FR2960345A1 - Systeme de batterie de cellules en sac, son procede de fabrication et son utilisation - Google Patents

Systeme de batterie de cellules en sac, son procede de fabrication et son utilisation Download PDF

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Abstract

La présente invention propose un système de batterie de cellules en sac, son procédé de fabrication et son utilisation. Le système de batterie de cellules en sac présente un revêtement constitué d'un manchon flexible rétractable (50') qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac (22).

Description

DESCRIPTION
La présente invention concerne un système de batterie de cellules en sac, son procédé de fabrication et son utilisation. Bien qu'en principe, elle puisse être utilisée sur des systèmes quelconques de batterie de cellules en sac, la présente invention va être expliquée, de même que le problème sur lequel elle est basée, dans le cas d'un système de batterie de cellules en sac lithium-ion. Pour éviter des réactions indésirables avec un électrolyte, il faut rendre les batteries lithium-ion étanches de manière essentiellement imperméable à l'humidité et à l'oxygène. Pour cette raison, les cellules d'une batterie lithium-ion sont habituellement emballées dans un sac en film. Bien que les batteries de cellules en sac ainsi rendues étanches présentent de nombreux avantages, elles sont plus aisément endommagées que des cellules enfermées dans une enveloppe rigide. En outre, pour de telles batteries de cellules en sac il se pose le problème que les bordures extérieures et les arêtes du sac ne sont pas isolées électriquement de manière suffisante. De plus, la surface non plane du sac rend plus difficile une évacuation uniforme de la chaleur dégagée en utilisation. Le document DE 600 04 254 T2 divulgue un système de batterie de cellules en sac dans lequel un recouvrement extérieur rigide qui entoure le sac est prévu comme isolation supplémentaire. Cela entraîne une considérable augmentation du volume d'un tel système de batterie de cellules en sac par rapport à la batterie de cellules en sac proprement dite. Le document DE 10 2006 061 270 Al divulgue un bloc batterie doté de cellules électrochimiques, un raccord de cellules étant prévu frontalement pour assurer la connexion électrique des cellules. Le document US 2005/0 210 662 Al divulgue un système constitué de cellules au lithium en forme de sac entre lesquelles des plaques métalliques creuses ou des tubes sont disposés pour le refroidissement.
Le document US 5 227 260 divulgue un système de cellules de batterie en forme de sac dans un élément d'encadrement. Le problème à la base de la présente invention est de créer un système amélioré de batterie de cellules en sac et son procédé de fabrication, avec une isolation efficace aisée à fabriquer. -2- Par rapport aux débuts de solution connues, le système de batterie de cellules en sac selon l'invention ainsi que son procédé de fabrication présentent l'avantage que le revêtement peut être fabriqué aisément et de manière économique et qu'il est éventuellement remplaçable aisément. L'idée à la base de la présente invention consiste à utiliser un matériau thermorétractable pour l'enveloppe secondaire. Conformément à la présente invention, le système de batterie selon l'invention est un système de batterie de cellules en sac présentant une batterie de cellules en sac qui présente un système d'électrodes emballé dans un sac, caractérisé en ce qu'il présente en outre un revêtement constitué d'un manchon flexible rétractable qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac. Dans un développement préféré, le sac présente une forme essentiellement rectangulaire. Dans un autre développement préféré, des zones de raccordement d'électrodes sont prévues frontalement sur le sac. Dans un autre développement préféré, au moins certaines parties du côté du manchon flexible rétractable non tourné vers ou opposé à la batterie de cellules en sac sont recouvertes par une pâte d'égalisation, de manière à créer une partie de surface essentiellement plane. Dans un autre développement préféré, l'épaisseur du revêtement constitué du manchon flexible rétractable est comprise dans la plage de 0,2 àlmm.
Dans un autre développement préféré, le revêtement constitué du manchon flexible rétractable qui entoure au moins certaines parties du sac en correspondance géométrique est en contact avec un dispositif de plaques de refroidissement. