FR2989323A1 - Battery module for supplying power to electric traction machine of hybrid or electric motor vehicle, has cold source containing fusion material whose melting point is lower than evaporation temperature of fluid in heat pipe - Google Patents

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Abstract

The module (30) has parallelepiped electrochemical cells (32) regrouped in a compartment, and a cooling device including flat heat pipes (34), each having coolant subjected to evaporation and condensation cycle. An end of the heat pipe is inserted between the cells to collect calories and to restore the calories with a cold source i.e. die (36), at another end. The cold source contains a fusion material whose melting point is lower than evaporation temperature of fluid in the heat pipe. The pipe includes a woven wick extended along a watertight enclosure for forming a network of capillaries.

Description

9 8932 3 1 MODULE DE BATTERIES COMPORTANT UN DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT COMPRENANT UN MATERIAU DE FUSION La présente invention concerne un module de batteries comportant un dispositif de refroidissement, ainsi qu'un véhicule hybride ou électrique équipé d'un tel module de batteries. Les véhicules hybrides ou électriques comportent généralement un compartiment formant un module contenant des accumulateurs d'énergie, qui peuvent être des cellules électrochimiques réalisées suivant différentes technologies connues, appelés par la suite batteries. En fonction de la technologie, ces batteries peuvent nécessiter un système de refroidissement pour assurer les performances, la durée de vie ainsi que la sécurité. En particulier les cellules au lithium-ion disposant d'une forte densité d'énergie par rapport à la masse, nécessitent un suivi important de leurs conditions de fonctionnement, comme la tension ou la température, et un système de refroidissement pour les maintenir dans une plage de température réduite. De plus, il faut assurer à l'intérieur du module de batteries un refroidissement suffisamment homogène de l'ensemble des cellules, afin d'éviter une augmentation de température de certaines cellules moins bien refroidies, qui entraînerait un vieillissement prématuré de ces cellules, et un endommagement du système complet de batteries. Un système de batteries connue, présenté notamment par les documents US-A1-2011/0000241 et US-A1-2011/0206965, comporte des caloducs dont une extrémité est insérée entre les cellules, comprenant un fluide qui s'évapore au contact de ces cellules en absorbant une chaleur latente d'évaporation, et qui circule ensuite à l'autre extrémité du caloduc pour se liquéfier en restituant cette énergie par la chaleur latente de liquéfaction. On réalise ainsi des conducteurs thermiques compacts pouvant transmettre une puissance thermique élevée, qui est nettement supérieure à celle transmise par des matériaux conducteurs restant dans un même état. Les caloducs conduisent la chaleur vers différents systèmes de dissipation actifs, comme des radiateurs dissipant les calories dans l'air ambiant, ou des échangeurs thermiques qui utilisent ces calories pour d'autres systèmes thermiques du véhicule. Toutefois, ces systèmes de dissipation actifs ne sont pas autonomes d'un point de vue thermique, ils sont liés à des échangeurs extérieurs nécessitant des systèmes de circulation de fluides, comme des pompes ou des ventilateurs, afin de dissiper les calories produites. Ces système de circulation de fluides nécessitent une énergie pour les entraîner qui augmente la consommation globale du véhicule, et comportent une masse ainsi qu'un volume qui pénalisent ce véhicule. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un module de batteries comportant des cellules électrochimiques regroupées dans un compartiment, et un dispositif de refroidissement comprenant des caloducs disposant d'un fluide caloporteur subissant un cycle d'évaporation et de condensation, qui comportent une extrémité insérée entre ces cellules pour prélever des calories, et les restituer à une source froide se trouvant à l'autre extrémité, caractérisé en ce que la source froide contient un matériau de fusion comportant une température de fusion inférieure à la température d'évaporation du fluide du caloduc. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery module comprising a cooling device, and to a hybrid or electric vehicle equipped with such a battery module. BACKGROUND OF THE INVENTION Hybrid or electric vehicles generally comprise a compartment forming a module containing energy accumulators, which may be electrochemical cells made according to various known technologies, hereinafter referred to as batteries. Depending on the technology, these batteries may require a cooling system to ensure performance, service life and safety. In particular lithium-ion cells having a high energy density relative to the mass, require a significant monitoring of their operating conditions, such as voltage or temperature, and a cooling system to maintain them in a reduced temperature range. Moreover, it is necessary to ensure inside the battery module sufficiently homogeneous cooling of all the cells, in order to avoid a temperature increase of some less well-cooled cells, which would cause premature aging of these cells, and Damage to the complete battery system. A known battery system, presented in particular by the documents US-A1-2011 / 0000241 and US-A1-2011 / 0206965, comprises heat pipes whose one end is inserted between the cells, comprising a fluid which evaporates in contact with these cells by absorbing a latent heat of evaporation, and which then circulates at the other end of the heat pipe to liquefy by restoring this energy by the latent heat of liquefaction. Compact thermal conductors are thus produced capable of transmitting a high thermal power, which is clearly greater than that transmitted by conductive materials remaining in the same state. Heat pipes conduct heat to various active dissipation systems, such as radiators that dissipate calories in the ambient air, or heat exchangers that use these calories for other thermal systems in the vehicle. However, these active dissipation systems are not thermally autonomous, they are linked to external exchangers requiring fluid circulation systems, such as pumps or fans, to dissipate the calories produced. These fluid circulation system require energy to drive that increases the overall consumption of the vehicle, and have a mass and a volume that penalize the vehicle. The present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art. It proposes for this purpose a battery module comprising electrochemical cells grouped in a compartment, and a cooling device comprising heat pipes having a heat transfer fluid undergoing a cycle of evaporation and condensation, which comprise an end inserted between these cells. for collecting calories, and return them to a cold source at the other end, characterized in that the cold source contains a melting material having a melting temperature lower than the evaporation temperature of the heat pipe fluid.

