. Ce mouvement axial est montré sur la figure 1 1 en tant que direction DEB.
Le cas échéant, avant ce dépôt ou simultanément, l’empilement des éléments de maintien 36 et des cellules électrochimiques 10 est comprimé ou serré.
Puis, les éléments de pont thermique 54 sont insérés dans les logements de pont thermique 66 et la première bride terminale 50 est fixée, ensemble avec les éléments de pont thermique aux éléments de maintien 36, en l’occurrence par vissage.
Ensuite, on dépose la seconde bride terminale 70 sur les autres extrémités axiales des cellules électrochimiques 10, dépassant des surfaces de maintien 38 du côté opposé à la première bride terminale 50. Ce dépôt est également effectué selon un mouvement axial selon les axes centraux X-X des cellules électrochimiques 10. Ce mouvement est indiqué sur les Figures 3 et 10 en tant que direction DEB. Le cas échéant, avant ce dépôt ou simultanément, l’empilement des éléments de maintien 36 et des cellules électrochimiques 10 est comprimé ou serré.
Puis, la seconde bride terminale 70 est fixée aux éléments de maintien 36, en l’occurrence par vissage.
La structure du module électrochimique selon l’invention est avantageuse, en particulier pour les raisons suivantes.
- Les éléments de maintien conduisent à une évacuation efficace de la chaleur, notamment lors d’un emballement thermique d’une ou de plusieurs cellules électrochimiques.
- Le module électrochimique est fiable, notamment étant donné que la superposition des éléments de maintien et des cellules électrochimiques conduit à un faible risque d’endommagement de la couche isolante lors de l’assemblage.
- Le module est facile et économique à fabriquer, entre autres grâce aux éléments de maintien extrudés.
- La grande surface de contact entre les éléments de maintien et les cellules électrochimiques agit à l’encontre d’un gonflement des cellules électrochimiques et réduit le risque d’une rupture de la paroi du carter.
La description qui précède contient des caractéristiques techniques de l’invention. Ces caractéristiques techniques, bien que présentées dans un contexte technique et éventuellement en combinaison avec d’autres caractéristiques techniques, peuvent être utilisées à chaque fois individuellement, sans les autres caractéristiques techniques, pour autant que ceci soit techniquement possible.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module électrochimique (4) pour un assemblage (2) de cellules électrochimiques (10), le module électrochimique délimitant des logements de cellule électrochimique (30), le module électrochimique comprenant, une cellule électrochimique (10) pour chaque logement de cellule électrochimique (30), une des cellules électrochimiques étant disposée dans chaque logement de cellule électrochimique, chaque cellule électrochimique comprenant une surface latérale (12), le module électrochimique comprenant au moins deux éléments de maintien (36) des cellules électrochimiques, chaque cellule électrochimique (10) est maintenue par deux, en particulier exactement deux, éléments de maintien (36) chaque logement de cellule électrochimique (30) étant en partie délimité par deux éléments de maintien adjacents, les éléments de maintien étant en contact avec la surface latérale d’au moins une cellule électrochimique, caractérisé en ce que les éléments de maintien (36) sont en un matériau à base d’aluminium, notamment en aluminium ou en un alliage d’aluminium.
2. Module électrochimique selon la revendication 1 , dans lequel le contenu en poids en aluminium du matériau de chaque élément de maintien (36) est d’au moins 70%, de préférence d’au moins 85%.
3. Module électrochimique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacun des éléments de maintien (36) est un profilé extrudé, notamment d’une seule pièce.
4. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les logements de cellule électrochimique (30) sont disposés selon des rangées de logement (32) et des colonnes de logement (34), dans lequel les éléments de maintien comprennent au moins un élément de maintien inter-rangée (40), adaptés pour maintenir les cellules électrochimiques de deux rangées de cellules adjacentes et des éléments de maintien d’extrémité (42), adaptés pour maintenir les cellules d’une seule rangée de cellules et formant une surface d’extrémité (44) du module électrochimique.
5. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de maintien (36) comprend au moins deux surfaces de logement (38), chaque surface de logement délimitant une partie d’un logement de cellule électrochimique (30).
6. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module électrochimique comprend une première bride terminale (50), délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique (30), une partie terminale (52) de ce logement de cellule électrochimique et dans lequel cette partie terminale (52) est adaptée pour loger une extrémité de la cellule électrochimique associée.
7. Module électrochimique selon la revendication 6, dans lequel le module électrochimique comprend une plaque de refroidissement (6), et dans lequel la première bride terminale (50) est disposée entre la plaque de refroidissement (6) et les éléments de maintien (36).
8. Module électrochimique selon la revendication 7, dans lequel le module électrochimique comprend, des éléments de pont thermique (54), chaque élément de pont thermique étant adapté pour relier thermiquement un élément de maintien (36) à la plaque de refroidissement ; dans lequel la première bride terminale (50) forme, pour chaque élément de pont thermique, un logement de pont thermique (66) ; et dans lequel chaque élément de pont thermique est logé dans le logement de pont thermique associé.