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un système de batterie de cellules en sac, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à : recouvrir au moins certaines parties d'un sac d'une batterie de cellules en sac par un manchon flexible rétractable et rétrécir thermiquement le manchon flexible rétractable pour former un revêtement constitué du manchon flexible rétractable qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac. Ledit procédé est caractérisé : -3- - en ce qu'au moins certaines parties du côté, non tourné vers ou opposé à la batterie de cellules en sac, du revêtement constitué du manchon flexible rétractable sont recouvertes d'une pâte d'égalisation, ce qui crée une partie de surface essentiellement plane, - en ce que la pâte d'égalisation est à base de silicone, - en ce que le revêtement constitué du manchon flexible rétractable présente une bonne tenue à des températures comprises dans la plage de -55 à 150°C, et , - en ce que l'épaisseur du revêtement constitué du manchon 10 flexible rétractable est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mm. La présente invention a encore pour objet l'utilisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention dans un véhicule automobile. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans 15 les dessins et vont être expliqués plus en détail dans la description qui suit. Dans les dessins : les figures la, b à 3a, b représentent des vues schématiques, chaque fois (a) dans une vue en plan et (b) en coupe transversale le long de la ligne A-A, qui expliquent un premier mode de réalisation du système de 20 batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication, la figure 4 représente une coupe transversale le long de la ligne A-A qui explique un deuxième mode de réalisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication et la figure 5 représente une coupe transversale le long de la ligne 25 A-A qui explique un troisième mode de réalisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication. Dans les figures, des références numériques identiques désignent des composants identiques ou assurant la même fonction. Les figures la, b à 3a, b sont des vues schématiques, chaque 30 fois (a) en plan et (b) en coupe transversale le long de la ligne A-A, qui expliquent un premier mode de réalisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication. Dans les figures la, b, la référence numérique 10 désigne une batterie de cellules en sac qui présente un sac 22 essentiellement 35 rectangulaire et constitué d'un matériau flexible en film de matière synthétique, des zones 10a, 10b de raccordement d'électrodes étant prévues sur son côté frontal. -4- Comme on peut voir dans la figure lb, le sac 22 est assemblé sur ses bords latéraux par des collages ou des cordons de soudage 2. Les surfaces principales opposées H du sac 22 présentent une forme ondulée irrégulière. La référence numérique 12 désigne un système d'électrodes prévu à l'intérieur du sac 22 et entouré par un électrolyte non représenté. Les figures 2a, b montrent qu'un manchon flexible 50 rétractable en un matériau non conducteur, thermorétractable, à teneur relativement élevée en caoutchouc, est placé autour des surfaces principales H et des surfaces latérales, collées ou soudées, situées entre elles, le côté arrière et le côté frontal opposé qui porte les zones 10a, 10b de raccordement d'électrodes étant de préférence laissés libres. Dans une étape suivante du traitement, représentée dans les figures 3a, b, on réalise un traitement thermique du manchon flexible rétractable 50 de telle sorte que ce dernier se rétracte et, comme représenté dans les figures 3a, b, s'adapte essentiellement en correspondance géométrique aux surfaces principales H et aux surfaces latérales situées entre elles, de sorte que la batterie 10 de cellules en sac reçoive un revêtement constitué du manchon flexible rétractable 50' rétréci qui entoure le sac 22 en correspondance géométrique. Ce manchon flexible rétractable 50' présente typiquement une épaisseur de matière de 0,2 mm à 1 mm. Le revêtement ainsi formé par le manchon flexible rétractable 50' rétréci isole les bords latéraux pour empêcher des décharges indésirables des cellules, protège des abrasions les arêtes latérales vives et lisse les ondulations des surfaces principales H. En outre, le revêtement offre la possibilité d'améliorer la liaison thermique à un dispositif de refroidissement et rend globalement le système de batterie de cellules en sac plus résistant mécaniquement. Au contraire des solutions connues, qui utilisent une enveloppe secondaire, le revêtement selon le mode de réalisation décrit peut être fabriqué aisément et de manière économique et peut éventuellement être remplacé aisément. La figure 4 représente une coupe transversale le long de la ligne A-A qui explique un deuxième mode de réalisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication. Dans le deuxième mode de réalisation représenté dans la figure 4, après l'état de traitement représenté dans les figures 3a, b, une pâte d'égalisation 60 est appliquée au moins sur certaines parties du revêtement constitué du manchon flexible rétractable 50' sur les surfaces principales H -5- et est typiquement à base de silicone. Cela permet de doter d'une surface O essentiellement plane l'enveloppe, située sur les surfaces principales H, constituée du manchon flexible rétractable 50' et de la pâte d'égalisation 60. Une telle configuration permet une liaison thermique encore plus efficace ou d'obtenir un contour régulier qui facilite un empilement ou un emballage compact. La figure 5 représente une coupe transversale le long de la ligne A-A qui explique un troisième mode de réalisation du système de batterie de cellules en sac selon l'invention et sa fabrication.