Un avantage de ce module de batteries, est qu'il peut comporter une matrice intégrée dans le compartiment, contenant le matériau de fusion disposant d'une chaleur latente de fusion élevée, pour réaliser un ensemble compact capable d'absorber en interne les différentes puissances thermiques dissipées par chacune des cellules, avec une bonne homogénéité des températures grâce à la conduction thermique élevée des caloducs. An advantage of this battery module is that it may comprise a matrix integrated in the compartment, containing the melting material having a high latent heat of fusion, to produce a compact assembly capable of internally absorbing different powers. heat dissipated by each of the cells, with good homogeneity of the temperatures thanks to the high heat conduction of the heat pipes.

Le module de batteries selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon un premier mode de réalisation, les caloducs comportent une mèche tissée qui s'étend le long d'une enceinte étanche, formant un réseau de capillaires. Selon un deuxième mode de réalisation, les caloducs comportent des rainures disposées suivant l'axe, qui entourent un volume axial vide, formant un réseau de capillaires. The battery module according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other. According to a first embodiment, the heat pipes comprise a woven wick which extends along a sealed enclosure, forming a network of capillaries. According to a second embodiment, the heat pipes comprise grooves arranged along the axis, which surround an empty axial volume, forming a network of capillaries.

Selon un troisième mode de réalisation, les caloducs comportent une poudre fritée, comprenant des grains agglomérés, formant un réseau de capillaires En particulier, les caloducs peuvent comporter des parties supérieures dépassant au dessus des cellules, et insérées dans la source froide, qui forment un angle par rapport à la direction principale des parties insérées entre ces cellules. Avantageusement, le matériau de fusion de la source froide comporte de la paraffine Avantageusement, le matériau de fusion de la source froide est intégré 20 dans une matrice comportant des porosités, qui dispose d'une forte conductivité thermique. Avantageusement, la matrice comporte une poudre frittée disposant d'une matière comprenant une bonne conductibilité thermique. En particulier, les cellules comportant une forme cylindrique de section 25 circulaire, et étant alignées suivant des rangées et des colonnes, les caloducs peuvent comprendre une forme en étoile qui s'insère entre les différentes cellules adjacentes. Les cellules étant alignées en rangées ou en colonnes comprenant des espacements entre elles, les caloducs peuvent former des plaques qui sont 30 interposées dans ces espacements. According to a third embodiment, the heat pipes comprise a sintered powder, comprising agglomerated grains, forming a network of capillaries. In particular, the heat pipes may comprise upper portions protruding above the cells, and inserted in the cold source, which form a angle with respect to the main direction of the parts inserted between these cells. Advantageously, the melting material of the cold source comprises paraffin. Advantageously, the melting material of the cold source is integrated in a matrix comprising porosities, which has a high thermal conductivity. Advantageously, the matrix comprises a sintered powder having a material comprising a good thermal conductivity. In particular, the cells having a cylindrical shape of circular section, and being aligned in rows and columns, the heat pipes may comprise a star shape which is inserted between the different adjacent cells. Since the cells are aligned in rows or columns with spacings between them, the heat pipes can form plates which are interposed in these spacings.