9. Module électrochimique selon la revendication 8, dans lequel le module électrochimique comprend, pour chaque élément de pont thermique, une cale thermique (68), notamment en un matériau à base de silicone, disposé entre l’élément de pont thermique (54) et la plaque de refroidissement (6), dans lequel la cale thermique a une conductivité thermique d’au moins 3W/mK ou 5W/mK, et une élasticité supérieure à celles de la plaque de refroidissement et de l’élément de pont thermique.
10. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le module électrochimique comprend une seconde bride terminale (70), délimitant, pour chaque logement de cellule électrochimique, une partie terminale (72) de ce logement de cellule électrochimique et dans lequel cette partie terminale est adaptée pour loger une extrémité de la cellule électrochimique associée, dans lequel la seconde bride terminale est disposée à l’opposé de la première bride terminale.
11. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface latérale (12) de chaque cellule est cylindrique, en particulier à section circulaire, et/ou dans lequel chaque cellule électrochimique est maintenue par exactement deux éléments de maintien (36).
12. Module électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cellule électrochimique comprend un carter (16) et une couche électriquement isolante (18) disposée sur le carter et dans lequel la couche électriquement isolante forme la surface latérale (12).
13. Module électrochimique selon la revendication 5 prise ensemble avec l’une des revendications 1 1 ou 12, dans lequel la surface latérale (12) de chaque cellule électrochimique est à section circulaire ayant un rayon de cellule (RC) donnée, et dans lequel chaque surface de logement comprend un rayon de logement (RL) et dans lequel le rayon de logement est compris entre le rayon de cellule RC et 1 ,05 fois le rayon de cellule (RÇ).
14. Assemblage électrochimique, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux modules électrochimiques selon la revendication 7 ou l’une des revendications dépendantes de la revendication 7, et une plaque de refroidissement (6) commune et d’un seul tenant et, et en ce que la plaque de refroidissement commune constitue la plaque de refroidissement de chaque module électrochimique.
15. Procédé de fabrication d’un élément de maintien (36) pour un module électrochimique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 ou pour un module électrochimique d’un assemblage selon la revendication 14, comprenant les étapes suivantes :
- extrusion d’une barre de matériau de base en formant une barre extrudée ;
- coupe de la barre extrudée à la longueur en obtenant une ébauche d’un élément de maintien ;
- ébarbage de l’ébauche de l’élément de maintien ;
- éventuellement perçage et taraudage de trous taraudés ;
- en obtenant l’élément de maintien (36).
16. Procédé d’assemblage d’un module électrochimique selon la revendication 4 ou d’un module électrochimique selon l’une quelconque des revendications 5 à 13 prise dans sa dépendance avec la revendication 4 ou d’un module électrochimique d’un assemblage selon la revendication 14, le module électrochimique étant un module électrochimique selon la revendication 4 ou un module électrochimique selon l’une quelconque des revendications 5 à 13 prise dans sa dépendance avec la revendication 4, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’un premier élément de maintien d’extrémité (42) ;
- fourniture de cellules électrochimiques (10) d’une première rangée de cellules électrochimiques (20), chaque cellule électrochimique ayant un axe central (X-X) ;
- dépôt de chaque cellule électrochimique radialement par rapport à son axe central sur une surface de logement (38) d’élément de maintien d’extrémité en formant une première rangée de cellules électrochimiques (20) ;
- fourniture d’un élément de maintien inter-rangée (40) ;
- dépôt de l’élément de maintien inter-rangée (40) sur la première rangée de cellules électrochimiques, radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la première rangée de cellules électrochimiques ;
- fourniture de cellules électrochimiques (10) d’une seconde rangée de cellules électrochimiques (20), dépôt de chaque cellule électrochimique de cette seconde rangée radialement par rapport à son axe central sur l’élément de maintien interrangée en formant une seconde rangée de cellules électrochimiques (20) ; - fourniture d’un second élément de maintien d’extrémité (42) ;
- dépôt du second élément de maintien d’extrémité sur la seconde rangée de cellules électrochimiques, radialement par rapport à l’axe de chacune des cellules électrochimiques de la seconde rangée de cellules électrochimiques.
EP23717476.8A 2022-04-06 2023-04-04 Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d'un élément de maintien et procédé d'assemblage d'un module correspondants Pending EP4505547A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2203157A FR3134482B1 (fr) 2022-04-06 2022-04-06 Module pour assemblage de cellules électrochimiques, Assemblage électrochimique, Procédé de fabrication d’un élément de maintien et Procédé d’assemblage d’un module correspondants
PCT/EP2023/058751 WO2023194342A1 (fr) 2022-04-06 2023-04-04 Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d'un élément de maintien et procédé d'assemblage d'un module correspondants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4505547A1 true EP4505547A1 (fr) 2025-02-12