Dans le troisième mode de réalisation de la figure 5, le système de batterie de cellules en sac de la figure 4 est entouré sur ses deux côtés par un dispositif de plaques de refroidissement qui présente deux plaques de refroidissement 70a, b qui évacuent efficacement la chaleur dégagée par les surfaces principales H. Les plaques de refroidissement 70a, 70b sont par exemple traversées par des tubes de refroidissement non représentés, dans lesquels un fluide de transport, par exemple de l'eau, est transporté. Bien que la présente invention ait été expliquée ci-dessus à l'aide d'exemples de réalisation préférés, elle n'y est pas limitée et peut être également exécutée d'autres manières.
Bien que la présente invention ait été expliquée dans le cas de batteries lithium-ion, elle n'y est pas limitée et peut en principe être utilisée sur des batteries de cellules en sac quelconques. De même, les matériaux cités plus haut pour le sac, le manchon flexible rétractable et la pâte d'égalisation ne le sont qu'à titre d'exemple et peuvent être remplacés par d'autres matériaux qui présentent des propriétés équivalentes. En outre, l'incorporation du système de batterie de cellules en sac entre les plaques de refroidissement 70a, 70b n'est pas limitée au mode de réalisation représenté dans la figure 4 et peut être utilisée également pour le système de la figure 3b avec une ondulation de surface correspondante. Le système de batterie de cellules en sac selon l'invention est utilisé de préférence dans le secteur automobile, où le revêtement constitué d'un manchon flexible rétractable devra être sélectionné de manière à présenter une bonne tenue à des températures comprises entre -55°C et 150°C. Cette application n'est cependant pas limitative, et on peut imaginer de nombreuses autres applications, par exemple dans le domaine -6- domestique, dans le secteur des télécommunications, dans le secteur des installations de production d'énergie, etc. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Système de batterie de cellules en sac présentant une batterie (10) de cellules en sac qui présente un système (12) d'électrodes emballé dans un sac (22), caractérisé en ce qu'il présente en outre un revêtement constitué d'un manchon flexible rétractable (50') qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac (22).
  2. 2. Système de batterie de cellules en sac selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sac (22) a une forme essentiellement rectangulaire.
  3. 3. Système de batterie de cellules en sac selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des zones (10a, 10b) de raccordement d'électrodes sont prévues frontalement sur le sac (22).
  4. 4. Système de batterie de cellules en sac selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins certaines parties du côté du manchon flexible rétractable (50') non tourné vers ou opposé à la batterie (10) de cellules en sac sont recouvertes d'une pâte d'égalisation (60), créant ainsi une partie de surface (0) essentiellement plane.
  5. 5. Système de batterie de cellules en sac selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50') est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mm.
  6. 6. Système de batterie de cellules en sac selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50') qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac (22) est en contact avec un dispositif (70a, b) de plaques de refroidissement.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un système de batterie de cellules en sac, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à : recouvrir au moins certaines parties d'un sac (22) d'une batterie (10) de cellules en sac par un manchon flexible rétractable (50) et rétrécir thermiquement le manchon flexible rétractable (50) pour former un revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50') qui entoure en correspondance géométrique au moins certaines parties du sac (22).-8-
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins certaines parties du côté, non tourné vers ou opposé à la batterie (10) de cellules en sac, du revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50') sont recouvertes d'une pâte d'égalisation (60), ce qui crée une partie de surface (0) essentiellement plane.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pâte d'égalisation (60) est à base de silicone.
  10. 10. Procédé selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50') présente une bonne tenue à des températures comprises dans la plage de -55 à 150°C.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement constitué du manchon flexible rétractable (50) est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mm.
  12. 12. Utilisation du système de batterie de cellules en sac selon l'une des revendications 1 à 6 dans un véhicule automobile.
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