L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique comprenant des modules de batteries pour alimenter une machine électrique de traction, comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. The invention also relates to a hybrid or electric motor vehicle comprising battery modules for powering an electric traction machine, having any of the preceding characteristics.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 5 sont des vues en coupe de caloducs réalisés suivant cinq variantes différentes ; - la figure 6 est un schéma présenté en perspective d'un module de batteries selon l'invention ; - la figure 7 est un schéma présenté en perspective d'un module selon une variante ; - la figure 8 est un schéma présenté en vue de face, de ce module comportant une option ; - les figures 9 et 10 présentent deux formes de caloducs adaptées pour des cellules électrochimiques de section circulaire ; et - les figures 11 et 12 présentent deux formes de caloducs adaptées pour des cellules électrochimiques de section rectangulaire. Les figures 1 à 5 présentent cinq exemples de caloducs, comportant chacun une enceinte étanche 4 de forme allongée suivant un axe, et thermiquement conductrice, comprenant une extrémité placée au contact d'une source chaude, comme les cellules électrochimiques d'une batterie, pour prélever des calories sur cette source chaude. L'autre extrémité des caloducs est placée au contact d'une source froide, pour délivrer les calories à cette source froide. Chaque caloduc comporte un réseau de capillaires qui s'étend sur toute la longueur de l'enceinte 4, permettant la circulation par capillarité d'un fluide caloporteur, d'une extrémité de ce caloduc en contact avec la source chaude, à l'autre extrémité en contact avec la source froide. Un volume axial s'étendant sur toute la longueur du caloduc, est laissé libre pour permettre la circulation dans l'autre sens du gaz produit par l'évaporation de ce fluide au contact de la source chaude. Le fluide caloporteur comporte une température d'évaporation qui est, compte-tenu de la pression interne dans le caloduc, incluse dans la plage de température de fonctionnement de la source chaude. Le fluide caloporteur peut être pur ou constitué d'un mélange binaire, il est choisi pour comporter une très bonne mouillabilité du réseau de capillaires. Dans le cas de cellules électrochimiques de batteries comportant suivant la technologie utilisée, une température d'utilisation comprise entre 20 et 35°C, des exemples de fluides caloporteurs disponibles pour ces applications sont de l'eau, de l'ammoniaque, de l'acétone ou de l'éthanol. La figure 1 présente un premier type de caloduc, comportant une mèche tissée 2 s'étendant le long de l'enceinte étanche 4, qui véhicule le liquide par capillarité de la source froide vers la source chaude. Un volume axial vide 10 s'étend le long de cette mèche tissée 2, de manière à laisser passer le retour des gaz circulant en sens inverse. La figure 2 présente un deuxième type de caloduc, comportant une enceinte 4 comprenant sur sa surface interne, une succession de rainures de petite section disposées suivant l'axe 12, qui entourent le volume axial vide 10, et forment un réseau de capillaires. La figure 3 présente un troisième type de caloduc similaire au deuxième type, recevant en plus une toile interne 14 formant une gaine qui sépare les rainures disposées suivant l'axe 12, du volume axial vide 10. The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear more clearly on reading the following description given by way of example and in a nonlimiting manner, with reference to the appended drawings in which: FIGS. 5 are sectional views of heat pipes made in five different variants; FIG. 6 is a diagram presented in perspective of a battery module according to the invention; FIG. 7 is a diagram presented in perspective of a module according to a variant; FIG. 8 is a diagram presented in front view of this module including an option; - Figures 9 and 10 show two forms of heat pipes adapted for electrochemical cells of circular section; and FIGS. 11 and 12 show two forms of heat pipe adapted for electrochemical cells of rectangular section. FIGS. 1 to 5 show five examples of heat pipes, each comprising a sealed enclosure 4 of shape elongated along an axis, and thermally conductive, comprising an end placed in contact with a hot source, such as the electrochemical cells of a battery, for take calories from this hot spring. The other end of the heat pipes is placed in contact with a cold source, to deliver the calories to this cold source. Each heat pipe comprises a network of capillaries which extends over the entire length of the enclosure 4, allowing the capillary circulation of a coolant, one end of this heat pipe in contact with the hot source, to the other end in contact with the cold source. An axial volume extending over the entire length of the heat pipe, is left free to allow the circulation in the other direction of the gas produced by the evaporation of this fluid in contact with the hot source. The heat transfer fluid comprises an evaporation temperature which is, given the internal pressure in the heat pipe, included in the operating temperature range of the hot source. The heat transfer fluid can be pure or consists of a binary mixture, it is chosen to include a very good wettability of the capillary network. In the case of battery electrochemical cells comprising, according to the technology used, a use temperature of between 20 and 35 ° C., examples of heat transfer fluids available for these applications are water, ammonia, acetone or ethanol. FIG. 1 shows a first type of heat pipe, comprising a woven wick 2 extending along the sealed enclosure 4, which conveys the liquid by capillary action from the cold source to the hot source. An empty axial volume 10 extends along this woven wick 2, so as to pass the return of the circulating gas in the opposite direction. FIG. 2 shows a second type of heat pipe, comprising an enclosure 4 comprising on its inner surface, a succession of grooves of small section disposed along the axis 12, which surround the empty axial volume 10, and form a network of capillaries. FIG. 3 shows a third type of heat pipe similar to the second type, receiving in addition an internal wire 14 forming a sheath which separates the grooves arranged along the axis 12, of the empty axial volume 10.

