FR2978873A1 - Procede d'assemblage d'un pack de batterie - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un pack de batterie comportant une pluralité de cellules inter-connectées. Le procédé comporte une étape d'estimation de la température de fonctionnement en une pluralité d'emplacements dans le pack aptes à accueillir une cellule. Le procédé comporte également une étape de répartition des cellules aux emplacements d'accueil dans le pack, de telle sorte qu'en tout couple d'emplacements où les températures de fonctionnement sont T1 et T2 vérifiant T1>T2 sont disposées des cellules de capacités électriques C1 et C2 respectivement vérifiant C1 >C2. Application : batteries

Description

Procédé Wasseni.iagé d'Un pack de batterie Là présente invention concerne te domaine deysbatteries: Elle no; ... mais tuas exclusivement, aux batteries Litiiiurn-ion (Li- ion) ...aJirrientant Li cha ne de .électriques ou hybrides.. 6

Dans urge hatterie. Li-ion, une cellule est .. un composant élémentalre éui renferme une certaine quantité éfectroMe, qu'il s'agisse d'u .électrolyte solide ou liquide à. travers ieque peuvent rnigrer des torrs d entre une cathode. et une. anode. En phase de charge de la atterlé, cette migration d'ions est a l'orgine de l'accumulation d'une charge électrique dans la cellule. En phase de décharge dé la batterie, cptte migration dons est' a l'origine d'un courant éléctrigue entre la cathode et. l'anode. de la cellule. Elne 4.5 pureté de telles cellules sont, assemblées et connectées en série et/ou en parallèle pour former un .module, rouis une luralite de modules sont assemblés e .connectési en série eVeu en .parallèle,. flotaitttimerit, pàr utilisation de barres çpnductrlces appelées .couramment. « lus former un pack selon la terminologie anglo-saxonne. Lare. unité électronique de çontréte, pourarnment appelée f3attery Management. System » (BMS) selon la terminologie angle-saorme est adjointe au pack pour ..former. une batterie. ..Le rôle du ;l PvlS est notamment d'assurer des ronchons de contrôle de température ces redues et de cc~E~ttcle de régUilibrage des dhàges durnuléesdans lt3s cellules modules. Mais tout au long de la durée de vie d'un pack le batterie, la capacité électrique des ceilttileS q.til le composent, C'e.St-à.,;..cliré leur aptitude à accumuler de. la charge éleCtrigne OIS à la restituer sous forme dé coE:Erat. électrique, anS:ceàse, Et .cette diminution est accélérées dés lors qtié la température auge ente Sotie l'effet l'éledtrôle exE th rmique de; ayant lieu .0ahe. tee elles--mêmes. s'agit là &un problème technique gai ls présenté propose. de résoudre. Une:. solution connue de là iciétilande de. brevet. WO 2009/ln 6't3.A'l consiste. à améliorer la ventilation des cellules en forme des bus-bars.;. notamment en leur intégrant des ouvertures ...fcrrnaht. des guides d'air en regard des esf aces séparant les riloduieS' Un. inconvénient majeur de cette .solution est notamment due,. Malgré Une nette àffiéiidràtioh de la circulation 1"àir antre les modules,. l ventilation des .différentes cellules dans leS rnE Jules reste hétéregène' donségraent, lus capacités. des Cellules disposées dans les zones plus chaudes ce moins bien aérées,. comme par exemple lés. zones éloignées dés. guides (fair ou à proXlinité directe.. Etu BIWIS. r?trr dégage. loi-aussi de chaleur, Vent diminuer plus de la capacité des. cellules disposées dans les zenes, plus froides Car Mieux aérée. c,énIM0 par 10 exempléà proximité directe d'un gui< eeair Or, la capacité du pek étant limitée par sa cellule de plus faible capacité,cette solution conduit d. une diminution prématurée de la Odréo de vie du pack dans son ensemble,. puisque d'est sa. cellule atteignant erg pteniier un seuil minimum. die capacité qui détermine fin de vie du pack, alors que toutes lés autres cellules sent encore utilisables car de capacité encore. supérieure au seuil. Il s'agit. l: encore d'un problème crue 1a présente invention...se propose de résoudre.

