FR2961960A1 - Concept de batteries modulaires - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une batterie modulaire (1) comprenant au moins deux modules (3) de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter un véhicule automobile (21) électrique ou hybride, caractérisée en ce que d'autre part au moins un desdits modules (3) de stockage est apte à être utilisé indépendamment pour former un module ou batterie unitaire, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante (22-27) à consommation électrique réduite.

Description

CONCEPT DE BATTERIES MODULAIRES La présente invention concerne de manière générale une batterie modulaire comprenant au moins deux modules de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride. Il est connu, notamment du document JP 7323735, une structure de montage d'une batterie modulaire dans un véhicule électrique. Une telle batterie comprend un logement sous le châssis du véhicule dans lequel sont disposés plusieurs modules de stockage d'énergie électrique connectés entre eux de manière à alimenter en énergie électrique le véhicule. Une telle configuration de batterie modulaire présente un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où le logement est disposé sous le châssis du véhicule et donc difficilement accessible pour un utilisateur cherchant à retirer au moins l'un des modules de stockage. En outre, ces modules ne sont pas prévus pour être adapté à d'autre utilisation que celle de faire partie d'une batterie modulaire pour véhicule. Il est par ailleurs connu, en particulier du document EP 0636538, l'utilisation d'une batterie d'alimentation venant se placer derrière la selle d'un vélo. Cette batterie peut être enlevée et remplacée en faisant basculer la selle vers l'avant et en tirant sur la batterie. L'utilisation d'une batterie sur un vélo apparaît intéressante néanmoins il n'est prévu aucun dispositif permettant d'utiliser une telle batterie pour d'autres applications. Un but de la présente invention est de répondre aux différents inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir une batterie modulaire, dont les modules de stockage la constituant sont adaptables soit pour une utilisation commune soit pour une utilisation indépendante.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne une batterie modulaire comprenant au moins deux modules de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter ou participer à l'alimentation d'un véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisée en ce que d'autre part au moins un desdits modules de stockage est apte à être utilisé indépendamment pour former une batterie à énergie électrique simple, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante à consommation électrique réduite. Une telle batterie modulaire permet ainsi d'une part de bénéficier d'une autonomie électrique suffisante pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride participant notamment à couvrir des déplacements réduits de l'ordre de 10 km tout en bénéficiant d'autre part d'un usage multiple pour des applications à consommation électrique réduite. En outre, ce concept peut permettre une recharge des batteries sans installation dédiée sur le véhicule. Ce type de batterie permet encore de bénéficier d'une interchangeabilité des modules avec la possibilité d'acheter ou de louer des modules supplémentaires. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage comprend des moyens de préhension pour faciliter son extraction de la batterie à énergie électrique augmentée et son transport avant installation comme module ou batterie unitaire ou pour recharge de la batterie. De tels modules de stockage sont facilement démontables et transportables et présentent en outre une masse acceptable pour une manipulation aisée par l'utilisateur. En outre cela réduit le nombre de modules nécessaires pour plusieurs utilisations possibles. En outre, on notera que la technologie des batteries modernes autorise un rapport poids sur énergie qui favorise ce type d'utilisations. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de 30 stockage définit un standard de batterie. Ceci permet une recharge à domicile avec un support simple comme tous les chargeurs des batteries d'outillage. Selon une première variante, chaque module de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un véhicule 5 électrique de type transporteur personnel, vélo ou trottinette. Selon une autre variante, chaque module de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un dispositif électrique portable de type sac à dos, outillage de bricolage ou de manutention. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de 10 stockage est clippé dans le cadre de la batterie. Ceci permet une utilisation aisée de type « plug-in ». Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage peut être de type électrochimique ou de type électrostatique. A cet effet, il est envisageable d'utiliser plusieurs types de modules de stockage 15 pour former la batterie modulaire. Selon un autre mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage est composé de plusieurs cellules de stockage. Ces cellules peuvent être plates ou cylindriques. Selon un mode de réalisation avantageux, la batterie modulaire 20 comprend un système de ventilation à deux niveaux, un premier niveau à l'intérieur du cadre de la batterie par un passage d'air typiquement depuis l'avant vers l'arrière du véhicule automobile dans lequel la batterie est installé, et un deuxième niveau à l'intérieur de chacun des modules de stockage. 25 Selon un mode de réalisation avantageux, le boîtier des modules de stockage présente une face supérieure bombée. Cette forme bombée permet de transférer les contraintes de compression sur le module vers les bords du module, en sollicitant au minimum les cellules de stockage électrique sises à l'intérieur du module. Avantageusement, les modules de 30 stockage sont montés longitudinalement dans le cadre de la batterie, et