La figure 4 présente un quatrième type de caloduc, comprenant un réseau de capillaires constitué par une poudre métallique fritée, qui comporte des grains de métaux 20 agglomérés disposant d'espaces intermédiaires laissés vides formant le réseau de capillaires. Un volume axial 10 est laissé vide au centre de la poudre fritée 20, pour le passage des gaz. FIG. 4 shows a fourth type of heat pipe, comprising a network of capillaries constituted by a sintered metal powder, which comprises agglomerated metal grains having empty spaces which are left empty forming the capillary network. An axial volume 10 is left empty in the center of the sintered powder 20, for the passage of gases.

La figure 5 présente un cinquième type de caloduc comportant une enceinte étanche 4, une toile interne 14 couvrant la face intérieure de cette enceinte, et délimitant le volume axial vide 10 qui comporte une artère en métal fritté 20 s'étendant le long de ce caloduc. Le réseau de capillaires est formé par la toile interne 14, et par l'artère en métal fritté 20. Le principe de fonctionnement des caloducs est le suivant. Au contact de la source chaude, les calories sont transmises à une extrémité de l'enceinte conductrice 4 comportant le fluide caloporteur à l'état liquide contenu dans le réseau de capillaires. Ce fluide s'évapore, en absorbant une chaleur latente d'évaporation qui refroidit cette source chaude. La pression des vapeurs du fluide caloporteur conduit alors ces gaz par le volume axial vide 10, vers l'autre extrémité du caloduc insérée dans la source froide. Au contact de la source froide, les vapeurs se condensent en dégageant une chaleur latente de condensation qui réchauffe la source froide, et crée une baisse de pression qui permet avec l'augmentation de pression de l'évaporation, de faire circuler les gaz. FIG. 5 shows a fifth type of heat pipe comprising a sealed enclosure 4, an inner fabric 14 covering the inner face of this enclosure, and delimiting the empty axial volume 10 which comprises a sintered metal artery 20 extending along this heat pipe. . The capillary network is formed by the inner fabric 14 and the sintered metal artery 20. The principle of operation of the heat pipes is as follows. In contact with the hot source, the calories are transmitted to one end of the conductive enclosure 4 comprising the heat transfer fluid in the liquid state contained in the capillary network. This fluid evaporates, absorbing a latent heat of evaporation that cools this hot source. The vapor pressure of the coolant then conducts these gases by the empty axial volume 10 towards the other end of the heat pipe inserted in the cold source. In contact with the cold source, the vapors condense by releasing a latent heat of condensation which warms the cold source, and creates a pressure drop which allows with the increase of pressure of the evaporation, to circulate the gases.