L'invention. a notamment pour but de réduire l'effet de la .diminution de la capacité des cellules au niveau individuel sur là capacité don pack dans son. ensemble,. A cet .effet, l'invention a pour objet un pack çle batterie comportant une .pluralitè .de cellules irae tout couple 1emplacements d'une ...cellule dans le pack e les tprnpérees de fonctionnement sont TI et 12 vérifiant '11>T2 sont disposées des cellules de 25 capacités électriques Cl et ) respectivement vérifiant QI yG2 Par exemple, les cellules peuvent contenir un êlectrolyte autorisant la...migraton exothermique d'ions ente u,ne cathode et une anode,. des ions lithium..par exemple, Avantageusement, 1é. paclE .peut comporter au moins un dispositif de refreidisSément. pour taire Paisse les températures de: fonctionne rnent, et éve.htueltèrnent une uhité. de demMa 0:api de. refroidisse ment. Dalle. Uri Mode de réalisation les cellules .peuvent être assemblées entre elleS pour former des modules et les modules peuvent être 35 asSeffibléS entre eux par utilisation de bus-vars peur tonner le. p.a& e galernwit pour objet une batterie. .00 treç'tloe 0().rnrelae mn p.eok selon nlnlpor(o mode 00 realisation. de l'invention. 1 dessus,

Linvention e 0'plofnoffi pour objet un véhicule Olectdquq. 0u. 11ybdde.comp.Petant une battOtie de traction selon de réalisation de l'invention ci--dessus:

-tu L'invention e également pour Oie r. n procédé eassemblage d' .rr pack de batterie comportant une pluralité de cellules rater porinectées: :Le procédé comporte une étape d'estimation de la température de fonctionnement. en. une. pluralité d'emplacements dans le. pack( aptes a. accueillir une cellule' Il comporte également une étape de repa Cition des 1.5 delluleS air errplacerrerts accueil dans le .pack,. de telle sorte que, en tout coupe d'emplacements où Tes températures de fonctionnement sont Tl et i_2 vérifiant T'1> 2.,. sort disposées des cellules de capacités électriques Cl et G2 respectivement \/érifiant Ç1.>C2.. Avantageusement., retape destiMatlon de lei températUre peut 0. inclure: d«Mablir un Modèle nteriéniqde Chenp des teffipérattireà dans Iè pack, Le Modèle hijMériqtie mOltl-dit nenSiennel di champ es températures peut inclure parmi ses paramètres le pdsitiorinemeit de dispositifs de refroidissement relativement .au pack. Dans un mode de rêtapé de répartition petit inclure 25 une étape de trt des Cellules ...dans l'ordre de leurs capacités électriques. Par 1eS cellules peuvent Fêtr-e réparties Successivement des". pack dans. l'Ordre de leurs Capacités électriques, chaque OuVarit être disposée à emplacement o ù. température .dé. fonctionnement eeirnée.. est la. plis élevée parai .les mplacements 3o pas encore une cellule.

La présente invention e pour principal avantage que, en réduisant les contraintes de refroidissement, elle simplifie l'architecture et donc réduit 35 es temps de conception et développement. La présente invention e encore pour principal avantage perrnet aux industriels de réduire les contrainte sur leurs four -ri sseurs de cellules, la dispersion des capacités des -devenant avantage lors de la fabriCatiori d'un pack les fOilMissu .ire, Ont moins dacellules no conformes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à raide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, par trois courbes dans un graphe, une illustration d'un principe de llnventlon la figure 2, par un schéma, un exemple l'agencement de cellules en pack conformément à l'invention.