caractérisée en ce que la face supérieure bombée du boîtier est pourvue de rainures transversales par rapport à l'axe des modules dans le cadre de la batterie. Les rainures sur la face supérieure permettent d'augmenter la rigidité transversale du module. Alternativement, on pourra prévoir des modules en aluminium extrudé. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage présente une forme généralement plate et sont disposés dans le cadre les uns à côté des autres selon le sens de la longueur des modules de stockage, le cadre étant apte à être disposé dans l'espace arrière de rangement d'un véhicule automobile. Une telle batterie permet de limiter l'impact au niveau de l'habilité véhicule au minimum et de proposer une solution peu intrusive. Selon un deuxième aspect la présente invention concerne un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d'une batterie modulaire selon le premier aspect. Un tel concept de batterie modulaire permet d'envisager que l'utilisateur achète un véhicule automobile électrique ou hybride non muni de sa batterie, qui pourra être achetée ultérieurement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une batterie modulaire selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 représente une batterie modulaire dont des modules de 25 stockage ont été retirées ; - la figure 3 représente une vue en perspective avant d'un module de stockage d'énergie électrique ; - la figure 4 représente une vue en perspective arrière d'un module de stockage d'énergie électrique ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un agencement de quatre cellules de stockage formant un module; - la figure 6 représente une première utilisation optimisée d'une batterie modulaire selon l'invention ; - la figure 7 représente une utilisation diversifiée des modules de stockage selon l'invention. Comme mentionné précédemment, la présente invention concerne une batterie modulaire pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride. La figure 1 représente une batterie modulaire selon un mode de réalisation de la présente invention. La batterie 1 comprend de préférence un cadre 2 de forme générale plate, i.e. dont la hauteur est nettement inférieure à la longueur et à la largeur du cadre, de sorte à pouvoir être agencé facilement à l'intérieur du coffre arrière à bagage du véhicule automobile tout en permettant un accès aisé pour l'utilisateur. A l'intérieur du cadre sont agencés au moins deux, et avantageusement quatre, modules de stockage 3 d'énergie électrique. L'utilisation de plusieurs modules de stockage connectés entre eux permet de former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter le véhicule automobile électrique ou hybride.
La figure 2 représente la batterie modulaire 1 dont trois des modules de stockage 3 ont été retirées. Un des avantages de la présente invention est de pouvoir utilisé indépendamment chacun des modules de stockage 3 pour former un module ou une batterie unitaire, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante à consommation électrique réduite. Pour permettre une extraction et un transport aisés des modules de stockage du cadre 2 de la batterie, chaque module est pourvu d'une poignée 4 de préhension. La figure 3 représente une vue en perspective avant d'un module de stockage 3. Comme indiqué ci-dessus, le module de stockage comprend une poignée 4 permettant une extraction et un transport aisés pour
l'utilisateur. En outre, la face supérieure 5 du module de stockage est de préférence légèrement bombée de manière à réduire les risques d'endommagement des cellules de stockage qu'il contient en cas d'application d'une charge par-dessus. En effet, la courbure de la face supérieure 5 permet de repartir les efforts sur les faces latérales 6 du module. En outre des rainures transversales 17 peuvent être prévues sur la face supérieure 5 de manière à augmenter la résistance des modules en cas de charge appliquée sur le dessus de la batterie. Dans la mesure où un module doit intégrer les différentes fonctions nécessaires à son utilisation, il peut être prévu un système de ventilation/refroidissement pour des usages intensifs, comme l'automobile. A cet effet, le module comprend des sorties d'air de refroidissement 7 disposées sur la face avant 8 du module. Le module comprend plusieurs cellules de stockage empilées les unes au dessus des autres à l'intérieur du module 3. En outre la batterie modulaire comprend avantageusement un système de ventilation à deux niveaux, un premier niveau à l'intérieur du cadre de la batterie par un passage d'air depuis l'avant vers l'arrière du véhicule automobile (voir figure 1) dans lequel la batterie est installé, et un deuxième niveau à l'intérieur de chacun des modules de stockage.