Le fluide caloporteur condensé est alors conduit par capillarité dans le réseau de capillaires vers la source chaude, ce qui renouvelle ce fluide prêt à subir un nouveau cycle. L'enceinte étanche 4 du caloduc comporte en particulier une résistance mécanique suffisante pour tenir la pression interne, ainsi qu'une stabilité pour éviter des corrosions par le liquide ou les gaz contenus. On peut utiliser notamment du cuivre ou de l'aluminium, qui comportent une bonne conductibilité thermique. On obtient ainsi un système de conduction thermique passif très efficace, qui conduit pour un volume donné une quantité de chaleur bien plus importante que celle transportée par une conduction directe avec une matière restant dans la même phase. Ce système peut être compact et économique, en rapport avec la quantité d'énergie calorifique conduite. La figure 6 présente un module de batteries 30, comportant une succession de cellules électrochimiques 32 de forme parallélépipédique, 30 comprenant des caloducs plats 34 interposés chacun entre deux cellules mitoyennes, de manière à couvrir simultanément une face principale entière de chacune de ces cellules. On obtient ainsi pour chaque caloduc 34, une grande surface d'échange thermique avec deux cellules 32. En complément, on peut disposer une mousse thermiquement conductrice entre les cellules 32 et les caloducs 34, pour améliorer la conduction thermique entre ces composants. La majeure partie du volume de chaque caloduc 34 est interposée entre les cellules 32, une petite partie supérieure dépassant au-dessus des cellules, est insérée dans une matrice 36 qui recouvre les cellules centrales. La matrice 36 comporte un matériau comprenant une température de fusion inférieure à la température d'évaporation du fluide du caloduc 34, qui est dans ce cas de l'ordre de 30 à 40°C, et une forte chaleur latente de fusion. Le matériau de fusion est choisi avantageusement pour comporter une bonne conductivité thermique, une grande chaleur spécifique, une faible variation de volume lors du changement de phase pour le passage à l'état liquide, une grande stabilité après un nombre important de cycles, une inflammabilité, une faible corrosivité et une absence de toxicité. Avantageusement, on utilise de la paraffine comportant la plupart de ces critères, mais disposant d'une faible conductivité thermique qui est de l'ordre de 0.5W/m.K, ce qui peut poser des problèmes d'écarts de température à l'intérieur du matériau. Pour y remédier, on utilise avantageusement une matrice 36 disposant d'une forte conductivité thermique, comprenant par exemple du graphite, un métal ou un semi-métal, pouvant comporter une conductivité de 500W/m.K, qui est produite par poudre frittée de manière à obtenir un ensemble rigide disposant de nombreuses porosités. La matrice 36 est ensuite imprégnée de paraffine, de manière à remplir toutes les porosités internes. Le fonctionnement du module de batteries 30 est le suivant. Au contact des cellules 32 les plus chaudes se trouvant à des températures de l'ordre de 30 à 40°C, le fluide situé dans la partie inférieure des caloducs 34 se vaporise en absorbant les calories dégagées par ces cellules, correspondant à la chaleur latente d'évaporation. Les gaz produits montent alors vers la partie supérieure des caloducs 34 sous l'effet de la légère pression générée par cette vaporisation. Les gaz arrivant dans la partie supérieure des caloducs 34 réchauffent la matrice 36, ainsi que la paraffine contenue dans ses porosités qui était solide à la température ambiante. La bonne conductibilité thermique de la matrice 36 permet de répartir uniformément les calories dégagées par les caloducs 34 dans la paraffine, même si ces caloducs sont réchauffés de manière peu homogène. Quand la paraffine atteint sa température de fusion, elle fond alors en absorbant une chaleur latente de fusion, ce qui stabilise sa température sur un palier correspondant à cette température de fusion. On a alors une possibilité d'absorber une grande quantité de chaleur dépendant de la masse de paraffine solide disponible, en attendant que toute cette paraffine soit fondue. On a ensuite dans le cas où les cellules 32 continuent à dégager des calories, une température de la matrice 36 qui recommence à monter. La figure 7 présente en variante un module de batteries 30 comportant des parties supérieures de caloducs 34 dépassant au dessus des cellules 32 et intégrées dans la matrice 36, qui sont inclinées suivant un angle par rapport à la direction principale des parties de caloducs accolées aux cellules. On peut alors obtenir un volume de ces parties supérieures des caloducs 34, et des surfaces d'échange de ces parties avec la matrice 36, qui restent équivalents tout en réduisant la hauteur de cette matrice. Avantageusement, on calcule la masse de paraffine pour permettre le refroidissement des cellules 32 nécessaire dans la plus grande partie des cycles d'utilisation du module de batteries 30. Ce calcul permet de limiter la masse, l'encombrement et le coût de la matrice 36, en ne prenant pas en compte les pointes de puissance thermique occasionnelles. La figure 8 présente un module de batteries 30 similaire, comportant en plus un dissipateur thermique 40 posé à plat au-dessus de la matrice 36, permettant un échange de calories avec l'air ambiant. The condensed heat transfer fluid is then conducted by capillarity in the capillary network to the hot source, which renews this fluid ready to undergo a new cycle. The sealed enclosure 4 of the heat pipe in particular has sufficient mechanical strength to hold the internal pressure, as well as stability to avoid corrosions by the liquid or the gases contained. In particular, copper or aluminum may be used, which have good thermal conductivity. A very efficient passive thermal conduction system is thus obtained which, for a given volume, produces a much greater quantity of heat than that transported by a direct conduction with a material remaining in the same phase. This system can be compact and economical, in relation to the amount of heat energy driven. FIG. 6 shows a battery module 30, comprising a succession of electrochemical cells 32 of parallelepipedal shape, comprising flat heat pipes 34 interposed each between two adjacent cells, so as to simultaneously cover an entire main face of each of these cells. For each heat pipe 34, a large thermal exchange surface with two cells 32 is thus obtained. In addition, a thermally conductive foam can be placed between the cells 32 and the heat pipes 34 to improve the thermal conduction between these components. Most of the volume of each heat pipe 34 is interposed between the cells 32, a small upper portion protruding above the cells, is inserted into a matrix 36 which covers the central cells. The matrix 36 comprises a material comprising a melting temperature lower than the evaporation temperature of the fluid of the heat pipe 34, which is in this case of the order of 30 to 40 ° C, and a high latent heat of fusion. The melting material is advantageously chosen to include a good thermal conductivity, a high specific heat, a small volume variation during the change of phase for the transition to the liquid state, a high stability after a large number of cycles, a flammability , low corrosivity and no toxicity. Advantageously, paraffin is used comprising most of these criteria, but having a low thermal conductivity which is of the order of 0.5 W / mK, which can pose problems of temperature differences within the material. To remedy this, a matrix 36 having a high thermal conductivity is advantageously used, comprising, for example, graphite, a metal or a semi-metal, which may comprise a conductivity of 500 W / mK, which is produced by sintered powder so as to get a rigid set with many porosities. The matrix 36 is then impregnated with paraffin so as to fill all the internal porosities. The operation of the battery module 30 is as follows. In contact with the hottest cells 32 at temperatures of the order of 30 to 40 ° C, the fluid located in the lower part of the heat pipes 34 vaporizes by absorbing the heat released by these cells, corresponding to the latent heat evaporation. The gases produced then rise to the upper part of the heat pipes 34 under the effect of the slight pressure generated by this vaporization. The gases arriving in the upper part of the heat pipes 34 warm the matrix 36, as well as paraffin contained in its pores which was solid at room temperature. The good thermal conductivity of the matrix 36 makes it possible to evenly distribute the heat released by the heat pipes 34 into the paraffin, even if these heat pipes are heated in an inhomogeneous manner. When the paraffin reaches its melting temperature, it melts by absorbing a latent heat of fusion, which stabilizes its temperature on a plateau corresponding to this melting temperature. It is then possible to absorb a large amount of heat depending on the mass of available solid paraffin, until all this paraffin is melted. Then, in the case where the cells 32 continue to release calories, a temperature of the matrix 36 starts to rise again. FIG. 7 alternatively shows a battery module 30 comprising upper portions of heat pipes 34 protruding above the cells 32 and integrated in the matrix 36, which are inclined at an angle to the main direction of the heat pipe portions contiguous to the cells. . We can then obtain a volume of these upper parts of the heat pipes 34, and exchange surfaces of these parts with the matrix 36, which remain equivalent while reducing the height of this matrix. Advantageously, the paraffin mass is calculated to allow the cooling of the cells 32 necessary in the majority of the cycles of use of the battery module 30. This calculation makes it possible to limit the mass, the bulk and the cost of the matrix. , by not taking into account the occasional thermal power peaks. FIG. 8 shows a similar battery module 30, further comprising a heat sink 40 lying flat above the die 36, allowing heat exchange with the ambient air.