15 La figure 1 illustre par trois courbes dans. un graphe un principe de !Invention. pour pallier- le vieillissement prématuré des cellules avec L'augmentation de la température. Dans le système «l'axes. de la figure 1 i l' <e des abscisses représente la Charge électrique quepeut accumuler une celluie tout au long de sa vie, cette charge cumulée pouvant aller jus qu'a 25 000 ampéres-heure (Ah). Dans système d'axes de la figure 1, l'axe: des ordonnées représente rapport entre la capacité de cette cellule :et une capacité nominale de référencej ce rapport pouvant varier entre 04 et 1,2.,. ire rapport, qui caractérise une capacité relative de- la cellule, évolue pomme capacité cle la cellule e une constante multiplicative près,: Par souci e clarté; ce rapport est donc assimilé e la capacité de la cellule dans la suite dEe la présente demande, pur 'la figure une courbe .r égulliérerrient .ponctuée par des losanges illustre, une température d'Utilisation d'une cellule de 30 sensiblement 4.$eC,. la variation de la durée de vie de cette cellule On arn.pères-ileure cumulés en fonction. de la capacité de cette cellule, cette capacitè .valant initialement 1, La courbe Cmi montre que si lleri considère lLEe le seuil minimum de capacité ce 1a cellule en oossoi,s cinq ml la cellule n'est plus utilisable. vaut 0,8, alors laceIlule e une 00«ée do Vie derordre de 35 19 088 ampères-heure,. deurbe ponctuée par des carrés et située juste rt,deSSeus de la cetirbê illustre l'effet. d'une augmentation de ia.. température d'Utilisation de cotte Mêrné deil.0le de seulement dire ia capacité de 13 deilnlé décroît plus rapidement et le seuil minirnum decapacité de 08 erg déssôusdtiduél délIriié: n'est plus utilisable est atteint plus de .serte ue i.à durée de Vie de la cellule est éCOurtée Il MO ampères-heure environ. En résumé*,. là dUrée de vie la lorsque sa temPératüre .d'utilisation augmente. 11 s'agit l encore d'un problème rlrre la présente invention :s propose de rdsoudre... tQ. Une courbe Cm tiégulièrerrient ponctuée pàr des croix. et située juste au-dessus de le cieurbe' CAA llustre Uhi principe là résente invention pour pallier cette dimintitioni de la durée de de là cellule lorsque sa température d'Utilisation augmente il s'agit d'utiliser à 50c une de.1tule de capacité initiale légèrement plus élevée présentant Urie capacité de ['Ordre 15. de '1, ,3 à 1,04, de sorte que 1e. seuil mnimum de capacité de ,.8 en. dessous duquel la cellule n'est plus Utilisable n'est atteintqu'à 19 000 àffipèeeË:-noures envlron.i Ln 0ffets comme .par ieS crabes CiNv et (r, K2 qo évoldent: sensiblement 0e la même: mari ere,.: la dàpaeité d'Une cellule diminue à on 'tex variable mais indépendant de. la capacité initiale de la. 20 cellule... Pour bien appréhender l'efficacité .de principe, il fadt n'ôter due dons le présent exemple, a une température constante de 50* Ci: une augmentation de la capacité initiale d'une cellule de l'ordre de 3 à ce qui est tout. fait compatibie des dispersions de capacités idoneatées dans :tee lots de cellules d'un mémo fabricant, entraîne une aUgMeritation de. sa dueée 25 .vie supérieure n. 0%..l LA figure 2 illustre on exemple 'd'agencementdo cellules selon novention permettant d'exploiter avantiageuserrient principe 3 . précédemment, savoir l'utilisation de cellules capacité initiale plus. élevée dans les zones mous bien refroidies, Soria figure. i dix modules Mic: sait disposes adjacents l'un à l'autre de manière e former Chaque module Mi neuf cellules Cri à.. Ci90Sposées adjacentes liée e l'anre:. tes. zones do pàcll.. en gris plus clair (lei deiEx. 3 5. zones opproiximatiVement délimitées par des pointilles. recouvrant Sesiblerrient les deux coins $UpérieUrs de ta représentation du pack Fitare . 2) sent les zones les plus chaudes moins bien refroidies cor proximité. immédiate bus-bar du Sou encore d'un éiément chauffant ex tédeUe .àia :batterie., Les zones du pack en grispus foncé (zone recouvrant sensiblement :te reetes Pesta dire a l'exclusion des 0ot x: tores approXiMati VeMent dernitées par les pointillés) sont [es zones les n7i:Oins chaudes. mieux refroidies,. le mode de réalisation le plus .simple e.. 'invention, avant d être essernblées en dix modules Pli s :tes.'" 0 x 9 .90 taules Cv A ont to.u. d'abord etc triées dans l'ordre de leurs capacités. .Pois, cellule de pl :Es 'g'rande capacité s etc disposée s un. emplacement dans un module. Mi (si~10) e telle sorte que, après assemblage des modules pour fermer le. papK. cette oel.ldle se trouVé à remplacement le es Chaud du pack.. Pans le présent exeMiple. dé réalisaton, il s'agit de ta celtula Çio dans te module Puis, le cellule de i5 capacité initiale immédiatement nférieure à la initiale de la Cellle iàl a été diSposée a un emplacement dans un module 1 +9; (1 i10} de telle sorte que. après asserriblage des pour tonner le pack., cette Celltlè se trouva s remplacement te plus chaud 00. pack aile& adonne cellule .n'a encore été placée.. Dans lé présent exemple de réalisation,. il s'açlt de la dans le module suivantcette Méthode, c'est ensuite ia Ç1.0,2 : quia été placée dans module Plio, puis là. cellule dalle le 1:nodule Mi et ainsi de suite. Les dernières placées Sont lei centElis mit pour. 'lei 1£l dans les zones es mieux refroidiéà....Lee. detIUlee et C. vleiliirpnt certes plus Vite que les .àutres ribtaininent que les cellules pour' Male les capacités résidbelles: de tetitee es cellules la fin de la vie de. là batterie. seront sensiblement éguiValentes, mode basique de réalisation de ririventieh. nlakiffiise. la dure de vie de là batterie dans des proportions qui peuvent être supérieures à 70% comme rillitStré. l'-exerripie de la fiera sans qu'il soit toutefois possible d'en donner 3d. uné. estimation,