Family

ID=82942432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23717476.8A Pending EP4505547A1 (fr) 2022-04-06 2023-04-04 Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d'un élément de maintien et procédé d'assemblage d'un module correspondants

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4505547A1 (fr)
FR (1) FR3134482B1 (fr)
WO (1) WO2023194342A1 (fr)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10238235A1 (de) * 2002-08-21 2004-03-04 Daimlerchrysler Ag Elektrochemischer Energiespeicher mit Wärmeaustauscherstruktur und mehreren elektrochemischen Speicherzellen
WO2008099602A1 (fr) * 2007-02-16 2008-08-21 Panasonic Corporation Unité de stockage en énergie électrique
DE102010009063A1 (de) * 2010-02-23 2011-08-25 Auto-Kabel Managementgesellschaft mbH, 79688 Halteelement für elektrische Energiespeicher
CN203491315U (zh) 2010-10-01 2014-03-19 格拉弗技术国际控股有限公司 电池组
US20130183666A1 (en) 2012-01-18 2013-07-18 Marc N. Feiglin Partial genotyping by differential hybridization
WO2019028513A1 (fr) * 2017-08-08 2019-02-14 Cape Bouvard Technologies Pty Ltd Structure composite produisant de l'énergie électrique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3134482B1 (fr) 2024-11-22
WO2023194342A1 (fr) 2023-10-12
FR3134482A1 (fr) 2023-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2963485A1 (fr) Batterie d&#39;accumulateurs a conception et montage facilites
EP2535610B1 (fr) Cage pour roulement à rouleaux sphériques
EP3180790B1 (fr) Panier pour le transport et/ou l&#39;entreposage de matieres radioactives
EP2577678B2 (fr) Emballage pour le transport et/ou entreposage de matières radioactives, comprenant des moyens de conduction thermique améliorés
WO2019025344A1 (fr) Rotor a cage injectee
WO2023194342A1 (fr) Module pour assemblage de cellules électrochimiques, assemblage électrochimique, procédé de fabrication d&#39;un élément de maintien et procédé d&#39;assemblage d&#39;un module correspondants
EP3155682B1 (fr) Structure et procede de fabrication ameliores pour une plaque bipolaire de pile a combustible
WO2021260287A1 (fr) Plateau modulaire circulaire pour la fabrication additive sur lit de poudre d&#39;une piece a axe de revolution
EP2461394B1 (fr) Flasque stockeur d&#39;énergie et son procédé de fabrication
FR2774512A1 (fr) Manchon d&#39;element de batterie pour applications spatiales et son procede de fabrication
WO2016156365A1 (fr) Module de batterie, notamment pour véhicule automobile, et échangeur thermique pour module de batterie correspondant
FR3139953A1 (fr) Elément électrochimique de batterie, batterie et procédé de fabrication associés
EP2909888A1 (fr) Cellule electrochimique de stockage d&#39;electricite
FR3157652A1 (fr) Dispositif de connexion électrique
FR3165360A1 (fr) Cellule électrochimique et module de batterie comprenant de telles cellules électrochimiques
EP4154344A1 (fr) Ensemble électrochimique, batterie et procédé correspondants
FR2774513A1 (fr) Manchon d&#39;element de batterie pour applications spatiales et son procede de fabrication
FR3164321A1 (fr) Cellule de batterie pour immersion dans un liquide de refroidissement
FR3125642A1 (fr) Cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique et procédé de fabrication d’une telle cellule
FR3125641A1 (fr) Cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique et procédé de fabrication d’une telle cellule
FR3154864A1 (fr) Batterie pour plateforme navale et procédé de montage
WO2022152719A1 (fr) Dispositif de gestion thermique d&#39;un élément électrique et/ou électronique pour véhicule automobile
FR2867608A1 (fr) Refroidisseur pour composant electronique de puissance
WO2025262177A1 (fr) Circuit de refroidissement pour une batterie pour un véhicule automobile électrique ou hybride rechargeable
FR3125639A1 (fr) Cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique et procédé de fabrication d’une telle cellule

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241004

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Free format text: CASE NUMBER: UPC_APP_8030_4505547/2025

Effective date: 20250926