Alternativement, en cas d'utilisation de modules équipés de supercapacités, il n'y a a priori pas besoin de système de ventilation. Bien entendu d'autres fonctions peuvent être intégrées au module, comme par exemple un indicateur de niveau de charge ou encore un indicateur de vieillissement de la batterie et/ou pour chacun des modules de stockage. La figure 4 représente une vue en perspective arrière d'un module de stockage 3. Le module 3 comprend des connecteurs + et -, portant la référence numérique 9, disposés de préférence de part et d'autre de la face arrière 10 du module. Afin de permettre un positionnement plus rapide des modules 3 dans le cadre de la batterie modulaire, il est avantageusement prévu également un pion de centrage 11 situé de préférence au centre de
la face arrière 11. Ce pion de centrage est destiné à coopérer avec des logements correspondants, représentés sur la figure 2 avec la référence 12. La figure 5 est une vue en perspective d'un agencement de quatre cellules de stockage formant un module. Les cellules de stockage ou éléments accumulateurs électriques d'un module sont typiquement connectées en série. Pour ce faire, plusieurs agencements des cellules sont possibles. La figure 6 illustre un agencement des cellules orientées de sorte à ce que leurs bornes soient en vis-à-vis. La borne positive de la cellule avant haut 13a est reliée via un premier connecteur 14 à la borne négative de l'élément arrière haut 13b. La borne positive de cet élément arrière haut 13b est reliée via un deuxième connecteur 15 à la borne négative de l'élément arrière bas 13c. La borne positive de cet élément arrière bas 13c est reliée via un troisième connecteur 16 à la borne négative de l'élément avant bas 13d. Le module est ainsi relié au reste de la batterie modulaire via les connecteurs + et - du module (voir référence 9, figure 4) correspondant à la borne négative de l'élément avant haut 13a et à la borne positive de l'élément avant bas 13d. Sachant que le coût des batteries reste un élément important pour des véhicules automobiles électriques ou hybrides et sachant qu'une batterie, même sans travailler, vieillie, il a été prévu dans le cadre de la présente invention d'optimiser le retour sur investissement de l'utilisateur en lui permettant de bénéficier d'un usage multiple pour une même batterie. Ainsi un des objectifs d'une telle batterie modulaire est de limiter le nombre de modules de stockage, tout en bénéficiant d'une énergie électrique, augmentée par la multiplication des modules utilisés pour former la batterie, suffisante pour un usage automobile, et d'un apport électrique réduit par module utilisé indépendamment des autres modules, pour d'autres applications nécessitant une énergie électrique réduit. En outre chaque module présente une masse acceptable pour un transport manuel aisé et une ergonomie permettant un montage et un démontage facile dans le
véhicule, en particulier par le positionnement d'une poignée sur chacun des modules de stockage et un système de clippage pour l'insertion dans le cadre de la batterie modulaire. Dans cet optique, il a été considérer qu'un ensemble de 3 ou 4 modules de stockage était un compromis favorable pour un grand nombre d'usages alternatifs. La figure 6 représente une première utilisation optimisée d'une batterie modulaire telle que présentée ci-dessus en relation avec les figures 1 à 5. En particulier, une application particulièrement intéressante est d'avoir une seule et même batterie modulaire servant pour le véhicule 21 et pour les vélos 22 d'une famille. En effet, l'utilisateur est rarement, en même temps, dans sa voiture et sur son vélo. Une analyse a montré qu'une famille disposant d'un véhicule est constituée en moyenne de quatre personnes, deux adultes et deux enfants. Une solution à quatre modules constituant la batterie modulaire du véhicule permet de transporter les vélos sans batterie, d'y installer un module sur chaque vélo au moment de l'usage. Les modules peuvent être rechargés sur secteur ou avantageusement pendant les périodes de roulage du/des véhicules. La figure 7 représente une utilisation diversifiée des modules de stockage selon l'invention. Ainsi, chaque module de stockage 3 est adaptable non seulement à un véhicule automobile 21 mais également à un dispositif de la vie courante choisi par exemple parmi un véhicule électrique de type transporteur personnel 23, vélo 22, voiturette de golf 24, ou trottinette 25, ou encore parmi un dispositif électrique portable de type sac à dos 26, outillage de bricolage ou de manutention 27.