Avantageusement, le dissipateur thermique 40 comporte un métal comprenant une forte conductibilité thermique, comme de l'aluminium, et des formes fortement découpées disposant de surfaces importantes, pour réaliser les échanges avec l'air qui est pulsé par un ventilateur sur cet échangeur. Pour absorber les pointes exceptionnelles de dégagement de chaleur des cellules 32, la totalité de la paraffine étant alors fondue, le système de surveillance du module de batteries 30 mesure la température du dissipateur 40 par une sonde de température, pour mettre en route le ventilateur quand cette température devient trop élevée. On doit alors dimensionner ce système de refroidissement actif pour des pointes de puissance thermique qui sont limitées dans le temps, ce qui permet de garder un système compact, léger et économique. La figure 9 présente en vue de dessus des cellules cylindriques 32 d'un module de batteries, alignées suivant des rangées et des colonnes, les différentes rangées ou colonnes étant très proches entre elles. Les caloducs 34 peuvent être des éléments séparés en forme d'étoile à quatre branches, qui se trouvent chacun au contact de quatre cellules 32 adjacentes. On a alors une grande modularité d'assemblage, tous les caloducs 34 étant identiques. En variante, les cellules cylindriques 32 pourraient être rangées en quinconce, ce qui donnerait des caloducs 34 en forme d'étoile à trois branches pour rester en contact avec les trois cellules adjacentes. La figure 10 présente en vue de dessus des cellules cylindriques 32 alignées aussi en rangées et en colonnes, les rangées étant espacées entre elles. On peut alors réaliser des caloducs 34 sous forme de plaques 50 disposées entre deux rangées de cellules 32, ce qui permet de produire moins de composants, et de faciliter leur assemblage en manipulant un nombre de composants réduit.Advantageously, the heat sink 40 comprises a metal comprising a high thermal conductivity, such as aluminum, and strongly cut forms with large surfaces, to achieve exchanges with the air that is pulsed by a fan on the exchanger. To absorb the exceptional heat generation peaks of the cells 32, all of the paraffin being then melted, the monitoring system of the battery module 30 measures the temperature of the heat sink 40 by a temperature probe, to start the fan when this temperature becomes too high. We must then size this active cooling system for thermal power peaks that are limited in time, which keeps a compact system, lightweight and economical. Figure 9 shows a top view of the cylindrical cells 32 of a battery module, aligned in rows and columns, the different rows or columns being very close to each other. The heat pipes 34 may be separate elements in the form of a four-pointed star, each of which is in contact with four adjacent cells 32. There is then a high modularity of assembly, all the heat pipes 34 being identical. Alternatively, the cylindrical cells 32 could be staggered, which would provide three-pointed star-shaped heat pipes 34 for remaining in contact with the three adjacent cells. Figure 10 shows a top view of the cylindrical cells 32 also aligned in rows and columns, the rows being spaced apart from each other. It is then possible to form heat pipes 34 in the form of plates 50 arranged between two rows of cells 32, which makes it possible to produce fewer components and to facilitate their assembly by manipulating a reduced number of components.