Un mode de réaliSation plusélaboré peut utilieer avantageusement une représentation numérique 3D de la :géométrie du pack un modèle rtümérique 3D «la_ :champ lis; températures dans le pack en fOnction :de pack de dispositifs de refroidissement ('7;:O'n'«mandés par' Un: eu encore un rnodr la de vieillement estimant la diminution de la capacité des cellules en fonction t ,s sollicitations courant et de W température locale. Un. tel mode de réalisation permet d'as sembller ln pack de durée de vrie prédéterminée.

en tout état de cause, qcEel yu 'soit le ;made de réalisation de l'invention i-iet.enu, g01 soitasictrre ou 'pua élaboré, la capacité du pack n'est plus limitée par les capacités -des cellules les moiras bien refroidies qui composent. Spa dteée de vie eSt ainsi très nettement pretengéé,.

La présente invention a encore pour principal avantage que, en maximisant les capacités résiduelles de chacune des cellules, la batterie est moins sollicitée et chauffe moins vite, ce qui augmente encore sa durée de vie. La présente invention e encore pour principal avantage que tous les éléments nécessaires aux calculs et au tri exposés ci-dessus sont déjà disponibles, notamment la capacité initiale exacte de chaque cellule qui est d'ores et déjà indiquée par les fabricants de cellules sans surcoût.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. PaCk. de batterie «yMpertant une pli.t.ralité de REVENDICATIONS1. PaCk. de batterie «yMpertant une pli.t.ralité de cellules interonne.ptées, ie pack étant CaraCtérisé. en ce que, en. tout couple rTempacements FaCCUeil d'une celkile dans le pack les températures de fonctionner .nt' ont _i_ I étT2vérifiant T.I>T2' sont disposées de,s cellules de capacités électriques C 1 0 C2 respectivement vérifiant
2. 2. Pack. de batterie ,selon revenetion t caractérise en ce que.. te.. célbles contiennent un. él.ectroMe: autorisant la .migration exotbeimilique d'liei$ entre urne catlacade et une anode.
3. 3. Pack de batterie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ions sont des ions de lithium,
4. 4. Pack de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pack comporte au moins Lin dispositif de refroidissement pour faire baisser les températures de fonctionnement.
5. 5. Pack de batterie selon lia revendication caractérise en ce q~r'l comporte une unité dé contrée commandant diSpoSitif réfroidiésernent.
6. 6. Pack de batterie selon. Fa revendication caractériSé en ce (Ide. les cellules sont assemblées entre elles pour tonner des modulos et les
7. 7. modules sont assembléS entre etrx-par utiliSat: on de: bUS7barspete former lé pack.. ir. Batterie de. ,traction, caraictéiisée en ce qu'elle =porte un pack selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. 8. Véhicule lectrigrae eu h9bride, caractérisé en ce qu'il =nporte une. 3o batterie de la revendication 7,
9. 9. Procédé CaSSeffiblagé d'On. packde batterie comportant une pluralit do. eeiicries inter-connectées, caractériséên ce qu'il.. comporteune étape d'estimation de la température de fenétiennernerit -en une -pluralité O'emplaoernents dans le pek aptes à accueillir Une. tee de répartition des cellules aux emplacements. d'accueil dans le pack, de telle sorte que, en tout coupe. d'empleeMents où: les températures de Fonctionneront sont Tl e 1'2 vérifiant 'TI>T2,. sont rl"Es ses des électriques Cl et :C2 respectivement vérifiant Cl >Q2, tu O...Procédé, selon la revendication 9.: caractérisé en ce que étape d'estimation de la température inclut. eételir on modèle numérique multi-. dimensionnel du champ ries températures dans le a k. 11.Procédé selon l'e revendication 1. 9, caractérisé en ce que le 1.5 nurnérique mufti-dimensionneLdu ohamp des températures. inclut ..:parmi ses para métres le positionnement de dise oeifs. de refroidissement relativement au pack.. 12..Procédé selon. revendication 9, ca.raotértsé en que l'étape de 20 té artition inclut une étape de tri des dans l'ordre de leurs Oapa-ditéSélétriques, 13. Procédé selon les revendications 10 et 12, caractérisé en ce .que cellules' Sont réparties. successivement0ans le .pack dans l'ordre 25 dédresSant de leurs capacités électriques, chaque .celldle étant disposée a l'emplacement ou tem~eati ro de fenctionnement estlrnée estja plus élevée parmi encore une cellule..