Par extension, il est avantageusement prévu de créer un module standard pour permettre une plus grande flexibilité d'utilisation ainsi qu'une meilleure gestion de la vente et du service après-vente de ces modules. Le gros avantage de cette démarche est de permettre à partir des batteries électriques utilisées dans l'automobile pour multiplier l'utilisation de ces batteries électriques / modules de stockage, sans pour autant multiplier le nombre réel de batteries.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Batterie modulaire (1) comprenant au moins deux modules (3) de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter un véhicule automobile (21) électrique ou hybride, caractérisée en ce que d'autre part au moins un desdits modules (3) de stockage est apte à être utilisé indépendamment pour former une batterie unitaire, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante (22-27) à consommation électrique réduite.
  2. 2. Batterie modulaire (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage comprend des moyens de préhension (4) pour faciliter son extraction de la batterie à énergie électrique augmentée et son transport avant installation comme batterie unitaire.
  3. 3. Batterie modulaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage définit un standard de batterie.
  4. 4. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un véhicule électrique (22-25) de type transporteur personnel (24), vélo (22), voiturette de golf (23) ou trottinette (25).
  5. 5. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un dispositif électrique portable de type sac à dos (26), outillage de bricolage ou de manutention (27). 2961960 -11-
  6. 6. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un cadre (2), caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage est clippé dans le cadre.
  7. 7. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 6, 5 comprenant un cadre (2), caractérisée en ce qu'elle comprend un système de ventilation à deux niveaux successifs, un premier niveau à l'intérieur du cadre par un passage d'air depuis l'avant vers l'arrière du véhicule automobile dans lequel la batterie est installé, puis un deuxième niveau à l'intérieur de chacun des modules (3) de stockage. 10
  8. 8. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le boîtier des modules (3) de stockage présente une face supérieure bombée (5).
  9. 9. Batterie modulaire (1) selon la revendication 8, comprenant un cadre (2) dans lequel sont montés longitudinalement les modules de 15 stockage, caractérisée en ce que la face supérieure bombée (5) du boîtier est pourvue de rainures transversales (17) par rapport à l'axe des modules (3) dans le cadre de la batterie.
  10. 10. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque module (3) de stockage présente une forme 20 généralement plate et sont disposés dans le cadre (2) les uns à côté des autres selon le sens de la longueur des modules (3) de stockage, le cadre étant apte à être disposé dans l'espace arrière de rangement d'un véhicule automobile (21).
  11. 11. Batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 10, 25 caractérisée en ce que les modules (3) de stockage sont des modules électrochimiques et/ou électrostatiques.
  12. 12. Véhicule automobile (21) électrique ou hybride équipé d'une batterie modulaire (1) selon l'une des revendications 1 à 11.
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