2 9 8932 3 10 Par contre cette disposition nécessite des plaques 50 de longueurs différentes, dans le cas où les rangées ne comportent pas toutes le même nombre de cellules 32. On notera pour ces différentes variantes, que les caloducs 34 5 recouvrent toujours une grande partie des surfaces des cellules 32, ce qui favorise les échanges thermiques. La figure 11 présente en vue de dessus des cellules parallélépipédiques 32, recevant des caloducs 34 de forme plate qui recouvrent en une seule pièce, toute la surface principale des cellules adjacentes.On the other hand, this arrangement requires plates 50 of different lengths, in the case where the rows do not all have the same number of cells 32. It will be noted for these different variants, that the heat pipes 34 5 still cover a great deal of space. part of the surfaces of the cells 32, which promotes heat exchange. Figure 11 shows in plan view parallelepipedal cells 32, receiving heat pipes 34 of flat shape which cover in one piece, the entire main surface of the adjacent cells.

10 La figure 12 présente en variante les mêmes cellules 32 recevant entre elles deux caloducs 34 identiques de forme plate, qui recouvrent une majeure partie de la surface principale des cellules adjacentes. On utilise ainsi un plus grand nombre de caloducs 34, comportant chacun des dimensions réduites.Figure 12 shows alternatively the same cells 32 receiving between them two identical flat heat pipes 34, which cover a major part of the main surface of the adjacent cells. A greater number of heat pipes 34 are thus used, each having reduced dimensions.

15 D'une manière générale, en combinant les caloducs 34 comportant une très grande conductibilité thermique, avec le matériau de fusion pouvant absorber une quantité de chaleur importante, on obtient un module de batteries compacte, comportant une bonne homogénéité des températures et une capacité d'absorption calorifique importante, ce qui permet d'assurer la 20 sécurité de ces batteries est de préserver leur durée de vie. En particulier, on peut obtenir un gradient de température inférieure à 1° ou 2° dans l'ensemble des cellules 32. Le système de batteries suivant l'invention peut être utilisé avantageusement avec des accumulateurs au lithium-ion, mais aussi avec 25 tous types de cellules électrochimiques nécessitant un refroidissement. In general, by combining the heat-conducting pipes 34 having a very high thermal conductivity, with the melting material that can absorb a large amount of heat, a compact battery module is obtained, with a good homogeneity of the temperatures and a capacitance. significant heat absorption, which ensures the safety of these batteries is to preserve their life. In particular, it is possible to obtain a temperature gradient of less than 1 ° or 2 ° in the set of cells 32. The battery system according to the invention can advantageously be used with lithium-ion accumulators, but also with all types of electrochemical cells requiring cooling.

Claims (11)

REVENDICATIONS1 - Module de batteries comportant des cellules électrochimiques (32) regroupées dans un compartiment, et un dispositif de refroidissement comprenant des caloducs (34) disposant d'un fluide caloporteur subissant un cycle d'évaporation et de condensation, qui comportent une extrémité insérée entre ces cellules pour prélever des calories, et les restituer à une source froide (36) se trouvant à l'autre extrémité, caractérisé en ce que la source froide (36) contient un matériau de fusion comportant une température de fusion inférieure à la température d'évaporation du fluide du caloduc. CLAIMS1 - Battery module comprising electrochemical cells (32) grouped in a compartment, and a cooling device comprising heat pipes (34) having a heat transfer fluid undergoing a cycle of evaporation and condensation, which have an inserted end between these cells for collecting calories, and return them to a cold source (36) at the other end, characterized in that the cold source (36) contains a melting material having a melting temperature below the temperature d evaporation of the heat pipe fluid. 2 - Module de batteries selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caloducs (34) comportent une mèche tissée (2) qui s'étend le long d'une enceinte étanche (4), formant un réseau de capillaires. 2 - battery module according to claim 1, characterized in that the heat pipes (34) comprise a woven wick (2) which extends along a sealed chamber (4), forming a network of capillaries. 3 - Module de batteries selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les caloducs (34) comportent des rainures disposées suivant l'axe (12), qui entourent un volume axial vide (10), formant un réseau de capillaires. 3 - battery module according to claim 1 or 2, characterized in that the heat pipes (34) comprise grooves disposed along the axis (12), which surround an empty axial volume (10) forming a network of capillaries. 4 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caloducs (34) comportent une poudre 20 fritée (20), comprenant des grains agglomérés disposant d'espaces intermédiaires laissés vides, formant un réseau de capillaires. 4 - battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes (34) comprise a sintered powder (20), comprising agglomerated grains having empty spaces intermediate, forming a network of capillaries. 5 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caloducs (34) comportent des parties supérieures dépassant au dessus des cellules (32), et insérées dans la 25 source froide (36), qui forment un angle par rapport à la direction principale des parties insérées entre ces cellules. 5 - Battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes (34) comprise upper parts protruding above the cells (32), and inserted in the cold source (36), which form a angle with respect to the main direction of the parts inserted between these cells. 6 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de fusion de la source froide (36), comporte de la paraffine 30 6 - Battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the melting material of the cold source (36) comprises paraffin 30 7 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de fusion de la source froideest intégré dans une matrice (36) comportant des porosités, qui dispose d'une forte conductivité thermique. 7 - Battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the melting material of the cold sourceisintegrated in a matrix (36) having porosities, which has a high thermal conductivity. 8 - Module de batteries selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matrice (36) comporte une poudre frittée disposant d'une matière comprenant une bonne conductibilité thermique. 8 - battery module according to claim 7, characterized in that the matrix (36) comprises a sintered powder having a material comprising a good thermal conductivity. 9 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules (32) comportant une forme cylindrique de section circulaire, et étant alignées suivant des rangées et des colonnes, les caloducs (34) comprennent une forme en étoile qui s'insère entre les différentes cellules adjacentes. 9 - battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the cells (32) having a cylindrical shape of circular section, and being aligned in rows and columns, the heat pipes (34) comprise a form of star that fits between the different adjacent cells. 10 - Module de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules étant alignées en rangées ou en colonnes comprenant des espacements entre elles, les caloducs (34) forment des plaques (50) qui sont interposées dans ces espacements. 10 - Battery module according to any one of the preceding claims, characterized in that the cells being aligned in rows or columns comprising spacings between them, the heat pipes (34) form plates (50) which are interposed in these spacings. . 11 - Véhicule automobile hybride ou électrique comprenant des modules de batteries (30) pour alimenter une machine électrique de traction, caractérisé en ce que ces modules sont réalisés selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11 - Hybrid or electric motor vehicle comprising battery modules (30) for powering an electric traction machine, characterized in that these modules are made according to any one of the preceding claims.
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